Сәуле шығарудың биологиялық әсері

1.5 Сәуле шығарудың биологиялық әсері

1 Иондаушы сәуле шығарудың түрлері.

2 Биологиялық объектерге иондаушы сәуле шығарудың әсері.

сәуле шығарудың биологиялық объектерге тигізетін әсері.

3 Иондаушы сәуле шығарудың тірі ағзаға тигізетін әсерінің кезеңдері.

4 Сәулеленудің радиациялық эффектісі.

5 Адамдардың ішкі және сыртқы сәулеленуі.

6 Гамма-сәулелерінің тірі ағзаға тигізетін зиянды биологиялық әсері.

7 Адамдардың сәулелену зардаптары.
Кейбір нуклидтер тұрақты болып келеді, яғни сыртқы әсерлесу жоқ кезде ешқашан басқа нуклидтерге айнала алмайды.

Нуклидтердің көбі тұрақты емес, өйткені олар әрдайым басқа нуклидтерге айналып отырады. Мысал ретінде уран-238 атомын алайық. Оның ядросындағы протондар мен нейтрондар бір-бірімен ұстасу күшімен әзер ұсталынып тұрады. Уақыт өткен сайын оның ядросынан төрт бөлшектен: екі протон және екі нейтроннан (β-сәуле шығару) тұратын тұтас топ бөлініп отырады. Сайып келгенде, уран-238 ядросы 90 протон мен 144 нейтроннан тұратын торий-234-ке айналады. Әрі қарай (төмендегі кестеде көрсетілген) сәуле шығарумен өтетін басқа айналулар жүреді. Соңында барлық тізбек қорғасынның тұрақты нуклидімен аяқталады. Әрине, әртүрлі сұлба және комбинация бойынша мұндай әртүрлі нуклидтердің өздігінен айналу процестерінің тізбектері орын алады.

Нуклидтің әрбір ыдырау актісінде бөлінетін энергия сәуле шығару түрінде әрі қарай беріледі.

Иондаушы сәуле шығарудың үш түрі бар:

β-сәуле шығару:

β–бөлшектер деп аталатын гелий атомының ядроларының ағыны болып табылады. β–бөлшектердің бастапқы жылдамдығы 10000-20000 км/сек дейін жетеді. Олар жоғары иондаушы қабілеттілікке ие. Альфа-бөлшектердің ауадағы жүгіріс ұзындығы 10 см құрайды, ал қатты денелерде одан да төмен.

Киім, жеке басты қорғау құралдары толығымен альфа-бөлшектерді ұстай алады. Олардың сыртқы әсері адамға қауіпті емес. Альфа-бөлшектер жоғары иондаушы қабілеттігіне орай ағзаның ішіне түскенде аса қауіпті болып келеді.

β-сәуле шығару:

Бұл β–бөлшектер деп аталатын электрондар ағыны. Кейбір жағдайларда бета-бөлшектердің жылдамдығы жарық жылдамдығына жетеді.

Олардың өтімділік қабілеттілігі гамма-сәуле шығаруға қарағанда төменірек. Киім мен жеке басты қорғау құралдары бета-сәуле шығаруды әлдеқалай әлсіретеді.

Бета-сәуле шығарудың иондаушы әсері гамма-сәуле шығаруға қарағанда жүз есе күшті болып табылады.

Бұл ауада 300000 км/сек жылдамдықпен жүздеген метрге таралатын рентген және жарық сәулелеріне ұқсас электромагниттік толқындар.

Олар қалың қорғаныс материалдары мен жеке басты қорғау құралдарынан өтіп кетеді.

Адамдар үшін негізгі қауіпті гамма-сәуле шығару тудырады. Жердің радиоактивті ластануы кезінде гамма-сәуле шығару тәулік, апта және ай бойы әсерін тигізеді.

Радиоактивті изотоптар сіңіп алған шаң бөлшектері жоғарғы тыныс алу жолдарымен ауаны жұтқанда ауыз қуысы мен жұтқыншақта жартылай шөгіп қалады. Бұл жерден шаң асқорыту жолдарына түседі. Қалған бөлшектер өкпеге барады. Өкпедеге аэрозольдардың тоқтап қалу дәрежесі олардың дисперстігіне тәуелді. Өкпеде барлық бөлшектердің 20% тоқтап қалады; аэрозольдердің өлшемдері кішірейген сайын олардың тоқтап қалуы 70% дейін көбейеді.

Асқорыту жолдарынан радиоактивті заттарды сору кезінде асқорыту жолдарынан қанға түсетін заттың үлесін сипаттайтын резорбция коэффициенті маңызды орын алады. Изотоптың табиғатына байланысты коэффициент кең аралықта өзгереді: пайыздың жүздеген үлесінен бастап (цирконий, ниобий үшін), бірнеше ондаған пайыз (сутегі, жер-негізді элементтер). Жарақаттанбаған тері арқылы резорбция асқорыту жолдарына қарағанда 200-300 есе төмен болады, маңызды роль атқармайды.

Радиоактивті заттар ағзаға кез-келген жолмен түсуі кезінде бірнеше минуттан кейін қанның құрамында болады. Егер радиоактивті заттардың ағзаға түсуі бір мәрте болса, олардың қандағы концентрациясы бастапқы кезде максимумға дейін өсіп, содан кейін 15-20 тәулік бойы азаяды.

Жиналып қалған заттардың қайтадан жуылу салдарынан көп уақыт бойы қандағы ұзақ өмір сүретін изотоптардың концентрациясы бір деңгейде сақталып қалуы мүмкін. Иондаушы сәуле шығарудың жасушаға әсерінің эффектісі – кешенді өзара байланысқан және өзара шартталған түрлендірулердің нәтижесі. А.М. Кузин бойынша жасушаның радиациялық бұзылуы үш кезеңде өтеді. Бірінші кезеңде сәуле шығару күрделі макромолекулалық түзілулерді иондап және қоздырып әсер етеді. Бұл сәуле әсерінің физикалық сатысы. Екінші кезең – химиялық түрлендірулер. Олар ақуыз радикалдары, нуклеин қышқылдары және липидтердің су, оттегі, су радикалдарымен әрекеттесу үрдістеріне және органикалық асқын тотықтардың пайда болуына сай келеді. Реттеліп орналасқан ақуыз молекулаларының қабаттарында пайда болатын радикалдар «тігістердің» түзілуімен әрекеттесіп, нәтижесінде биомембраналар құрылымы бұзылады. Лизосомалық мембраналардың зақымдануының нәтижесінде ферменттердің шығуы мен активтілігінің ұлғаюы байқалады. Ферменттер диффузия жолымен жасушаның кез-келген органелласына жетіп және оған оңай еніп, жасуша лизисіне әкеп соғады.

Сәулеленудің соңғы эффектісі тек қана жасушаның алғашқы зақымдануы емес, сонымен қатар келесі қалпына келу үрдістерінің нәтижесі болып табылады. Жасушадағы алғашқы зақымдардың басым бөлігі потенциалдық зақымдар түрінде пайда болады. Олар қалпына келу үрдістері жүрмеген жағдайда іске асырылатын зақымдар. Бұл үрдістердің іске асырылуы ақуыздар мен нуклеин қышқылдарының биосинтезіне сай келеді. Әзірше потенциалдық зақымдардың іске асырылуы жүрмейінше, жасуша «қалпына келуі» мүмкін. Бұл үрдіс ферменттік реакциялармен байланысты және энергетикалық алмасумен шартталады. Бұл құбылыстың негізінде әдеттегі табиғи мутациялық үрдістердің интенсивтілігін реттейтін жүйелердің қызметі жатыр деп саналады.

Иондаушы сәуле шығарудың мутагендік әсерін алғашқы болып 1925 жылы орыс ғалымдары Р.А. Надсон және Р.С. Филиппов ашытқылармен жүргізілген тәжірибелерінде тапқан. 1927 жылы бұл жаңалықты Р. Меллер классикалық генетикалық объект – дрозофилада дәлелдеген.

Иондаушы сәуле шығару тұқымқуалаушылық өзгерістердің барлық түрін тудыруы мүмкін. Сәулеленуден пайда болған мутациялар спектрі тосын мутациялардан ерекшеленбейді.

Киев нейрохирургия Институтының соңғы зерттеулері көрсеткендей, тіпті ең аз, ондаған бэр дозалы мөлшердегі радиация жүйке жасушасы – нейронға күшті әсер етеді. Бірақ нейрондар радиацияның тура әсерінен өлмейді. Радиация әсерінің нәтижесінде көптеген ЧАЭС жоюшыларында «радиациядан кейінгі энцефлопатия» байқалғаны анықталды. Радиация әсерінен ағзадағы жалпы ауытқулар зат алмасудың өзгерісіне әкеп соғады. Олар өз кезегінде бас миының патологиялық өзгерісін тудырады.

Кез-келген тірі ағзаға иондаушы сәуле шығарудың барлық түрлерінің кезеңдік әсерін төменде келтіреміз.

Зарядталған бөлшектер:

Ағза ұлпаларына енетін альфа- және бета-бөлшектер атомдардың жанынан өткенде олардың электрондарымен әсерлесіп, өз энергияларын жоғалтады. Гамма-сәуле шығару және рентген сәулелері өз энергияларын затқа басқаша жолмен береді. Бірақ соңында электрлік әсерлесуге әкеп соғады.

Енгіш сәуле шығару ағза ұлпасындағы сәйкес атомға жеткеннен кейін, секундтың ондаған триллион бөлігінде осы атомнан электрон жұлынып шығады. Электрон теріс зарядталған, сондықтан бастапқы нейтрал атомның басқа бөлігі оң зарядталған болып шығады. Бұл үрдіс иондану деп аталады. Жұлынып шыққан электрон әрі қарай басқа атомдарды иондауы мүмкін.

Еркін электрон да, иондалған атом да әдетте мұндай күйде ұзақ уақыт сақталып тұра алмайды және секундтың келесі ондаған миллиард бөлігінде күрделі реакция тізбегіне қатысады. Нәтижесінде жаңа молекулалар, сонымен қатар төтенше реакциялық-қабілетті еркін радикалдар түзіледі.

Секундтың келесі миллиондаған бөлігінде түзілген еркін радикалдар бір-бірімен, сонымен қатар басқа молекулалармен әсерлесіп, әлі соңына дейін зерттелмеген реакциялар тізбегі арқылы жасушаның қалыпты қызметіне қажет биологиялық маңызды молекулалардың химиялық модификациясын тудырады.

Биохимиялық өзгерістер сәулеленуден бірнеше секундтан кейін де, ондаған жылдардан кейін де пайда болуы мүмкін. Олар жасушалардың шұғыл өліміне немесе пәле ауруына әкелетін өзгерістерге себеп болуы мүмкін.

Сәуле шығару эффектісінің келесі түрлері бар: соматикалық, генетикалық және стохастикалық.

Сәуле шығарудың адамдар үшін зардаптары әр түрлі болуы мүмкін (1-кесте). Олар көбінде сәуле шығару дозасының шамасы мен оның жиналу уақытымен анықталады.

Космостық сәулелер тудыратын радиациялық фон адамдар қабылдайтын бүкіл сәулеленудің (0,65 мЗв/жыл) жартыдан аз мөлшерін құрайды. Сыртқы сәулеленудің шамамен 0,35 мЗв/жыл бөлігін құрайтын жер радиациясы негізінде құрамында калий-40, рубидий-87, уран-238, торий-232 бар кендерден шығады. Әрине, біздің планетамыздағы радиация деңгейі бірдей емес және көп мөлшерде 0,3-тен 0,6 мЗв/жыл дейін өзгереді. Бұл көрсеткіштер көп есе үлкен жерлер де кездеседі.

Адамдардың табиғи көздерден ішкі сәулеленуінің үштен екісі радиоактивті заттардың ағзаға азық, су және ауамен түсуінен болады. Адам жылына калий-40 үлесінен орта есеппен 180 мЗв/жыл қабылдайды. Калий-40 ағзаға өмір тіршілігіне қажет радиоактивті емес калиймен түседі. Қорғасын-210, полоний-210 нуклидтері балық пен моллюскілерде кездеседі. Сондықтан, балық пен басқа теңіз байлықтарын көп тұтынатын адамдар ішкі сәулеленудің салыстырмалы түрде жоғары дозасын қабылдайды. Жуырда ғалымдар радиацияның барлық табиғи көздерінің ішінде ең салмақтысы радон болып табылатынын дәлелдеген. Бұл көзге көрінбейтін, дәмі, иісі жоқ ауыр газ. Ол ауадан 7,5 есе ауыр.

Сәулелену дозасының басым бөлігін адам ағзаға тыныс алатын ауамен бірге түсетін радон радионуклидтерімен қабылдайды.

Соңғы онжылдықтарда адам ядролық физика мәселелерімен айналысты. Ол жүздеген жасанды радионуклидтерді жасады, атомның мүмкіншілігін әр түрлі салаларда – медицинада, электр және жылу энергиясын өндіруде, сағаттардың жарқылдаған циферблаттарын, көптеген құралдарды жасауда, пайдалы қазбаларды іздеуде және әскери істе қолдануды үйренді. Мұның бәрі, әрине, адамдардың қосымша сәулеленуіне әкеледі. Көп жағдайда дозалар үлкен емес, бірақ кей-кезде радиацияның техногендік көздері табиғиға қарағанда мыңдаған есе интенсивті болып келеді.

Барлық реакторлар бұзылу мен сынусыз жұмыс істеген жағдайда, атом энергетикасы адамдардың барлық сәулеленуіне аз үлесін қосады. Радиоактивті заттармен ластанудың басқа көздері болып кен орындары мен байыту фабрикалары табылады. Радиоактивтілікті қолданумен байланысты емдеу әдістері мен медициналық процедуралар адамның техногендік көздерден алатын дозасының негізгі үлесін құрайды.

Ядролық жарылыстар да адамның сәулелену дозасының өсуіне өз үлесін қосады. Ядролық жарылыстар – а) әуе жарылыстары; ә) жерүсті және суүсті жарылыстары; б) жерасты және суасты жарылыстары болып бөлінеді. Ядролық оқ-дәрілердің жарылуы кезінде бірнеше зақымдау факторларды бөлуге болады. Соның бірі енгіш радиация болып табылады. Әдетте жарылыс ядролық жарылыс энергиясының 16-20% құрайтын күшті және сезілмейтін ядролық сәуле шығарулармен бірге жүреді.

Ядролық жарылыс кезінде нейтрондар, гамма-сәулелер, бета- және альфа-бөлшектер бөлінеді. Егер альфа- және бета-бөлшектер ауада тек кішкене ара-қашықтықтарға таралса, гамма-сәулелер мен нейтрондар жарылыс центрінен барлық жақтарға көптеген жүздеген метрге, тіпті километрлерге таралады. Ядролық жарылыс пен радиоактивтік бұлт аймағынан шығатын гамма-сәулелер және нейтрондар ағынын енгіш радиация деп атайды. Ядролық жарылыс кезіндегі енгіш радиацияның әсер ету уақыты екі фактормен: біріншіден, жарылыс өнімінің көтерілуімен және, екіншіден, қысқа өмір сүретін радиоактивті «сынықтардың» жартылай ыдырау периодымен анықталады.

Гамма-сәулелер мен нейтрондардың зиянды биологиялық әсері тірі ұлпалар жасушаларының атомдары мен молекулаларын иондау қабілеттігімен шартталады. Иондану нәтижесінде жасуша өледі немесе әрі қарай бөліну қабілеттігін жоғалтады. Сәулелену кезінде адам ауруды сезбейді. Бірақ бірнеше уақыттан кейін онда сәуле ауруы байқала бастайды. Адамдар мен жануарлардың енгіш радиациямен зақымдануы. Енгіш радиацияның әсері кезінде адамдар мен жануарларда сәуле ауруы пайда болуы мүмкін. Зақымдану дәрежесі сәуле шығарудың экспозициялық дозасы, осы доза алынатын уақыт, дененің сәулелену ауданы, ағзаның жалпы күйіне тәуелді. Сонымен қатар, сәулеленудің бір- және көпеселі болуы ескеріледі. Біреселі сәулелену алғашқы төрт тәулікте алған сәулелену болып саналады. Төрт тәуліктен астам уақыт бойы алынған сәулелену көпеселі болып табылады. Адам ағзасының біреселі сәулеленуі кезінде алынған экспозициялық дозаға байланысты сәуле ауруының 4 дәрежесі болады:

Бірінші (жеңіл) дәрежедегі сәуле ауруы сәуле шығарудың жалпы экспозициялық дозасы 100-200 Р кезінде пайда болады. Жасырын кезең 2-3 жұма жалғасуы мүмкін, одан кейін жалпы күйдің нашарлауы, әлсіреу, баста ауырлық сезіну, кеуденің тарлануы, терлеудң өсуі және дене температурасының жиі көтерілуі байқалады. Қандағы лейкоциттер саны азаяды. Бірінші дәрежедегі сәуле ауруы жазылмалы.

Екінші (орташа) дәрежедегі сәуле ауруы сәуле шығарудың жалпы экспозициялық дозасы 200-400 Р кезінде пайда болады. Жасырын кезең бір апта шамасына созылады. Сәуле ауруы кезінде жалпы күйдің нашарлауы ауыр түрде, жүйке жүйесі қызметінің бұзылуы, бас ауруы, бастың айналуы, бастапқыда жиі құсу, дене температурасының көтерілуі байқалады; қандағы лейкоциттер, әсіресе, лимфоциттердің саны жартыдан көпке азаяды. Белсенді емдеу кезінде 1,5-2 айдан кейін жазылуға болады. Өлім нәтижесі болуы мүмкін (20%).

Үшінші (ауыр) дәрежедегі сәуле ауруы сәуле шығарудың жалпы экспозициялық дозасы 400-600 Р кезінде пайда болады. Жасырын кезең бірнеше сағатқа дейін созылады. Жалпы күй ауыр, күшті бас аурулары, құсу, кей-кезде есінен тану немесе күрт қозу, шырышты қабыққа және теріге қан құю, қызыл иек облысындағы шырышты қабықтың некрозы байқалады. Лейкоциттер, эритроциттер және тромбоциттер саны күрт төмендейді. Ағзаның қорғаныс күштерінің әлсіреуіне байланысты әр түрлі инфекциялық аурулар туады. Емдеусіз ауру 20-70% оқиғаларда, жиірек инфекциялық арулар мен қансыраудан, өліммен анықталады.

Сәуле шығарудың экспозициялық дозасы 600 Р астам кезінде тым ауыр төртінші дәрежелі сәуле ауруы дамиды. Ол емдеусіз әдетте екі апта ішінде өліммен аяқталады.
Бақылау сұрақтары:
1 Иондаушы сәуле шығару түрлері?

2 Сәулеллену кезінде биоұлпада жүретін үрдістер?

3 Сәулеленуден пайда болатын соматикалық эффектке анықтама беріңдер?

4 Сәулеленуден пайда болатын стохастикалық эффектке анықтама беріңдер?

5 Сәулеленуден пайда болатын генетикалық эффектке анықтама беріңдер?

6 Сәулелену кезінде хромосомада пайда болатын ауытқулар?

7 Ішкі сәулеленуге анықтама беріңдер?

8 Сыртқы сәулеленуге анықтама беріңдер?

9 радиациялық әсердің факторлары.

10 иондаушы сәуле шығарудың тірі ағзаға әсерінің кезеңдерін атаңдар.