31. Биологические эффекты воздействия ионизирующих излучений

31. Биологические эффекты воздействия ионизирующих излучений

Тело человека

Тело человека подвергается воздействию ионизирующих излучений от источников, находящихся снаружи тела (внешний источник), и радиоактивных веществ, поступивших в тело (внутреннее загрязнение). Это проиллюстрировано на Рисунке 1.

Чтобы внешние источники ионизирующего излучения могли нанести вред, излучение должно проникнуть в тело и воздействовать на его клетки. Так альфа-частицы и низкоэнергетические бета-частицы не в состоянии проникнуть через кожу (кроме открытых ран и посредством химической абсорбции), только высокоэнергетические бета-частицы, гамма-излучение, рентгеновское излучение и нейтроны представляют источники внешней радиационной опасности. Это будет далее объяснено в Модуле 2.2 «Защита от внешних радиационных опасностей».

Если радиоактивные вещества поступили в организм ингаляционным или пероральным путем, через открытые раны или путем химической абсорбции, они находятся в прямом контакте с клетками и поэтому могут облучать все окружающие их клетки. В этом случае альфа- и бета-частицы представляют наибольшую опасность, так как они имеют короткий пробег в биологической ткани и вся их энергия поглощается в малом объеме. Это будет объяснено далее в Модуле 2.3 «Защита от внутренних источников радиационной опасности». При этом, когда рассматриваются источники внутри тела, важно иметь представление о том, как функционирует организм человека и как радионуклиды могут депонироваться в различных частях тела.

Тело человека базируется вокруг костной структуры, называемой скелетом, и состоит из множества функциональных единиц, известных как органы. Кожа покрывает и защищает тело, а также помогает контролировать температуру тела и водный баланс. Внутри тела располагаются системы для поступления воздуха, пищи и воды, транспортировки веществ и удаления отходов. Знание этих систем важно, так как при их функционировании радионуклиды могут поступать, переноситься и наконец покидать тело. Эти системы тела известны как дыхательная, пищеварительная, кровеносная, лимфатическая и мочевыделительная системы.

1.1 Дыхательная система

Функция дыхательной системы – доставлять воздух к кровеносной системе, чтобы кислород мог поступать в кровь, а углекислый газ покидать ее. Дыхательная система состоит из носоглотки, трахеи, дыхательных бронхов и легких. Легкие наполнены маленькими «мешочками» воздуха, называемыми альвеолами, которые окружены сетью кровеносных капилляров (смотрите Рисунок 2). Это место, где происходит газообмен.

Дыхательная система

В радиационной защите мы особое внимание уделяем радиоактивным веществам, находящимся в воздухе (особенно в виде частиц), поступающим в тело ингаляционным путем и воздействующим на легкие и другие органы. Общее воздействие радиоактивного вещества зависит от его химических и физических характеристик, особенно от размера частиц и того насколько легко оно растворимо.

Если сейчас рассмотреть общий процесс вдыхания и обмена газами, можно понять, как радиоактивные вещества депонируются в теле. Во-первых, с вдыхаемым воздухом могут поступать пылевые частицы. Если пылевая частица большая (>10 мкм в диаметре), то большинство из них будут задерживаться в верхней части дыхательной системе (например, будут задержаны волосами внутри носа) и не попадут в легкие. Однако, меньшие пылевые частицы пыли с большой вероятностью проникнут дальше в дыхательную систему .

Пылевые частицы будут оставаться в дыхательной системе, пока не будут физически удалены сметающими движениями тонких волос (ресничек), выстилающих бронхи (путем откашливания) или химически (например, будучи растворены). Удаление пылевых частиц из легких движением ресничек или кашлем обычно сопровождается глотанием. Это значит, что вдыхаемое вещество может далее попасть в пищеварительную систему.

Если пылевые частицы растворимы, они растворятся в альвеолах. Растворившееся вещество попадает в кровоток и переносится в другие части тела. Нерастворимое вещество остается в легких или в прилегающих лимфатических узлах.

1.2 Пищеварительная система

Пищеварительная система – это путь, по которому пища и вода поступают в тело и претерпевают превращения, после которых поглощаются потоком крови. Пищеварительная система представляет собой непрерывный канал, включающий рот, пищевод, желудок, тонкую и толстую кишку.

Пищеварительная система

Во время переваривания пища разрушается на простые химические соединения, которые всасываются из тонкого кишечника в кровоток и переносятся через печень к органам тела. Не переваренная пища далее обезвоживается, при прохождении через толстый кишечник, и покидает тело в виде твердых отходов (фекалии).

Пищеварительная система главный путь, по которому радионуклиды могут попасть внутрь организма. Растворимые радионуклиды, содержащиеся в пище, воде и других веществах, попадающих в организм через рот (например, при обгрызании ногтей), всасываются в кровоток и переносятся к органам тела. Нерастворимое радиоактивное вещество пройдет через пищеварительную систему и будет выделено с фекалиями. Количество радиоактивного вещества, которое поступит в кровеносную систему, зависит от многих факторов, включая химические и физические свойства  перорально  поступившего вещества.

1.3 Кровеносная система

Кровеносная система является путем, по которому вещества переносятся в организме. Кровеносная система состоит из сердца и сети артерий, капилляров и вен, которые переносят кровь по всему организму человека. Красные (эритроциты) и белые (лейкоциты) клетки крови и жидкость, называемая плазмой, являются основными компонентами крови.

Кровеносная система переносит кислород и необходимые питательные вещества по всему телу и уносит отходы для их последующего удаления. Кровеносная система также важна для защиты организма от инфекции, она доставляет защитные и восстановительные элементы к очагу инфекции.

Функционирование кровеносной системы определяет основной механизм, по которому радионуклиды могут переноситься по всему телу. Радионуклиды могут поступать в кровеносную систему напрямую (если кожа повреждена при ранении или в результате инъекции) или косвенно (через дыхательную или пищеварительную системы). Часть тела, к которой переносятся радионуклиды, зависит от химических свойств радионуклида. Например, кальций поступает из продуктов питания и откладывается в костной ткани. Элементы, которые имеют сходные химические свойства с кальцием (например, стронций, барий и радий) также будут поступать в костную ткань не зависимо от того, радиоактивны их атомы или нет. Йод необходим щитовидной железе, поэтому любой поступивший йод накапливается в щитовидке. В действительности эту способность накопления отдельных радионуклидов в определенных органах тела широко используют в рентгенографии и при медицинских обследованиях и при лечении, поскольку отдельные радионуклиды могут присоединяться к специальным химическим препаратам, которые переносятся в интересующую область тела. Такие вещества называются радиофармпрепаратами.

1.4 Лимфатическая система

Лимфатическая система в реальности является частью кровеносной системы. Она состоит из жидкости, называемой – лимфа, которая заполняет все пространства между органами тела, лимфатических сосудов и множества лимфатических желез или узлов (таких как в области паха и подмышек). Лимфатическая система не имеет центрального насоса, циркуляция жидкости в ней обеспечивается за счет движений самого тела. Она отвечает за перенос веществ между кровеносной системой и всеми клетками организма. Она также играет важную роль в защите организма. Лимфатические узлы отфильтровывают бактерии, мелкие частицы и даже раковые клетки, предотвращая их попадание в кровеносную систему и распространение в другие части тела.

Если кожа повреждена, лимфатическая система – это один из путей, по которому радионуклиды могут попасть в организм. Лимфатическая система будет переносить радионуклид в локальной области раны перед тем, как он попадет в кровь и будет переноситься кровеносной системой.

1.5 Мочевыделительная система

Мочевыделительная система – основная система, с помощью которой растворимые радионуклиды выводятся из организма. Мочевыделительная система состоит из почек, мочеточников, мочевого пузыря и мочеиспускательного канала.

Мочевыделительная система

Мочевыделительная система отфильтровывает растворимые отходы, производимые телом, включая радионуклиды, и переводит их в мочу. Если человеку введено большое количество радионуклида, например, в результате медицинских процедур, с мочой, возможно, необходимо обращаться как с радиоактивным веществом.

1.6 Резюме по системам тела

В следующей таблице обобщена информация о системах тела. Знание дыхательной и пищеварительной систем поможет нам понять, как радиоактивные вещества поступают в организм. Знание кровеносной и лимфатической систем помогает нам понять, как радиоактивные вещества могут переноситься в теле к различным органам. Мочевыделительная система объясняет, как растворимые радиоактивные вещества могут быть удалены из организма.

Таблица 1

Обзор основных систем организма человека

Дыхательная система Пищевари-тельная система Кровеносная система Мочевыде-лительная система Лимфати-ческая сис­тема
Главные органы Легкие ЖелудокКишечник СердцеАртерии

Вены

ПочкиМочевой пузырь ЛимфаЛимфати-ческие узлы
Основная функция Газовый обмен Переработка пищи Перенос Выделение раствори­мых отходов Перенос
Радиоло-гическое значение Ингаляционное поступление Пероральное поступление Перенос радио­нуклидов Выделение Перенос радионук­лидов

Вопросы для Самопроверки 1

Теперь выясните, как много Вы усвоили, отвечая в ваших рабочих тетрадях на следующие вопросы:

1. Какая система (или системы) организма человека отвечают за следующие функции?

а) Перенос веществ в организме.

б) Газовый обмен между воздухом и кровью.

в) Фильтрование крови для удаления отходов.

г) Переработка пищи.

2. Объясните кратко, используя названия систем тела, как следующие радионуклиды могут поступать в организм и накапливаться в его органах:

а) Йод-131 в молоке.

б) Пыль урановой руды в воздухе (допустим, что пыль не очень растворима.)

в) Растворимый фосфор-32 при инъекциях.

Теперь сверьте свои ответы с типовыми ответами в ваших рабочих тетрадях.