Таким образом, функционирующая система самоподдерживает себя из-за необходимости восполнения постоянных утрат, активирующих все пред­шествующие пулы, в результате чего и осуществляется постоянное клеточное обновление (54).

Под действием ионизирующего излучения происходит клеточное опустошение костного мозга и периферической крови, которое идет в несколько фаз:

1. Гибель молодых малодифференцированных стволовых клеток и часть созревающих. Происходит остановка деления всех клеток. При этом в функциональный пул продолжают выходить клетки, что приводит к быстрому опустошению костного мозга.

2. Возобновляется деление клеток костного мозга, получивших нелетальные повреждения и еще способные некоторое время к дифференциации. Однако их потомство характеризуется коротким временем жизни.

3. Опустошение костного мозга приводит к острой нехватке клеток крови.

Фаза восстановления обеспечивается лишь небольшим количеством стволовых клеток, сохранившихся в костном мозге после начального глубокого опустошения и обладающих способностью к неограниченному размножению. Они должны не только продуцировать увеличенное количество подобных себе элементов, необходимых для восстановления пула костномозговых стволовых клеток, но и производить дифференцирующиеся клетки, предназначенные для последующего созревания и поступления в кровь. Только когда пул стволовых клеток существенно разовьется, ощутимая его часть может быть направлена на созревание. В результате в начале фазы восстановления число клеток крови увеличивается медленно, затем скорость выхода зрелых клеток в кровь нарастает, достигая нормальной величины в разгар восстановления.

При облучении в дозах более 10 Гр развивается желудочно-кишечный синдром – наиболее значительные изменения происходят в тонком кишечнике. Гибель клеток в криптах и слущивание эпителия, покрывающего ворсинки слизистой, приводит к оголению ворсинок и вызывает нарушение процессов всасывания. Однако некоторое время после облучения продолжают существовать клетки с грубыми аномалиями, что задерживает время опустошения функцио­нальных компонент. При желудочно-кишечном синдроме важными для летального исхода будут оголе­ние ворсинок и инфекция, а кроме того поражение кровенос­ных сосудов, нарушение баланса жидкостей и электролитов. Вследствие гибели основного количества стволовых клеток в криптах тонкого кишечника страдает защитная функция, в организм проникают микроорганизмы, токсины, продукты распада из просвета кишечника. причем трудно определить, какой из этих механизмов наиболее существенен (5).

При очень высоких дозах облучения (более 100 Гр) гибель наступает в течении нескольких часов или реже 1-2 суток и сопровождается судорогами, что свидетельствует о глубоком поражении нервной системы. Однако, в связи с тем, что зрелая нервная ткань состоит из неделящихся клеток, ионизирующее излучение поражает клетки нейроглии и кровеносные сосуды, обеспечивающие клетки центральной нервной системы кислородом и глюкозой.

---

Сравнение радиочувствительности различных тканей свидетель­ствует о том, что радиочувствительность организма млекопитающих можно связать с радиочувствительностью костного мозга, ибо имен­но его поражение вполне достаточно для гибели организма. Поэтому под радиочувствительностью организма обычно пони­мают диапазон доз, вызывающих гибель животного при явлениях костномозгового синдрома (35).

Для количественного изучения радиочувствительности организ­ма пользуются кривыми доза-эффект, при построении которых на оси абсцисс откладывают дозы излучения, а на оси ординат—про­цент гибели в течение определенного срока наблюдения (чаще всего за 30 дней). Для всех видов млекопитающих такая кривая всегда имеет S-образную форму. Это объясняется тем, что при облучении в начальном диапазоне доз гибели не наблюдается, а при некоторой величине практически все животные погибают. Так как вся смертность регистрируется в интервале между этими дозами, то на этом отрезке кривая круто поднимается вверх, приближаясь к 100%. Наиболее пригодным и чаще всего употребляемым показате­лем радиочувствительности организма является ЛД₅₀, которую лег­ко определить по графику(рис.11).

К роме индивидуальных, существуют половые и возрастные различия в радиочувствительности организма. Так, самки, как пра­вило, менее чувствительны к излучению. У мышей в течение жиз­ни радиочувствительность в первые 2—3 недели после рождения наиболее высокая, затем снижается, выходя на плато в половозре­лом состоянии, и вновь повышается в последний период жизни.

Рисунок 11. Кривая доза-эффект (55).

2. Естественный РАДИАЦИОННЫЙ ФОН (ерф)

Естественные радионуклиды являются обычной составной ча­стью вещества биосферы, а природный радиационный фон, приводящий к облучению любого объекта во внешней среде, — один из экологических факторов, воздействующих на все живое на Земле. Радионуклиды в мелкодисперсном состоянии присутствуют во всех земных породах, воде и воздухе.

Считается, что именно за счет радио­активного распада произошел разогрев земных недр, который послужил началом текто­нических процессов и образования горных систем. При разломах коры скопления радиоактивных пород выходили из земных недр и образовывали области с повышенным фоном ионизирующего излучения. За время существо­вания Земли радиоактивность земного ве­щества постепенно снижалась за счет распа­да короткоживущих радионуклидов. Коли­чество первичных радионуклидов в оболочке Земли было в 5—10 раз выше современного (5,56).

Живые организмы подвергаются непрерывному воздействию ионизирующих излучений от различных естеcтвенных источников. Отличительными особенностями этих источников является то, что они влияют на все население Земли и остаются относительно по­стоянными в течение очень длительного периода времени. По вкла­ду в суммарное облучение растений, животных и человека в со­временный период природный радиационный фон превосходит многие другие источники. Облучение от естествен­ных источников является одной из причин возникновения раковых новообразований и наследственных болезней у человека, а также может быть важным фактором естественного (спонтанного) мутагенеза, играющего важную роль в эволюции живых орга­низмов в биосфере.

---

Источниками ЕРФ является космическое излучение и радионуклиды, содержащиеся в земной коре.

1. космическое излучение

К осмическое излучение было открыто в 1912 году немецким физиком Виктором Гессом. Он решил проверить как далеко в атмосферу распространяется излучение от поверхности земли. Взяв чувствительный прибор, Гесс стал подниматься на воздушном шаре.

Рисунок 12. Портрет Виктора Гесса. Отправление воздушного шара 1911-1912 гг., Виктор Франц Гесс (сидит в корзине) (изображение VF Hess Society / Schloss Pöllau)(121).

Вначале радиоактивность падала, но затем стала быстро возрастать и на высоте в 4800 м в четыре раза превосходила уровень на поверхности земли. Виктор Гесс сделал вывод, что какая-то часть радиации поступает на земную поверхность из космоса.

Космическое излучение делится на первичное, состоящее из быстрых протонов, аль­фа-частиц и небольшого количества ядер углерода, азота, кислорода и более тяжелых ядер, попадающих на Землю из мирового про­странства. Большая часть этих частиц задерживается атмосферой, однако некоторая часть высокоэнергичных частиц проникает в верхние слои атмос­феры и воздействует на ядра атомов составля­ющих ее элементов. В результате формируется вторичное излучение, которое достигает поверхности земли. Таким образом, на высоте 25-30 км и выше преобладает первичное излучение, а ниже – в основном вторичное.

Изотопы, составляющие вторичное излучение, возникают в результате ядерных реакций и захвата нейтронов атомами атмосферы (Рис.13).

Рисунок 13. Формирование вторичного излучения (122).

Всего известно 14 космогенных радионуклидов, но в наибольших количествах на земную поверхность выпадают:

тритий (Т_1/2=12,34 года), который превращается, в основ­ном, в тритированную воду и с осадками вы­падает на земную поверхность, участвуя в круговороте воды;

углерод-14 (Т_1/2=5 730 лет) — вмес­те с обычным углекислым газом вовлекает­ся в биотический круговорот через фотосинтез;

бериллий-7 (Т_1/2=53,6 суток) —с дождевой водой поступает в растения, и далее с зелеными овощами — в организм живот­ных и человека (1, 58,29).

Мощность вторичного космического излучения у поверхности земли изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря: чем выше расположена территория, тем меньше слой экрани­рующей атмосферы и, соответственно, вы­ше мощность вторичного космического из­лучения. Это явление называется ба­рометрическим эффектом. Изменение мощ­ности вторичного космического излучения происходит и при удалении от экватора, т.к. уменьшается толщина тропо­сферы и ее экранирующее действие. Кроме того, траектория заряженных частиц космического излучения боль­ше искривляется геомагнитным полем Земли в области экватора, и поэтому здесь к поверхности могут проникать только части­цы с наиболее высокой энергией, а в полярных областях - и частицы сравни­тельно невысокой энергии. Это явление носит название широтного эффекта (66, 58).

---

Космическое излучение формирует внешнее облучение человека. Еще некоторую дозу, обусловливают космогенные радионуклиды, поступающие с пищей (тритий и углерод-14). В целом эквивалентная поглощенная доза от источников космического происхождения составляет чуть более 15% от эквивалентной поглощенной дозы, формируемой всеми источниками естественной радиации. Исключение составляют жители высокогорий (высота свыше 2000 м над уровнем моря), где доза в несколько раз выше, чем на равнинных территориях (рис.14). А также пассажиры и экипаж самолетов: на высоте в 4 тыс.м уровень облучения возрастает примерно в 25 раз(2,16).

Рисунок 14. Барометрический эффект космического излучения

4.2 Земная радиация

Основной вклад в формирование естественного радиоактивного фона вносят радионуклиды, содержащиеся в горных породах: калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств урана-238 и тория-232.

Калий-40 (Т_1/2=1,3 млн лет) встречается в виде трех изотопов — калий-39, калий-40 и ка­лий-41, из которых радиоактивен только калий-40, усваивающийся организмом вместе со стабильными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Соотношение изотопов в составе природного калия соответствует: ка­лий-39 — 93,08 %, калий-41 — 6,91 %, ка­лий-40 — 0,01 %, причем он усваивается любым организмом без изменения изотопного состава. В наибольших концентрациях калий-40 содержится в фосфатно-калийных и азотно-фосфорно-калийных удобрениях, с которыми он попадает в сельскохозяйственные культуры и пищу. Лучшими аккумуляторами калия среди культурных растений являются: фасоль, картофе­ль, орехи и клюк­ва; среди дикорастущих - мак­симальные значения характерны для высших цветковых растений; несколько ниже они у голосемянных и минимальны — у мхов и лишайников. Особенно велика роль калия-40 при внутреннем облучении организма, т.к. калий активно по­глощается организмом из окружающей сре­ды и участвует в обмене веществ. Калий-40 является основным естественным бета-излучателем, содержащимся в теле лю­бого представителя флоры и фауны (4,98).

Рубидий-87 (Т_1/2=61 млрд лет) является хи­мическим аналогом калия и встречается всегда вместе с ним. Рубидий имеет два изотопа — стабильный рубидий-85 и радиоактивный рубидий-87, который рас­пространен в окружающей среде в микро­количествах. Это радионуклид с «мягким» бета-излучением (99).

Радиоактивные семейства (ряды) – это генетически связанные последовательным радиоактивным распадом цепочки (ряды) ядер естественного происхождения. В природных рядах наблюдается только α- и β- распад.

Семейство урана. В природе уран состоит из трех изото­пов — уран-238 (Т_1/2=4,5 млрд лет), уран-235 (Т_1/2=0,7 млрд лет) и уран-234 (Т_1/2=248 тыс. лет). Ос­новную массу составляет уран-238 (99,28 %). Однако, уран-234 является аль­фа-излучателем и имеет меньший период полураспада, поэтому он вносит почти такой же вклад в облучение окружающей среды, как и уран-238 (1, 29).

---

Основная часть природного урана находится в мелкодисперсном состоянии в горных породах и почвах, а также в океанах, морях, озерах и реках. Однако встречаются и урановые провинции, где на многие сотни километров вокруг отмечается повышенное содер­жание урана во всех компонентах биогеоценозов. Известны урановые провинции в США (плато Колорадо, урановые месторождения в штатах Вайоминг, Дакота, Невада, Вашинг­тон), на западе Аргентины, вдоль Бразиль­ского горного щита и на юге Африки, а также во Франции, в Чехии и Словакии.

Например, эквивалентная доза, получаемая 12-тысячным населением курортного города Гуапари (Бразилия), в 800 превосходит средний уровень и достигает 250 мЗв/год.

В организме млекопи­тающих уран накапливается в основном в костной ткани, причем более интен­сивно в молодых организмах. Население Западной Австралии, про­живающее в районах с повышенной концен­трацией урана, питающееся мясом овец и кенгуру, получает дозы, в 75 раз превосхо­дящие средний уровень (7,3). Среди растений лучшими аккумуляторами являются мхи.

В процессе распада родоначальника семейства урана-238 образуется ряд продуктов, которые вносят значительный вклад в формирование естественного радиационного фона.

Радий-226 (Т_1/2=1620 лет) —испускает альфа-излу­чение и гамма-излучение. Он сопут­ствует урану в местах его накопления и встречается повсеместно. Активно накапливается в растениях и рыбе, откуда по­ступает в организм млекопитающих, накапливаясь в основном в костях скелета, а также мяг­ких тканях (55).

Рассеянный в земных породах ра­дий-226 непрерывно распадается с образо­ванием инертного благородного газа — радона-222 (Т1/2=3,82 суток). Это коротко живущий альфа-излучатель, который при распаде дает ряд дочерних, тоже радиоактивных нуклидов, излучающих альфа-, бета- и гамма-лучи.

Наибольший вклад в радиоактивное облучение человека вносит именно радон. Он ответственен за 3/4 годовой дозы облучения, получаемой людьми от земных источников радиации и примерно за половину этой дозы от всех природных источников. Радон не вступает в химические связи с другими элементами, но сравнительно хо­рошо растворим в воде, и способен ми­грировать на значительные расстояния, что создает благоприятные условия для рассея­ния в биосфере долгоживущих продуктов его распада. При альфа-распаде образуется целый ряд более опасных изотопов: полная цепочка распада выглядит так: Радий-226 (Т1/2=1600 лет) альфа-распад => Радон-222 (Т1/2=3,82 дня) альфа-распад => Полоний-218 (Т1/2=3,11 минуты) альфа-распад => Свинец-214 (Т1/2=26,8 минуты) бета-распад => Висмут-214 (Т1/2=19,9 минуты) бета-распад => Полоний-214 (Т1/2=163 микросекунды) альфа-распад => Свинец-210 (Т1/2=22,3 года) бета-распад => Висмут-210 (Т1/2=5,01 дня) бета-распад => Полоний-210 (Т1/2= 138 дней) альфа-распад => Свинец-206 (устойчивый). Короткоживущие продукты распада не представляют особой опасности, поэтому наибольшее значение в этой цепочке имеют наиболее долгоживущие свинец-210 и полоний-210. В растения эти изотопы поступают из почвы через корневую систему, а также через листья с дождевой влагой. Например, обнаружено, что со­держание свинца-210 в траве боль­ше соотносится с количеством осадков, чем с его содержанием в почве. Свинец-210 наиболее сильно аккумулируется лишайниками (содержание в 50 раз выше, чем в высших расте­ниях) и мхах (в 20—30 раз выше).

---

Смотрите также файлы

• таможня вопрос-ответ.docx

• Восточно-Европейская платформа.docx

• Проблема урбанизации.docx

• Istoria.docx

• МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ.docx