Effetti biologici delle radiazioni.

Azione Radiazione ionizzante studiano gli organismi viventi da quando lo scienziato francese André Becquerel riuscì a scoprire il fenomeno della radioattività nel 1896. Gli agenti ionizzanti includono raggi X E radiazione gamma manifestandosi sotto forma di porzioni di energia, o cosiddetti quanti.

Volando sopra il guscio di un atomo, quanti e particelle sono in grado di strappargli un elettrone. Una volta privati ​​di un elettrone carico negativamente, gli atomi e le molecole diventano ioni caricati positivamente. Ecco come funziona il processo in termini generali ionizzazione atomi e molecole. Insieme a questo, quando le radiazioni ionizzanti interagiscono con solventi di molecole biologiche (acqua o grassi), si formano altri prodotti di ionizzazione: i radicali liberi(frammenti attivi di molecole) con uno o due elettroni spaiati.

Ioni e radicali, a causa della loro elevata reattività, sono in grado di entrare in complesse reazioni chimiche con altre molecole e, inoltre, gli elettroni eliminati dalle radiazioni possono causare sempre più atti di ionizzazione. Una tale catena di eventi porta solitamente a vari cambiamenti distruttivi nelle macromolecole da cui sono costruiti i sistemi viventi.

La sensibilità alle radiazioni delle macromolecole biologiche situate in una provetta (all'esterno del corpo) e come parte delle cellule viventi si è rivelata sorprendentemente diversa. Danni pari allo 0,001-0,1% del DNA, praticamente non rilevabili all'esterno del corpo, portano al disastro se queste macromolecole fanno parte di una cellula vivente. Questa differenza può essere spiegata principalmente da due ragioni. Innanzitutto, le macromolecole del DNA che compongono i geni sono uniche. Sono contenuti nel nucleo cellulare in una, due o più copie. Ciò significa che la loro ripetibilità è limitata. In secondo luogo, nella cellula vivente e nell'intero organismo esistono meccanismi di vario genere che moltiplicano l'effetto iniziale. Questo miglioramento si manifesta, ad esempio, nel fatto che un cambiamento (mutazione) di un solo gene nella cellula germinale successivamente - durante la fecondazione e la maturazione del feto - riproduce questa mutazione in tutte le cellule del corpo sotto forma di deviazioni nella struttura e nella funzione.

I linfociti e altre cellule del sistema immunitario sono cellule somatiche. Il processo di morte delle cellule somatiche a seguito dell'irradiazione è stato studiato in modo più approfondito. Esistono due tipi principali di morte cellulare a contatto con le radiazioni: riproduttivo(al momento della divisione cellulare) e interfase(durante il periodo dormiente - tra la divisione precedente e quella successiva).

In entrambi i casi, la causa principale della morte cellulare risiede nella distruzione dei cromosomi o, più precisamente, nella rottura delle molecole di DNA. Ogni cromosoma è costituito da due filamenti di DNA. A seconda dell'intensità della radiazione, può verificarsi una rottura in uno o entrambi i filamenti del DNA.

Le singole rotture di un thread vengono facilmente guarite (ripristinate). A questo scopo nella gabbia è presente una cella speciale sistema di riparazione con una serie di enzimi riducenti. Cosa succede se entrambi i fili si rompono contemporaneamente? In questo caso, i fili vengono separati, la cellula diventa riparatrice e, di regola, muore. Con un'irradiazione intensa, tutte le cellule in divisione muoiono (morte riproduttiva) e principalmente quelle che presentano una rottura del DNA a doppio filamento. La morte in interfase è associata al processo di maturazione delle cellule “a riposo” ed è il destino di solo pochi tipi di cellule, tra cui i linfociti. Le cellule in interfase muoiono rapidamente - entro il primo giorno dopo l'irradiazione. I meccanismi per la sua attuazione non sono completamente compresi. C'è l'idea che la morte in interfase sia un'accelerazione della morte cellulare naturale, geneticamente programmata. Inizialmente, sotto l'influenza dell'enzima endonucleasi, il DNA viene distrutto e, successivamente, si verifica una violazione irreversibile dell'integrità delle membrane cellulari. Questa forma di morte si osserva non solo durante l'esposizione alle radiazioni, ma anche quando la cellula è esposta ai raggi UV, agli ormoni corticosteroidi e ad alcuni farmaci. Di conseguenza, il fattore di radiazione non presenta particolari differenze rispetto ai fattori fisiologici che innescano i processi biologici. Le cellule sono probabilmente in grado di tradurre qualsiasi evento molecolare che si verifica sotto l'influenza di vari fattori esterni nel linguaggio standard dei segnali intracellulari.

Le forme riproduttive e interfasiche di morte delle cellule irradiate sono la causa del danno da radiazioni agli organismi superiori. In questo caso, a causa della morte dei linfociti, gli organi del sistema immunitario vengono devastati alternativamente in due ondate. La devastazione precoce si verifica a seguito della morte interfase. Successivamente si verifica a causa della morte delle cellule riproduttive. Come è stato detto, tutti i tessuti che si rinnovano intensamente sono suscettibili alla morte riproduttiva. Questi includono tessuto emopoietico, immunitario, generativo, tessuto mucoso intestinale, ecc. È la loro sconfitta che costituisce la maggior parte del processo patologico, come viene chiamato malattia da radiazioni.

Esamineremo un quadro più olistico del danno generale da radiazioni al corpo a seconda della dose utilizzando la Tabella 1.

Tabella 1 Scala degli effetti biologici durante l'irradiazione generale

Dose (grigio)	Effetto
~2000	Morte sotto la trave
10--100	Forma cerebrale di malattia da radiazioni (stato comatoso, morte dopo 1-2 ore)
6--10	Forma intestinale di malattia da radiazioni (grave danno alla mucosa intestinale, morte 3-12 giorni)
4--6	Forma del midollo osseo della malattia da radiazioni (grave danno al midollo osseo, danno alla mucosa intestinale)
2--4	Gravità media della malattia da radiazioni (riduzione dell’aspettativa di vita media di 3-9 anni)
1--2	Stato di immunodeficienza (cancerogenesi post-radiazioni)
0,5--1	Disturbi ematopoietici, disturbi immunitari primari, raddoppio delle mutazioni, aumento dell'incidenza di neoplasie maligne
0,1--0,5	Sterilità maschile temporanea
0,05--0,1	Registrazione delle mutazioni
0,002--0,05	Stimolazione dell'attività vitale
0,001--0,002	Attività vitale ottimale
Meno di 0,001	Depressione delle funzioni vitali

Tuttavia, anche in questo diagramma la scala degli effetti biologici dell’azione post-radiazione è minima. Oltre a questi effetti, ce ne sono altri: varie disfunzioni degli immunocentri, il rapporto quantitativo di varie forme di immunocentri durante le loro interazioni cooperative, l'invecchiamento da radiazioni degli organi irradiati, il sistema immunitario, ecc.

Va detto che per tutte le radiazioni ionizzanti è consuetudine distinguere tre dosi Dose assorbita determinato dalla quantità di energia assorbita dall'oggetto irradiato ed espresso in grigi. Esposizione determinato dall'effetto di ionizzazione nell'aria in condizioni normali e denominato "coulomb per kg" Equivalente determinato da effetti biologici ed espresso in sievert.

La tabella n. 2 mostra le unità di misura delle dosi indicate nel sistema internazionale di unità - SI e la loro relazione con le unità non sistemiche (derivate).

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al rapporto tra unità di assorbimento, esposizione e dosi equivalenti per radiazioni gamma e raggi X, dove 1 Gy = 1 ZB e 1 rad = 1 rem. A causa del fatto che il grado di danno (radiosensibilità) degli oggetti biologici è determinato dalla dose di radiazioni assorbita e dalla suscettibilità di questo oggetto agli effetti delle radiazioni, le dosi in Fig. 1 nel testo principale sono espressi in grigio.

Danni da radiazioni al sistema immunitario

Per comprendere le peculiarità dell'effetto delle radiazioni su varie parti del sistema immunitario, dobbiamo rispondere alla domanda: come determinare la radiosensibilità degli oggetti biologici. Si ritiene che la radiosensibilità dipenda dalla dose assorbita e dalla suscettibilità dell'oggetto biologico alle radiazioni. Viene valutato in modo diverso a diversi livelli biologici.

La radiosensibilità a livello dell'organismo, ad esempio, viene valutata utilizzando LD 50/30, una dose letale che provoca la morte del 50% degli organismi irradiati entro 30 giorni dall'irradiazione; a livello cellulare utilizzando una dose designata D 37. Il fatto è che la radiosensibilità delle cellule è più conveniente : il tutto misurato in dosi alle quali in media si verifica un colpo letale di particelle o quanti di energia per cellula. Ma poiché i colpi sono distribuiti in modo casuale, alcune celle vengono colpite due o tre volte, mentre altre rimangono illese. Secondo le leggi della statistica, tali cellule non interessate risultano essere il -37%. Pertanto, D 37 è stato preso come criterio per valutare la sensibilità ai raggi cellulari. Per la morte di cellule di qualsiasi tipo al momento della divisione, D 37 è approssimativamente lo stesso e ammonta a 1 Gy. Una dose simile è per i linfociti che entrano nella divisione. La sensibilità delle cellule in interfase (a riposo) è più diversificata, quindi la D 37 per loro varia da 0,5 a 3 Gy.

Se parliamo della dose, la morte delle cellule radioattive è evidente entro 1 Gy. All'aumentare della dose, il numero di cellule morenti aumenta fino a 6-7 Gy. Successivamente, nel corpo rimangono solo le cellule radioresistenti dei tessuti linfoidi: macrofagi, elementi stromali (cellule epiteliali e del tessuto connettivo) che costituiscono la struttura degli organi, nonché alcuni linfociti funzionalmente maturi che sono invulnerabili alle radiazioni.

Se parliamo di tempo, i linfociti muoiono in più fasi. Il primo giorno (6-12 ore) dopo l'irradiazione inizia la morte cellulare in interfase, che porta a conseguenze molto evidenti. Quando le cellule muoiono, la dimensione di tutti gli organi linfoidi diminuisce. Sembrano svuotati, anche se la loro struttura tissutale è completamente conservata. Successivamente inizia la seconda fase di devastazione degli organi linfoidi. Continua nei successivi 3-4 giorni, ma molto più lentamente. In questa fase, la causa della devastazione è la morte riproduttiva delle cellule in divisione. La divisione cellulare in questo caso è provocata dall'afflusso di vari antigeni (microbici), la cui invasione si intensifica a causa della rottura delle barriere naturali (pelle, mucose, ecc.).

Il danno da radiazioni alle funzioni barriera della pelle e delle mucose, in senso stretto, non è direttamente correlato al sistema immunitario. Ma questa circostanza indica quanto siano importanti l'integrità e la preservazione delle relazioni tra i vari sistemi per la sicurezza generale del corpo.

La distruzione delle barriere naturali da parte delle radiazioni, l'inondazione del corpo con la flora batterica e la transizione della maggior parte dei linfociti verso la divisione creano il periodo più drammatico nel rapporto tra linfociti e radiazioni. Solo dopo 3 - 4 giorni la situazione cambia. A una dose relativamente tollerabile, cambia in meglio. Cellule non colpite o leggermente colpite dalle radiazioni; Entrati nella fase di riposo, possono svilupparsi ulteriormente, entrare nella fase di maturità e successivamente svolgere le loro funzioni immunologiche. I discendenti dei linfociti B (produttori di anticorpi) iniziano a secernere anticorpi, i T-killer iniziano a distruggere attivamente le cellule bersaglio e i T-helper iniziano a sintetizzare e secernere proteine ​​regolatrici (interleuchine, ecc.) necessarie per l'interazione intercellulare.

Nella fase di maturità funzionale, i linfociti, di regola, sono resistenti alle radiazioni anche a dosi di diverse decine di grigi. In questo stato, non sono minacciati di morte interfasica e hanno superato il pericolo di morte riproduttiva.

Tuttavia, la situazione cambia quando si ricevono dosi di radiazioni difficili da tollerare. È molto difficile per il sistema immunitario compensare perdite colossali. Pertanto, ogni volta che i linfociti irradiati vengono attaccati da una massa di antigeni, è in gioco non solo la vitalità delle cellule linfoidi, ma anche la vita dell'organismo stesso.

Parlando di interfase e morte riproduttiva dei linfociti, stiamo essenzialmente discutendo della radiosensibilità di due fasi del ciclo vitale di queste cellule: la fase di riposo e la fase di divisione, sebbene la fase di riposo sia un concetto molto relativo. Durante questo periodo del ciclo vitale, le cellule o si differenziano, cioè maturano, passando da uno stadio di sviluppo all'altro, oppure raggiungono lo stadio di maturità; svolgere le loro responsabilità funzionali dirette. Come possiamo vedere, la radiosensibilità dei diversi stadi di sviluppo può differire in modo abbastanza significativo. Spieghiamolo con un esempio: le cellule T. Le forme più giovani di cellule T, timociti precoci e il più radioresistente. Grazie a loro, l'organismo, quando si trova in situazioni difficili, non è indifeso nel ripristinare la popolazione irradiata di cellule T. Celle della fase successiva - timociti corticali, al contrario, sono le cellule più radiosensibili del sistema immunitario, e forse dell’intero organismo. Sono insolitamente fragili e quindi sono i primi a essere colpiti in qualsiasi situazione stressante. Anche normalmente, la maggior parte di loro muore senza lasciare il timo. Nella fase successiva dello sviluppo, prima di incontrare l'antigene, le cellule, sebbene ancora radiosensibili, sono molto meno dei timociti corticali.

Uno studio comparativo sulla radiosensibilità degli immunociti ha rivelato che i linfociti B, responsabili della formazione di anticorpi, sono più radiosensibili dei linfociti T e tra questi ci sono le cellule T helper. : (specialmente quelli coinvolti nelle risposte immunitarie cellulari piuttosto che umorali). Sono i linfociti T che si trovano tra i pochi linfociti sopravvissuti negli organi linfoidi dopo l'esposizione ad alte dosi di radiazioni (decine di grigi). Si noti che le popolazioni di cellule B sono più omogenee in termini di radiosensibilità rispetto alle cellule T.

Da qui il diverso grado di danno alle forme cellulari e umorali della risposta immunitaria, perché è determinato dalla radiosensibilità delle cellule responsabili di queste forme di risposta (Fig. 1).

Fig.1.Radiosensibilità di vari tipi di risposta immunitaria

Le reazioni immunologiche, che si basano sulla risposta dei linfociti B (formazione di anticorpi), sono più influenzate dalle radiazioni rispetto alle reazioni delle cellule T. Risulta essere più vulnerabile protezione antibatterica, associato alla produzione di anticorpi e meno - protezione antivirale, Dipendente dai linfociti T. Tuttavia, non esistono regole senza eccezioni, come evidenziato da cellule soppressorie. I loro precursori non stimolati con l'antigene non sono diversi in termini di radiosensibilità dalla maggior parte delle altre cellule T. Dopo il contatto con gli antigeni e la maturazione in forme funzionalmente attive, i soppressori T si trovano in una posizione speciale. Invece di diventare radioresistenti dopo la stimolazione, mantengono una radiosensibilità piuttosto elevata. Pertanto, la maggior parte di loro muore a dosi di 4 - 6 Gy.

Abbastanza resistente alle radiazioni cellule killer naturali(cellule NK) responsabili dell’immunità antitumorale. D 37 per loro è entro 7-8 Gy. Non richiedono il contatto preventivo con gli antigeni per funzionare come cellule killer o per acquisire radioresistenza.

Celle le cellule della memoria sono più radioresistenti dei linfociti “vergini” che non sono stati in contatto con l’antigene. Ciò spiega la maggiore radioresistenza della risposta immunitaria secondaria rispetto alla risposta immunitaria primaria.

Tuttavia, la differenza tra la radiosensibilità dei linfociti vergini e. celle di memoria non è così grande da poter spiegare le differenze tra la radiosensibilità delle risposte primarie e secondarie. Si è scoperto che questo processo dipende non solo dalle caratteristiche delle cellule, ma anche dall'elevato livello di attrezzatura della risposta secondaria. Il fatto è che ci sono sempre molte più cellule disponibili di quelle necessarie per una risposta immunitaria efficace. Pertanto la morte di una certa percentuale di cellule fino ad un certo punto non ha quasi alcun effetto sul livello della risposta immunitaria.

Quando irradiato, tutti i processi associati con contatti intercellulari. Quasi nessuna risposta immunitaria può verificarsi senza l’interazione cooperativa tra le cellule T-B-A. Esistono due tipi di interazione intercellulare: umorale (remoto) E cellulare (contatto). Quando irradiato più fortemente, viene colpito il secondo, che è associato a una specifica interruzione dei sistemi recettoriali delle membrane cellulari. Abbiamo già accennato al fatto che non sempre le cellule B sono in grado di far fronte da sole a un particolare focolaio della malattia. E poi le cellule T corrono in loro aiuto per completare il processo immunitario attraverso il contatto. Tuttavia, molto spesso il processo viene interrotto, poiché quanto più i contatti intercellulari sono coinvolti nelle reazioni immunitarie, tanto più forte è l'effetto delle radiazioni su di essi. La risposta immunitaria dipende in gran parte da quando avviene l'incontro degli immunociti con gli antigeni: prima e dopo l'irradiazione. Negli esperimenti, questi processi vengono studiati sugli animali immunizzandoli, cioè iniettando loro antigeni.

Durante l'irradiazione, il processo di penetrazione selettiva dei linfociti dal flusso sanguigno negli organi linfoidi viene interrotto. In questo caso, come dicono gli immunologi, viene interrotto l’“istinto di casa” dei linfociti, cioè la loro capacità di trovare la propria casa (organi linfoidi). Il motivo è una violazione dei sistemi di riconoscimento della membrana di queste cellule. Il percorso di migrazione dei linfociti verso i linfonodi dell'intestino, del tratto respiratorio, ecc. è interrotto, sebbene il percorso verso la milza rimanga libero, il che si spiega con la peculiare struttura dei suoi capillari. Pertanto, si verifica una situazione in cui i linfociti penetrano liberamente nella milza, ma non possono migrare verso i linfonodi. E questo per loro è molto importante, perché è nei linfonodi che vengono reclutati e chiamati in servizio per proteggere l'organismo dalle aggressioni esterne ed interne. Pertanto, la soppressione della risposta immunitaria nei linfonodi è più pronunciata che nella milza.

Dopo l'irradiazione, l'immunità viene soppressa a causa del danno agli immunociti e si manifesta con una diminuzione degli indicatori massimi delle reazioni immunitarie (titolo anticorpale, attività delle cellule killer) e un rallentamento del ritmo con cui si stabilisce un "nuovo livello massimo" di questi indicatori. Tutto ciò si ripercuote negativamente sulle funzioni protette, soprattutto dalle aggressioni biologiche esterne. Il sistema immunitario irradiato non è in grado di combattere adeguatamente i microbi che riempiono il corpo dopo l'irradiazione. I prodotti di scarto dei microbi hanno un ulteriore effetto immunosoppressivo sul corpo. La situazione è complicata dal fatto che, insieme alla flora patogena, la microflora obbligata (innocua o parzialmente benefica), che prima viveva pacificamente nelle vie respiratorie e digestive e sulla pelle, inizia ad attivarsi e ad esibire proprietà patogene. In questo modo si formano stati di immunodeficienza secondaria, la cui causa è la cosiddetta infezioni opportunistiche.

Il problema della transizione dei microbi obbligati in uno stato condizionatamente patogeno sta diventando sempre più acuto a causa del deterioramento della situazione ecologica nel nostro ambiente. E il ruolo delle radiazioni qui, come sappiamo, è significativo.

Nell'immunologia delle radiazioni, quando si parla di radiosensibilità, si parla molto spesso di morte delle cellule radioattive. In realtà, la questione non si limita alla sopravvivenza o alla morte della cellula. Dopotutto, le cellule che sopravvivono all'irradiazione non sempre mantengono la loro funzione. Di regola, viene violato potenziale bioenergetico cellule, lavoro apparato nucleare, sistemi a membrana ecc. Il recupero completo delle popolazioni cellulari irradiate avviene raramente e il ripristino delle loro qualità funzionali è solitamente associato al loro rinnovamento quantitativo. Il deterioramento funzionale senza morte è più comune nei macrofagi e in altre cellule di supporto del sistema immunitario.

Non vi è dubbio sulla diminuzione della resistenza agli agenti infettivi (immunità infettiva). Ma l’effetto delle radiazioni sull’immunità antitumorale è più complesso. Sebbene l’irradiazione aumenti l’incidenza dei tumori, questi si sviluppano in un secondo momento.

Consideriamo brevemente i risultati dell'esposizione alle radiazioni processi autoimmuni. A prima vista, sembra inaspettato: perché, sullo sfondo del livello generale dei processi autoimmuni, vengono attivate reazioni dirette contro gli antigeni delle proprie cellule e tessuti. Normalmente, la tolleranza agli autoantigeni è assicurata in modo affidabile dai meccanismi degli organi centrali e periferici del sistema immunitario.

Al momento della maturazione dei linfociti a livello degli organi centrali, primo scudo - abbattimento di cloni cellulari diretti contro antigeni self. Secondo scudo- il divieto di reazioni contro i propri antigeni viene effettuato dai soppressori, che impongono il loro "veto" sul conflitto tra il sistema immunitario e le cellule del proprio corpo. Ma le radiazioni, che colpiscono entrambi gli scudi, violano le leggi della tolleranza. Di conseguenza, si osserva la distruzione dei tessuti e degli organi del corpo, gli autoantigeni vengono rilasciati dall'influenza delle relazioni naturali, la reazione all '"estraneo" è indebolita e la reazione al "proprio" è rafforzata. Ciò significa che le radiazioni non solo sopprimono il sistema immunitario, ma distorcono il funzionamento coordinato del sistema immunitario e interrompono le basi della sua attività.

Tutto quanto detto ci permette di fare le seguenti generalizzazioni. Il danno alle cellule, che porta alla loro morte o alla diminuzione dell'attività funzionale, è la causa dell'indebolimento dell'immunità. I più radiosensibili sono i linfociti. Esistono differenze interne sia tra le sottopopolazioni che tra i linfociti. I linfociti B sono più sensibili alle radiazioni rispetto ai linfociti T. Le differenze si trovano all'interno della popolazione di cellule T. I più radioresistenti sono i T-helper, mentre i più radiosensibili sono i T-soppressori. Al gruppo resistente alle radiazioni appartengono anche le cellule natural killer e i magcrofagi. La maggior parte dei linfociti muore durante l'irradiazione nell'intervallo da 0,5 a 6 Gy. Il primo giorno muoiono principalmente le cellule interfase e nei successivi 3-4 giorni (di solito in presenza di antigene) muoiono le cellule in divisione.

Tutti i linfociti (eccetto i soppressori) dopo il contatto con l'antigene e raggiungendo lo stadio maturo (effettore) acquisiscono una maggiore radioresistenza. A causa dell'irradiazione, l'immunità anti-infettiva è maggiormente colpita. Anche l'immunità antitumorale è influenzata, ma le conseguenze vengono rilevate solo dopo molto tempo. L'autoimmunità, a differenza delle prime due, al contrario, aumenta. Nonostante la radiosensibilità relativamente elevata dei linfociti, il sistema immunitario è il più vulnerabile tra gli altri sistemi corporei a dosi non superiori a quelle letali medie del sistema immunitario, che è responsabile dell'integrità individuale di un particolare organismo.

Fattori che influenzano il danno da radiazioni. L'effetto biologico finale è influenzato da diversi fattori, che si dividono principalmente in fisici, chimici e biologici. Tra fattori fisici In primo luogo c'è il tipo di radiazione caratterizzata da una relativa efficacia biologica. Le differenze negli effetti biologici sono dovute al trasferimento lineare di energia di un dato tipo di radiazione ionizzante, che è associata alla densità di ionizzazione e determina la capacità della radiazione di penetrare negli strati della sostanza che la assorbe. L'RBE rappresenta il rapporto tra la dose di radiazione standard (isotopo 60Co o radiazione a raggi X da 220 kV) e la dose di radiazione in studio, che fornisce un uguale effetto biologico. Poiché è possibile selezionare molti effetti biologici per il confronto, esistono diversi valori RBE per la radiazione da testare. Se si prende l'effetto catarattogeno come indicatore dell'effetto post-radiazione, il valore RBE per i neutroni di fissione è compreso tra 5 e 10 a seconda del tipo di animali irradiati, mentre secondo un criterio importante - lo sviluppo di radiazioni acute malattia: l'RBE dei neutroni di fissione è circa 1. Il successivo fattore fisico significativo è la dose di radiazione dell'agente ionizzante, che nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è espressa in grigi (Gy). 1 Gy = 100 rad, 1 rad = 0,975 R. Lo sviluppo di sindromi da lesioni da radiazioni e l'aspettativa di vita dopo l'irradiazione dipendono dall'entità della dose assorbita. Quando si analizza la relazione tra la dose ricevuta da un mammifero e uno specifico effetto biologico, viene presa in considerazione la probabilità del suo verificarsi. Se l'effetto appare in risposta all'irradiazione indipendentemente dall'entità della dose assorbita, è classificato come stocastico. Ad esempio, gli effetti ereditari delle radiazioni sono considerati stocastici. Al contrario, si osservano effetti non stocastici al raggiungimento di una certa dose soglia di radiazioni. A titolo esemplificativo si segnalano opacità del cristallino, infertilità, ecc. Nelle Raccomandazioni della Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica (n. 26, 1977), gli effetti stocastici e non stocastici sono definiti come segue: “Stocastici sono quelli non- effetti soglia per i quali la probabilità del loro verificarsi (e non tanto la loro gravità) è considerata in funzione della dose. Gli effetti non stocastici sono quelli in cui la gravità del danno varia con la dose e, pertanto, per i quali può esistere una soglia affinché si verifichi”. Le sostanze chimiche radioprotettive, a seconda della loro efficacia, riducono al massimo l'impatto biologico delle radiazioni di 3 volte. Non possono impedire il verificarsi di effetti stocastici. Fattori chimici significativi che modificano l'effetto delle radiazioni ionizzanti includono la concentrazione di ossigeno nei tessuti del corpo dei mammiferi. La sua presenza nei tessuti, soprattutto durante l'irradiazione con raggi gamma o X, potenzia gli effetti biologici delle radiazioni. Il meccanismo dell'effetto ossigeno si spiega con un aumento soprattutto dell'effetto indiretto delle radiazioni. La presenza di ossigeno nel tessuto irradiato al termine dell'esposizione dà l'effetto opposto. Per caratterizzare l'esposizione, insieme alla dose totale, è importante la durata dell'esposizione. La dose di radiazione ionizzante, indipendentemente dal tempo della sua azione, provoca lo stesso numero di ionizzazioni nell'organismo irradiato. La differenza, tuttavia, sta nell’entità della riparazione del danno da radiazioni. Di conseguenza, con un irraggiamento di potenza inferiore si osserva un minor danno biologico. La dose assorbita è espressa in grigi per unità di tempo, ad esempio Gy/min, mGy/h, ecc. La modifica della radiosensibilità dei tessuti corporei è di grande importanza pratica. Questo libro è dedicato ai radioprotettori, cioè alle sostanze che riducono la radiosensibilità dell'organismo, ma questo non vuol dire che sottovalutiamo la ricerca sui radiosensibilizzatori; il loro studio è condotto principalmente nell'interesse della radioterapia. CLASSIFICAZIONE E CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE RADIOPROTETTIVE L'effetto radioprotettivo è stato riscontrato in numerose sostanze con strutture chimiche diverse. Poiché questi composti dissimili hanno proprietà molto diverse, talvolta opposte, è difficile separarli mediante l'azione farmacologica. Per manifestare un effetto radioprotettivo nel corpo di un mammifero, nella maggior parte dei casi, è sufficiente una singola somministrazione di radioprotettori. Esistono però anche sostanze che aumentano la radioresistenza solo dopo somministrazioni ripetute. I radioprotettori differiscono anche nell'efficacia della protezione che creano. Esistono quindi molti criteri in base ai quali possono essere classificati. Dal punto di vista pratico è opportuno dividere i radioprotettori in base alla durata della loro azione, separando le sostanze ad azione breve e quelle ad azione prolungata. 1. I radioprotettori o una combinazione di radioprotettori con effetto a breve termine (entro minuti o ore) sono destinati alla protezione una tantum contro le radiazioni esterne acute. Tali sostanze o loro combinazioni possono essere somministrate ripetutamente agli stessi individui. Come dispositivi di protezione individuale, queste sostanze possono essere utilizzate prima di una prevista esplosione di un'arma nucleare, entrando in un'area di contaminazione radioattiva o prima di ogni esposizione radioterapeutica locale. Nello spazio, possono essere utilizzati per proteggere gli astronauti dalle radiazioni causate dai brillamenti solari. 2. Le sostanze radioprotettive a lungo termine hanno lo scopo di aumentare la radioresistenza del corpo per un periodo di tempo più lungo. Per ottenere un effetto protettivo, di regola, è necessario aumentare l'intervallo dopo la somministrazione di tali sostanze a circa 24 ore. Talvolta è necessaria una somministrazione ripetuta. L'uso pratico di questi protettori è possibile tra i professionisti che lavorano con radiazioni ionizzanti, tra gli astronauti durante i voli spaziali a lungo termine, nonché durante la radioterapia a lungo termine poiché i protettori dell'azione protettiva a breve termine si riferiscono molto spesso a sostanze di natura chimica , parlano di radioprotezione chimica. Un effetto protettivo a lungo termine si manifesta invece dopo la somministrazione di sostanze prevalentemente di origine biologica; questo è indicato come radioprotezione biologica. I requisiti per i radioprotettori dipendono dal luogo di applicazione dei farmaci; In ambito ospedaliero la via di somministrazione non è particolarmente importante. Nella maggior parte dei casi, i requisiti devono soddisfare gli obiettivi dell’utilizzo dei radioprotettori come dispositivi di protezione individuale. Secondo Saksonov et al. (1976) tali requisiti devono essere almeno i seguenti: - il farmaco deve essere sufficientemente efficace e non causare reazioni avverse significative; - agire rapidamente (entro i primi 30 minuti) e per un tempo relativamente lungo (almeno 2 ore); - deve essere atossico con coefficiente terapeutico almeno pari a 3; - non dovrebbe avere un impatto negativo, nemmeno a breve termine, sulla capacità lavorativa di una persona o indebolire le competenze acquisite; - avere una forma di dosaggio conveniente: per somministrazione orale o iniezione con un tubo per siringa con un volume non superiore a 2 ml; - non dovrebbe avere effetti dannosi sull'organismo in seguito a dosi ripetute o avere proprietà cumulative; - non dovrebbe ridurre la resistenza del corpo ad altri fattori ambientali sfavorevoli; - il farmaco deve essere stabile e conservare le sue proprietà protettive e farmacologiche per almeno 3 anni. Requisiti meno rigorosi si applicano ai radioprotettori destinati all'uso in radioterapia. Essi sono tuttavia complicati da una condizione importante: la necessità di un'azione protettiva differenziata. Dovrebbe essere garantito un elevato livello di protezione dei tessuti sani e un livello minimo di protezione dei tessuti tumorali. Questa distinzione consente di potenziare l'effetto di una dose terapeutica di radiazioni applicata localmente sul sito del tumore senza gravi danni al tessuto sano circostante.

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Saggio

Soggetto:

Piano:

introduzione

1 Effetti diretti e indiretti delle radiazioni ionizzanti

2 Impatto delle radiazioni ionizzanti sui singoli organi e sul corpo nel suo insieme

3 Mutazioni

4 L'effetto di grandi dosi di radiazioni ionizzanti su oggetti biologici

5. Due tipi di irradiazione del corpo: esterna e interna

Conclusione

Letteratura

EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI

Il fattore radiazioni è presente sul nostro pianeta sin dalla sua formazione e, come hanno dimostrato ulteriori ricerche, le radiazioni ionizzanti, insieme ad altri fenomeni di natura fisica, chimica e biologica, hanno accompagnato lo sviluppo della vita sulla Terra. Tuttavia, gli effetti fisici delle radiazioni iniziarono a essere studiati solo alla fine del XIX secolo e i suoi effetti biologici sugli organismi viventi a metà del XX secolo. Le radiazioni ionizzanti si riferiscono a quei fenomeni fisici che non vengono percepiti dai nostri sensi: centinaia di specialisti che lavorano con le radiazioni hanno ricevuto ustioni da radiazioni ad alte dosi e sono morti a causa di tumori maligni causati dalla sovraesposizione.

Tuttavia, oggi la scienza mondiale sa più sugli effetti biologici delle radiazioni che sull'azione di qualsiasi altro fattore di natura fisica e biologica nell'ambiente.

Durante lo studio dell'effetto delle radiazioni su un organismo vivente, sono state identificate le seguenti caratteristiche:

· L'effetto delle radiazioni ionizzanti sul corpo non è percepibile dall'uomo. Le persone non hanno un organo di senso in grado di percepire le radiazioni ionizzanti. Esiste un cosiddetto periodo di benessere immaginario: il periodo di incubazione per la manifestazione degli effetti delle radiazioni ionizzanti. La sua durata è ridotta dall'irradiazione a dosi elevate.

· Gli effetti di piccole dosi possono essere additivi o cumulativi.

· Le radiazioni colpiscono non solo un dato organismo vivente, ma anche la sua progenie: questo è il cosiddetto effetto genetico.

· Diversi organi di un organismo vivente hanno una propria sensibilità alle radiazioni. Con l'esposizione giornaliera a una dose di 0,002-0,005 Gy, si verificano già cambiamenti nel sangue.

· Non tutti gli organismi percepiscono le radiazioni allo stesso modo.

· L'esposizione dipende dalla frequenza. La singola esposizione a una dose elevata provoca effetti più profondi rispetto all’esposizione frazionata.

1. EFFETTI DIRETTI ED INDIRETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI

Le onde radio, le onde luminose, l'energia termica del sole sono tutti tipi di radiazioni. Tuttavia, le radiazioni saranno ionizzanti se sono in grado di rompere i legami chimici delle molecole che compongono i tessuti di un organismo vivente e, di conseguenza, causare cambiamenti biologici. L'effetto delle radiazioni ionizzanti si verifica a livello atomico o molecolare, indipendentemente dal fatto che siamo esposti a radiazioni esterne o riceviamo sostanze radioattive nel cibo e nell'acqua, il che sconvolge l'equilibrio dei processi biologici nel corpo e porta a conseguenze negative. Gli effetti biologici delle radiazioni sul corpo umano sono causati dall'interazione dell'energia delle radiazioni con il tessuto biologico. Viene chiamata l'energia trasferita direttamente agli atomi e alle molecole dei tessuti biologici diretto l'effetto delle radiazioni. Alcune celle verranno danneggiate in modo significativo a causa della distribuzione non uniforme dell'energia delle radiazioni.

Uno degli effetti diretti è cancerogenesi o lo sviluppo del cancro. Un tumore canceroso si verifica quando una cellula somatica perde il controllo del corpo e inizia a dividersi attivamente. La causa principale di ciò è un disturbo nel meccanismo genetico chiamato mutazioni. Quando una cellula tumorale si divide, produce solo cellule tumorali. Uno degli organi più sensibili agli effetti delle radiazioni è la ghiandola tiroidea. Pertanto, il tessuto biologico di questo organo è più vulnerabile allo sviluppo del cancro. Il sangue non è meno suscettibile agli effetti delle radiazioni. La leucemia, o cancro del sangue, è uno degli effetti più comuni dell’esposizione diretta alle radiazioni. Particelle cariche penetrare nei tessuti del corpo, perdere la loro energia a causa delle interazioni elettriche con gli elettroni degli atomi Interazione elettrica accompagna il processo di ionizzazione (rimozione di un elettrone da un atomo neutro)

Fisico-chimico i cambiamenti accompagnano la comparsa di “radicali liberi” estremamente pericolosi nel corpo.

Oltre alle radiazioni ionizzanti dirette, esiste anche un effetto indiretto o indiretto associato alla radiolisi dell'acqua. Durante la radiolisi, i radicali liberi - alcuni atomi o gruppi di atomi che hanno un'elevata attività chimica. La caratteristica principale dei radicali liberi è l'eccesso o gli elettroni spaiati. Tali elettroni vengono facilmente spostati dalle loro orbite e possono partecipare attivamente a una reazione chimica. La cosa importante è che cambiamenti esterni anche molto piccoli possono portare a cambiamenti significativi nelle proprietà biochimiche delle cellule. Ad esempio, se una normale molecola di ossigeno cattura un elettrone libero, si trasforma in un radicale libero altamente attivo. superossido Inoltre, ci sono anche composti attivi come il perossido di idrogeno, l'idrossile e l'ossigeno atomico. La maggior parte dei radicali liberi sono neutri, ma alcuni possono avere una carica positiva o negativa.

Se il numero di radicali liberi è piccolo, il corpo ha la capacità di controllarli. Se ce ne sono troppi, il funzionamento dei sistemi protettivi e l'attività vitale delle singole funzioni corporee vengono interrotti. I danni causati dai radicali liberi aumentano rapidamente in una reazione a catena. Quando entrano nelle cellule, interrompono l’equilibrio del calcio e la codifica delle informazioni genetiche. Tali fenomeni possono portare a interruzioni nella sintesi proteica, che è una funzione vitale dell'intero corpo, perché le proteine ​​difettose interrompono il funzionamento del sistema immunitario. I principali filtri del sistema immunitario - i linfonodi - funzionano in modalità sovraccarica e non hanno il tempo di separarli. Pertanto, le barriere protettive vengono indebolite e nel corpo si creano condizioni favorevoli per la proliferazione di virus microbici e cellule tumorali.

I radicali liberi che causano reazioni chimiche coinvolgono molte molecole non influenzate dalle radiazioni. Pertanto, l'effetto prodotto dalle radiazioni è determinato non solo dalla quantità di energia assorbita, ma anche dalla forma in cui tale energia viene trasmessa. Nessun altro tipo di energia assorbita da un oggetto biologico nella stessa quantità porta a cambiamenti tali come quelli provocati dalle radiazioni ionizzanti. Tuttavia, la natura di questo fenomeno è tale che tutti i processi, compresi quelli biologici, sono equilibrati. Cambiamenti chimici nascono come risultato dell’interazione dei radicali liberi tra loro o con molecole “sane”. Cambiamenti biochimici verificarsi come V momento dell’irradiazione, e per molti anni, che porta alla morte cellulare.

Il nostro corpo, contrariamente ai processi sopra descritti, produce sostanze speciali che sono una sorta di "detergenti".

Queste sostanze (enzimi) presenti nel corpo sono in grado di catturare elettroni liberi senza trasformarsi in radicali liberi. In condizioni normali, il corpo mantiene un equilibrio tra la produzione di radicali liberi e di enzimi. Le radiazioni ionizzanti interrompono questo equilibrio, stimolano la crescita dei radicali liberi e portano a conseguenze negative. Puoi attivare l'assorbimento dei radicali liberi includendo antiossidanti e vitamine nella tua dieta A, E, C o preparati contenenti selenio. Queste sostanze neutralizzano i radicali liberi assorbendoli in grandi quantità.

2. IMPATTO DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI SUI SINGOLI ORGANI E SULL'ORGANISMO NEL SUO COMPLESSO

Nella struttura del corpo si possono distinguere due classi di sistemi: controllo (nervoso, endocrino, immunitario) e supporto vitale (respiratorio, cardiovascolare, digestivo). Tutti i processi metabolici di base e le reazioni catalitiche (enzimatiche) avvengono a livello cellulare e molecolare. I livelli di organizzazione dell'organismo funzionano in stretta interazione e reciproca influenza da parte dei sistemi di controllo. La maggior parte dei fattori naturali agisce prima a livelli più alti, poi attraverso determinati organi e tessuti - a livello cellulare e molecolare. Successivamente inizia la fase di risposta, accompagnata da aggiustamenti a tutti i livelli.

L'interazione delle radiazioni con il corpo inizia a livello molecolare. L'esposizione diretta alle radiazioni ionizzanti è quindi più specifica. Un aumento del livello degli agenti ossidanti è tipico anche di altri effetti. È noto che in molte malattie si manifestano sintomi diversi (febbre, mal di testa, ecc.) e le loro cause sono diverse. Ciò rende difficile fare una diagnosi. Pertanto, se una malattia specifica non si verifica a causa degli effetti dannosi delle radiazioni sul corpo, è difficile stabilire la causa di conseguenze più lontane, poiché perdono la loro specificità.

La radiosensibilità di vari tessuti corporei dipende dai processi biosintetici e dall'attività enzimatica associata. Pertanto, le cellule del midollo osseo, dei linfonodi e delle cellule germinali presentano il danno radioattivo più elevato. Il sistema circolatorio e il midollo osseo rosso sono i più vulnerabili alle radiazioni e perdono la capacità di funzionare normalmente anche a dosi di 0,5-1 Gy. Tuttavia, hanno la capacità di riprendersi e se non tutte le cellule vengono colpite, il sistema circolatorio può ripristinare le sue funzioni. Anche gli organi riproduttivi, come i testicoli, sono caratterizzati da una maggiore radiosensibilità. L'irradiazione superiore a 2 Gy provoca sterilità permanente. Solo dopo molti anni possono funzionare pienamente. Le ovaie sono meno sensibili, almeno nelle donne adulte. Ma una singola dose superiore a 3 Gy porta comunque alla loro sterilità, sebbene dosi elevate con irradiazione ripetuta non influenzino la capacità di avere figli.

Le radiazioni possono danneggiare le cellule. Le difese del corpo resistono fino a quando le dosi di radiazioni superano il fondo naturale di centinaia e migliaia di volte. Dosi più elevate portano a malattie acute da radiazioni e aumentano la probabilità di cancro di diversi punti percentuali. Dosi decine di migliaia di volte superiori al limite sono letali. Tali dosi non si verificano nella vita di tutti i giorni.

La morte e la mutazione delle cellule del nostro corpo è un altro fenomeno naturale che accompagna la nostra vita. In un corpo composto da circa 60 trilioni di cellule, le cellule invecchiano e mutano per cause naturali. Ogni giorno muoiono diversi milioni di cellule. Anche molti agenti fisici, chimici e biologici, comprese le radiazioni naturali, “danneggiano” le cellule, ma in situazioni normali il corpo può facilmente far fronte a questo.

Rispetto ad altri fattori dannosi, le radiazioni ionizzanti (radiazioni) sono quelle meglio studiate. In che modo le radiazioni influiscono sulle cellule? Durante la fissione dei nuclei atomici vengono rilasciate grandi quantità di energia, in grado di strappare elettroni agli atomi della sostanza circostante. Questo processo è chiamato ionizzazione e la radiazione elettromagnetica che trasporta energia è chiamata ionizzante. Un atomo ionizzato cambia le sue proprietà fisiche e chimiche. Di conseguenza, le proprietà della molecola in cui è inclusa cambiano. Maggiore è il livello di radiazione, maggiore è il numero di eventi di ionizzazione, maggiore sarà il numero di cellule danneggiate.

Per le cellule viventi, i cambiamenti nella molecola del DNA sono i più pericolosi. La cellula può “riparare” il DNA danneggiato. Altrimenti, morirà o produrrà una prole alterata (mutata).

Il corpo sostituisce le cellule morte con altre nuove nel giro di giorni o settimane e scarta efficacemente le cellule mutanti. Questo è ciò che fa il sistema immunitario. Ma a volte i sistemi di protezione falliscono. Il risultato a lungo termine può essere il cancro o cambiamenti genetici nei discendenti, a seconda del tipo di cellula danneggiata (cellula normale o germinale). Nessuno dei due risultati è predeterminato, ma entrambi hanno una certa probabilità. I tumori che si verificano spontaneamente sono chiamati casi spontanei. Se si scopre che un agente è responsabile della causa del cancro, si dice che il cancro è indotto.

Se la dose di radiazioni supera il fondo naturale in centinaia di volte, questo diventa evidente al corpo. L’importante non è che si tratti di radiazioni, ma che sia più difficile per i sistemi di difesa dell’organismo far fronte all’aumento del danno. A causa della crescente frequenza dei fallimenti, si verificano ulteriori tumori “da radiazioni”. Il loro numero può rappresentare diverse percentuali del numero di tumori spontanei.

Dosi molto elevate, questo è... migliaia di volte sopra lo sfondo. A tali dosi, le principali difficoltà del corpo non sono associate alle cellule modificate, ma alla rapida morte dei tessuti importanti per il corpo. Il corpo non riesce a far fronte al ripristino del normale funzionamento degli organi più vulnerabili, in primo luogo il midollo osseo rosso, che appartiene al sistema ematopoietico. Compaiono segni di malattia acuta: malattia acuta da radiazioni. Se le radiazioni non uccidono tutte le cellule del midollo osseo in una volta, il corpo si riprenderà nel tempo. Il recupero dalla malattia da radiazioni richiede più di un mese, ma poi la persona vive una vita normale.

Dopo essersi ripresi dalla malattia da radiazioni, le persone hanno una probabilità leggermente maggiore di sviluppare il cancro rispetto ai loro coetanei non irradiati. Quanto più spesso? Di pochi punti percentuali.

Ciò deriva dalle osservazioni di pazienti in diversi paesi del mondo che sono stati sottoposti a radioterapia e hanno ricevuto dosi piuttosto elevate di radiazioni, dipendenti delle prime imprese nucleari che non disponevano ancora di sistemi di radioprotezione affidabili, nonché sopravvissuti al bombardamento atomico giapponese e a Chernobyl liquidatori. Tra i gruppi elencati, i residenti di Hiroshima e Nagasaki avevano le dosi più elevate. In 60 anni di osservazione, in 86,5mila persone con dosi 100 o più volte superiori a quelle naturali, si sono verificati 420 casi di cancro mortale in più rispetto al gruppo di controllo (un aumento di circa il 10%). A differenza dei sintomi della malattia acuta da radiazioni, che impiegano ore o giorni per manifestarsi, il cancro non appare immediatamente, forse dopo 5, 10 o 20 anni. Per le diverse sedi del cancro, il periodo di latenza è diverso. La leucemia (tumore del sangue) si sviluppa più rapidamente, nei primi cinque anni. È questa malattia che è considerata un indicatore dell'esposizione alle radiazioni a dosi di radiazioni centinaia e migliaia di volte più alte dello sfondo.

Perché il cancro non appare immediatamente? Perché una cellula con il DNA danneggiato diventi cancerosa, deve accadere un'intera catena di eventi rari. Dopo ogni nuova trasformazione, ha nuovamente bisogno di "attraversare" la barriera protettiva. Se le difese immunitarie sono efficaci, anche una persona fortemente esposta potrebbe non sviluppare il cancro. E se si ammala, guarirà.

In teoria, potrebbero esserci altre conseguenze delle radiazioni ad alte dosi oltre al cancro.

Se le radiazioni danneggiano una molecola di DNA in un ovulo o in uno spermatozoo, esiste il rischio che il danno venga ereditato. Questo rischio può dare una piccola aggiunta ai disturbi ereditari spontanei. È noto che i difetti genetici che si verificano spontaneamente, dal daltonismo alla sindrome di Down, si verificano nel 10% dei neonati. Per gli esseri umani, l’aggiunta di radiazioni alle malattie genetiche spontanee è molto piccola. Anche tra i sopravvissuti ai bombardamenti giapponesi con dosi elevate di radiazioni, contrariamente alle aspettative degli scienziati, non è stato possibile rilevarlo. Non sono stati riscontrati ulteriori difetti indotti dalle radiazioni dopo l’incidente presso l’impianto di Mayak nel 1957, né sono stati identificati dopo Chernobyl.

Incidenti da radiazioni nell'URSS e nella Federazione Russa con conseguenze clinicamente significative:1949-2005

Tipo di incidente	Quantità incidenti	Numero di vittime
		Totale	incl. morto
Installazioni di radioisotopi e loro sorgenti	92	170	16
Impianti a raggi X e acceleratori	39	43	-
Incidenti al reattore e perdita di controllo della criticità	33	82	13
Casi di lesioni da radiazioni locali presso la Mayak Production Association nel 1949/56.	168	168	-
Incidenti su sottomarini nucleari	4	133	12
Altri incidenti	12	17	2
Incidente di Chernobyl	1	134	28
TOTALE	176	747	71

Conseguenze delle radiazioni a seconda della dose

Le persone che morirono a causa delle radiazioni a Hiroshima e Nagasaki, così come a Chernobyl, ricevettero dosi decine di migliaia di volte sopra lo sfondo. A tali dosi, il corpo non riesce più a far fronte all’enorme numero di cellule morte e la persona muore entro pochi giorni o settimane. A Hiroshima e Nagasaki morirono 210mila persone a causa dei bombardamenti atomici. Questo è il numero totale di perdite derivanti dall'azione di un'onda d'urto, dalla distruzione di edifici e strutture, ustioni termiche e radiazioni. Durante l'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl, il primo giorno, circa 300 dipendenti della centrale e vigili del fuoco hanno ricevuto dosi molto elevate. Non è stato possibile salvare 28 persone, ma i medici hanno curato 272 persone.

L'effetto delle radiazioni su una persona dipende dalla quantità di energia delle radiazioni ionizzanti che viene assorbita dal tessuto umano. Viene chiamata la quantità di energia che viene assorbita per unità di massa di tessuto dose assorbita. L'unità di misura della dose assorbita è grigio(1 Gy= 1 J/kg). La dose assorbita viene spesso misurata lieto(1 Gy = 100 rad).

Tuttavia, non è solo la dose assorbita a determinare l’effetto delle radiazioni su una persona. Le conseguenze biologiche dipendono dal tipo di radiazione radioattiva. Ad esempio, le radiazioni alfa sono 20 volte più pericolose delle radiazioni gamma o beta.

Viene determinato il pericolo biologico delle radiazioni fattore di qualità K. Quando la dose assorbita viene moltiplicata per il fattore di qualità della radiazione, si ottiene una dose che determina il pericolo delle radiazioni per l'uomo, che si chiama equivalente.

Dose equivalente ha un'unità di misura speciale - sievert(Sv). Spesso viene utilizzata un'unità più piccola per misurare la dose equivalente - rem(equivalente biologico di un rad), 1 Sv = 100 rem. Quindi, i principali parametri della radiazione sono i seguenti (Tabella 1).

Tavolo. 1. Parametri fondamentali della radiazione

Esposizione e dose equivalente di radiazioni

Per quantificare l'effetto ionizzante dei raggi X e delle radiazioni gamma nell'aria atmosferica secca, viene utilizzato il concetto "dose di esposizione"- il rapporto tra la carica totale di ioni dello stesso segno presenti in un piccolo volume d'aria e la massa d'aria in questo volume. L'unità di questa dose è presa come pendente per chilogrammo (C/kg). Viene utilizzata anche un'unità non sistemica: i raggi X (R).

Viene chiamata la quantità di energia della radiazione assorbita per unità di massa del corpo irradiato (tessuti corporei). dose assorbita ed è misurato in unità SI in Grays (Gy). Grigio - dose di radiazioni alla quale 1 J di energia di radiazioni ionizzanti viene trasferito a una sostanza irradiata del peso di 1 kg.

Questa dose non tiene conto del tipo di radiazione che ha colpito il corpo umano. Se teniamo conto di questo fatto, la dose dovrebbe essere moltiplicata per un coefficiente che riflette la capacità di un dato tipo di radiazione di danneggiare i tessuti corporei. La dose ricalcolata in questo modo viene chiamata dose equivalente:è misurato nel sistema SI in unità chiamate sievert(Sv).

Dose efficace- un valore utilizzato come misura del rischio di conseguenze a lungo termine dell'irradiazione dell'intero corpo umano e dei suoi singoli organi, tenendo conto della loro radiosensibilità. È la somma dei prodotti della dose equivalente in un organo e del corrispondente fattore di ponderazione per un dato organo o tessuto. Anche questa dose è misurata in sievert.

Unità speciale di dose equivalente - rem- la dose assorbita di qualsiasi tipo di radiazione che provoca un effetto biologico pari a una dose di 1 rad di radiazione a raggi X. Lieto - L'unità specifica della dose assorbita dipende dalle proprietà della radiazione e del mezzo assorbente.

Vengono chiamate dosi assorbita, equivalente, efficace e di esposizione per unità di tempo energia dosi adeguate.

Connessione condizionale delle unità di sistema:

100 Rad = 100 Rem = 100 R = 13 V = 1 Gy.

L'effetto biologico delle radiazioni dipende dal numero di coppie ioniche formate o dalla quantità associata: l'energia assorbita.

La ionizzazione dei tessuti viventi porta alla rottura dei legami molecolari e ai cambiamenti nella struttura chimica di vari composti. Un cambiamento nella composizione chimica di un numero significativo di molecole porta alla morte cellulare.

Sotto l'influenza delle radiazioni nei tessuti viventi, l'acqua si divide in idrogeno atomico. N e gruppo ossidrile LUI, che, avendo un'elevata attività, si combinano con altre molecole dei tessuti e formano nuovi composti chimici che non sono caratteristici dei tessuti sani. Di conseguenza, il normale corso dei processi biochimici e del metabolismo viene interrotto.

Sotto l'influenza delle radiazioni ionizzanti, il corpo sperimenta l'inibizione delle funzioni degli organi ematopoietici, l'interruzione della normale coagulazione del sangue e una maggiore fragilità dei vasi sanguigni, l'interruzione del tratto gastrointestinale, l'esaurimento del corpo, una diminuzione della resistenza del corpo alle infezioni malattie, aumento del numero dei leucociti (leucocitosi), invecchiamento precoce, ecc.

Impatto delle radiazioni ionizzanti sul corpo umano

Nel corpo umano, le radiazioni provocano una catena di cambiamenti reversibili e irreversibili. Il meccanismo scatenante dell'effetto sono i processi di ionizzazione ed eccitazione di molecole e atomi nei tessuti. Un ruolo importante nella formazione degli effetti biologici è svolto dai radicali liberi H+ e OH-, formati durante la radiolisi dell'acqua (il corpo contiene fino al 70% di acqua). Possedendo un'elevata attività chimica, entrano in reazioni chimiche con molecole di proteine, enzimi e altri elementi del tessuto biologico, coinvolgendo centinaia e migliaia di molecole non influenzate dalle radiazioni in reazioni, che portano all'interruzione dei processi biochimici nel corpo. Sotto l'influenza delle radiazioni, i processi metabolici vengono interrotti, la crescita dei tessuti rallenta e si ferma e compaiono nuovi composti chimici che non sono caratteristici del corpo (tossine). E questo, a sua volta, influenza i processi vitali dei singoli organi e sistemi del corpo: le funzioni degli organi ematopoietici (midollo osseo rosso) vengono interrotte, aumenta la permeabilità e la fragilità dei vasi sanguigni, il tratto gastrointestinale è sconvolto, il corpo diminuzione della resistenza (indebolimento del sistema immunitario umano), impoverimento, degenerazione delle cellule normali in cellule maligne (cancerose), ecc.

Le radiazioni ionizzanti causano la rottura dei cromosomi, dopo di che le estremità rotte si uniscono in nuove combinazioni. Ciò porta a cambiamenti nell'apparato genetico umano. Cambiamenti persistenti nei cromosomi portano a mutazioni che influenzano negativamente la prole.

Gli effetti elencati si sviluppano in vari periodi di tempo: da secondi a molte ore, giorni, anni. Ciò dipende dalla dose ricevuta e dal tempo durante il quale è stata ricevuta.

Danno acuto da radiazioni (malattia acuta da radiazioni) si verifica quando una persona riceve una dose significativa per un periodo di diverse ore o addirittura minuti. È consuetudine distinguere diversi gradi di danno acuto da radiazioni (Tabella 2).

Tabella 2. Conseguenze del danno acuto da radiazioni

Queste gradazioni sono molto approssimative, poiché dipendono dalle caratteristiche individuali di ciascun organismo. Ad esempio, sono stati osservati casi di morte con dosi inferiori a 600 rem, ma in altri casi è stato possibile salvare persone con dosi superiori a 600 rem.

La malattia acuta da radiazioni può verificarsi nei lavoratori o nel pubblico durante incidenti negli impianti del ciclo del combustibile nucleare, in altri impianti che utilizzano radiazioni ionizzanti, nonché durante le esplosioni atomiche.

Esposizione cronica alle radiazioni (malattia cronica da radiazioni) si verifica quando una persona è esposta a piccole dosi per un lungo periodo di tempo. Con l’esposizione cronica a basse dosi, comprese quelle derivanti da radionuclidi entrati nell’organismo, le dosi totali possono essere piuttosto elevate. I danni arrecati alla carrozzeria sono almeno parzialmente ripristinati. Pertanto una dose di 50 rem, che porta a sensazioni dolorose con una sola irradiazione, non porta a fenomeni visibili con irradiazione cronica prolungata per 10 o più anni.

L'entità dell'esposizione alle radiazioni dipende dal fatto che l'esposizione sia o meno esterno O interno(irradiazione quando un radionuclide entra nel corpo). L'esposizione interna è possibile attraverso l'inalazione di aria contaminata da radionuclidi, attraverso l'ingestione di acqua potabile e cibo contaminati e attraverso la penetrazione attraverso la pelle. Alcuni radionuclidi vengono assorbiti intensamente e si accumulano nel corpo. Ad esempio, i radioisotopi di calcio, radio, stronzio si accumulano nelle ossa, i radioisotopi di iodio - nella ghiandola tiroidea, i radioisotopi di elementi delle terre rare danneggiano il fegato, i radioisotopi di cesio, rubidio inibiscono il sistema ematopoietico, danneggiano i testicoli e provocano tumori dei tessuti. Durante l'irradiazione interna, i radioisotopi che emettono alfa sono i più pericolosi, poiché la particella alfa, a causa della sua grande massa, ha una capacità ionizzante molto elevata, sebbene la sua capacità di penetrazione non sia elevata. Tali radioisotopi includono isotopi di plutonio, polonio, radio e radon.

Standardizzazione delle radiazioni ionizzanti

Standardizzazione igienica delle radiazioni ionizzanti effettuato secondo SP 2.6.1-758-99. Standard di sicurezza dalle radiazioni (NRB-99). Sono stabiliti limiti di dose per la dose equivalente per le seguenti categorie di persone:

• personale - persone che lavorano con sorgenti di radiazioni (gruppo A) o che, a causa delle condizioni di lavoro, si trovano nell'area della loro influenza (gruppo B);
• l’intera popolazione, compreso il personale, al di fuori dell’ambito e delle condizioni delle proprie attività produttive.

Nella tabella 3. Vengono forniti i principali limiti di dose di radiazioni. I principali limiti di dose per l'esposizione del personale e del pubblico indicati nella tabella non includono le dosi provenienti da fonti naturali e mediche di radiazioni ionizzanti, nonché le dosi ricevute a seguito di incidenti da radiazioni. NRB-99 stabilisce restrizioni speciali su questi tipi di esposizione.

Tabella 3. Principali limiti di dose di radiazioni (estratto da NRB-99)

* Le dosi di radiazioni, come tutti gli altri livelli derivati ​​consentiti per il personale del gruppo B, non devono superare 1/4 dei valori per il personale del gruppo A. Di seguito, tutti i valori standard per la categoria del personale sono forniti solo per il gruppo A.

** Riferito al valore medio in uno strato di rivestimento con spessore di 5 mg/cm2. Sui palmi lo spessore dello strato di rivestimento è di 40 mg/cm2.

Oltre ai limiti di dose di radiazioni, NRB-99 stabilisce livelli di dose consentiti per l'irradiazione esterna, limiti per l'assunzione annuale di radionuclidi, livelli consentiti di contaminazione delle superfici di lavoro, ecc., che derivano dai limiti di dose principali. I valori numerici del livello consentito di contaminazione delle superfici di lavoro sono riportati nella tabella. 4.

Tabella 4. Livelli consentiti di contaminazione radioattiva generale delle superfici di lavoro, particelle/(cm 2 . min) (estratto da NRB-99)

Oggetto di inquinamento	nuclidi a-attivi		Nuclidi β-attivi
	separato
Pelle intatta, asciugamani, biancheria intima, superficie interna delle parti anteriori dei dispositivi di protezione individuale
Indumenti da lavoro di base, superficie interna dei dispositivi di protezione individuale aggiuntivi, superficie esterna delle scarpe antinfortunistiche
La superficie esterna dei dispositivi di protezione individuale aggiuntivi rimossi nelle serrature sanitarie
Superfici dei locali permanenti per il personale e le attrezzature ivi situate
Superfici dei locali destinati alla permanenza periodica del personale e delle attrezzature in essi dislocate

Ulteriori restrizioni sono stabilite per una serie di categorie di personale. Ad esempio, per le donne sotto i 45 anni, la dose equivalente al basso addome non deve superare 1 mSv al mese.

Quando si scopre che le lavoratrici sono incinte, i datori di lavoro sono tenuti a trasferirle ad un altro lavoro che non implichi radiazioni.

Per gli studenti di età inferiore a 21 anni sottoposti ad addestramento con sorgenti di radiazioni ionizzanti sono accettati i limiti di dose stabiliti per il pubblico.

Vengono emessi vari tipi di radiazioni e particelle che influiscono negativamente sulla salute umana. Prima di tutto, si tratta di radiazioni alfa, beta e gamma.

raggi αè un flusso di nuclei di atomi di elio carichi positivamente, raggi βè un flusso di elettroni carichi negativamente, raggi γè una radiazione elettromagnetica ad alta frequenza. Il pericolo principale di questi tipi di radiazioni è la loro capacità di ionizzazione.

Effetto ionizzante delle radiazioni su un organismo vivente

Il risultato della ionizzazione di atomi e molecole è un'interruzione del normale funzionamento delle cellule viventi nel corpo, che è alla base di malattie chiamate malattie da radiazioni. La quantità principale che caratterizza l'entità dell'effetto ionizzante delle radiazioni su un organismo vivente è la dose assorbita di radiazioni D:

dove E è l'energia della radiazione,
m – peso corporeo.

Questo è dose di radiazioni dipende da quanta energia ha la radiazione ionizzante e dal peso corporeo. La dose di radiazione assorbita è espressa in grigi (1 Gy). 1 Gy = 100 R (roentgen). 1 P è il valore che a t = 0˚C e una pressione di 760 mm Hg. per unità di volume di aria secca crea una quantità di radiazioni ionizzanti di 3 * 10-10 C.

Se la radiazione continua abbastanza a lungo, la dose di radiazioni si accumula. Di grande importanza è il tempo di irradiazione o esposizione, che mostra per quanto tempo una persona è stata esposta alle radiazioni ionizzanti. Per caratterizzare il tempo di irradiazione, si dovrebbe tenere conto dell'emivita T, il periodo di tempo durante il quale il numero iniziale di nuclei radioattivi viene dimezzato. Questa volta è diverso per i diversi elementi.

Effetti biologici delle radiazioni

Il danno derivante dall’esposizione alle radiazioni dipende dall’intensità delle radiazioni e dal peso corporeo, ma è importante anche quali organi sono stati irradiati. Le radiazioni avranno effetti diversi sulle diverse parti del corpo. A questo proposito viene introdotta un'altra grandezza che caratterizza l'effetto biologico delle radiazioni. Questa è la dose equivalente di H:

dove D è la dose assorbita,
K – fattore di qualità.

L'unità di dose equivalente è il sievert (1 Sv). Il fattore di qualità K mostra quante volte il rischio di radiazioni derivante dall'esposizione agli organi di un determinato tipo di radiazione è maggiore rispetto all'esposizione alle radiazioni γ. Per ogni organo, K ha il suo significato.

Protezione dall'esposizione radioattiva

Come dovresti proteggerti dall’esposizione radioattiva? Prima di tutto, è necessario proteggere l'apparato respiratorio in modo che i prodotti di decadimento radioattivo non entrino nel corpo umano con l'aria. È così che fanno i danni maggiori. La protezione della pelle è altrettanto importante.

Il fatto è che le particelle α e β colpiscono principalmente la pelle. Per proteggersi da tali radiazioni è necessaria una tuta speciale. Ma non sarai in grado di proteggerti completamente dai raggi gamma con una tuta. Poiché i raggi γ sono radiazioni ad alta frequenza e le tute speciali possono solo indebolirle. Pertanto, tutti i bunker anti-radiazioni e le strutture speciali sono costruiti appositamente per la protezione dalle radiazioni gamma. La migliore protezione contro tutti i tipi di radiazioni ionizzanti è il cemento e il piombo.