Как влияет радиационное облучение на наш организм?

Проще говоря, радиация - это высвобождение энергии. Обычное электромагнитное излучение и излучение частиц, с которыми мы знакомы, может повредить наши клетки и ДНК внутри наших клеток, создавая токсичные химические вещества внутри клетки.

Вредные последствия радиационного облучения были полностью установлены в 1926-27 годах Германом Джозефом Мёллером, который показал, что рентгеновское излучение может мутировать гены. В ходе эксперимента он облучал плодовых мушек рентгеновскими лучами, а затем позволял им спариваться. Он заметил, что потомство мух, подвергшихся облучению, имело несколько дефектов тела.

Когда он продолжил исследовать влияние радиации на генетическом уровне, изучая хромосомы облученных мух - структуру, состоящую из ДНК и находящуюся в ядре клетки, — он заметил мутации в их генетическом материале.

В 1947 году Мёллер был удостоен Нобелевской премии за свое открытие. Область изучения влияния радиации на живые клетки известна как радиобиология.

Что такое радиация?

Радиация, проще говоря, — это выделение энергии. Оно происходит в двух формах - в виде волн и частиц.

• Волны: К ним относится весь спектр электромагнитных полей, состоящий из радиоволн, микроволн, инфракрасного, видимого света, ультрафиолетовых лучей, рентгеновских лучей и гамма-излучения. Звуковые и гравитационные волны также являются одной из форм излучения.
• Частицы: Этот вид излучения испускается нестабильными веществами, когда они выделяют энергию, чтобы перейти в более стабильное состояние. Когда вещества высвобождают электроны, они испускают бета-излучение; когда они испускают два протона и два нейтрона, они испускают альфа-излучение.

В зависимости от производимого ими эффекта существует два типа излучения:

Ионизирующее излучение: Этот вид излучения может выбивать электроны из атомов и молекул, с которыми он сталкивается. Основными видами ионизирующего излучения являются рентгеновские лучи, альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи.

Этот вид излучения наиболее вреден для нас. Из них гамма-лучи являются наиболее проникающими и способны нанести наибольший ущерб живым клеткам.

Неионизирующее излучение: сюда входят электромагнитные волны слева от электромагнитного спектра до середины ультрафиолетовых лучей.

Они не обладают способностью удалять электроны из других атомов. Эти формы излучения могут нагревать предметы, как, например, микроволны, используемые для приготовления пищи в микроволновых печах.

Что происходит, когда живые клетки вступают в контакт с ионизирующим излучением?

Как упоминалось ранее, ионизирующее излучение способно лишать атомы их электронов и превращать их в ионы. Стабильный атом имеет чистый заряд, равный нулю, с равным количеством электронов (отрицательный заряд) и протонов (положительный заряд).

Радиоактивные атомы (образующие радиоактивные вещества) имеют либо слишком много протонов, либо нейтронов (нейтральный заряд, но с большей массой, чем у протонов). Чтобы достичь стабильной стадии, радиоактивные атомы подвергаются так называемому "распаду", в результате которого испускают ионизирующее излучение.

Когда это излучение сталкивается с другими атомами, оно сбивает их электроны, в результате чего они становятся заряженными.

На биологическом уровне повреждения также возникают из-за взаимодействия ионизирующего излучения с атомами ДНК и другими веществами, присутствующими в наших клетках, такими как вода (H2O).

Излучение - это вид энергии, а любой вид энергии производит тепло. Когда молекулы, такие как H2O, подвергаются воздействию радиации, это тепло разрушает химические связи, удерживающие эти атомы вместе, в результате чего образуются ионы OH- и H+. Это свободные заряженные ионы, также известные как свободные радикалы, поскольку они не связаны с другими атомами в виде молекул.

Следовательно, они имеют очень высокую склонность к реакции с другими подобными свободными ионами, образующимися в результате радиационного воздействия.

Например, OH- и H+, вместо того чтобы снова образовать воду, могут образовать гораздо более вредное вещество: перекись водорода (H2O2), которая может разрушить клетки. После радиационного облучения образование H2O2 происходит за одну двенадцатую секунды.

H2O2 входит в группу высокореактивных веществ, имеющих в своем составе кислород, известных как реактивные формы кислорода (ROS). Образование ROS и реактивных форм азота (RNS) вызывает все разрушительные эффекты радиации.

Единицы измерения радиации

Радиация измеряется с помощью двух классов единиц. Один класс измеряет дозу излучения, полученную человеком. Единицами этого класса являются рад и грей (Гр).

Другой класс измеряет риск биологического повреждения, которое может возникнуть у человека в результате воздействия радиации. Единицы этого класса - зиверт (Зв) и Рэм.

Каковы биологические эффекты ионизирующего излучения?

Степень вредного воздействия радиационного облучения определяется несколькими факторами. К ним относятся:

• Доза излучения, которой подвергается человек.
• Продолжительность времени, в течение которого человек подвергается воздействию радиации.
• Количество раз, когда человек подвергается воздействию радиации.

Воздействие высокой дозы радиации (>70 рад) в течение короткого периода времени вызывает острый радиационный синдром (ОРС). Именно от этого состояния пострадало большинство работников Чернобыльской АЭС и пожарных во время Чернобыльской ядерной катастрофы 1986 года в Украине.

Самый безопасный предел радиационного облучения для взрослого работника радиационной службы составляет 5000 миллирентген. Люди, пострадавшие от ОРС во время Чернобыльской катастрофы, получили от 70 000 до 1 340 000 миллирентген. Такой уровень радиации обычно убивает или серьезно повреждает все клетки организма, не поддающиеся восстановлению, что приводит к смерти пострадавших.

Непосредственные симптомы АРС включают ожоги кожи или волдыри, выпадение волос, бесплодие и образование катаракты. Другие побочные эффекты - тошнота, рвота, потеря аппетита и усталость.

Основные клетки, на которые воздействует радиация, — это те, которые очень активно размножаются, поскольку они находятся в контакте с наибольшим количеством кислорода (необходимого для размножения клеток).

В основном это белые кровяные клетки, которые борются с инфекцией в нашем организме и образуются в костном мозге, зародышевые клетки, из которых формируются яйцеклетки и сперматозоиды, а также клетки, образующие выстилку желудочно-кишечного тракта и желудка.

При высоком уровне радиационного облучения эти клетки погибают и не могут воспроизводиться. Поэтому организм больше не может бороться с инфекциями, так как не может вырабатывать белые кровяные тельца, наступает бесплодие из-за гибели половых клеток, а облученный человек не может переваривать пищу или вырабатывать аппетит из-за гибели слизистой оболочки желудка.

В конце концов, эти состояния приводят к смерти.

Воздействие сильной радиации в течение короткого периода времени приводит к гибели клеток, что затрудняет выживание человека. Варианты лечения включают антибиотики для борьбы с инфекциями и трансплантация костного мозга.

С другой стороны, воздействие низких уровней радиации в течение длительного периода времени в основном приводит к повреждению ДНК клеток. Это может привести к рождению потомства с генетическими дефектами, раком или другими серьезными заболеваниями.