Вплив радіації на організм людини

Хмари, які викидаються трубами теплових електростанцій, призводять до додаткового опромінення людей, а осідаючи на землю, частинки можуть знову повернутися в повітря в пилюці. Згідно з поточними оцінками, виробництво кожного гігават-року електроенергії обходиться людству в 2 Зв (осіб-Зв) очікуваної колективної ефективної еквівалентної дози опромінення, тобто в 1979 році, наприклад, очікувана колективна ефективна еквівалентна доза від усіх працюючих на вугіллі електростанцій в усьому світі склали близько 2000 Зв (осіб-Зв).

На приготування їжі та опалення житлових будинків витрачається менше  вугілля, але зате більше зольного пилу летить у повітря в перерахунку  на одиницю палива. Таким чином, з  печей і камінів всього світу  вилітає в атмосферу зольного пилу, можливо, не менше, ніж з труб електростанцій. Крім того, на відміну  від більшості електростанцій житлові  будинки мають відносно невисокі труби і розташовані зазвичай у центрі населених пунктів, тому набагато більша частина забруднень потрапляє безпосередньо на людей. До останнього часу на цю обставину майже не звертали уваги, але за досить попередньою оцінкою через спалювання вугілля в домашніх умовах для приготування їжі й обігрівання жител у всьому світі в 1979 році очікувана колективна ефективна еквівалентна доза опромінення населення Землі зросла на 100 000 Зв (осіб-Зв).

Не багато відомо також про внесок в опромінення населення від  зольного пилу, що збирається очисними пристроями. У деяких країнах більше третини його використовується в господарстві, в основному в якості добавки до цементів і бетонів.

Ще одне джерело опромінення  населення термальні водойми. Деякі  країни експлуатують підземні резервуари пари та гарячої води для виробництва  електроенергії та опалення будинків; одне таке джерело обертає турбіни електростанції в Лардерелло в Італії з початку нашого століття. Вимірювання емісії радону на цій та ще на двох, значно більш дрібних, електростанціях в Італії показали, що на кожен гігават-рік вироблюваної ними електроенергії доводиться очікувана колективна ефективна еквівалентна доза 6 Зв (осіб-Зв), тобто в три рази більше аналогічної дози опромінення від електростанцій, що працюють на вугіллі. Проте, оскільки в даний час сумарна потужність енергетичних установок, що працюють на геотермальних джерелах, складає всього 0,1% світової потужності, геотермальна енергетика вносить незначний внесок у радіаційне опромінення населення. Але цей внесок може стати досить вагомим, оскільки ряд даних свідчить про те, що запаси цього виду енергетичних ресурсів дуже великі.

Видобуток фосфатів ведеться в багатьох місцях земної кулі; вони використовуються головним чином для виробництва  добрив, яких в 1977 році у всьому світі  було отримано близько 30 млн. т. Більшість розробляються в даний час на фосфатних родовищах, які містять уран, присутній там у досить високій концентрації . У процесі видобутку і переробки руди, виділяється радон, та й самі добрива радіоактивні, і що у них радіоізотопи проникають із ґрунту в харчові культури. Радіоактивне забруднення в цьому випадку буває звичайно незначним, але зростає, якщо добрива вносять в землю в рідкому вигляді або якщо містять фосфати речовини, то згодовують худобі. Такі речовини дійсно широко використовуються як кормові добавки, що може привести до значного підвищення вмісту радіоактивності в молоці. Всі ці аспекти застосування фосфатів дають за рік очікувану колективну ефективну еквівалентну дозу, рівну приблизно 6000 Зв (осіб-Зв), у той час як відповідна доза через застосування фосфогіпсу, отриманого тільки в 1977 році, становить близько 300 000 Зв (осіб-Зв).

Розділ 2. Вплив радіації на живий організм

1. Механізм впливу радіоактивних викидів на організм людини

Розглянемо механізм впливу радіації на організм людини, шляхи впливу різних радіоактивних речовин на організм, їхнє поширення в організмі, депонування, вплив на різні органи і системи  організму і наслідки цього впливу. Існує термін «вхідні ворота радіації», що позначає шляхи влучення радіоактивних  речовин і випромінювань ізотопів в організм.

Різні радіоактивні речовини по різному проникають в організм людини. Це залежить від хімічних властивостей радіоактивного елемента.

Рис. 1. Види радіоактивного випромінювання 
Таблиця 1. Види радіоактивного випромінювання

Шляхи проникнення радіації в організм людини

Радіоактивні ізотопи можуть проникати  в організм разом з їжею чи водою. Через органи травлення вони поширюються по всьому організму (рис.2. а). Радіоактивні частки з повітря під час дихання можуть потрапити в легені. Але вони опромінюють не тільки легені, а також поширюються по організму (рис.2.б).

Ізотопи, що знаходяться в землі  чи на її поверхні, випускаючи гамма-випромінювання, здатні опромінити організм зовні. Ці ізотопи також переносяться атмосферними опадами (рис.2.в).

Рис. 2. Шляхи проникнення радіації в організм людини

Гостре зараження організму  людини відбувається при великих  дозах опромінення. Радіація робить подібну дію, лише починаючи з  деякої граничної дози опромінення. Багаторічний досвід дозволив медикам  одержати велику інформацію про реакцію  тканин людини на опромінення. Ця реакція  для різних органів і тканин виявилася  неоднаковою, причому розходження дуже великі. На рис. 3 показані органи людини, які найбільш сильно опромінюються.

Рис. 3. Органи, що піддаються опроміненню

2. Наслідки впливу радіації на організм людини

У своїй останній доповіді НКДАР  ООН вперше за 20 років опублікувала докладний огляд відомостей, що відносяться до гострого ураження організму людини, яке відбувається при великих дозах опромінення. Взагалі кажучи, радіація надає подібну дію, лише починаючи з деякої мінімальної, або «порогової», дози опромінення. Велика кількість відомостей було отримано при аналізі результатів застосування променевої терапії для лікування раку. Багаторічний досвід дозволив медикам одержати велику інформацію про реакцію тканин людини на опромінення. Ця реакція для різних органів і тканин виявилася неоднаковою, причому відмінність дуже великі. Величина ж дози, що визначає тяжкість ураження організму залежить від того, чи отримує її організм відразу або в кілька прийомів. Більшість органів встигає в тій чи іншій мірі залікувати радіаційні пошкодження і тому краще переносять серію дрібних доз, ніж ту ж сумарну дозу опромінення, отриману за один прийом. Зрозуміло, якщо доза опромінення досить велика, опромінена людина загине. У всякому разі, дуже великі дози опромінення порядку 100 Гр викликають настільки серйозне ураження центральної нервової системи, що смерть, як правило, настає протягом декількох годин або днів. При дозах опромінення від 10 до 50 Гр при опроміненні всього тіла поразка ЦНС може виявитися не настільки серйозним, щоб привести до летального результату, однак опромінена людина швидше за все все-одно помре через один-два тижні від крововиливів у шлунково-кишковому тракті. При ще менших дозах може не відбутися серйозних ушкоджень шлунково-кишкового тракту або організм з ними впорається, і тим не менш смерть може настати через один-два місяці з моменту опромінення головним чином через руйнування клітин червоного кісткового мозку головного компонента кровотворної системи організму: від дози в 3-5 Гр при опроміненні всього тіла вмирає приблизно половина всіх опромінених. Таким чином, в цьому діапазоні доз опромінення великі дози відрізняються від менших лише тим, що смерть у першому випадку настає раніше, а в другому пізніше. Зрозуміло, найчастіше людина вмирає в результаті одночасної дії всіх вказаних наслідків опромінення.

Дослідження в цій галузі необхідні, оскільки отримані дані потрібні для  оцінки наслідків ядерної війни  і дії великих доз опромінення  при аваріях ядерних установок  і пристроїв. Червоний кістковий  мозок та інші елементи кровотворної системи найбільш уразливі при опроміненні та втрачають здатність нормально функціонувати вже при дозах опромінення 0,5-1 Гр. На щастя, вони мають також чудову здатність до регенерації, і якщо доза опромінення не настільки велика, щоб викликати пошкодження усіх клітин, кровотворна система може повністю відновити свої функції. Якщо ж опроміненню піддалося не все тіло, а якась його частина, то уцілілих клітин мозку буває достатньо для повного відшкодування пошкоджених клітин.

Репродуктивні органи та очі також  відрізняються підвищеною чутливістю до опромінення. Одноразове опромінення  сім'яників при дозі всього лише в 0,1 Гр призводить до тимчасової стерильності чоловіків, а дози понад 2 Гр можуть призвести до постійної стерильності: лише через багато років сім'яники зможуть знову продукувати повноцінну сперму. Мабуть, насінники є єдиним винятком із загального правила: сумарна доза опромінення, отримана в кілька прийомів, для них більш, а не менш небезпечна, ніж та ж доза, отримана за один прийом. Яєчники набагато менш чутливі до дії радіації, принаймні у дорослих жінок. Але одноразова доза > 3 Гр все ж призводить до їх стерильності, хоча ще більші дози при добовому опроміненні ніяк не позначаються на здатності до дітородіння. Найбільш вразливою для радіації частиною ока є кришталик. Загиблі клітини стають непрозорими, а розростання помутнілих ділянок призводить спочатку до катаракти, а потім і до повної сліпоти. Чим більше доза, тим більше втрата зору. Помутнілі ділянки можуть утворитися при дозах опромінення 2 Гр і менше. Більш важка форма ураження очей прогресуюча катаракта спостерігається при дозах близько 5 Гр. Показано, що навіть пов'язане з рядом робіт професійне опромінення шкідливо для очей: дози від 0,5 до 2 Гр, отримані протягом 10- 20 років, призводять до збільшення щільності і помутніння кришталика.

Діти також украй чутливі  до дії радіації. Відносно невеликі дози при опроміненні хрящової тканини  можуть уповільнити або зовсім зупинити у них ріст кісток, що призводить до аномалій розвитку скелета. Чим менше  вік дитини, тим сильніше пригнічується  ріст кісток. Сумарної дози порядку 10 Гр, отриманої протягом декількох тижнів при щоденному опроміненні, буває достатньо, щоб викликати деякі аномалії розвитку кістяка. Мабуть, для такої дії радіації не існує ніякого граничного ефекту. Виявилося також, що опромінення мозку дитини при променевій терапії може викликати зміни в його характері, призвести до втрати пам'яті, а у людини дорослої здатність витримувати набагато більші дози. Вкрай чутливий до дії радіації і мозок плоду, особливо якщо мати піддається опроміненню між восьмим і п'ятнадцятим тижнями вагітності. У цей період у плода формується кора головного мозку, і існує великий ризик того, що в результаті опромінення матері (наприклад, рентгенівськими променями) народиться розумово відстала дитина. Саме таким чином постраждали приблизно 30 дітей, опромінених в період внутрішньоутробного розвитку під час атомних бомбардувань Хіросіми і Нагасакі. Хоча індивідуальний ризик при цьому великий, а наслідки доставляють особливо багато страждань, число жінок, що знаходяться на цій стадії вагітності, в будь-який момент часу складає лише невелику частину всього населення. Це, однак, найбільш серйозний за своїми наслідками ефект з усіх відомих ефектів опромінення плоду людини.

Більшість тканин дорослої людини відносно мало чутливі до дії радіації. Нирки  витримують сумарну дозу близько 23 Гр, отриману протягом п'яти тижнів, без особливого для себе шкоди, печінка  щонайменше 40 Гр за місяць, сечовий  міхур, щонайменше, 55 Гр за чотири тижні, а зріла хрящова тканина до 70 Гр. Легкі надзвичайно складні органи набагато більш уразливі, а в кровоносних судинах незначні, але, можливо, істотні зміни можуть відбуватися вже при відносно невеликих дозах. Звичайно, опромінення в терапевтичних дозах, як і всяке інше опромінення, може викликати захворювання на рак в майбутньому або призвести до несприятливих генетичних наслідків. Опромінення у терапевтичних дозах, їх однак, застосовують звичайно для лікування раку, коли людина смертельно хвора, а оскільки пацієнти в середньому досить літні люди, ймовірність того, що вони будуть мати дітей, також відносно мала. Однак далеко не так просто оцінити, наскільки це великий ризик при набагато менших дозах опромінення, які люди отримують в своєму повсякденному житті і на роботі, і на цей рахунок існують різні думки серед громадськості.

Рак найбільш серйозне з усіх наслідків  опромінення людини при малих  дозах, принаймні безпосередньо  для тих людей, які зазнали  опромінення. Справді, великі обстеження, що охопили близько 100 000 чоловік, які  пережили атомні бомбардування Хіросіми і Нагасакі в 1945 році, показали, що поки рак є єдиною причиною підвищеної смертності в цій групі населення. Оцінки НКДАР ООН ризику захворювання на рак в значній мірі спираються на результати обстеження людей, які  пережили атомне бомбардування. Комітет  використовує й інші матеріали, в  тому числі відомості про частоту  захворювання раком серед жителів  островів у Тихому океані, на яких відбулося  випадання радіоактивних опадів після ядерних випробувань в 1954 році, серед робітників уранових рудників і серед осіб, які пройшли курс променевої терапії. Але матеріали  по Хіросімі і Нагасакі це єдине  джерело відомостей, що відображає результати ретельного обстеження протягом більше 30 років численної групи  людей різного віку, які зазнали  більш-менш рівномірному опроміненню  всього тіла. Незважаючи на всі ці дослідження, оцінка ймовірності захворювання людей  на рак в результаті опромінення  не цілком надійна. Є маса корисних відомостей, отриманих при експериментах  на тваринах, однак, незважаючи на їх очевидну користь, вони не можуть повною мірою  замінити відомостей про дію радіації на людину. Для того щоб оцінка ризику захворювання на рак для людини була досить надійна, отримані в результаті обстеження людей відомості повинні задовольняти цілий ряд умов. Повинна бути відома величина поглиненої дози. Випромінювання має рівномірно потрапляти на все тіло або принаймні на ту його частину, яка вивчається в даний момент. Опромінене населення повинно проходити обстеження регулярно протягом десятиліть, щоб встигли проявитися всі види ракових захворювань Діагностика повинна бути досить якісною, що дозволяє виявити всі випадки ракових захворювань. Дуже важливо також мати хорошу «контрольну» групу людей, яку можна порівняти в усіх відношеннях (крім самого факту опромінення) з групою осіб, за якою ведеться спостереження, щоб з'ясувати частоту захворювання раком у відсутність опромінення. І обидві ці популяції повинні бути досить численні, щоб отримані дані були статистично достовірні. Жоден з наявних матеріалів не задовольняє повністю всім цим вимогам. Ще більш принципова невизначеність полягає в тому, що майже всі дані про частоту захворювання раком в результаті опромінення отримані при обстеженні людей, що отримали відносно великі дози опромінення 1 Гр і більше. Є дуже небагато відомостей про наслідки опромінення при дозах, пов'язаних з деякими професіями, і зовсім відсутні прямі дані про дію доз опромінення, одержуваних населенням Землі в повсякденному житті. Тому немає ніякої альтернативи такому способу оцінки ризику населення при малих дозах опромінення, як екстраполяція оцінок ризику при великих дозах (вже не цілком надійних) в область малих доз опромінення. НКДАР ООН, так само як і інші установи, що займаються дослідженнями в цій області, у своїх оцінках спирається на два основних допущення, які поки що цілком узгоджуються з усіма наявними даними. Відповідно до першого припущення, не існує ніякої порогової дози, за якої відсутній ризик захворювання на рак. Будь-яка як завгодно мала доза збільшує ймовірність захворювання на рак для людини, яка отримала цю дозу, і будь-яка додаткова доза опромінення ще більш збільшує цю ймовірність. Друге припущення полягає в тому, що ймовірність, або ризик, захворювання зростає прямо пропорційно дозі опромінення: при подвоєнні дози ризик подвоюється, при отриманні трикратної дози потроюється і т.д. НКДАР вважає, що при такому допущенні можлива переоцінка ризиків у сфері малих доз, але навряд чи можлива його недооцінка. На такий за відомою недосконалою, але зручною основою і будуються всі приблизні оцінки ризику захворювання на різні види раку при опроміненні. Згідно з наявними даними, першими в групі ракових захворювань, що вражають населення у результаті опроміненні, стоять лейкози. Вони викликають загибель людей в середньому через 10 років з моменту опромінення набагато раніше, ніж інші види ракових захворювань. Смертність від лейкозів серед тих, хто пережив атомні бомбардування Хіросіми і Нагасакі, стала різко знижуватися після 1970 року; мабуть, данина лейкозам в цьому випадку сплачена майже повністю. Таким чином, оцінка ймовірності померти від лейкозу в результаті опромінення більш надійна, ніж аналогічні оцінки для інших видів ракових захворювань. Згідно з оцінками НКДАР ООН, від кожної дози опромінення в 1 Гр в середньому дві людини з тисячі помруть від лейкозів. Інакше кажучи, якщо хто-небудь отримає дозу 1 Гр при опроміненні всього тіла, при якому страждають клітини червоного кісткового мозку, то існує один шанс із 500, що ця людина помре в подальшому від лейкозу. Найпоширенішими видами раку, викликаними дією радіації, виявилися рак молочної залози та рак щитовидної залози. За оцінками НКДАР, приблизно у десяти чоловік з тисячі опромінених відзначається рак щитовидної залози, а у десяти жінок з тисячі рак молочної залози (у розрахунку на кожен Гр індивідуальної поглиненої дози). Однак обидва різновиди раку в принципі виліковні, а смертність від раку щитовидної залози особливо низька. Тому лише п'ять жінок із тисячі, мабуть, помруть від раку молочної залози на кожен Гр опромінення і лише одна людина з тисячі опромінених, мабуть, помре від раку щитовидної залози. Рак легенів, навпаки, нещадний вбивця. Він теж належить до поширених різновидів ракових захворювань серед опромінених груп населення. На додаток до даних обстеження осіб, які пережили атомні бомбардування Хіросіми і Нагасакі, були отримані відомості про частоту захворювання раком легенів серед шахтарів уранових рудників у Канаді, Чехословаччині та США. Цікаво, однак, що оцінки, отримані в обох випадках, значно розходяться: навіть беручи до уваги різний характер опромінення, ймовірність захворіти на рак легенів на кожну одиницю дози опромінення для шахтарів уранових рудників опинилася в 4-7 разів вище, ніж для людей, які пережили атомне бомбардування. НКДАР розглянув кілька можливих причин такої розбіжності, серед яких не останню роль відіграє той факт, що шахтарі в середньому старші, ніж населення японських міст в момент опромінення. Згідно з поточними оцінками комітету, з групи людей у тисячу чоловік, вік яких в момент опромінення перевищує 35 років, мабуть, п'ятеро людей помруть від раку легенів у розрахунку на кожний Гр середньої індивідуальної дози опромінення, але лише половина цієї кількості в групі, що складається з представників всіх вікових груп. Цифра «п'ять» ~ це нижня оцінка смертності від раку легенів серед шахтарів уранових рудників. Рак інших органів і тканин, як виявилося, зустрічається серед опромінених груп населення рідше. Згідно з оцінками НКДАР, ймовірність померти від раку шлунка, печінки або товстої кишки становить приблизно всього лише 1/1000 на кожен Гр середньої індивідуальної дози опромінення, а ризик виникнення раку кісткових тканин, стравоходу, тонкої кишки, сечового міхура, підшлункової залози, прямої кишки і лімфатичних тканин ще менше і складає приблизно від 0,2 до 0,5 на кожну тисячу і на кожен Гр середньої індивідуальної дози опромінення.