Александров Ю.А. Основы радиационной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

2.6. Защита от радиационного излучения

111

На время прохождения радиоактивного облака необходимо ук-

рыться в помещениях с закрытыми окнами и дверьми или в подвалах.

В дальнейшем рекомендуется прием средств, повышающих ус-

тойчивость организма по отношению к радиации (радиопротекторов).

Особенно важно как можно быстрее ввести в организм стабильный изо-

топ йода в дозе 125 мг для взрослых и 40 мг для детей и затем повторять

эту процедуру ежесуточно в течение всего срока пребывания на загряз-

ненной радионуклидами территории (но не более 10 суток для взрослых

и 2 суток для детей до 3 лет и беременных женщин). Своевременный

прием стабильного изотопа йода может обеспечить 100% защиту щито-

видной железы от радионуклида J-131.

Для защиты органов дыхания от радиоактивной пыли следует при-

менять респираторы. Большое значение для защиты тела от радиации

имеет личная гигиена, главная цель которой – своевременное удаление с

поверхности кожи и одежды радиоактивной пыли. Для этой процедуры

рекомендуются дезактивирующие средства в виде паст или обыкновен-

ное хозяйственное мыло.

После прохождения радиоактивного облака происходит загрязнение

радионуклидами земной поверхности, а, следовательно, пастбищ, садов,

огородов и полей. Постепенно радиоактивные вещества проникают

вглубь почвы, откуда впитываются корнями растений, а затем по пище-

вой цепочке проникают в организм человека. Продвижение радионук-

лидов по пищевым цепям сопровождается увеличением их концентра-

ции в каждом звене цепи. К примеру, в пищевой цепи арктической

зоны, лишайник – олень – человек, концентрация цезия-137 увеличива-

ется в 10 раз. Значительно снижают тяжесть лучевого воздействия так

называемые радиопротекторы (радиационные защитники). В первую

очередь к таким веществам относятся витамины и растения, содер-

жащие в своей структуре большое количество пектинов: гранат, чер-

ноплодная рябина, смородина, клюква, свекольный и морковный соки,

настойки женьшеня, золотого корня, элеутерококка китайского. На ос-

нове природных лекарственных веществ разработаны всевозможные

препараты, рекомендуемые в качестве средств защиты при хроническом

действии ионизирующих излучений. Ю.Б. Кудряшов и Е.Н. Гончаренко

(1999) называют их адаптогенами. К числу зооадаптогенов относятся:

препарат Турдыева, выделенный из тканей черепахи, ядов змей, пауков,

скорпионов. Из фитопрепаратов для профилактики и лечения лучевой

болезни рекомендуются микстуры «Ку-шен» и «Кушенсу», выделенные

из корней бобовых растений, полисахаридные экстракты из съедобных

грибов (в том числе препарат «Джинер»), микстура «ЭЧХЛ» из чисто-

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

112

тела, экстракт Као, выделенный из корневища горца многоцветного, и

многие другие средства, приготовленные из природного материала.

При проживании в условиях повышенной радиации необходимо

сбалансированное питание, обильное питье. Нужно как можно больше

употреблять соков, витаминов, грецких орехов, редьку, хрен, чеснок,

лук, гречневую и овсяную крупы, творог, масло, сметану. Костные

бульоны, холодец, кофе, яйца и косточковые фрукты должны быть ис-

ключены из рациона. Очень полезна сауна.

Чтобы правильно выбрать состав дневного рациона при проживании

на местности, загрязненной радионуклидами, важно ориентироваться в

способности накопления этих элементов различными растениями и ор-

ганизмами разных животных. Особому контролю на содержание радио-

нуклидов подлежит питьевая вода. Нормы радиационной безопасности

строго лимитируют содержание искусственных радионуклидов в питье-

вой воде, создающих эффективную дозу меньше 0,1 мЗв за год, не тре-

буется проведения мероприятий по снижению ее радиоактивности.

Этому значению дозы при потреблении воды в количестве 2 кг в сутки

соответствуют средние значения удельной активности за год. При со-

вместном присутствии в воде нескольких радионуклидов должно

выполняться условие:

 (А

: УВ

)  1,

где А

–

удельная активность i-того радионуклида в воде;

УВ

– соответствующий уровень вмешательства (приведен в табл. П-2

НРБ-99).

Предварительная оценка допустимости использования воды для

питьевых целей может быть дана по удельной суммарной альфа- и бета-

активности, которая не должна превышать 0,1 и 1,0 Бк/кг соответствен-

но. При обнаружении в воде трития, углерода-14 и тория-232 определе-

ние удельной активности этих радионуклидов в воде обязательно. Уро-

вень вмешательства для радона-222 в питьевой воде составляет 60 Бк/кг.

Для минеральных и лечебных вод устанавливаются специальные норма-

тивы.

В чрезвычайных ситуациях реальное количество радионуклидов в

поверхностных водах может превышать эти нормы в десятки и сотни

раз. В этих условиях население должно быть оснащено фильтрами кол-

лективного и индивидуального пользования. Для заполнения фильтров

применяются тонкодисперсные сорбенты на основе природных цеоли-

тов или искусственных материалов – полипропилена и полиэтилентет-

рафталата. Эти же сорбенты используют для очистки воды от радионук-

лидов на водозаборах и водоочистных станциях.

2.6. Защита от радиационного излучения

113

Одной из актуальных проблем современной радиоэкологии является

защита населения от распространения радионуклидов через подземные

воды. Водоносные горизонты должны быть надежно защищены от ис-

точников радиации. Для этого через пробуренные скважины пред-

лагается закачивать полимерный отверждающий реагент «Буретан», ко-

торый при соприкосновении с водой способен быстро образовывать

пластичную каучукообразную массу, которая затем переходит в твердое

состояние, создавая водонепроницаемые барьеры (Шарипов, 1999).

2.6.2. Принципы радиозащитного питания

Важнейшим фактором предотвращения накопления радионукли-

дов в организме людей является питание. Установлено, что обогащение

рациона рыбой, кальцием, фтором, витаминами А, Е, С, которые явля-

ются антиоксидантами, неусвояемыми углеводами (пектинами) способ-

ствует снижению риска онкологических заболеваний, играет важную

роль в профилактике радиоактивного воздействия наряду с радиопро-

текторами. Основные положения современной концепции радиозащит-

ного питания представлены на рисунке 9.

Рис. 9. Современная концепция радиозащитного питания

Принцип радиозащитного питания

Ограничение поступления

радионуклидов с пищей

Торможение процессов

всасывания и накопления

радионуклидов в организме

Ограничение

накопления ра-

дионуклидов

в продуктах

Ограничение

поступления

радионуклидов

путем моделиро-

вания пит

ния

Создание

рационов спе-

циализирован-

ного действия

Потребление

энерго-

сорбентов

Сбалансированность

пищевого р

циона

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

114

Они базируется на следующих положениях:

а) максимально возможное уменьшение поступления радионуклидов

с пищей;

б) торможение процессов сорбции (всасывания) и накопления ра-

дионуклидов в организме;

в) соблюдение основных принципов рационального питания.

2.6. Защита от радиационного излучения

115

Р а з д е л 3

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

В развитии поражения после воздействия ионизирующих излуче-

ний выделяют несколько стадий: физическую, физико-химическую, хи-

мическую и биологическую (табл. 33).

Таблица 33 – Основные стадии в действии ионизирующих излучений

на биологические системы

Стадия Процессы Продолжительность

Физическая Поглощение энергии излучения; образование

ионизированных и возбужденных атомов и

молекул

-16

-10

-15

Физико-

химическая

Перераспределение поглощенной энергии

внутри молекул и между ними, образование

свободных радикалов

-14

-10

-11

Химическая Реакции между свободными радикалами и

интактными молекулами. Образование ши-

рокого спектра молекул с измененными

структурами и функциональными свойства-

ми 10

-6

-10

-3

Биологическая Последовательное развитие поражения на

всех уровнях биологической организации: от

субклеточного до организменного; развитие

процессов биологического усиления и репа-

рационных процессов Секунды – годы

3.1. ФИЗИЧЕСКАЯ СТАДИЯ

Содержание физической стадии составляют процессы поглоще-

ния энергии и образования ионизированных и возбужденных молекул.

В облученной клетке возбужденными и ионизированными могут в рав-

ной степени оказаться белки и углеводы, нуклеиновые кислоты и липи-

ды, молекулы воды и различных низкомолекулярных органических и

неорганических соединений. В живых клетках органическими и неорга-

Р а з д е л 3 БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

116

ническими (кроме воды) молекулами поглощается около 25% энергии,

а водой – 75%.

Процессы, протекающие на физической стадии, осуществляются в

течение короткого времени – 10

-16

-10

-15

с. Они завершаются образова-

нием возбужденных и ионизированных молекул.

3.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ СТАДИЯ

В течение физико-химической стадии поглощенная молекулами

энергия реализуется разрывами химических связей и образованием сво-

бодных радикалов, которые характеризуются наличием неспаренного

электрона, что является причиной их чрезвычайно высокой химической

активности.

Как уже говорилось, в живых системах около 75% энергии излуче-

ния поглощается водой. В результате этого образуются продукты

радиолиза воды:

О + hv  H

 Н

+ НО

;

О + hv  H

O + е

–

;

О + е

–





.гидр

е  Н

+ НО

–

;

О + е

–

 Н

О  Н

+ ОН

;

О  Н

+ ОН

;

–

+ Н

 Н

;

О + ОН

–

 Н

О + ОН

;

О + Н

О  Н

О + ОН

;

О + е

–

 Н

О + Н

При ионизации воды образуются положительно заряженный ион

и электрон (е

–

), который после замедления при прохождении че-

рез вещество либо рекомбинирует с образованием воды (е

–

+ Н



О), либо образует отрицательно заряженный ион Н

–

(Н

О + е

–



–

). Ионы Н

и Н

–

неустойчивы и разлагаются, образуя ста-

бильные ионы Н

и ОН

, которые могут рекомбинировать с образова-

нием молекул воды, и свободные радикалы Н

и ОН

(Н

 Н

ОН

или Н

–

 ОН

–

+ Н

Среди основных продуктов радиолиза воды должен быть назван и

гидратированный электрон (е

гидр.

). Теряющий в конце пробега свою ки-

3.3. Химическая стадия. Прямое и непрямое действие радиации

117

нетическую энергию, электрон как бы захватывается расположенными

рядом молекулами воды, которые соответствующим образом ориенти-

руются вокруг него. Эта структура и получила наименование «гидрати-

рованный электрон».

Гидроксильный радикал ОН

, образующийся в процессе радиолиза

воды, выступает как очень сильный окислитель. Радикал водорода и

гидратированный электрон обладают высокой реакционной способно-

стью как восстановители.

Продукты радиолиза воды живут в воде не более 10

-5

с. За это время

они или рекомбинируют друг с другом, или вступают в химические ре-

акции с другими молекулами, находящимися в системе.

Перераспределение возбужденными молекулами избыточной энер-

гии, их диссоциация и образование в результате ионов и радикалов, об-

ладающих весьма высокой химической активностью, и составляет сущ-

ность физико-химической стадии в действии излучений.

Продолжительность ее составляет около 10

-14

-10

-11

с.

3.3. ХИМИЧЕСКАЯ СТАДИЯ. ПРЯМОЕ И НЕПРЯМОЕ

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Во время химической стадии образовавшиеся ранее высокоактив-

ные свободные радикалы вступают в реакции между собой и с интакт-

ными молекулами, в результате чего возникают разнообразные по-

вреждения молекул. Если повреждение биомолекул происходит в ре-

зультате непосредственного поглощения ими энергии излучения, при-

нято говорить о прямом действии радиации. Если же биомолекулы по-

вреждаются в результате их химического взаимодействия с продуктами

радиолиза воды, говорят о непрямом действии радиации.

К химически высокореактивным продуктам, образовавшимся на фи-

зико-химической стадии, относятся прежде всего радикалы ОН

и Н

гидратированный электрон (е

гидр.

). При взаимодействии первичных про-

дуктов радиолиза воды с кислородом образуются новые продукты, та-

кие как ионы Н

и пероксид водорода Н

, а также супероксидный

анион-радикал



и гидропероксид

НО , обладающие даже более вы-

сокой реакционной способностью, чем первичные радикалы.

Гидроксильный радикал НО

является самым сильным окислителем,

образующимся при радиолизе воды, радикал водорода Н



.гидр

– си-

льные восстановители, пероксид водорода – слабый окислитель.

Р а з д е л 3 БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

118

Образовавшиеся при радиолизе воды радикалы ОН

и Н

могут

вступать во взаимодействие друг с другом с образованием молекуляр-

ного водорода Н

и пероксида водорода Н

+ Н

 Н

; ОН

+ ОН

 Н

Гидратированный электрон вступает в реакции восстановления.

Пример такой реакции представлен ниже:

.гидр

е +



NH СН(СН

SН)СОO



 H

S + NH

CH(CH

)COO



цистеин

В случае наличия в воде закиси азота гидратированные электроны

превращаются в гидроксильный радикал:

.гидр

е +N

О  HO

+ N

Эндогенный оксид азота NO, основной регулятор локальной регу-

ляции тонуса артериальных сосудов, является также радикалом и ак-

тивно взаимодействует с супероксид-анион-радикалом



O с образова-

нием пероксинитрит-аниона:



O + NO

 ONOO



Пероксинитрит, являясь токсическим веществом, способным по-

вреждать белки и ДНК, при своем распаде вновь образует высокореак-

тивные продукты – гидроксильный радикал НО

, диоксид азота NO

нитроний ион NO

Продукты радиолиза воды способны вызвать практически все типы

структурных повреждений, которые наблюдаются при прямом действии

радиации. Непрямое действие радиации определяется содержанием в

макромолекулах структурированной воды, когда поглощенная энергия

при радиолизе воды может достигнуть важных надмолекулярных струк-

тур клетки и вызвать в них изменения. Наибольшая радиочувствитель-

ность среди органических веществ свойственна фосфолипидам, состав-

ляющим структурную основу клеточных мембран.

Так, гидратированный электрон способен присоединяться к органи-

ческим молекулам с образованием анион-радикала R

, который харак-

теризуется относительно высокой стабильностью. При воздействии

продуктов радиолиза воды на аминокислоты, белки, углеводы, нуклео-

тиды, ДНК, фосфолипиды могут образовываться радикалы растворен-

ных веществ.

3.3. Химическая стадия. Прямое и непрямое действие радиации

119

В частности, при взаимодействии биомолекул с гидроксильным

радикалом НО

происходит отщепление водорода от органического

вещества:

RH + ОН

 R

+ Н

или, при наличии двойных ненасыщенных связей в веществе, их разрыв:

HC = CHR

+ ОН

 R

(ОН) –

CHR .

В результате реакций с участием ОН

образуются нестабильные

продукты, включая радикалы с большой реакционной способностью.

При взаимодействии с органическими веществами радикала водо-

рода Н

происходит отщепление водорода:

RH + Н

 R

+ H

а при наличии свободной аминогруппы все завершается дезаминирова-

нием:

RNH

+ Н

 R

+ NH

Образующиеся в результате как прямого, так и непрямого действия

радиации органические радикалы обладают высокой реакционной спо-

собностью. Они могут вступать в реакции:

гидроксилирования – R

+ OH  ROH;

гидрирования – R

+ H  RH;

образования гидроперекисных радикалов – R

+ O

 ROO

;

ROO

+ RH  ROOH + R

Соединяясь с кислородом, органические радикалы образуют перок-

сидные радикалы типа

RO , которые, в свою очередь, могут перехо-

дить в гидроперекиси, отщепляя водород от других соединений:

RO + RSH  ROOH+ RS

Органические радикалы, вступая в разнообразные реакции, чаще

всего инактивируются. Однако образовавшийся в результате облучения

свободный радикал может прореагировать с нормальным радикалом,

участвующим в важной ферментативной реакции, и инактивировать его.

В этом случае повреждающее действие радикалов может быть связано с

ингибированием соответствующей реакции.

Продолжительность химической стадии составляет 10

-6

-10

-3

с.

Р а з д е л 3 БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

120

3.4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В КЛЕТКАХ

В результате процессов, происходящих на первичных стадиях

действия излучений, изменения могут возникнуть в любых молекуляр-

ных структурах, входящих в состав живой клетки.

К наиболее биологически значимым повреждениям должны быть

отнесены в первую очередь нарушения структуры ДНК. Прежде всего,

это повреждения оснований, выщепление отдельных оснований из цепи,

разрушение фосфоэфирных связей, лежащее в основе одиночных и

двойных разрывов цепочек ДНК, распад дезоксирибозы, повреждения

ДНК-мембранного комплекса, разрушение водородных связей, наруше-

ние связей ДНК-белок, повышающее атакуемость ДНК вторичными ра-

дикалами и ферментами, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок.

Аналогичные радиационно-химические изменения наблюдаются и в

облученной РНК. Разница состоит лишь в том, что в РНК, в связи с ее

однонитчатой структурой, не может быть двунитевых разрывов.

Не менее значимыми для жизнедеятельности клетки являются и вы-

званные прямым или непрямым действием радиации повреждения бел-

ка. В белковых молекулах участками, в которых чаще всего реализуется

поглощенная энергия, являются тиоловые и дисульфидные группиров-

ки, а также аминокислоты, содержащие спаренные циклы (триптофан,

фенилаланин, тирозин). В результате, хотя все аминокислоты погло-

щают энергию облучения с равной вероятностью, в конце физико-хи-

мической стадии некоторые из них оказываются избирательно пора-

женными.

При смертельных уровнях облучения (6-10 Гр) инактивация белков

и ферментов незначительна и не обнаруживается сразу после облуче-

ния. Образующиеся в присутствии кислорода и воды свободные ради-

калы могут приводить к разрыву пептидной связи, образованию амида,

кетокислоты и гидропе-рекисного радикала. Все это приводит к нару-

шению структуры белка: разрыву дисульфидных мостиков, водородных

связей, пептидной цепи, образованию сшивок между пептидными цепя-

ми, отщеплению аммиака, сероводорода, окислению сульфгидрильных

групп и ароматических аминокислот, к конформационным изменениям

вторичной и третичной структуры белка.

В частности, возникают реакции окисления белковых SH-групп, ко-

торые нередко протекают по цепному механизму с образованием ди-

сульфидов:

R–SH + НО

 R–S

+ Н

О;

R–SH +

HO  R–S

+ Н

;