Земна радіація обумовлена тим, що основні радіоактивні ізотопи, що зустрічаються в гірських породах Землі – це калій-40, рубідій-87 і члени інших радіоактивних сімейств, включені до складу Землі із самого її народження. Вони беруть початок відповідно від урану-238 і торію-232 , що є довгоживучими ізотопами. Рівні земної радіації також неоднакові для різних місць і залежать від концентрації радіонуклідів у тій чи іншій ділянці земної кори.
У середньому дві третини ефективної еквівалентної дози опромінення, що людина одержує від природних джерел радіації, випромінювання яке надходить від радіоактивних речовин, які потрапили в організм із їжею, водою і повітрям. Невелика частина цієї дози приходиться на радіоактивні ізотопи типу вуглецю-14 і тритію, що утворюються під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел земного походження. У середньому людина одержує близько 180 мкЗв у рік за рахунок калію-40, що засвоюється організмом разом з нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності організму.
Найбільш вагомим із усіх природних джерел радіації є важкий газ (у 7,5 разів важче повітря) - радон. У природі радон зустрічається в двох формах: у виді радону-222 , члена радіоактивного ряду, утвореного продуктами розпаду урану-238 , і у виді радону - 220 , члена радіоактивного ряду торія-232. Основну частину дози опромінення від радону людина одержує, знаходячись у закритому, не провітрюваному приміщенні. Концентрація радону в закритих приміщеннях у середньому у вісім разів вище, ніж у зовнішнім атмосфернім повітрі.
Відомо, що 70-80% загального складу тканини людини складає вода. У результаті іонізації молекули води утворюють вільні радикали Н+ і ОН– за такою схемою:
H2O+ → H+ + OH–
Також утвориться вільний радикал гідроперекису (H2O–) і перекис водню (H2O2), що є сильними окислювачами.
Вільні радикали й окислювачі, що утворюються в процесі радіолізу води, володіють високою хімічною активністю і вступають у хімічні реакції з молекулами білків, ферментів і інших структурних елементів біологічної тканини, що приводить до зміни біологічних процесів в організмі. У результаті порушуються обмінні процеси, придушується активність ферментних систем, сповільнюється і припиняється ріст тканин, виникають нові хімічні сполуки, не властиві організму – токсини. Це приводить до порушень життєдіяльності окремих функцій чи систем організму в цілому. У залежності від величини поглиненої дози й індивідуальних особливостей організму, викликані зміни можуть бути оборотними чи необоротними.
Найважливіші біологічні реакції організму людини на вплив іонізуючого випромінювання умовно розділені на дві групи. До першої відноситься променева хвороба, до другої – віддалені наслідки, що у свою чергу розділяються на соматичні (вплив на тіло і кісти) і генетичні ефекти.
Променева хвороба.У випадку однократного опромінення людини значною дозою радіації на короткий термін ефект від опромінення спостерігається вже в першу добу, а ступінь хвороби залежить від величини поглиненої дози. При дозах опромінення більш 1 Зв можливий розвиток променевої хвороби, тяжкість проходження якої залежить від дози опромінення. Дози однократного опромінення 6-10 Зв при відсутності медичної допомоги вважаються в 100 % випадків смертельними.
Віддалені наслідки. До віддалених наслідків соматичного характеру відносяться різноманітні біологічні ефекти, серед яких найбільш істотними є лейкемія, злоякісні утворення, катаракта кристалика ока і скорочення тривалості життя.
Лейкемія – відносно рідке захворювання. Імовірність виникнення лейкемії складає 1-2 випадків на рік на 1 млн. населення при опроміненні всієї популяції дозою 0,01 Зв.
Злоякісні утворення. Перші випадки розвитку злоякісних утворень від впливу іонізуючої радіації описані ще на початку XX сторіччя. Це були випадки раку шкіри кистей рук у працівників рентгенівських кабінетів. Надалі була виявлена можливість виникнення остеосарком при вмісті альфа-радіоактивні ізотопи в організмі в кількостях порядка 0,5 мкКи. Але точно вказати мінімальні дози не можливо.
Вивчення генетичних наслідків опромінення зв'язано з великими труднощами. По-перше, мало відомо про те, які ушкодження виникають у генетичному апараті людини при опроміненні; по-друге, повне виявлення всіх спадкоємних дефектів відбувається лише протягом багатьох поколінь; і, по-третє, ці дефекти неможливо відрізнити від тих, котрі виникли з інших причин.
Близько 10% усіх живих немовлят мають ті або інші генетичні дефекти, починаючи від необтяжливих фізичних недоліків типу дальтонізму і кінчаючи такими важкими станами, як синдром Дауна, хорея Гентингтона і різні пороки розвитку. Багато хто з ембріонів і плодів з важкими спадкоємними порушеннями не доживають до народження. Але навіть якщо діти зі спадкоємними дефектами народжуються живими, імовірність для них дожити до свого першого дня народження в п'ять разів менше, ніж для нормальних дітей.
Генетичні порушення можна віднести до двох основних типів: хромосомні аберації, що включають зміни числа або структури хромосом, і мутації в самих генах. Генні мутації підрозділяються далі на домінантні (які виявляються відразу в першому поколінні) і рецесивні (які можуть проявитися лише в тому випадку, якщо в обох батьків мутантним є той самий ген; такі мутації можуть не проявитися протягом багатьох поколінь або не виявитися взагалі). Обидва типи аномалій можуть привести до спадкоємних захворювань у наступних поколіннях, а можуть і не проявитися взагалі. інші дослідження цього не підтверджують.
Трохи насторожує повідомлення про те, що в людей, що одержали малі надлишкові дози опромінення, дійсно спостерігається підвищений зміст кліток крові з хромосомними порушеннями. Але біологічне значення таких ушкоджень і їхній вплив на здоров'я людини не з'ясовані.
Деякі радіоактивні речовини накопичуються в окремих внутрішніх органах. Наприклад, джерела альфа-випромінювання (радій, уран, плутоній), бета-випромінювання (стронцій і ітрій) і гамма-випромінювання (цирконій) відкладаються в кісткових тканинах. Усі ці речовини важко виводяться з організму.
Дія іонізуючого випромінювання на організм не відчутна людиною. Тому це небезпечно. Дозиметричні прилади є як би додатковим “органом почуттів”, призначеним для сприйняття іонізуючого випромінювання.
У результаті впливу іонізуючого випромінювання порушується нормальний плин біохімічних процесів і обмін в організмі.
Орієнтовні дози і можливі наслідки опромінення:
· 4500 м3в – важкий ступінь променевої хвороби (помирає 50% опромінених).
· 1000 м3в – нижній рівень розвитку легкого ступеня променевої хвороби.
· 750 мЗв – незначна короткочасна зміна складу крові.
· 200-300 мЗв – опромінення під час рентгенографії шлунка (місцеве).
· 2-3 мЗв – опромінення при рентгенографії зубів.
· 2-3 мЗв – флюорографія легень.
· 1-2 мЗв – фонове опромінення за рік.
· 0,1 мЗв – перегляд одного футбольного матчу(0,05 мЗв – телевізор і монітор за 1 годину )
· 0,01-1 мЗв – польоти на літаку в залежності від висоти та тривалості перельоту.
При впливі іонізуючого опромінення летальна доза для ссавців складає 10 Зв, а енергія, що поглинається при цьому тканинами й органами тварин, могла б підвищити їхню температуру усього на тисячні частки градуса.
Поглинена доза випромінювання, що викликає уразку окремих частин тіла, а потім смерть, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла. При абсолютній смертельній дозі, що дорівнює для людини 10 Зв на все тіло, в 1 см3 тканини утворюється одна іонізована молекула на 10 мільйонів молекул.
Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до дії опромінювання, то одержимо наступну послідовність: лімфатична тканина, лімфатичні вузли, селезінка, кістковий мозок, зародкові клітини. Велика чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби.
Важливим фактором при впливі іонізуючого випромінювання на організм є час опромінення. Зі збільшенням потужності дози вражаюча дія випромінювання зростає. Чим більш дробове випромінювання за часом, тим менше його вражаюча дія.
Зовнішнє опромінення альфа- і бета-випромінюваннями менш небезпечно, тому що альфа- і бета-частинки мають невелику величину пробігу в тканині і не досягають кровотворних і інших органів.
Ступінь поразки організму залежить від розміру поверхні, що опромінюється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і біологічний ефект. Індивідуальні особливості організму людини виявляються лише при невеликих поглинених дозах.