Видова радіочутливість зростає в міру ускладнення організму. Це пояснюється тим, що в складних організмах більше слабких ланок, що викликають ланцюгові реакції виживання. Цьому сприяють і більш складні системи керування (нервова, імунна), які частково або повністю відсутні в більш примітивних особинах. Для мікроорганізмів дози, що викликають 50% смертності, становлять тисячі Гр., для птахів - десятки, а для високоорганізованих ссавців - одиниці (рис. 2.15).
3. Мутація
Кожна клітина організму містить молекулу ДНК, яка несе інформацію для правильного відтворення нових клітин.
ДНК - це дезоксирибонуклеї́новакислота, що складається з довгих, закруглених молекул у вигляді подвійної спіралі. Функція її полягає в забезпеченні синтезу білкових молекул більшості з яких складаються амінокислоти. Ланцюжок молекули ДНК складається з окремих ділянок, які кодуються спеціальними білками, утворюючи так званий ген людини.
Радіація може або убити клітку, або спотворити інформацію в ДНК так, що з часом з'являться дефектні клітини. Зміна генетичного коду клітини називають мутацією. Якщо мутація відбувається в яйцеклітині сперми, наслідки можуть бути відчутні і в далекому майбутньому, тому що при заплідненні утворюються 23 пари хромосом, кожна з яких складається зі складного речовини, званого дезоксирибонуклеї́новою кислотою. Тому мутація, яка виникає в статевій клітині, називається генетичною мутацією і може передаватися наступним поколінням.
На думку Е. Дж. Холу, такі порушення можна віднести до двох основних типів: хромосомні аберації, що включають зміна 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 в тому випадку, якщо в обох батьків мутантним є один і той же ген). Такі мутації можуть не проявитися протягом багатьох поколінь або не виявитися взагалі. Мутація в самотических клітин буде впливати тільки на сам індивід. Викликані радіацією мутації не відрізняються від природних, однак при цьому збільшується сфера шкідливого впливу.
Описані міркування засновані лише на лабораторних дослідженнях тварин. Прямих доказів радіаційних мутацій у людини поки немає, тому що повне виявлення всіх спадкоємних дефектів відбувається лише протягом багатьох поколінь.
Однак, як підкреслює Джон Гофман, недооцінка ролі хромосомних порушень, заснована на затвердження "їх значення нам невідомо", є класичним прикладом рішень, що приймаються невіглаством. Допустимі дози опромінення були встановлені ще задовго до появи методів, що дозволяють встановити ті сумні наслідки, до яких вони можуть призвести нічого не підозрюють людей і їхніх нащадків.
4. Дія великих доз іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти
Живий організм дуже чутливий до дії іонізуючої радіації. Чим вище на еволюційних сходах стоїть живий організм, тим він більш радіо чутливий. Радіочутливість - багатостороння характеристика. "Виживаність" клітини після опромінення залежить одночасно від низки причин: від обсягу генетичного матеріалу, активності енергозабезпечуючих систем, співвідношення ферментів, інтенсивності утворення вільних радикалів Н і ОН.
При опроміненні складних біологічних організмів слід враховувати процеси, що відбуваються на рівні взаємозв'язку органів і тканин. Радіочутливість в різних організмів варіюється досить широко (рис. 2.16).
Організм людини, як досконала природна система, ще більш чутливий до радіації. Якщо людина перенесла загальне опромінення дозою 100-200 радий, то у нього через кілька днів з'являться ознаки променевої хвороби в легкій формі. Її ознакою може служити зменшення числа білих кров'яних клітин, яке встановлюється при аналізі крові. Суб'єктивним показником для людини є можлива блювота в першу добу після опромінення.
Середня ступінь тяжкості променевої хвороби спостерігається у осіб, які зазнали впливу випромінювання в 250-400 радий. У них різко знижується вміст лейкоцитів (білих кров'яних клітин) у крові, спостерігається нудота і блювота, з'являються підшкірні крововиливи. Летальний результат спостерігається у 20% опромінених через 2-6 тижнів після опромінення.
При опроміненні дозою 400-600 радий розвивається тяжка форма променевої хвороби. З'являються численні підшкірні кровотечі, кількість лейкоцитів у крові значно зменшується. Летальний результат хвороби 50%.
Дуже важка форма променевої хвороби виникає при опроміненні дозою вище 600 радий. Лейкоцити в крові повністю зникають. Смерть настає в 100% випадків.
Описані вище наслідки радіаційного опромінення характерні для випадків, коли медичну допомогу відсутня.
Для лікування опроміненого організму сучасна медицина широко застосовує такі методи, як крово - заміщення, пересадка кісткового мозку, введення антибіотиків, а також інші методи інтенсивної терапії. При такому лікуванні можливо виключити смертельний результат навіть при опроміненні дозою до 1000 рад. Енергія, яку випромінює радіоактивними речовинами, поглинається навколишнім середовищем, у тому числі і біологічними об'єктами. У результаті впливу іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть відбуватися складні фізичні, хімічні та біохімічні процеси.
Іонізуюче вплив порушує в першу чергу нормальний перебіг біохімічних процесів і обмін речовин. Залежно від величини поглиненої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть бути зворотними або необоротними. При невеликих дозах уражена тканина відновлює свою функціональну діяльність. Великі дози при тривалій дії можуть викликати незворотне ураження окремих органів або всього організму. Будь-який вид іонізуючих випромінювань викликає біологічні зміни в організмі як при зовнішньому (джерело знаходиться поза організмом), так і при внутрішньому опроміненні (радіоактивні речовини попадають усередину організму, наприклад, з їжею або інгаляційним шляхом). Розглянемо дію іонізуючого випромінювання, коли джерело опромінення знаходиться поза організмом.
Біологічних ефект іонізуючого випромінювання в даному випадку залежить від сумарної дози й часу впливу випромінювання, його виду, розмірів опромінюваної поверхні та індивідуальних особливостей організму. При одноразовому опроміненні всього тіла людини можливі біологічні порушення залежно від сумарної поглиненої дози випромінювання.
При опроміненні дозами, в 100-1000 разів перевищують смертельну дозу, людина може загинути під час опромінення. Причому, поглинена доза випромінювання, що викликає ураження окремих частин тіла, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла. Смертельні поглинені дози для окремих частин тіла наступні: голова - 20 Гр., нижня частина живота - 30 Гр., верхня частина живота - 50 Гр., грудна клітка - 100 Гр., кінцівки - 200 Гр.
Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їх чутливості до дії опромінювання, то одержимо наступну послідовність: лімфатична тканина, лімфатичні вузли, селезінка, зобної заліза, кістковий мозок, зародкові клітини. Велика чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби.
При одноразовому опроміненні всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр через добу після опромінення може різко скоротитися число лімфоцитів. Зменшується також і кількість еритроцитів (червоних кров'яних тілець) після закінчення двох тижнів після опромінення. У здорової людини налічується порядку 10 4 червоних кров'яних тілець, причому щодня виробляється 10. У хворих на променеву хворобу таке співвідношення порушується і в результаті організм гине.
Важливим фактором при впливі іонізуючого випромінювання на організм є час опромінення. Зі збільшенням потужності дози вражаюча дія випромінювання зростає. Чим більше дрібно випромінювання за часом, тим менше його вражаюча дія (рис. 2.17).
Зовнішнє опромінення альфа-, а також бета-частками менш небезпечне. Вони мають невеликий пробіг у тканині й не досягають кровотворних і інших внутрішніх органів. При зовнішньому опроміненні необхідно враховувати гамма-та нейтронне опромінення, які проникають у тканину на більшу глибину й руйнують її, про що більш докладно розповідалося вище.
5. Два виду опромінення організму: зовнішні і внутрішні
Іонізуюче випромінювання може двома способами чинити вплив на людину. Перший спосіб - зовнішнє опромінення від джерела, розташованого поза організмом, яке в основному залежить від радіаційного фону місцевості на якій проживає людина або від інших зовнішніх факторів. Другий - внутрішнє опромінення, зумовлене надходженням всередину організму радіоактивної речовини, головним чином з продуктами харчування.
Продукти харчування, що не відповідають нормам радіаційним, мають підвищений вміст радіонуклідів, інкорпорує з їжею і стають джерелом випромінювання безпосередньо всередині організму.
Велику небезпеку становлять продукти харчування і повітря, що містять ізотопи плутонію і америцію, які мають високу альфа активністю. Плутоній, що випав в результаті Чорнобильської катастрофи, є найнебезпечнішим канцерогенною речовиною. Альфа випромінювання має високий ступінь іонізації і, отже, велику вражаючу здатність для біологічних тканин.
Попадання плутонію, а також америцію через дихальні шляхи в організм людини викликає онкологію легеневих захворювань. Проте слід врахувати, що ставлення загальної кількості плутонію і його еквівалентів америцію, кюрія до загальної кількості плутонію, що потрапив в організм інгаляційним шляхом незначно. Як встановив Беннетт, при аналізі ядерних випробувань в атмосфері, на території США співвідношення випадіння та інгаляції одно 2,4 млн. до 1, тобто переважна більшість альфа-містять радіонуклідів від випробувань ядерної зброї пішли в землю не надавши впливу на людину. У викидах Чорнобильського сліду спостерігалися також частинки ядерного палива, так звані гарячі частинки розміром близько 0,1 мікрона. Ці частинки також можуть проникати інгаляційним шляхом в легені і представляти серйозну небезпеку.