Механизмы взаимодействия ионизирующей радиации с молекулами и клетками - патология органов дыхания у ликвидаторов аварии на чаэс
Ионизирующая радиация представлена двумя видами излучений, электромагнитным — рентгеновское и гамма-излучение и потоком частиц — альфа-, бета-частицы, протоны, нейтроны и др. (Черкасов Е.Ф., Кириллов В. Ф., 1974- Denekapt J., 1992).
Рентгеновские лучи образуются при ударе потока электронов в газовой трубке о мишень. Длина волны этих электромагнитных лучей зависит от напряжения, ускоряющего электроны. При напряжении на пластинах 70 kV образуется мягкое рентгеновское излучение, плохо проникающее в ткани, а при напряжении 250 kV — жесткое излучение, глубоко проникающее.
Гамма-лучи — электромагнитные лучи с короткой длиной волны и большой проникающей способностью. Чем меньше длина волны, тем глубже они проникают в ткани. Проходя сквозь субстрат, электромагнитные лучи отдают свою энергию электронам, при этом формируются электроны с высокой энергией, вызывающие ионизацию вещества.
Альфа-лучи — поток ядер гелия с массой 4, несущих положительный заряд +2. Бета-лучи— поток электронов с зарядом -1. Длина пробега в воде составляет 1 см. Протоны имеют массу 2 и заряд +2. Попадая ядра молекул, вызывают их нестабильность, различные виды излучений и распад. Нейтроны не несут заряда и потому глубоко проникают в ткани. Используются в атомных реакторах для производства изотопов и образуются в больших количествах при атомных взрывах.
При контакте с субстратом ионизирующая радиация вызывает его ионизацию. Особенно подробно процессы ионизации изучены для молекул воды.
Авария на ЧАЭС вызвала комбинированное воздействие ионизирующей радиации на организм человека, сочетавшей инкорпорацию радионуклидов организмом и внешнее облучение, исходящее от облака выброса и загрязненной поверхности земли. При этом доминирующим являлось воздействие от поглощенных радионуклидов (Кутьков В. А. с соавт., 1993).
В ходе аварии на ЧАЭС были выброшены радионуклиды, образовавшиеся в самом реакторе под воздействием энергии нейтронов, выделявшихся из делящихся ядер урана, — более 200 радиоактивных изотопов, в составе топливных частиц реактора, а также в виде частиц из радионуклидов, соединенных со строительной и атмосферной пылью. Радиоактивные пылевые частицы называются &ldquo-горячими частицами&rdquo-.
Механическая очистка воздуха от &ldquo-горячих частиц&rdquo- в организме человека начинается с его фильтрации при прохождении полости носа. При этом происходит осаждение ингалированных частиц на слизистых оболочках носа, трахеи и бронхов с последующим удалением их при чихании и кашле. Осаждение частиц зависит от их диаметра. Так, в носовой полости задерживаются частицы диаметром более 50 мкм, трахее — 30—50 мкм, в бронхах — 10—30 мкм, в бронхиолах — 3—10 мкм, в альвеолах — 1—3 мкм. Частицы, диаметр которых меньше 0,5 мкм, в легких практически не задерживаются.
Геометрический диаметр частиц не соответствует аэродинамическому (АД). АД численно равен среднему геометрическому диаметру, умноженному на корень квадратный из плотности частицы, выраженной в единицах г/см3. Так, например, при геометрическом диаметре 0,3 мкм частицы диоксида урана с плотностью 10 г/см3 АД составляет 1 мкм.
&ldquo-Горячие частицы&rdquo- взорвавшегося реактора ЧАЭС имели специфический нуклидный состав, что объясняется особенностями использованного уранового топлива, а также вторичных строительных и атмосферных примесей. Cs-137, попавший в первые дни аварии в организм обслуживающего персонала станции, входил в состав частиц с АД 5—25 мкм. Средний же АД частиц, содержавших Pu-239, соответствовал по расчетным данным 12±2 мкм. Это свидетельствует о том, что данные частицы оседали в основном в мелких бронхах и бронхиолах. В целом же размер &ldquo-горячих частиц&rdquo- ЧАЭС колебался от 4 до 40 мкм. Это приводило к поражению респираторного тракта на всех уровнях, начиная от верхних дыхательных путей и кончая альвеолами, что подтверждается данными клинического наблюдения за ликвидаторами чернобыльской катастрофы.
Аспирированные &ldquo-горячие частицы&rdquo- оказывают уникальное повреждающее воздействие на ткань легкого, так как способны накапливаться в определенных структурах, прежде сего по ходу лимфатических дренажей, а также в очагах пневмосклероза, где фактически возникают источники постоянно происходящего альфа- и бета-излучения. Этим и объясняется тот факт, что даже при низкой мощности таких источников общая доза локального облучения может быть высока. Не вызывает сомнений, что такое воздействие ионизирующей радиации является достаточным, чтобы вызвать цепь генных мутаций и перестроек, ведущих к развитию рака легкого. Однако данные о риске рака легкого, индуцированного микроскопическими источниками альфа- и бета-излучения, противоречивы.
