Что делает радиация с человеком

Радиация может повреждать клетки. Защита организма справляется с этим, пока дозы облучения не превысят природный фон в сотни и тысячи раз. Более высокие дозы ведут к острой лучевой болезни и увеличивают на несколько процентов вероятность заболевания раком. Дозы в десятки тысяч раз выше фона смертельны. Таких доз в повседневной жизни не бывает.

Гибель и мутации клеток нашего тела – еще одно естественное явление, сопровождающее нашу жизнь. В организме, состоящем примерно из 60 триллионов клеток, клетки стареют и мутируют по естественным причинам. Ежедневно гибнет несколько миллионов клеток. Множество физических, химических и биологических агентов, включая природную радиацию, также «портят» клетки, но в обычных ситуациях организм легко справляется с этим.

По сравнению с другими повреждающими факторами ионизирующее излучение (радиация) изучено лучше всего. Как радиация действует на клетки? При делении атомных ядер высвобождается большая энергия, способная отрывать электроны от атомов окружающего вещества. Этот процесс называется ионизаций, а несущее энергию электромагнитное излучение – ионизирующим. Ионизированный атом меняет свои физические и химические свойства. Следовательно, изменяются свойства молекулы, в которую он входит. Чем выше уровень радиации, тем больше число актов ионизации, тем больше будет поврежденных клеток.

Для живых клеток наиболее опасны изменения в молекуле ДНК. Поврежденную ДНК клетка может «починить». В противном случае она погибнет или даст измененное (мутировавшее) потомство.

Погибшие клетки организм замещает новыми в течение дней или недель, а клетки-мутанты эффективно выбраковывает. Этим занимается иммунная система. Но иногда защитные системы дают сбой. Результатом в отдаленном времени может быть рак или генетические изменения у потомков, в зависимости от типа поврежденной клетки (обычная или половая клетка). Ни тот, ни другой исход не предопределен заранее, но оба имеют некоторую вероятность. Самопроизвольные случаи рака называют спонтанными. Если установлена ответственность того или иного агента за возникновение рака, говорят, что рак был индуцированным.

Если доза облучения превышает природный фон в сотни раз, это становится заметным для организма. Важно не то, что это радиация, а то, что защитным системам организма труднее справляться с возросшим числом повреждений. Из-за участившихся сбоев возникает дополнительные «радиационные» раки. Их количество может составлять несколько процентов от числа спонтанных раков.

Очень большие дозы, это – в тысячи раз выше фона. При таких дозах основные трудности организма связаны не с измененными клетками, а с быстрой гибелью важных для организма тканей. Организм не справляется с восстановлением нормального функционирования самых уязвимых органов, в первую очередь, красного костного мозга, который относится к системе кроветворения. Появляются признаки острого недомогания – острая лучевая болезнь. Если радиация не убьет сразу все клетки костного мозга, организм со временем восстановится. Выздоровление после лучевой болезни занимает не один месяц, но дальше человек живет нормальной жизнью.

Вылечившись после лучевой болезни, люди несколько чаще, чем их необлученные сверстники болеют раком. Насколько чаще? На несколько процентов.

Время появления дополнительных к спонтану раковых заболеваний с момента атомной бомбардировки. Раньше всего – через 2 года – развиваются лейкозы. Прирост по другим видам раковых заболеваний обнаруживается через 10 лет.

Почему рак возникает не сразу? Чтобы клетка с поврежденной ДНК стала раковой, с ней должна произойти целая цепь редких событий. После каждой новой трансформации ей снова нужно «проскочить» защитный барьер. Если иммунная защита эффективна, даже сильно облученный человек может не заболеть раком. А если заболеет, то будет вылечен.

Теоретически кроме рака могут быть и другие последствия облучения в высоких дозах.

Если радиация повредила молекулу ДНК в яйцеклетке или в сперматозоиде, есть риск, что повреждение будут передано по наследству. Этот риск может дать небольшую добавку к спонтанным наследственным нарушениям, Известно, что самопроизвольно возникающие генетические дефекты, начиная с дальтонизма и кончая синдромом Дауна, встречаются у 10 % новорожденных. Для человека радиационная добавка к спонтанным генетическим нарушениям очень мала. Даже у переживших бомбардировку японцев с высокими дозами облучения, вопреки ожиданиям ученых, выявить ее не удалось. Не было добавочных радиационно-индуцированных дефектов после аварии на комбинате «Маяк» в 1957 году, не выявлено и после Чернобыля.

Радиационные аварии в СССР и РФ с клинически значимыми последствиями: 1949-2005

Последствия облучения в зависимости от дозы

Допустим, какой-нибудь сумасшедший мировой лидер решит нажать на большую красную кнопку. Или террористы перехватят контроль над ядерным реактором. Вы пережили первый взрыв. Мир отравлен радиацией. Каково это? Когда происходят ядерные реакции, они делят частицы с такой энергией, что электроны отрываются от атомов. Измененные связи создают пары ионов, которые чрезвычайно реактивны химически. Это — ионизирующее излучение, и с этого начинаются все проблемы.

Как убивает радиация?

Есть много видов ионизирующего излучения. Космическое, альфа, бета, гамма, рентгеновское, нейтронное и другие. Важно другое: как сильно организмы подвергается воздействию этой радиации, то есть какую получает дозу облучения.

Поглощенную дозу измеряют в греях (Гр, Gy) или в зивертах (Зв), которые принимают меру Гр и умножают ее на тип излучения для расчета эффективной дозы в живой ткани. Среднее облучение за пару секунд абдоминального рентгеновского снимка составляет 0,0014 Гр – это легкая доза, которая применяется локально, поэтому не так уж она и плоха. Опасность начинается, если воздействие облучение приходится на все тело – например, как в контрольной комнате Чернобыля сразу после взрыва. Там бы вы впитывали 300 Зв в час. Но вряд ли продержались бы час. Доза стала бы смертельной уже через 1-2 минуты.

Как умирают от радиации?

Большие дозы ионизирующей радиации за короткое время приводят к острому радиационному синдрому, то есть к отравлению радиацией. Серьезность симптомов зависит от уровня облучения. Доза радиации в 0,35 Гр будет похожа на грипп — насморк и головокружение, головные боли, усталость, лихорадка. Если тело подвергнется облучению в 1-4 Гр, клетки крови начнут умирать. Вы сможете восстановиться — лечение такого рода радиационного синдрома обычно включает переливание крови и антибиотики, но также может ослабиться иммунный ответ из-за падения числа лейкоцитов, кровь не будет сворачиваться и появится анемия. Также вы заметите странные солнечные ожоги при воздействии 2 Гр ионизирующего излучения. Технически это острый радиодерматит, и его проявления включают красные пятна, шелушение кожи и иногда опухлость.

Доза в 4-8 Гр может быть смертельной, но путь к смерти будет зависеть от уровня воздействия. При таком облучении пациенты страдают рвотой, диареей, головокружением и лихорадкой. Без лечения вы могли бы умереть всего через несколько недель после облучения.

Физик Луис Слотин, погибший от облучения во время своих исследований в 1946 году в Манхэттенском проекте, подвергся облучению в 10 Гр гамма- и рентгеновским излучением. И сегодня бы он не выжил, несмотря на современные процедуры, такие как трансплантация костного мозга. Пациенты, которые подвергаются воздействию радиации от 8 до 30 Гр, испытывают насморк и диарею в течение часа, а умирают в течение 2 дней – 2 недель после воздействия.

Дозы облучения свыше 30 Гр вызывают неврологические повреждения. В течение нескольких минут пациенты испытывают сильную рвоту и диарею, головокружение, головные боли и бессознательное состояние. Часто случаются приступы и тремор, а также атаксия — потеря контроля над функцией мышц. Смерть в течение 48 часов неизбежна.

Остается выжить

Если вам повезет уклониться от отравления радиации, вызванного ядерным взрывом или расплавлением реактора, это еще не значит, что вас ждет счастливый конец. Длительное воздействие ионизирующей радиации даже в дозах, которые слабы, чтобы ослабить и вас, может приводить к генетическим мутациям и раку. Это самый большой риск, с которым столкнулись выжившие при аварии на Фукусиме и в Чернобыле. По последним оценкам, еще тысячи умрут от рака, вызванного поражением радиацией от выпавших осадков.

Обычно клетки контролируются химической структурой молекул ДНК. Но когда радиация выделяет достаточно энергии, чтобы нарушить молекулярные связи, цепочки ДНК рушатся. Хотя большинство их нормально восстанавливаются, около четверти — нет, поэтому начинается длительный процесс, который приводит к увеличению скорости мутаций в будущих поколениях клеток. Вероятность рака увеличивается с эффективной дозой облучения, но сама тяжесть рака от дозы не зависит. Сам факт облучения имеет значение, а не низкий или высокий уровень излучения.

При долгосрочном воздействии облучения модели, прогнозирующие уровень риска, не дают однозначных ответов. Самая распространенная модель предполагает, что с точки зрения воздействия на большинство людей самым опасным источником излучения является низкоуровневое фоновое излучение. Поэтому, хоть острое радиационное отравление ужасно само по себе, переживать больше стоит из-за медленного, но постоянного облучения.

В зависимости от экспонированной дозы развивается лучевая болезнь различной степени тяжести. Подробности читай в справочниках и на атомных сайтах, в БЖД. Но первые признаки ионизирующего излучения – запах озона (при сильном фоне) и вспышки света в глазных яблоках при закрытых глазах (фосфены), вызываемые излучением Черенкова.

С нейтронами сложнее – нейтронный поток начинает ионизацию только того плотного препятствия, с которым первым столкнется, т.е. самого тела человека. Детекторы нейтронов имеют промежуточный агент-наполнитель (часто парафин или полимеры), из которых нейтроны выколачивают альфа-частицы.

Мутагенное действие радиации непредскзуемо. Т.е. можно просто стать стерильным, можно родить уродов, а можно самому болеть, а родить нормальных детей. М.б., у них во 2-3 поколении будет онкология, а может и нет. Активность участков генома – во многом случайный процесс.

PS на тему чужеродных клеток: организм может не успевать их отторгать (это тот случай, когда поражен весь организм), и тогда развивается онкология – вирусное размножение пораженной ткани, либо человек погибает от остановки работы внутренних органов (не адаптированных друг к другу из-за деструктивных изменений в эндокринной информационной системе).