Дія іонізуючого випромінювання на живий організм

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет біотехнології і біотехніки

Кафедра екобіотехнології та біоенергетики

Реферат

з дисципліни «Біофізика»

на тему

«Дія іонізуючого випромінювання на живий організм»

Виконала:

студентка ІІ курсу,

групи БМ-31, ФБТ

Нгуєн М.Х.

Перевірила:

асистент Щурська К.О.

Київ 2014

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………………….

РОЗДІЛ 1. ІОНІЗУЮЧІ ВИПРОМІНЮВАННЯ……………………………….

1.1. Коротка характеристика та класифікація іонізуючих випромінювань…

1.2. Основні величина та одиниці, що використовуються в радіоекології….

1.3. Джерела радіаційної небезпеки…………………………………………….

РОЗДІЛ 2. ЧУТЛИВІСТЬ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ ДО ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ……………………………………………………………

2.1. Радіочутливість і радіаційне ураження живих організмів……………….

2.2. Радіочутливість тварин………………………………………………………

2.3. Радіочутливість рослин……………………………………………….……..

РОЗДІЛ 3. ДІЯ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ……………….……..

3.1. Біологічна дія іонізуючого опромінення…………………………….…….

3.2. Фізична та хімічна дія іонізуючого опромінення…………………………..

ВИСНОВОК……………………………………………………………………….

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………………….

ВСТУП

Іонізуюче випромінювання відіграє значну роль у розвитку цивілізації на даному історичному етапі. Завдяки радіації здійснені значні досягнення в науці, медицині, промисловості, зокрема, енергетиці тощо. Життя без радіації не можливе, як воно неможливе без кисню, гравітації, магнітного поля тощо. Але одночасно з цим стали все частіше виявлятися негативні властивості радіації. Тому радіоактивність необхідно розглядати як невід’ємну складову нашого життя, але без знання закономірностей процесів, пов’язаних з іонізуючим випромінюванням, неможливо реально і об’єктивно оцінювати ситуацію.

Об’єктом роботи є поняття іонізуючого випромінювання та вивчення загальних закономірностей біологічної реакції живих організмів на його дію, а предметом – живі тваринні і рослинні організми та процеси, що в них відбуваються під впливом іонізуючого випромінювання.

Мета роботи – описати іонізуючі випромінювання та розглянути чутливість організмів до радіації, а також охарактеризувати біологічну,фізичну та хімічну її дії.

Для досягнення поставленої мети було встановлено наступні завдання:

1) Дати опис іонізуючому випромінюванню та з’ясувати теоретичні основи цього явища;

2) Викласти джерела радіаційної небезпеки, описати вплив іонізуючого випромінювання на живі організми;

3) Якомога раціональніше використати ілюстрації та таблиці, котрі доповнюватимуть загальне розуміння даного питання;

4) Спробувати розкрити дане питання якомога простішим способом, але заразом, подати якомога більше інформації.

РОЗДІЛ 1. ІОНІЗУЮЧІ ВИПРОМІНЮВАННЯ

1. 1. Коротка характеристика та класифікація іонізуючих випромінювань

Іонізуючим випромінюванням(радіацією) називають таке випромінювання, взаємодія якого із середовищем приводить до утворення в цьому середовищі іонів (позитивно або негативно заряджених часток) з нейтральних атомів чи молекул.

Радіація є скрізь. Вона надходить з космосу, з природних земних речовин, утворюється при горінні та вугільно-топливному циклі. Також радіоактивні елементи входять до складу Землі з початку її існування і продовжують бути присутніми дотепер.

Джерелами іонізуючого випромінювання є наступні: космічна, земне. Земну радіацію можна ділити на природну і штучну. Земні джерела радіації розрізняють на закриті і відкриті. [4]

Іонізуюче випромінювання може мати корпускулярну чи хвильову природу. Корпускулярний потік може складатися з - і - часток, нейтронів, іноді інших елементарних часток. Хвильове випромінювання підрозділяють на – і рентгенівське випромінювання (табл. 1.1).

Таблиця 1.1

Шкала електромагнітних хвиль

Довжина, м	Частота, Гц	Найменування
106 – 104	3·102 – 3·104	Наддовгі
104 – 103	3·104 – 3·105	Довгі
103 – 102	3·105 – 3·106	Середні
102 – 101	3·106 – 3·107	Короткі
101 – 10-1	3·107 – 3·109	Ультракороткі
10-1 – 10-2	3·109 – 3·1010	Телебачення
10-2 – 10-3	3·1010 – 3·1011	Радіолокація
10-3 – 10-6	3·1011 – 3·1014	Інфрачервоні
10-6 – 10-7	3·1014 – 3·1015	Світло, яке ми бачимо
10-7 – 10-9	3·1015 – 3·1017	Ультрафіолетові
10-9 – 10-12	3·1017 – 3·1020	Рентгенівські
10-12 – 10-14	3·1020 – 3·1022	Гамма-випромінювання
<= 10-14	=> 3·1022	Космічні

-випромінювання являє собою потік позитивно заряджених часток (ядер атомів гелію), що рухаються зі швидкістю близько 20 000 км/с. Іонізуюча здатність -часток величезна: при проходженні 1 см атмосферного повітря вони утворюють 40 – 100 тис. пар іонів. Довжина пробігу в повітрі складає близько 2,5 см, у рідких і твердих середовищах – соті частки міліметра.

-випромінювання складається з потоку негативно заряджених часток – електронів, швидкість якого може наближатися до швидкості світла (до 300 000 км/с). При проходженні 1 см нормального атмосферного повітря частка створює 50 – 70 пар іонів, а в біологічній тканині 8 – 10 пар іонів на 0,1 мм пробігу. Максимальна довжина пробігу -частки в повітрі 20 м, у живих тканинах і воді – 3 см.

Нейтронне випромінювання поширюється зі швидкістю до 20 000 км/с. Нейтрони, що не мають електричного заряду, легко проникають у речовину, включаючи живу тканину, і захоплюються ядрами атомів.

До -випромінювання відносять високочастотне електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 0,1 до 0,001 нм, що випускається ядрами атомів при радіоактивних перетвореннях. Швидкість його розповсюдження близька до швидкості світла. У повітрі -випромінювання може поширюватися на сотні метрів, вільно проходить крізь тіло людини та інші більш щільні середовища.

Рентгенівське випромінювання має ті ж характеристики, що і випромінювання, відрізняючись від нього неядерним походженням. Рентгенівське випромінювання різної енергії одержують у рентгенівських трубках, прискорювачах та інших установках.

Вплив названих видів іонізуючого випромінювання на людину приводить до його опромінення. Виділяють зовнішнє опромінення, коли його джерело знаходиться поза організмом людини, і внутрішнє, коли джерело опромінення виявляється усередині організму, потрапляючи туди з вдихуваним повітрям, їжею, водою, медичними препаратами.

1.2. Основні величина та одиниці, що використовуються в радіоекології

Показником можливої радіаційної небезпеки гірських порід, ґрунтів, води, будівельних матеріалів, відходів, харчових продуктів є їхня активність, що визначається числом радіоактивних розпадів в одиницю часу (секунду). Одиницею виміру активності в системі СІ є бекерель, а позасистемній – кюрі. Співвідношення між системними і позасистемними одиницями в цій області показано в табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Фізичні величини, що використовуються в радіології, їх одиниці виміру

Фізична величина	Одиниця, її назва та позначення (міжнародне, українське)	Співвідношення між одиницями
	Позасистемна	СІ	Позасистемної і СІ	СІ і позасистемної
Активність нуклідна в радіоактивному джерелі	Кюрі (Ci, Ki)	Бекерель (Вq, Бк)	1 Ki = 3,7·1010 Бк	1 Бк = 2,7·10 -11 Ki
Експозиційна доза	Рентген (R, P)	Кулон на кілограм (С/kg, Кл/кг)	1 Р = 2,58·10 -4 Кл/кг	1 Кл/кг = 3876 Р
Потужність експозиційної дози	Рентген за секунду (R/s, Р/c)	Ампер на кілограм (A/kg, A/кг)	1 Р/с = 2,58·10-4 А/кг	1 А/кг = 3876 Р/с
Поглинена доза	Рад (rad, рад)	Грэй (Gy, Гр)	1 рад = 0,01Гр	1 Гр = 100 рад
Інтенсивність поглиненої дози	Рад за секунду (rad/s, рад/с)	Грей за секунду (Gy/s, Гр/с)	1 рад/с = 0,01Гр/с	1 Гр/с = 100 рад/с
Еквівалентна доза	Бер(rem, бер)	Зіверт (Sv, Зв)	1 бер = 0,01Зв	1 Зв = 100 бер
Інтенсивність еквівалентної дози	Бер за секунду (rem/s, бер/с)	Зіверт за секунду (Sv/s, Зв/с)	1 бер/с = 0,01 Зв/с	1 Зв/с = 100 бер/с

Число розпадів у секунду, віднесене до одиниці чи маси об'єму речовини, характеризує його питому активність, що виражається в Бк/кг, Бк/м3 чи Бк/л.

Основним терміном, що відображає вплив джерела іонізуючого випромінювання, є доза. Він може мати різне значення залежно від уточнюючого визначення.

Експозиційна доза визначається кількістю іонів, що утворюються в одиниці об'єму повітря в результаті його взаємодії з іонізуючим випромінюванням. У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг), у позасистемній – у рентгенах (Р).

Кількість іонів, що утворилася в одиниці об'єму повітря за одиницю часу, визначає потужність експозиційної дози, одиниці виміру якої – ампери на кілограм (А/кг) чи рентгени за секунду (Р/с).

Поглинена доза (D) іонізуючого випромінювання визначається кількістю енергії будь-якого виду, переданої іонізуючим випромінюванням одиниці маси речовини. Одиницею поглиненої дози в СІ служить грей (Гр), що відповідає поглинанню 1 Дж енергії одним кілограмом опроміненої речовини. Позасистемна одиниця поглиненої дози – рад.

Біологічні наслідки опромінення в малих дозах залежать від виду випромінювання, а не тільки від поглиненої енергії. Оціночним показником небезпеки випромінювання є коефіцієнт якості k. Для рентгенівського випромінювання k1; середній коефіцієнт якості для електронів і випромінювання також дорівнює 1; для нейтронів з енергією менше 20 кеВ – 3, а з енергією 0,1 – 10 МеВ – 10. Для -випромінювання k 20.

Еквівалентна доза іонізуючого випромінювання Н розраховується як добуток поглиненої дози в біологічній тканині на середній коефіцієнт якості поглиненого випромінювання:

H= D·k

Одиниця еквівалентної дози в СІ – зіверт (Зв), у позасистемних одиницях – бер при співвідношенні 1 Зв = 100 бер.

Для розрахунку колективної еквівалентної дози певної групи людей (наприклад, мешканців одного населеного пункту або виділеної зони) знаходять інтеграл (чи суму) від добутку індивідуальних еквівалентних доз на число індивідуумів N, що одержали дану дозу H. Одиницею виміру колективної дози є люд·Зв.

Очікувана колективна еквівалентна доза характеризує ту дозу, яку одержать багато поколінь людей за визначений час існування джерела радіації.

Слід відзначити, що різні органи і тканини тіла людини мають різну чутливість до впливу іонізуючого випромінювання. Найбільша небезпека виникає при опроміненні статевих залоз, червоного кісткового мозку, легень. Враховуючи відповідні фактори, на основі коефіцієнтів радіаційного ризику може бути розрахована ефективна еквівалентна доза опромінення, що вимірюється в зівертах (берах).[1,3]

1.3. Джерела радіаційної небезпеки

1. Головна причина небезпеки – радіаційна аварія. Радіаційна аварія – втрата управління джерелом іонізуючого випромінювання (ДІВ), викликана несправністю обладнання, неправильними діями персоналу, стихійними лихами або іншими причинами, які могли призвести або призвели до опромінення людей або до радіоактивного забруднення навколишнього середовища. При аваріях, викликаних руйнуванням корпусу реактора або розплавленням активної зони викидаються:

Фрагменти активної зони.
Паливо (відходи) у вигляді високоактивної пилу, яка може довгий час перебувати в повітрі у вигляді аерозолів, потім після проходження основного хмару випадати у вигляді дощових (снігових) опадів, а при попаданні в організм викликати болісний кашель, іноді по тяжкості схожий з нападом астми .
Лави, що складаються з двоокису кремнію, а також розплавлений в результаті зіткнення з гарячим паливом бетон. Потужність дози поблизу таких лав досягає 8000 Р/год і навіть п'ятихвилинне перебування поряд згубно для людини. У перший період після випадання опадів РВ найбільшу небезпеку становить йод-131, що є джерелом альфа-і бета-випромінювання. Періоди напіввиведення його з щитовидної залози становлять: біологічний - 120 діб, ефективний - 7,6. Це вимагає якнайшвидшого проведення йодної профілактики всього населення, яке опинилося в зоні аварії.

2. Підприємства з розробки родовищ і збагачення урану. Уран має атомну вагу 92 і три природних ізотопів: уран-238 (99,3%), уран-235 (0,69%) і уран-234 (0,01%). Всі ізотопи є альфа-випромінювачами з незначною радіоактивністю (2800кг урану за активністю еквівалентні 1 г радію-226). Період напіврозпаду урану-235 = 7,13 х 10 років. Штучні ізотопи уран-233 і уран-227 мають період напіврозпаду 1,3 і 1,9 хв. Уран - м'який метал, за зовнішнім виглядом схожий на сталь. Вміст урану в деяких природних матеріалах доходить до 60%, але в більшості уранових руд воно не перевищує 0,05-0,5%. У процесі видобутку при отриманні 1 тонни радіоактивного матеріалу утворюється до 10-15 тис. тонн відходів, а при переробці від 10 до 100 тис. тонн. З відходів (що містять незначну кількість урану, радію, торію та інших радіоактивних продуктів розпаду) виділяється радіоактивний газ - радон-222, який при вдиху викликає опромінення тканин легень. При збагаченні руди радіоактивні можуть потрапити в довколишні річки і озера. При збагаченні уранового концентрату можлива деяка витік газоподібного гексафториду урану з конденсаційно-випарної установки в атмосферу. Отримані при виробництві тепловиділяючих елементів деякі уранові сплави, стружки, тирса можуть займатися під час транспортування або зберігання, в результаті в навколишнє середовище можуть бути викинуті значні кількості відходів згорілого урану.

3. Ядерний тероризм. Почастішали випадки крадіжки ядерних матеріалів, придатних для виготовлення ядерних боєприпасів навіть кустарним способом, а також загрози виведення з ладу ядерних підприємств, кораблів з ядерними установками та АЕС з метою отримання викупу. Небезпека ядерного тероризму існує й на побутовому рівні.

4. Випробування ядерної зброї. За останній час досягнута мініатюризація ядерних зарядів для випробувань.[3]

РОЗДІЛ 2. ЧУТЛИВІСТЬ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ ДО ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

2.1. Радіочутливість і радіаційне ураження живих організмів

Живі організми функціонують та еволюціонують на Землі в умовах постійного впливу радіоактивного випромінювання, що свідчить про їхню пристосованість до впливу фонових доз. Підвищені рівні радіації негативно впливають на живі системи. Під впливом променевого ураження відбуваються іонізація і збудження атомів і молекул у живій речовині. Особливо інтенсивно процес формування іонів проходить у воді, з якої на 60-90 % складаються живі організми. Особливе значення при цих процесах надають утворенню гіперокису, а також гідроксил-іону. Їхня взаємодія з різноманітними біологічними молекулами і системами призводить до формування сполук, що мають високу хімічну активність і одночасно до руйнування хімічних зв’язків у молекулах.

Утворення в організмі змінених молекул призводить до порушення процесу обміну речовин і енергозабезпечення клітин, зміни функціональної активності біологічних систем. Характер змін на різних рівнях організації живих організмів наведений у табл.2.1. Число розпадів у секунду, віднесене до одиниці чи маси об'єму речовини, характеризує його питому активність, що виражається в Бк/кг, Бк/м3 чи Бк/л.[6]

До впливу радіації найбільш чутливими є багатоклітинні організми, а з них – ссавці (див. табл. 2.2).

Особливо негативним є вплив підвищених доз іонізуючого випромінювання на молоді організми і розвиток ембріонів.

У конструкціях одного з американських ядерних реакторів було знайдено життєздатні бактерії, які отримали назву радіостійких мікрококів. Поглинена добова доза у місці їх мешкання досягала 106 Гр.

Таблиця 2.1

Характер радіаційного ураження на різних рівнях біологічної організації

Рівень	Реакція	Час прояву
Молекулярний	Пошкодження ДНК, РНК, ферментів, вплив на процеси обміну	Від наносекунд (10-9 )
Субклітинний и клітинний	Ураження біологічних мембран, ядер, хромосом та ін. Припинення розподілу та загибель клітин, перетворення їх на недоброякісні	Секунди, хвилини
Тканина, орган	Ураження кісткового мозку, центральної нервової системи, системи травлення та ін. Ймовірна загибель внаслідок утворення недоброякісних клітин
Цілісний організм	Зменшення тривалості життя
Популяція	Зміни генетичних характеристик внаслідок мутацій

Таблиця 2.2

Радіочутливість різних груп організмів

Група організмів	Величина ЛД50 , Гр
Віруси	62 – 4600
Бактерії	17 – 3500
Водорості	300 – 17 000
Голонасінні	4 – 150
Покритонасінні	10 – 1500
Комахи	580 – 2 000
Молюски	120 – 200
Рептилії	15 – 500
Риби	6 – 55
Птиці	6 – 14
Гризуни	8 – 15
Рогата худоба	1,5 – 2,7
Людина	2,5 – 3

2.2. Радіочутливість тварин

Радіочутливість – це здатність живих організмів реагувати у відповідь на подразнення, викликане поглинутою енергією іонізуючого випромінювання. Радіочутливість тварин оцінюється за дозою радіації напівлегальною (гине 50%), критичною (гине 75%) і летальною (гинуть всі 100% опромінених організмів). Частіше радіочутливість оцінюється за летальною дозою радіації. Чутливість клітин до опромінення залежить від швідкості процесів обміну, що відбуваються в них, кількості і щільності внутрішньоклітинних структур та інтенсивності поділу клітин.

Різні таксономічні одиниці тваринного світу мають різну радіочутливість. Це ми пояснюємо різним філогенетичним віком таксонів. Найдовший такий вік мають одноклітинні організми (віруси, бактерії, найпростіші), тому їх радіочутливість найнижча серед тваринних живих систем. Наймолодшим таксоном тваринного світу є ссавці, тому вони характеризуються найвищою радіочутливістю.

Цікавими для науки і практики будуть дослідження радіочутливості тварин у залежності від розмірів їх тіла, типу живлення (рослинноїдні, хижаки, всеїдні), чи вони характеризуються чітко вираженою географічною локальністю проживання, чи високою міграційною здатністю наприклад, перелітні птахи) тощо.

Значною мірою радіочутливість організмів може визначатися біохімічним складом їх клітин і тканин, що може якоюсь мірою пояснювати індивідуальні особливості радіочутливості організмів щодо радіації. Іонізуюче опромінення може впливати на організм тварин двома шляхами: зовнішнім і внутрішнім.

Зовнішнє опромінення – це опромінення космічними променями, природними радіоактивними речовинами грунту і повітря, радіоактивними продуктами ділення, що забруднюють навколишнє середовище внаслідок проведення випробування ядерної зброї, скиду відходів атомної промисловості і аварій ядерних реакторів, проведення наукових досліджень, використання радіоактивних джерел у медицині і народному господарстві.

Вплив іонізуючого випромінювання на тваринні організми залежить від типу і дози опромінення. Летальна доза опромінення певною мірою залежить від виду тварин, їх віку, статевих та індивідуальних особливостей. Доза, що обумовлює загибель 50% піддослідних тварин, називається напівлетальною (ЛД 50%), а доза, що обумовлює загибель всіх тварин – абсолютно летальною (ЛД 100%).

Внутрішнє (інкорпороване) опромінення виникає в результаті попадання в організм тварин як природних, так і штучних радіоактивних речовин. В організм вони потрапляють різними шляхами (через органи дихання, травний тракт, певною мірою через шкіру і слизові оболонки носа та рота, рани).

До тваринного організму потрапляють і ті радіоактивні речовини, що накопичились у рослинах, воді, які тварина поїдає і п’є. Якщо опромінення організму тварин у цьому випадку будуть не значні, то і за цих умов використання їх м’яса, молока, яєць несе певну небезпеку.[4,5]

На тварин різних видів радіація діє по-різному. Також спостерігається значний діапазон коливань впливу опромінення на тварин одного виду, різного віку (молоді, зрілі, старі), різного фізіологічного та клінічного стану. Це можна пояснювати зміною співвідношення, а певною мірою і зміною біохімічного складу клітин і тканин у живій системі.

Радіація різної дози може обумовити мутагенез. Мутації можуть бути як корисні так і шкідливі. За умови появи корисних мутацій організм стає більш пристосованим до середовища і конкурентноздатним, тому ці мутації з часом стають надбанням популяції. А шкідливі мутації обумовлюють нездатність організму до виживання, тому вони зникають. Тому, хоча позитивні мутації у тварин появляються значно рідше, ніж негативні, але перші є помітними, а другі майже ні. Окрім того, організм тварин виробив спеціальний механізм, який з одного боку зберігає набуту мутацію, а з іншого – зводить до мінімуму вірогідність утворення нових мутацій. Цей механізм забезпечується системою репарації ДНК. Всі інші органели та компоненти клітин не мають таких систем репарації, бо не відіграють такого суттєвого значення для збереження виду. Якщо доза опромінення настільки значна, що репаративні ферменти не можуть своєчасно здійснити репарацію ДНК, то виникає стійка мутація, що обумовлює патологію. Саме тому імунна система прагне відшукати клітину-носія цієї мутації і знищити її.

Під час дії іонізуючого опромінювання ушкоджуються також й інші біологічно активні структури і сполуки, до таких можна віднести білки, ліпіди, вуглеводи, гормони, вітаміни. Наприклад, при опромінені досить високими дозами (100 Гр і більше) може змінюватися конфігурація білкових молекул, спостерігається їх аґрегація та деструкція.

Дія радіації зумовлює різноманітні ушкодження внутрішньоклітинних структур. Найчутливіші до дії радіації в клітини є ядро та мітохондрії. При ушкодженні мітохондрій порушуються процеси енергозабезпечення клітини. В наслідок змін в ядрі пригнічуються енергетичні процеси, порушується функція мембран. Можливі також всі види мутацій (зміна числа і структури хромосом, структури генів), що призводить до утворення білків з порушеною структурою, тому вони втрачають біологічну активність.

Опромінення здійснює вплив на імунну систему, в наслідок знижується захистний бар’єр шкіри, крові, значно знижується резистентність організму.

Появу збудження і депресії, порушення сну, очевидно є наслідком ушкодження нервової системи, розладу в ньому функції корекції.

Зі збільшенням дози опромінення збільшується ефект радіаційного ураження. Хімічні фактори, що впливають на радіаційний ефект поділяють на сенсибілізатори та протектори. Біологічні фактори впливу на радіаційний ефект обґрунтовуються законом Бергон’є-Трибонто.

2.3. Радіочутливість рослин

Чутливість різних організмів рослин до дії радіації варірює у дуже широких межах як між таксономічними групами (класи, сімейства, роди), так і у середині цих груп, тобто між видами, різновидностями, сортами і навіть окремими ідивідами.

Рівень ураження рослин радіацією залежить від багатьох факторів, які можна поділити на три основні групи:

1. Генетичні

2. Фізіологічні

3. Умови навколишнього середовища.

До генетичних факторів відносяться видові і сортові особливості рослин, що, головним чином, визначаються цитогенетичними показниками (розміри ядра та хромосом, кількості ДНК). Об’єм клітинних ядер вказує на вміст ДНК, кількість хромосом. Поліплоїдні види більш стійкі до дії радіації, оскільки вони мають надлишок ДНК.

До фізіологічних факторів відносять фази і стадії розвитку рослин і обмін речовин рослинних організмів. Перш за все слід відмітити швидкість росту, що пов’язана з інтенсивністю поділу клітин. Рослини з інтенсивним ростом мають вищу радіочутливість, ніж рослини з повільним ростом. За умов хронічного опромінення, навпаки, чим вища енергія росту, тим менше пригнічуються рослини.

До факторів навколишнього середовища відносять погодно-кліматичні умови під час опромінення, умови мінерального живлення рослин тощо.

За умови опромінення рослин у період від сходів до початку цвітіння врожайність знижується на 50% за таких доз (Р)(табл.2.3):

Таблиця 2.3

Зниження врожайності рослин за умови опромінення у період від сходів до початку цвітіння за дозами (Р)

Горох, озиме жито	2000
Пшениця, ячмінь, овес	3000
Соняшник	5000
Гречка, просо, томати	5000
Льон	10000
Картопля	15000
Цукрові буряки, турнепс	20000
Капуста, морква, столові буряки	25000

Відносно високу радіочутливість мають картопля, коренебульбоплоди, льон, квасоля. Радіочутливість у 2-3 рази може залежати від сорту, а від періоду онтогенезу – у 1,5-15 разів.

Радіочутливість рослинності пасовищ певною мірою визначається розміщенням критичних органів у ґрунті (вузлів кущіння, конусів наростання, бруньок поновлення) та глибини, що забезпечує значне ослаблення -радіації.[2,5]

РОЗДІЛ 3. ДІЯ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

3.1. Біологічна дія іонізуючого опромінення

Біологічна дія іонізуючих випромінювань – зміни, що викликаються в життєдіяльності і структурі живих організмів при дії короткохвильових електромагнітних хвиль (рентгенівського випромінювання і -випромінювання ) або потоків заряджених часток (-часток, -випромінювання,протонів) і нейтронів.

Для біологічної дії іонізуючих випромінювань характерний ряд загальних закономірностей:

1) Глибокі порушення життєдіяльності викликаються нікчемно малими кількостями енергії, що поглинається. Так енергія, поглинена тілом ссавця тварини або людини при опроміненні смертельною дозою, при перетворенні на теплову привела б до нагріву тіла всього на 0,001°С.

2) Біологічна дія іонізуючого випромінювання не обмежується підданим опроміненню організмом, але може поширюватися і на подальші покоління, що пояснюється дією на спадковий апарат організму. Саме ця особливість дуже гостро ставить перед людством питання вивчення біологічної дії іонізуючого випромінювання і захисту організму від випромінювань.

3) Для біологічної дії іонізуючого випромінювання характерний прихований (латентний) період, тобто розвиток променевого ураження спостерігається не відразу. Тривалість латентного періоду може варіювати від декількох хвилин до десятків років залежно від дози опромінення, радіочутливості організму і спостережуваної функції (див рис. 3.1). Так, при опроміненні в дуже великих дозах (десятки тис. рад) можна викликати «смерть під променем», тривале ж опромінення в малих дозах веде до зміни стану нервової і інших систем, до виникнення пухлин через роки після опромінення.[8]

Рис. 3.1 – Вплив дози опромінення на число (%) і терміни вживання клітин кісткового мозку щурів

Велике значення мають також вік (рис. 3.2), фізіологічний стан, інтенсивність обмінних процесів організму, а також умови опромінення. При цьому, окрім дози опромінення організму, грають роль: потужність, ритм і характер опромінення (однократне, багатократне, переривисте, хронічне, зовнішнє, загальне або часткове, внутрішнє), його фізичні особливості, що визначають глибину проникнення енергії в організм (рентгенівське і -випромінювання проникає на велику глибину, -частки до 40 мкм,-частки – на декілька мм), щільність іонізації, що викликається випромінюванням (під впливом -часток вона більша, ніж при дії інших видів випромінювання). Всі ці особливості променевого агента визначають відносну біологічну ефективність випромінювання. Якщо джерелом випромінювання служать ті, що попали в організм радіоактивні ізотопи,то величезне значення для біологічної дії іонізуючого випромінювання, що випускається цими ізотопами, має їх хімічна характеристика, що визначає участь ізотопу в обміні речовин, концентрацію в тому або іншому органі, а отже, і характер опромінення організму.

Рис. 3.2 – Виживаність опромінених мишей (ЛД 50/30) залежно від віку

3.2. Фізична та хімічна дія іонізуючого опромінення

У живому організмі за іонізуючого опромінення можуть спостерігатись явища трьох типів:

1. Шлях іонізуючої частинки чи фотона проходить крізь велику молекулу і, безпосередньо, механічно ушкоджує її;

2. Енергія іонізуючої частинки перетворюється у тепло в дуже малому об’ємі, і висока температура, що розвивається при цьому викликає ураження;

3. При ураженні через середовище, в якому розчинена речовина, або вона тут знаходиться у вигляді суспензії , іонізуючі частинки іонізують розчинник, що призводить до утворення молекул, які мають дуже високу реакційну здатність, що призводить до вступу їх у реакцію з розчиненою речовиною.[1]

Теорія мішені (попадання, влучення)– теорія, що пояснює залежність радіобіологічного ефекту від дози і виду іонізуючого опромінення. В її основу покладено принцип попадання і принцип мішені.

Принцип попадання характеризує сукупність зіткнень заряжених частинок з атомами і молекулами середовища, яке їх поглинає. При малих дозах ці зіткнення носять випадковий характер.

Принцип мішені характеризує, що лише частина променів попадає в чутливий субстрат і здійснює ефект.

Один з наслідків іонізуючого опромінення – зміна спадковості в потомстві. Отже, можна заключити, хромосоми і специфічні гени в них одержали якісь ураження. Таким чином, акт іонізації повинен відбутись у тому місці, де знаходилась дана молекула чи ген; мабуть, ураження обумовлює тільки пряме попадання іонізуючої частиники або фотона. У другому випадку ефект буде спостерігатись тоді, коли акт іонізації відбувається в межах певного чутливого поля (об’єму) біологічного субстрату.

Чутливу молекулу, ген або чутливий об'єм називають мішенню, а вражаюче їх іонізуюче опромінення – ударом.

Мабуть, теорія мішені має відношення тільки для певних типів корпускулярного іонізуючого опромінення, оскільки ряд явищ опромінення цією теорією ще пояснити неможливо. [4,7]

Теорія точкового нагріву. Майже вся енергія, що поглинається тканиною, у кінці кінців, перетворюється у тепло.

Якщо допустити, що таке підвищення енергії миттєво спостерігається в дуже малих точках об'єму тканини, то можливо, що підвищення температури у цих точках надто значне. Таке локальне підвищення температури обумовлює виникнення хімічних реакцій, незвичайних і не характерних для нормальних умов, руйнування молекул, коагуляцію (денатуризацію) білків.

Хімічна теорія. Живі тканини містять знатно більше молекул розчинника (води), ніж розчиненої речовини. Тому ефект, який обумовлений поглинанням іонізуючого випромінювання у воді буде характеризуватись значно більшими ударами по молекулах розчиненої речовини.

При іонізації вільні електрони, що звільнились з молекул води, починають взаємодіяти з іншими молекулами, що призводить до виділення вільного водню. Вільні атоми водню володіють значною реактивністю і, у свою чергу, можуть діяти на молекули розчиненої речовини, що не приймає безпосередньої участі в реакції.

Коли молекули води збуджуються за рахунок поглинання енергії, достатньої тільки для збудження, то утворюється перекис водню:

2Н2ОН2+Н2О2

Таким чином, у результаті поглинання іонізуючого випромінювання із води утворюється Н2 та Н2О2; ці речовини вступають у реакцію з молекулами різного типу.

Такі хімічні реакції, можливо, і викликають ураження біологічних структур.

ВИСНОВОК

Після отриманих знань з опрацьованого матеріалу, можна стверджувати, що іонізуюче випромінювання нині є одним із методів вивчення життя.

Передбачається те, що живі організми, якщо якоюсь мірою і адаптуються до радіації, до змін довкілля, то значно повільніше, ніж людина використовує радіацію, змінює довкілля. Тому вивчення іонізуючого випромінювання, а також радіобіології як науку про дію всіх видів іонізуючого випромінювання на живі організми, їх сукупності й біосферу може дати змогу прогнозувати наслідки дії іонізуючого опромінення, певною мірою керувати реакціями організму тощо.

Вивчення іонізуючого випромінювання формує світобачення, допомагає віртуально осмислити позитивне і недоліки науково-технічного прогресу. З розвитком техніки все більш актуальним стає проблема біологічної дії не іонізуючих магнітних випромінювань з великою довжиною хвиль, таких як УВЧ, міліметрові, сантиметрові і дециметрові радіохвилі, дія яких пов’язана з локальним, нерівномірним нагрівом ультраструктур тканин і залежить від сили і модуляції опромінення.

Важливість вивчення теми реферату обумовлена тим, що, наприклад, тільки у результаті аварії на Чорнобильській АЕС радіаційно забрудненими стали величезні території України, Білорусії, Росії. Тому є необхідність проведення постійного радіометричного контролю (моніторингу) різних об’єктів і, у першу чергу, рослин і тварин. По-друге, в наш час все ширше впроваджуються технології, де досить широко використовується іонізуюче випромінювання та радіоактивні речовини: військова техніка, авіація, флот, медицина, наука, селекція, імунологія, промисловість, рентген- та комп’ютерна техніка, побут тощо.

Отже, володіючи знанням дії іонізуючих випромінювань на живий організм, можлива перспектива керувати його організм на опромінення, а також розроблення шляхів використання іонізуючих випромінювань в медицині, сльському господарстві, харчопереробній промисловості та біотехнології.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Белов А.Д. Радиобиология / А.Д. Белов, В.А. Киршин – М. : Колос, 1999. – 384 с.

2. Владимирова В.Г. Радиозащитные эффекты у животних и человека / В.Г.Владимирова, Т.К. Джаранян – М. : Высшая школа, 1980. – 228 с.

3. Гродзинский Д.М. Радиобиология и биологическое действие ионизующих излучений / Д.М. Гродзинский – М. : Агропромиздат, 1966. – 232 с

4. Давиденко В. М. Радіобіологія / В.М. Давиденко – Миколаїв: Видав. МДАУ, 2011. – 265 с.

5. Коваленко Г.Д., Рудя К.Г. Радиоэкология Украины: Монография – К.: Изд.-полигр.центр «Київський університет», 2001. – 167 с.

6. Лазарь А.П. Радіаційна медицина. -Київ: Здоров'я. 1993

7. Ландау-Тылкина С.П. Радиация и жизнь / С.П. Ландау-Тылкина – М. : Атомиздат, 1974. – 168 с.

8. Свіренко Л.П., Бригінець К.Д., Дядін Д.В. Методичні рекомендації до вивчення дисципліни "Прикладна літоекологія і радіоекологія" – Харків ХНАМГ, 2005. – 34 с.

Дія іонізуючого випромінювання на живий організм