Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Природные источники ионизируещего излучения

Основную часть облучения население Земли получает от естественных источников радиации. Это природные радионуклиды, содержащиеся в земной коре, строительных материалах, воздухе, пище и воде, а также космические лучи. В среднем они определяют 80% годовой эффективной дозы, получаемой людьми, в основном вследствие внутреннего облучения. Уровни естественного излучения варьируют в довольно широких пределах, в среднем составляя около 2,4 мЗв в год. Наблюдение за населением отдельных регионов Земли с уровнем естественного фона во много раз превышающем средние значения, не обнаружили каких–либо неблагоприятных влияний на здоровье живущих там людей.

Наиболее вероятные источники галактических космических лучей – вспышки сверхновых звезд и образующиеся при этом пульсары. Космические лучи – уникальный естественный источник частиц сверхвысоких энергий, позволяющий изучать процессы взаимодействия элементарных частиц и их структуру.

Многие небесные тела (например, солнечная корона, Луна, поверхность которой бомбардируют частицы высокой энергии, испущенные Солнцем) являются естественными источниками рентгеновского излучения.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, – это калий– 40, рубидий–87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана–238 и тория–232 — долгоживущих изотопов, входивших в состав Земли с самого ее рождения. Значение радиоактивного изотопа калий–40 особенно велико для обитателей почвы — микрофлоры, корней растений, почвенной фауны. Соответственно заметно его участие во внутреннем облучении организма, его органов и тканей, поскольку калий является незаменимым элементом, участвующим в ряде метаболических процессов.

Уровни земной радиации неодинаковы, поскольку зависят от концентрации радиоактивных изотопов на конкретном участке земной коры. В среднем дозы от земной радиации составляют от 0,3 до 0,6 мЗв в год. Однако, на Земле имеются области, где уровень радиации в сотни раз превосходит средний (до 250 мЗв в год в некоторых районах Бразилии). Заметная часть эффективной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, формируется от радиоактивных веществ, проходящих через сложную систему биологических цепочек. Радионуклиды, образующиеся под действием космического излучения, составляют незначительную (20%) часть общего поступления. Большая часть поступления связана с радионуклидами ряда урана и тория, которые содержатся в почве. Радон — инертный газ, попадающий в атмосферу из почв, скальных пород и строительных материалов. Средняя концентрация радона на уровне земли вне помещений составляет 8 Бк/м3. Содержание радона в помещениях в несколько раз выше, чем на открытой местности. Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен за 75% годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой от земных источников радиации. Оценка полной среднегодовой эффективной дозы составляет 1,2 мЗв. Накопление радона, поступающего в помещения, зависит от скорости воздухообмена. Основной механизм облучения — поступление с вдыхаемым воздухом внутри помещений. Из–за относительно низкого уровня воздухообмена внутри зданий концентрация радона там выше, чем на открытом воздухе. Терапевтический эффект лечения радоном на бальнеологических курортах доказан на обширном контингенте больных различного профиля.

С природной радиацией связано некоторые виды деятельности человека: Использование ископаемых видов топлива. Уголь содержит незначительное количество природных радионуклидов, которые после его сжигания концентрируется в зольной пыли и поступают в окружающую среду с выбросами, несмотря на совершенствование систем очистки. Использование фосфатов. Добыча фосфатов, которые используются главным образом для производства удобрений, ведется во многих местах. Большинство разрабатываемых в настоящее время месторождений содержит уран. В процессе добычи и переработки выделяется радон, да и сами удобрения содержат радионуклиды, проникающие в почву и далее в биологические цепочки.

Использование термальных водоемов. Некоторые страны эксплуатируют подземные ресурсы пара и горячей воды для производства электроэнергии и теплоснабжения. При этом происходит значительное поступление радона в окружающую среду. Вклад этого источника радиации может возрасти, поскольку энергетические ресурсы этого вида весьма велики.

Полная эффективная доза, обусловленная естественными источниками радиации составляет, в среднем по Земле, около 2,4 мЗв в год.

В дополнение к природным существуют искусственные источники радиации, связанные с возрастающим использованием ядерных технологии в медицине, промышленности, энергетике. Индивидуальные дозы, получаемые людьми от техногенных источников, различаются, хотя, в большинстве случаев, невелики. Основной вклад в дозу излучения от техногенных источников вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиации.

Молекулярные механизмы  пострадиационной репарации.

Как уже отмечалось, ведущая роль в деструктивных процессах, ответственных за радиационное поражение клеток, принадлежит макромолекулам и макромолекулярным комплексам. Радиобиологический эффект начинается с нарушения структуры молекул, в первую очередь НК, белков, полисахаридов, липидов. Способность клеток к восстановлению после облучения, главным образом, связано с репарацией молекул ДНК и РНК. Как известно, эти молекулы ответственны за синтез новых молекул белков, и соответственно, всех других биологически важных молекул. Имеющиеся в распоряжении исследователей методы позволяют в настоящее время детально охарактеризовать макромолекулы по различным физико-химическим, биохимическим параметрам. Молекулярные механизмы репарации клеток интенсивно изучаются и в настоящее время известны определенные закономерности протекания этих процессов. Рассмотрим механизмы посрадиационной репарации молекул ДНК.

 Репарация молекул ДНК может быть дорепликативной, репликативной и пострепликативной, в зависимости от того, на какой стадии клеточного цикла находилась облучаемая клетка. Дорепликативная репарация происходит путем восстановления разрывов полинуклеотидной цепи, удаления поврежденных оснований и замены их неповрежденными. Все эти процессы происходят с участием специальных ферментативных систем. В самом простейшем случае, воссоединение одиночного разрыва цепи может быть осуществлено ферментом ДНК- лигазой. Репарация более сложных повреждений требует участия нескольких ферментов, эндо- и экзонуклеаз, ДНК- полимераз и других ферментов, которые подготавливают молекулу для заключительного акта репарации - восстановление связи с помощью лигаз.

По продолжительности времени протекания, выявлены три типа репарации одиночных разрывов молекулы ДНК: сверхбыстрая, быстрая и медленная. Сверхбыстрая репарация происходит в течение 1-2 минут и осуществляется всего лишь одним ферментом: ДНК -лигазой. Быстрая репарация ДНК занимает время до 10 минут. В этих реакциях восстановления, кроме лигаз, принимают участие и ДНК-полимеразы. Медленная репарация молекул осуществляется в течение 1 часа, воссоединяя около двух разрывов на каждую молекулу ДНК. Феномен репарации молекул ДНК показано на всех исследованных объектах, от бактериальных клеток до клеток млекопитающих.

Наряду с разрывами полинуклеотидной цепи при облучении в молеукле возникают множество повреждений нуклеотидов, которые ликвидируются системой экцизионной репарации. Этот вид репарации представляет собой процесс выщепления поврежденного нуклеотида и замены его неповрежденным мономером. Вначале специфические эндонуклеазы разрезают нить ДНК вблизи поврежденного основания с захватом нескольких интактных нуклеотидов, затем ДНК-полимераза 1 синтезирует удаленную последовательность оснований, потом полинуклеотидлигаза присоединяет синтезированный участок к основной цепи ДНК. Нужно описать детально

Необходимо отметить, что репарация повреждений ДНК - процесс метаболический. Она осуществляется ферментами, постоянно присутствующими в клетке. Эти ферменты участвуют как в нормальных физиологических реакциях, так и в патологических реакциях. Механизмы репарации ДНК одинаковы при действии различных повреждающих факторов, в т.ч. и ионизирующего излучения, Так как пострадиационная репарация ферментативный процесс, то интенсивность и скорость восстановления, и следовательно способность к выживанию, зависят от физиологического состояния клетки. Как и все синтетические процессы в клетке, репарация протекает с затратой энергии молекул АТФ. Показано, что обработка клеток фторидом натрия (разобщитель дыхания), снижает скорость восстановления клеток от лучевого поражения. Интенсивность  восстановления клеток снижается и с уменьшением температуры. При температурах  2-5 °С репарационные процессы в клетках многих организмов прекращаются.

Таким  образом, радиочувствительность клетки, летальный исход ее облучения, определяются совокупностью многих факторов и процессов. Реализация тех или иных процессов зависит от ряда условий, в которых находится клетка, в первую очередь от стадии клеточного цикла. Самыми радиочувствительными являются делящиеся клетки, т.е. клетки находящиеся на стадии митоза. Максимальной устойчивостью (выживаемостью) характеризуются клетки в интерфазе. Устойчивость клеток к облучению в конце S-фазы, для большинства типов клеток, на один порядок выше, чем клеток в митозе. На рисунке 3 показана радиочувствительность клеток китайского хомячка, находящихся на разных стадиях клеточного цикла.

 

Рис.3. Зависимость выживаемости облученных клеток китайского хомячка при облучении их на разных фазах клеточного цикла.


На главную