Негативні фактори та їх вплив на людину

Протони, подібно до альфа-частинок, також належать до іонізуючих з великою щільністю іонізації, однак, якщо їх енергія дуже висока, ВБЕ їх може бути нижче одиниці. ВБЕ протонів високої та надвисокої енергії становить інтерес для дослідників. Припускають, що з них складається внутрішній радіаційний пояс Землі й вони становлять 80 % частинок первинного космічного випромінювання, що надходить на Землю зі світового простору.

Для вищих тварин і людини смертельна доза під час опромінення всього тіла рентгенівськими чи гамма-променями становить 600—800 рад, що означає поглинання в 1 мм3 тканини енергії 6•104 — 8•104 ерг — кількості енергії, за перетворення якої у тепло температура тіла могла б підвищитися на 0,002С. Таке незначне підвищення температури жодною мірою не повинно було б вплинути на життєві процеси. Це означає, що за поглинання, здавалося б, незначної за абсолютною величиною енергії іонізуючого випромінювання, в організмі починаються фізико-хімічні, біохімічні та фізіологічні процеси, які підсилюють первинний ефект і зрештою, призводять до загибелі організму.

Можна було б припустити, що іонізація здійснюється у значній частині молекул, з яких складається тваринна чи рослинна клітина. Розрахунки показують, що це не так. За опромінення тканин дозою в 1 рад у 1 мкм3 утворюється приблизно дві іонізовані молекули. Об'єм клітини становить приблизно 500 мкм3. Отже, за такої дози опромінення в клітині утвориться близько 1000 іонізованих молекул, а за смертельної дози для тварини 600 рад у клітині виникає 1 млн іонізованих молекул. На перший погляд, така кількість здається значною, але якщо врахувати, що клітина складається приблизно з 1012 молекул, то вийде, що за смертельної дози первісні зміни відбуваються тільки в одній молекулі з мільйона. Отже, після опромінення вступають у дію механізми, які підсилюють первісні наслідки. Перші фізико-хімічні реакції в організмі є ніби поштовхом до запуску наступних процесів, які, зрештою, призводять до променевого ураження організму.

Стадію впливу випромінювання на біологічні об'єкти, що зумовлює утворення іонів і збуджених молекул, можна назвати фізичною. Тривалість її коротка — 10-16 с. За нею йде фізико-хімічна стадія тривалістю 10-11 с.

Слід пам'ятати, що не всі молекули в клітині мають однакові значення для її життєдіяльності, й нормальний хід біологічних процесів у ній може бути зумовлений невеликою кількістю молекул деяких речовин, а також цілісністю внутріклітинних структур.

Розглянемо хімічну дію іонізуючого випромінювання. Головною складовою частиною всіх живих організмів, у яких активно здійснюються процеси обміну речовин, є вода. Людський організм містить приблизно 65—85 % води, а деякі органи його тіла навіть більше — до 90 %. Тому радіобіологи намагаються знайти відповідь на питання: що відбувається у воді й водяних розчинах під впливом іонізуючого випромінювання. Саме це є предметом досліджень радіаційної хімії води.

Розглянемо, що теоретично може статися за опромінення чистої води. Дослідження свідчать: молекули води будуть іонізуватися. Вони втрачають електрон і перетворюються на позитивний іон. Запишемо цю реакцію так:

 

Електрон, що відлітає, взаємодіє з нейтральною молекулою води й перетворює її в негативний іон — Н2О–. Такі іони вкрай нестійкі. Цим іони Н2О+ і Н2О– відрізняються від іонів Н+ і ОН–, що утворюються під час електричної дисоціації молекул води. Продуктом розщеплення іонів Н2О+ і Н2О– є вільні радикали.

Під час розщеплення іонів води утворюються радикали ОН• і ОН– (крапка означає, що цей атом або група атомів є вільним радикалом). Якщо ж електрон знову приєднається до тієї молекули, з якої він вилетів, молекула знову стане електронейтральною, але перейде в сильно збуджений стан. Надлишкову енергію буде витрачено на розщеплення молекули з утворенням вільних радикалів. Отже, за впливу іонізуючого випромінювання на чисту воду виникають вільні радикали Н• і ОН•; де Н• — атомарний водень. У такому стані атом водню може існувати тільки дуже короткий час — за 10-5—10-6 с. У цей час два атоми водню з'єднаються разом, утворюючи молекулу водню, або вільні радикали, що виникають під час розщеплення молекули, Н• і ОН• з'єднуються, створивши знову молекулу води, або Н• втратить електрон, віддавши його іншому атому, й перетвориться на іон Н+, чи, нарешті, якщо у воді розчинена яка-небудь речовина, Н• може приєднатися до неї. Таким же нестійким є і вільний радикал ОН•. У цій сукупності атомів одна валентність кисню зв'язана з воднем, а інша залишається не зайнятою. Для перетворення в стійке з'єднання потрібне заміщення вільної валентності в радикалі ОН•. Треба, щоб непарний електрон став парним і в молекулі, що утворилася, була парна кількість електронів.

Радикал ОН• може виникати у воді без участі іонізуючого випромінювання в процесі хімічної реакції (наприклад, окислювання перекисом водню двовалентного заліза в тривалентне). Вільний радикал хімічно дуже активний.

За наявності у воді розчиненого кисню найімовірнішими будуть такі реакції:

іонізуюче випромінювання (hv)  Н2О + О2  ОН• + НО2

або –Н• + О2  НО2.

Таким чином, розщеплення води, у якій є розчинений кисень, йде з утворенням молекул НО2. У рідинах організму зазвичай є розчинений кисень, тому утворення молекул НО2 є першим