Альфа-излучение представляет собой тяжелые альфа-частицы — ядра гелия. Бета-излучение — это электроны. Те и другие заряженные частицы, попадая в ткани организма, вызывают там ионизацию, то есть они выбивают из атомов орбитальные электроны. Поэтому их и называют ионизирующим излучением. Но это приводит к повреждению ткани, клеток и т. д. Более того, это повреждение тут же может продолжаться тем электроном, который выбит из ядра. Собственно, при этом внутри ткани создается свой собственный источник бета-излучения. После этого через очень короткое время образованный положительно заряженный ион (бывший атом) и оторванный электрон поступают в организм и образуют «свободные радикалы», которые чрезвычайно реакционноспособны. После этого свободные радикалы, которые образовались, взаимодействуют как между собой, так и с другими молекулами. Цепочка реакций очень сложная и до сих пор полностью не изучена. Установлено только, что в результате их может произойти химическая модификация молекул, которые важны для протекания биологических процессов и необходимы для нормального функционирования клеток. Биохимические изменения могут произойти или очень быстро, или очень медленно. В последнем случае может наступить заболевание раком. Что же касается острого поражения, очень быстрого, то оно наступает после облучения организма в больших дозах.
Для ориентации приведем величины некоторых доз. Очень большие дозы облучения порядка 100 Гр являются для организма человека смертельными. При таком облучении поражение центральной нервной системы настолько велико, что смерть наступает уже через несколько часов или дней. При дозах в 5—10 раз меньших последствия также трагичны, но развязка отодвигается на одну-две недели. Смерть наступает от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. Если дозы еще меньше, то смерть облученного может наступить спустя один-два месяца вследствие повреждения клеток красного костного мозга. Без него не может происходить кровообразование в организме. Установлено, что умирает примерно половина получивших дозу облучения в 3–5 Гр. Кстати, красный костный мозг, как и другие составляющие системы кроветворения, уже при дозах облучения в 0,5–1 Гр теряет способность нормально функционировать. Поэтому и производят пересадку костного мозга. Восстановительная способность красного костного мозга, как и всей кроветворной системы, поразительна — если остались неповрежденные клетки, то будет запущен механизм восстановления разрушенных (облученных) клеток и все может обойтись благополучно.
Уже говорилось, что особенно чувствительны к облучению половые железы. Облучение семенников при дозе всего 0,1 Гр обусловливает временную стерильность мужчин. Если доза равна 2 Гр, то стерильность становится постоянной (полноценное функционирование семенников может восстановиться только через много лет). Менее чувствительны к облучению яичники у взрослых женщин. Стерильность наступает при дозах облучения, которые превышают 3 Гр.
В глазах наиболее чувствительным к облучению является хрусталик. Если профессионал за 10–20 лет работы с радиоактивными источниками получил суммарную (полную) дозу, равную от 0,5 до 2 Гр, то может произойти (и происходит) помутнение хрусталика и увеличение его плотности. При дозах около 5 Гр развивается прогрессирующая катаракта.
Известно, что наиболее чувствительны к радиации дети. Даже при небольших дозах облучения хрящевой ткани рост костей может замедлиться, а то и вовсе остановиться — скелет организма будет искажен. Такой исход предопределен при дозах около 10 Гр, если организм облучался в течение нескольких недель. Мозг детей также очень чувствителен к облучению. Оно может вызвать потерю памяти, слабоумие или даже идиотию. Еще в большей степени опасно облучение для плода в утробе матери. Специалисты выделяют как наиболее опасный период от восьмой до пятнадцатой недели развития плода. Поэтому беременным нельзя слепо следовать назначениям врача о проведении рентгеновских снимков. Риск очень большой: ребенок может родиться умственно отсталым, так как облучением будет нарушен рост коры головного мозга.
Надо сказать, что другие ткани и органы организма человека выдерживают облучение в больших дозах. Так, почки могут выдержать без большого вреда общее облучение в продолжение пяти недель, составляющее дозу в 23 Гр. Печень выдерживает 40 Гр за месяц, мочевой пузырь — 55 Гр за четыре недели, зрелая хрящевая ткань — до 70 Гр. Более уязвимы легкие. Кровеносные сосуды сверхчувствительны к облучению.
При малых дозах облучения наиболее вероятное последствие облучения — это раковые заболевания. Основной материал по данной проблеме получен в результате обследований в продолжение десятилетий около 100000 человек, которые подверглись облучению при взрывах атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. Правда, основной состав населения получил большие и весьма значительные дозы. Данных о влиянии малых доз облучения меньше. Меньше не потому, что таких облучений не было, а потому, что не проводились в достаточном объеме обследования облученных. Во всяком случае, специалисты в настоящее время считают, что нельзя указать такую величину дозы, чтобы она гарантированно была безопасной (какой бы малой она ни была). Но если учесть, что все мы облучаемся ежеминутно естественными источниками радиации, то нельзя никому гарантировать, что он не заболеет раком. Конечно, чем больше доза облучения человека, тем больше вероятность его заболевания раком. Но именно вероятность. Математики знают, что событие, вероятность которого равна единице, может и не произойти. Поэтому говорят о риске. Если доза облучения удвоилась, то удвоился и риск заболевания раком. Из такого принципа исходят специалисты. Возможно, при малых дозах с применением этого принципа происходит перестраховка, но это, пожалуй, лучше, чем недостраховка, которая в данном случае исключена.
Раковые последствия излучения проявляются в следующем хронологическом порядке. Первые два года после облучения при не очень большой дозе (примерно 1,01 Гр) у облученного протекает болезнь в скрытой форме. Это двухлетний скрытый период. После него лейкоз развивается в явной форме. Если говорить о достаточно большой группе облученных, то наибольшая частота заболевания лейкозами в группе проявится через шесть-семь лет. После этого частота заболевания постепенно уменьшается. Через 25 лет после облучения группы частота заболевания лейкозами в группе приближается к нулю. К этому времени существенно увеличивается частота заболеваний солидными (сплошными) злокачественными опухолями. Эти заболевания начинают проявляться примерно через десять лет после облучения группы. Вероятность заболевания после этого момента постепенно растет со временем и достигает своего максимума примерно через 30 лет после облучения.
На основании изучения заболеваний облученных при атомных взрывах была оценена вероятность заболевания лейкозами. Оказалось, что при дозе облучения в 1 Гр из одной тысячи облученных в среднем два человека умрут от лейкозов.
Что касается сплошных злокачественных опухолей, то рак молочной и щитовидной желез встречается чаще всего (у десяти облученных из тысячи). Расчет велся на дозу облучения, равную 1 Гр. Вероятность этих заболеваний велика, но они частично лечатся. Так, каждую вторую женщину, заболевшую раком молочной железы, можно спасти, а из десяти заболевших раком щитовидной железы можно спасти девять человек.
Трагичнее обстоит дело с раком легких, который действует беспощадно. Встречается он весьма часто. Так, по оценкам специалистов, из тысячи облученных, возраст которых превышает 35 лет, пять заболевают раком легких. Если делать оценки по всем возрастам, то эта цифра уменьшится вдвое: чаще заболевают облученные зрелого и преклонного возраста.
Злокачественные опухоли других органов и тканей после облучения появляются реже. Так, вероятность рака желудка, печени или толстой кишки с летальным исходом в пять раз меньше, чем рака легких, а вероятность возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей даже в 20–25 раз меньше вероятности заболевания раком легких. Кстати, для облученных заболеваемость раком легких намного больше у курящих. Чем более заядлый курильщик, тем больше риск заболевания. Эти данные получены при анализе заболеваемости раком органов дыхания рабочих урановых рудников.
В результате облучения, как уже говорилось, в организме могут произойти генетические нарушения. Здесь возможны различные варианты: происходит изменение числа или структуры хромосом или же возникают мутации в генах. В последнем случае эффект может проявиться уже в первом поколении или же он будет отодвинут на последующие поколения и даже на неопределенное время. Первые генные мутации называют доминантными, а вторые рецессивными. Рецессивные мутации проявляются только в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген.
Под действием малых доз облучений могут происходить нарушения хромосом (хромосомные аберрации) — повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями. Эти нарушения могут происходить даже при очень малых дозах облучения. Специалисты считают, что любое (даже очень незначительное) превышение уровня излучения в среде над уровнем фона может повысить вероятность вредных мутаций. Более того, это может произойти и просто при высоком уровне естественного фона. Собственно, это же справедливо и по отношению к вредному действию любых химических веществ, которые вносятся (или попадают каким-то образом) в окружающую среду, например, в виде добавок в пищу человека. Поэтому понятие предельно допустимой дозы не должно излишне успокаивать, хотя последствия хромосомных нарушений в биологическом плане до конца не изучены.
Насколько распространенными являются описанные изменения, дают представление следующие оценочные цифры, полученные специалистами (доза облучения считалась равной 1 Гр). При облучении с такой дозой группы из тысячи мужчин возможны 1–2 случая генных мутаций, которые заканчиваются серьезными последствиями, и до 1 случая хромосомных аберраций. Учитываются те облученные, у которых впоследствии появились дети (живые новорожденные). Надо иметь в виду, что женские половые клетки менее чувствительны к облучению, поэтому оценочные цифры, полученные по женщина