Радиоактивный распад и ионизирующее излучение в радоновых водах

26 Января в 12:36 365 0


Излучение, образующееся в результате радиоактивного распада радона и его дочерних продуктов, производит ионизацию атомов вещества, с которым оно взаимодействует.

Что же представляют собой эти излучения и какова их биологическая активность?

Гамма-излучение

Гамма-излучение имеет самую короткую длину волны и по своей природе и биологическому действию сходно с рентгеновыми лучами. Скорость у-лучей равна скорости света, они обладают огромной проникающей способностью. В зависимости от источника излучения эти лучи имеют различную энергию и проникающую способность.

Они свободно проникают через металлическую пластинку толщиной в несколько сантиметров. В теле человека лучи беспрепятственно достигают самых глубоко расположенных органов. Ионизирующая способность их как не имеющих электрического заряда весьма незначительна.

При работе с природными радоновыми водами у-излучение практически не имеет значения. Получение радона из препарата радия может сопровождаться более или менее сильным гамма-облучением. Этого можно избежать при соответствующей защите и выполнении санитарно-гигиенических требований.

Бета-излучение

Бета-излучение - поток отрицательно заряженных частиц (электронов), которые обладают различной скоростью и проникающей способностью. В тело человека в-частицы могут проникать на глубину 10-15 мм, в воздухе их пробег равен 10-15 м. Бета-частицы поглощаются алюминиевой пластинкой толщиной в несколько миллиметров. Бета-распад сопровождается значительной ионизацией, чем в основном и объясняют его биологическое действие.

Проходя через вещество, в-частицы взаимодействуют с электронами атомов, в результате чего происходит возбуждение и ионизация атомов, а затем появляются и такие вторичные процессы, как люминесценция, фотореакция, образование химически активных радикалов и т.д.

В радоновых водах в-частицы возникают при распаде некоторых дочерних продуктов радона (радий В и радий С), однако количество их незначительно, а потому большого значения они в лечебной практике не имеют.

Альфа-излучение

Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц, выбрасываемых из ядра радиоактивного изотопа. Каждая а-частица несет положительный заряд, равный двум элементарным зарядам (++). Проникающая способность а-частиц невелика.

Взаимодействуя с молекулами вещества, а-частица теряет скорость, присоединяет к себе два электрона и, потеряв свой заряд, переходит в инертный газ - гелий. В воздухе а-частицы проходят путь, равный 3-7 см, а в коже человека или животных - всего 0,03-0,09 мм. Лист бумаги полностью поглощает поток а-частиц. В то же время благодаря их огромной ионизирующей способности биологическая их активность велика.

Альфа-частицы и в меньшей степени в-частицы и у-лучи, взаимодействуя с атомами вещества, «выбивают» из них электроны. Эти электроны присоединяются к нейтральным атомам и молекулам. Образуются положительно или отрицательно заряженные атомы - ионы. Этот процесс называется ионизацией.

Проходя через воздух, а-частица на своем коротком пути образует несколько сотен тысяч пар ионов, а в воде ионизирует в среднем каждую третью молекулу. Под влиянием ионизации воздух, который обычно не проводит электричество, становится электропроводным.

В природе радиоактивные излучения являются причиной многих химических реакций. Они разлагают воду и углекислоту на их составные части. Под влиянием радиоактивных излучений кислород переходит в озон, а желтый фосфор превращается в красный и т.д. Аналогичные и еще более сложные реакции происходят и в тканях организма при воздействии на них ионизирующих излучений.

В различных веществах а- и в-частицы и у-излучение растрачивает свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Одновременно в более простых веществах происходит обратный процесс, когда вслед за ионизацией и возбуждением идет рекомбинация - процесс образования из ионов нейтральных атомов.

В более сложных веществах в результате ионизации и возбуждения образуются ионы и радикалы, которые при соединении, кроме исходных молекул, образуют новые комбинации, новые химические соединения. Подобные химические превращения в живых организмах приводят к биологическим изменениям в них и обусловливают новую функциональную настроенность физиологических систем.

Лечебное использование радона и его короткоживущих продуктов распада как источников а-излучения было начато более 60 лет назад.



При радонотерапии облучение создается не только а- и в-частицами, но и у-излучением, возникающим в процессе распада некоторых короткоживущих продуктов распада радона. Так как биологический эффект зависит от поглощенной энергии излучения, а на долю а-частиц при распаде радона и его дочерних продуктов приходится около 90% всей поглощенной организмом энергии смешанного излучения, то практически можно считать радоновые процедуры методом альфа-терапии. Кроме того, следует учесть, что биологическая активность а-частиц намного выше, чем в-излучения и у-частиц.

Необходимо также подчеркнуть, что лечебное действие а-частиц выгодно отличается от воздействия других источников ионизирующих излучений. Е.С. Щепотьева (1962) указывает, что к числу этих особенностей следует прежде всего отнести появление лечебного эффекта при очень малых интегральных поглощенных дозах, отчётливое болеутоляющее, очень мягкое действие, не вызывающее ожогов и повреждений кожи при наружном их применении, и, наконец, широкий круг заболеваний, показанных для альфа-терапии.

Проследим, как протекает процесс ионизации в тканях организма под влиянием а-излучения.

Первичные изменения в организме, возникающие под влиянием а-излучения, прежде всего объясняются ионизацией атомов и молекул тканей. В живом организме особое значение имеет ионизация молекул воды по следующим причинам: во-первых, приходится учитывать, что живой организм практически на 70-80% состоит из воды; во-вторых, ионизация таких простых соединений, как вода, происходит гораздо активнее, чем сложных соединений, например белковой молекулы, где атомы очень сближены, очень быстро рекомбинируются и производят внутримолекулярную перестройку.

Элементарный процесс разложения воды играет значительную роль в биологическом действии излучателей на живые ткани, так как он приводит к образованию свободных радикалов.

Свободными радикалами называют атомы или группы атомов, не несущие электрического заряда, но имеющие ненасыщенные химические валентности, а потому обладающие реактивной способностью.

Процесс образования свободных радикалов воды происходит по следующей схеме: при «вырывании» а- или в-частицей электрона из молекулы образуется положительный ион Н2О+, а «выбитый» электрон сразу же присоединяется к другой молекуле воды и создаёт отрицательный ион Н2О-. Образовавшиеся оба иона очень неустойчивы и тотчас же диссоциируют:

Процесс образования свободных радикалов воды

ОН и Н являются свободными радикалами, которые сразу же образуют новые комбинации Н2О и Н2О2. Свободные радикалы, исключительно активные образования, взаимодействуют с молекулами органических веществ, в первую очередь с молекулами белка.

Срок жизни свободных радикалов - доли секунды, в течение которых наступает рекомбинация и восстановление нормальных молекул воды. Однако в результате исключительной реактивной способности в эти короткие промежутки своего существования свободные радикалы воды дают толчок другим реакциям, развивающимся по цепному самоускоряющемуся типу.

Одна активная молекула с большой энергией вовлекает в реакцию сотни и тысячи молекул живого вещества (Б.Н. Тарусов, 1954).

Итак, решающим в механизме ионизирующего действия наружного и внутреннего альфа-облучения является превращение поглощенной энергии облучения в энергию химических связей, появление высокоактивных веществ, приобретение молекулами субстрата особой способности к химическим реакциям (Г. М. Франк, 1954).

Под влиянием первичных процессов, возникающих в результате ионизирующего излучения, формируется общая биологическая реакция организма.

Биофизические и биохимические процессы, возникшие в тканях, приводят к функциональным сдвигам в них и в физиологических системах. Наиболее чётко эти сдвиги можно наблюдать в процессах нервной, а затем и гуморальной регуляции, в реактивности сосудистой системы и в процессах нарастания или снижения защитных свойств организма. В основе этих сдвигов прежде всего лежит изменение характера обмена веществ.

Напомним, что процессы первичной ионизации протекают в организме в течение 2-3 часов по окончании радоновой процедуры за счет поступившего в организм радона и его дочерних продуктов.

Е.А. Смирнов-Каменский, С.М. Петелин
Похожие статьи
показать еще
 
Общее в медицине