Текст
В. А. ВАРАВОЙ
КИЕВ
НАУКОВА ДУМКА
1988
В доступной и увлекательной форме книга знакомит с фи-
зической природой и особенностями ионизирующей радиации и
радиоактивности, с влиянием различных доз радиации на жи-
вые организмы, способами защиты и предупреждения лучевой
опасности, возможностями использования радиоактивных изо-
топов для распознавания и лечения заболеваний человека.
Для широкого круга читателей.
Ответственный редактор
член-корреспондент АН УССР Д. М. Гродзинский
Рецензенты
доктор медицинских наук Е. А. Чеботарев,
доктор физико-математических наук В. И. Стрижак
Редакция научно-популярной литературы
Заведующий редакцией А. М. Азаров
Б
2001040000-068
М221(04)-88
КУ-2-291-88
ISBN 5-12-000329-х
© Издательство «Наукова думка», 1988
Нашей цивилизации угрожает кри-
зис, если мы коренным образом не
изменим отношения человека к
энергии и материи. Ядерная энергия
является одним из важнейших
средств успешного решения этой
проблемы. Без нее человеческая
цивилизация — по крайней мере в
известной нам форме — вне всякого
сомнения замедлит свое развитие.
G помощью ядерной энергии мы
сумеем не только повысить уровень
благосостояния большинства людей,
населяющих нашу планету, но и
поднять все человечество на новую
ступень развития, гармонично свя-
занную с окружающей средой.
Г, Сиборг, У. Корлисс
ПРИРОДА
И ИОНИЗИРУЮЩАЯ РАДИАЦИЯ
Вся окружающая нас материальная среда — как на
Земле, так и в масштабах Вселенной — состоит из ве-
щества и поля. Частицы вещества — атомы — взаимо-
действуют с помощью полей — гравитационных, элек-
тромагнитных, ядерных, которые состоят также из сво-
их «атомов» — квантов электромагнитного излучения,
лептонов, мезонов и т. п.
Электромагнитные поля, распространяющиеся в ми-
ровом пространстве с колоссальной скоростью
300 000 км/с, во Вселенной как бы объединяют разде-
ленные гигантскими расстояниями массы вещества,
несут информацию о физических процессах, происходя-
щих в звездах, в том числе и в ближайшей к нам звез-
де — Солнце. Информационная роль некоторых из
этих волн важна и для нашей планеты, и для жизне-
деятельности населяющих ее живых существ.
В процессе эволюции жизни на Земле возникли и
усовершенствовались специальные биологические при-
боры, органы чувств для восприятия той части спектра
электромагнитных колебаний, которая наиболее харак?
терна для земных условий,— солнечного света.
3
Глаз человека — совершеннейший физический при-
бор, воспринимающий солнечный свет в диапазоне
длин волн 400—700 нм. С его помощью человек полу-
чает до 90 % информации об окружающем мире —
о форме и величине предметов, расстоянии до них,
скорости перемещения и т. п. Входящие в состав
солнечного света, но не видимые глазом лучи — длин-
новолновые (инфракрасные) и коротковолновые (ульт-
рафиолетовые) — также воспринимаются земными ор-
ганизмами. Человек ощущает их действие по тепловому
эффекту, с помощью расположенных в коже специаль-
ных рецепторов.
Вся область спектра электромагнитных колебаний,
охватывающая инфракрасные, видимые и ультрафиоле-
товые лучи, носит название оптической и изучается
одной наукой — фотобиологией, потому что законы
образования, излучения, распространения и поглоще-
ния этих лучей общие.
Однако оптическая область охватывает лишь не-
большую часть спектра электромагнитных излуче-
ний — от 5 • 106 до 10”1 нм. В более длинноволновом
направлении расположен широчайший диапазон ра-
диоволн. В более коротковолновом — рентгеновские и
гамма-лучи, исследуемые радиобиологией: они нри на-
личии ряда общих черт с лучами оптического диапа-
зона в то же время существенно отличаются от них —
как по физическим свойствам, так и по биологическим
эффектам.
Радиобиология — молодая наука, изучающая дей-
ствие на организм (на человека, животных, растения,
бактерии, вирусы) не видимых глазом излучений вы-
сокой энергии. Эти излучения представляют собой по-
токи элементарных частиц (электронов, позитронов, ме-
зонов, протонов, нейтронов) или более тяжелых мно-
гозарядных ионов (альфа-частиц, ядер более тяжелых
элементов) либо имеют электромагнитную природу
(гамма- и рентгеновские лучи). Объединяет их сход-
ство физических свойств и прежде всего — аналогич-
ный характер взаимодействия с веществом. Кванты
гамма- (рентгеновских) лучей, как и частицы высоких
энергий, при встрече с атомами или молекулами ве-
щества отдают им часть своей огромной энергии. При
этом электрически нейтральный атом (молекула)’ пе-
рестает существовать, превращаясь в пару противо-
положно заряженных ионов.
Каждый атой состбйт, как ишзестнв; Изложи-
i
только заряженного ядра и облака вращающихся во-
круг него отрицательно заряженных электронов. Ча-
стица или квант высокой энергии выбивает обычно
один из электронов атома, уносящий с собой единич-
ный отрицательный (—) заряд. Атом превращается
поэтому в положительно ( + ) заряженный ион, а вы-
битый электрон присоединяется к одному из соседних
атомов, превращая его в (—) ион.
Таким образом, ионизирующий эффект — главное
проявление действия радиации высоких энергий на ве-
щество. Именно поэтому радиация и называется ионизи-
рующей. Ионизация с равной вероятностью возникает
в молекулах неорганического вещества и в биологи-
ческих системах. Ионизирующий эффект играет важ-
нейшую роль в действии радиации высоких энергий
на живые организмы.
В тех случаях, когда энергии частицы недостаточно
для того, чтобы электрон преодолел притяжение атом-
ного ядра и вылетел за пределы атома, ионизация не
происходит. Электрон, приобретший избыточную энер-
гию (возбужденный), на доли секунды переходит на
более высокий энергетический уровень, а затем скач-
ком возвращается на прежнее место, отдавая избыточ-
ную энергию в виде кванта свечения (ультрафиолето-
вого или видимого). При этом энергия, излучаемая
электроном, соответствует разности возбужденного и
основного энергетических уровней электрона.
Таким образом, возбуждение атомов и молекул про-
исходит наряду с ионизацией под действием излучений
высокой энергии. Однако роль возбуждения в воздей-
ствии радиации второстепенна по сравнению с иониза-
цией атомов, поэтому общепринятое название радиации
высоких энергий — «ионизирующая» — отражает ее
главную особенность.
Другое название — «проникающая» — характеризу-
ет способность излучений высокой энергии, прежде
всего рентгеновских и гамма-лучей, проникать в глубь
вещества, в частности в тело человека. Па этом осно-
ваны, кстати, многочисленные методы лучевого ис-
следования, распознавания и лечения болезней чело-
века.
Далеко не все ионизирующие излучения обладают
высокой проникающей способностью. Так, альфа-ча-
стицы радиоактивных изотопов растрачивают свою
большую энергию па очень коротком расстоянии, пары
ионов образуются при этом очень густо — до 5000 па
5
1 мкм пути пробега. Поэтому в глубь вещества альфа-
частицы проникают всего на доли миллиметра, погло-
щаясь полностью, например, роговым слоем кожи че-
ловека.
Проникающая способность излучений оптического
диапазона невелика — она не превышает десятых до-
лей миллиметра для ультрафиолетовых и длинновол-
новых инфракрасных лучей; максимально в кожу че-
ловека проникают красные и ближние инфракрасные
лучи — на глубину до 1—3 мм.
Ионизирующей способностью обладают лишь ульт-
рафиолетовые лучи, в особенности коротковолновые.
Однако ионизирующая способность играет гораздо
меньшую роль в их биологическом действии, чем воз-
буждение атомов и молекул, и проявляется лишь в от-
ношении некоторых веществ с подвижными электро-
нами. Так, в электрической цепи, включающей пласти-
ны некоторых металлов, появляется электрический ток,
если осветить пластину ультрафиолетовым излучением.
Этот эффект, именуемый фотоэлектрическим, был от-
крыт русским физиком А. Г. Столетовым в 1888—
1890 гг. Любопытно, что с увеличением интенсивности
ультрафиолетового света возрастает сила тока, то есть
выход свободных электронов увеличивается. Если же
применить более длинноволновое излучение, то фото-
эффект не наблюдается даже при очень больших ин-
тенсивностях.
Иными словами, в фотоэффекте проявилась очень
важная закономерность: дело не в общем количестве
энергии излучения, а в энергии, переносимой отдель-
ным квантом. Если она ниже определенного порога,
фотоэффект не возникает, сколь ни увеличивай общую
энергию. Фотоэффект подтвердил, что взаимодействие
излучения с веществом происходит на уровне отдель-
ных атомов вещества и отдельных квантов излучения.
В еще большей степени эта особенность проявляет-
ся в действии излучения высокой энергии, кванты и
частицы которого несут во много раз большую энер-
гию, чем ультрафиолетовое излучение. Биологический
эффект излучения высоких энергий может быть весьма
значительным при общем ничтожном переносе энергии.
Так, известно, что смертельная для человека доза гам-
ма- или рентгеновских лучей при ее превращении в
тепловую энергию недостаточна даже для того, чтобы
вскипятить стакан чая. В то же время человек пере-
носит без очевидного вреда для себя воздействие види^*
б
мого или инфракрасного излучения в гораздо большем
энергетическом выражении.
Этот радиобиологический парадокс может быть объ-
яснен лишь тем, что каждая частица или квант ионизи-
рующего излучения при взаимодействии с тканями ор-
ганизма порождает в них качественно новые, более
глубокие изменения, чем многочисленные кванты опти-
ческого излучения. И ключевую роль в этом взаимо-
действии играет первая, физическая стадия процесса,
приводящая к эффекту ионизации. Возникающие при
этом ионы обладают повышенной химической актив-
ностью и порождают цепь событий, конечными звенья-
ми которой могут быть видимые простым глазом явле-
ния: лучевая болезнь или гибель организма, мутации
или опухоли.
Отметим еще одну важнейшую особенность биоло-
гического действия ионизирующей радиации: ее незри-
мость, неощутимость. В отличие от лучей оптического
диапазона и даже радиоволн, вызывающих в опреде-
ленных дозах нагревание тканей и ощущение тепла,
ионизирующая радиация даже в смертельных дозах
нашими органами чувств не фиксируется. Точнее, не-
которые косвенные проявления действия ионизирую-
щей радиации могут восприниматься организмом. На-
пример, крысы и обезьяны способны отличить момент
воздействия радиации, если это воздействие сопрово-
ждается ионизацией воздуха и образованием озона. За-
пах озона может стать своего рода сигналом облучения.
Известно также, что отдельные тяжелые частицы кос-
мического излучения могут вызывать у космонавтов
ощущение вспышки при закрытых глазах — за счет
массивной ионизации в сетчатке глаза.
Однако в общем воздействие ионизирующей радиа-
ции неощутимо, ибо специальных рецепторов для ее
восприятия не существует. Это можно объяснить лишь
отсутствием информативности диапазона наиболее вы-
соких энергий излучения для живых организмов в
условиях Земли.
С одной стороны, такие излучения на Земле вез-
десущи и всепроникающи. Они приходят к пам из
мирового пространства (космические лучи) постоянно,
с примерно одинаковой интенсивностью па протяжении
миллионов лет. Они излучаются естественно-радиоак-
тивными элементами, входящими в состав горных по-
род, воздуха, воды, почвы и самих организмов и су-
ществующими с момента сформирования Земли как
Z
пебеспого тела. С другой стороны, интенсивность этого
излучения па протяжении истории Земли хотя и сни-
жалась, по настолько медленно, что за время жизни
сотен и тысяч поколений живых существ оставалась
практически постоянной.
В итоге, при повсеместности и стабильности источ-
ников ионизирующей радиации в каждом отдельном
месте земной поверхности, отличия разных районов
Земли по этому показателю невелики и биологически
несущественны, ибо эволюционно все живое на Земле
отлично приспособлено к жизнедеятельности в усло-
виях естественного радиоактивного фона и его местных
вариаций.
Однако за последние 90 лет человек открыл п
создал источники ионизирующей радиации, в тысячи
раз превышающие естественный радиоактивный фон,
и ядерное оружие, представляющее реальную опасность
для человечества и жизни па Земле. В этих условиях
отсутствие контроля за радиационной обстановкой со
стороны наших органов чувств, необходимость во все
большей степени доверяться показаниям приборов со-
здают дополнительные проблемы психологического ха-
рактера.
Но если мирное применение ядерной энергии явля-
ется столбовой дорогой научно-технического прогресса,
а создание крупномасштабной ядерной и. термоядер-
ной энергетики — единственным выходом из энергети-
ческого тупика (в связи с постепенным исчерпанием
певозобповимых источников энергии), то дальнейшее
совершенствование и само существование ядерного
оружия представляют весьма серьезную угрозу.
Поэтому задача ликвидации ядерного оружия при-
обретает жизненно важное значение для человечества.
Мы вправе гордиться тем, что именно Советский Союз
выступил инициатором заключения в 1963 г. Москов-
ского договора о запрещении испытаний ядерного ору-
жия в атмосфере, под водой и в космическом простран-
стве, Договора о нераспространении ядерного оружия,
а теперь выдвинул впечатляющую Программу поэтап-
ной и полной ликвидации ядерного оружия па нашей
планете до 2000 г. Паш парод вместе со всеми про-
грессивными силами Земли борется за воплощение
этой программы в жизнь, верит в се осуществление.
По и после ликвидации ядерного оружия проблема
«человек и атом» но исчезнет. Ядерная и термоядер-
ная энергетика, другие направления использования
8
атомной энергии в мирных целях будут постоянно раз-
виваться, будет увеличиваться количество людей, про-
фессионально связанных с ионизирующими излучени-
ями, радиоактивными изотопами. Во все возрастающих
масштабах будут накапливаться радиоактивные отходы
деятельности атомной промышленности, поэтому без-
опасное захоронение этих отходов с минимальным ущер-
бом для природных условий и среды обитания становит-
ся все более сложной задачей.
Будут расширяться и масштабы применения ради-
ации в медицине — как для диагностики, так и для
лечения. В связи с этим полностью сохраняет свою ак-
туальность проблема постепенного роста антропогенно-
го радиоактивного фона на территории промышленно
развитых стран и регионов, даже при условии предот-
вращения опасности крупных аварий.
Поэтому знание свойств и особенностей ионизиру-
ющей радиации, необходимо многим, а интересно и по-
лезно почти всем.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
ВОКРУГ НАС
ОТКРЫТИЕ ПРОНИКАЮЩЕЙ
РАДИАЦИИ
Человечество впервые узнало о существовании невиди-
мого мира излучений высокой энергии, познакомилось
с их свойствами и особенностями около 90 лет тому
назад. В декабре 1895 г. профессор Вюрцбургского уни-
верситета В. К. Рентген сообщил ученому миру об от-
крытии нового вида излучений, которые он назвал
Х-лучами (сегодня известны под названием рентгенов-
ских). Они обладали удивительной, потрясающей во-
ображение способностью: проходить сквозь непрозрач-
ные для видимого света предметы — дерево, картон,
ткани человеческого тела.
Открытие чудо-лучей мгновенно выплеснулось со
страниц строго научных физических журналов в ши-
рокий мир человеческих страстей, восторгов и заблу-
ждений, стало, быть может, первой подлинно научной
сенсацией, первым шагом в XX век, в эпоху научно-
технической революции.
Новые лучи привлекли к себе пристальное внима-
ние ученых, и не только физиков. Биологи и врачи
справедливо увидели в них инструмент изучения жи-
вых организмов, распознавания и лечения болезней
человека. В течение первого же года после открытия
лучей Рентгена их применению в медицине было по-
священо свыше 1000 научных статей и 49 книг, а все-
го через полгода русский ученый-физиолог, ученик
И. П. Павлова И. Р. Тарханов опубликовал первое
исследование о влиянии Х-лучей па нервную систему
животных.
Открытие Х-лучей нашло своеобразный отклик и в
мире, весьма далеком от науки. Американский изобре-
татель Т. Эдисон стал получать множество заказов на
такую переделку биноклей, чтобы можно было видеть
сквозь одежду. Возникла реклама нового вида белья,
непроницаемого для Х-лучей. А великосветские дамы
10
стали дарить поклонникам... рентгенограммы своих
скелетов.
Рентгеновские лучи были лишь первым из целого
каскада блестящих достижений научной мысли, от-
крывших человечеству существование незримого мира
элементарных частиц, таинственных сил, объединяю-
щих эти частицы внутри атомного ядра. Тогда, на заре
XX века, самые великие умы не могли предположить,
что прорыв науки в микромир через полстолетия при-
ведет к овладению гигантскими силами, таящимися в
атомном ядре, к созданию ядерного оружия и к исполь-
зованию атомной энергии в мирных целях. Физическая
наука, которая к концу XIX века, казалось, была близ-
ка к полному познанию и пониманию устройства мира,
вдруг очутилась перед новой, совершенно неизведан-
ной областью этого устройства. Выяснилось, что физи-
ческая картина мира неполна.
И ученые устремились в новую область, на штурм
непознанных тайн мироздания. В феврале 1986 г., та
есть спустя два месяца после открытия Рентгена,
А. А. Беккерель на заседании Парижской академии
наук сообщил об открытии им нового проникающего
излучения. Сначала ученый полагал, что проникающая
радиация является просто спутником флуоресценции.
Но по счастливой случайности он избрал в качестве
флуоресцирующего вещества соль урана и вскоре уста-
новил, что уран генерирует невидимое проникающее
излучение независимо от того, освещали его перед
этим видимым светом или нет. Стало ясно, что сам
уран (в составе разных соединений и чистый) излуча-
ет невидимую радиацию, близкую по свойствам к лу-
чам Рентгена.
Открытие Беккереля в отличие от работы Рентгена
какое-то время оставалось неоцененным. И это не уди-
вительно, если учесть, что открытие Рентгена породи-
ло буквально лавину работ, авторы которых претендо-
вали па обнаружение все новых и новых лучей. Боль-
шинство этих «открытий» оказалось ошибкой либо
даже следствием прямого мошенничества. «Лучевые
сенсации» стали в те годы, по словам, советского физи-
ка А. Ф. Иоффе, дурным тоном в науке, производили
впечатление чего-то несолидного.
Работы супругов Кюри уточнили значение откры-
тия Беккереля. М. Складовская-Кюри и П. Кюри тща-
тельно исследовали явление излучения урана и других
металлов, которое они назвали радиоактивностью.
11
Открытый ими в июле 1898 г. новый радиоактивный
элемент они в честь родины Марии Складовской-Кюри
назвали полонием. Он занял в таблице Менделеева
пустовавшую дотоле 86-ю клетку. К концу 1898 г. су-
пруги Кюри открыли еще один радиоактивный эле-
мент — радий, занявший 88-ю клетку таблицы Менде-
леева. Исследования супругов Кюри стали фундамен-
том новой науки о радиоактивности.
В 1901 г. Нобелевской премии по физике был удо-
стоен В. К. Рентген; в 1903 г.— А. Беккерель и супру-
гу Кюри — за открытие радиоактивности; в 1911 г.
М. Складовской-Кюри вторично присуждена Нобелев-
ская премия за получение в металлическом состоянии
радия.
После полония и радия были открыты и другие
радиоактивные элементы. В частности, оказалось, что
все наиболее тяжелые элементы, расположенные в кон-
це таблицы Менделеева (с 84-го по 92-й атомный но-
мер), радиоактивны. В 1906 г. обнаружена радиоактив-
ность изотопа калия — элемента, содержащегося во
всех клетках тела человека и других живых существ.
Значение новых открытий в физике, их революцио-
низирующего влияния на научные представления о
мире, на историю человеческого общества было понят-
но в те годы немногим. Один из этих немногих —
В. И. Вернадский, первый президент Академии наук
УССР. В 1911 г. он прозорливо писал: «Мы подходим
к великому перевороту в жизни человечества, с кото-
рым не может сравниться все, когда-либо им пережи-
тое. Недалеко то время, когда человек получит в свои
руки атомную энергию — такой источник силы, кото-
рый позволит ему строить свою жизнь так, как он за-
хочет. Это может случиться через столетие, но ясно,
что это обязательно случится. Сможет ли человек вос-
пользоваться этой силой, направив ее на добро, а не
на самоуничтожение?»
СТРОЕНИЕ МАТЕРИИ
И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА
РАДИОАКТИВНОСТИ
Каскад открытий конца XIX — начала XX века поста-
вил ученых перед необходимостью разобраться в
существе новых проблем. Следовало понять, что пред-
ставляют собой лучи Рентгена и радиоактивность, ка-
кова их физическая природа, с чем связаны их удивц-
тельные свойства, из какого источника черпается их
энергия, согласно каким закономерностям они распро-
страняются, наконец, как они влияют на неживую и
живую природу, па человека. Ответы на эти вопросы
удалось получить лишь после нескольких десятилетий
упорных поисков.
Вновь открытые лучи не переставали поражать во-
ображения. Оказалось, что излучение радиоактивных
элементов не зависит ни от состава химических со-
единений, куда эти вещества могли входить, ни от тем-
пературы, ни от давления во всем диапазоне воздей-
ствий, которыми располагала наука и техника. Стано-
вилось ясно: в основе радиоактивности лежат глубокие
физические законы, не зависящие от взаимодействий
атомов и молекул, от состояния их электронных
оболочек.
С другой стороны, выяснилось, что излучение ка-
ждого радиоактивного элемента со временем ослабля-
ется по определенному и характерному для него зако-
ну. Одни радиоактивные вещества теряют активность
быстро, другие медленно, а в процессе излучения сами
они изменяют свою физическую природу, распадаются,
превращаясь в другие вещества. Мерилом продолжи-
тельности существования радиоактивных веществ стал
период их полураспада — время, в течение которого
интенсивность излучения снижается вдвое. Так, пе-
риод полураспада полония составляет 138 дней, ра-
дия — 1620 лет, урана — 4,5 млрд лет.
Загадкой долгое время оставался и источник энер-
гии, излучаемой радиоактивными веществами. Еще в
1903 г. П. Кюри обратил внимание на то, что радий
не только является источником невидимой радиации,
но и нагревается во время этого процесса. Попытка
подсчитать количество тепла, выделяемого при радио-
активном распаде радия, дала неожиданный и пора-
жающий воображение результат. Оказалось, что 1 г
радия за время своего существования выделяет в
400 тыс. раз больше энергии, чем освобождается при
сгорании 1 г каменного угля.
Итак, изучение радиоактивности не только прибли-
жает ученых к познанию фундаментальных законов
природы, но и открывает путь к овладению гигантски-
ми запасами энергии, сконцентрированными внутри
атомов. Проникновение в сущность законов микромира
стало генеральным направлением развития науки
XX веке, а перспектива использования атоМйой
13
энергии — столбовой дорогой научно-технического про-
гресса.
Атом — мельчайшая неделимая частица материи,
представление о которой возникло еще у древних гре-
ков, лишь в XX в. стал объектом непосредственного
физического анализа. Эволюция научных взглядов на
его строение и свойства связана с именами таких вы-
дающихся ученых, как Э. Резерфорд, Н. Бор, А. Эйн-
штейн, П. Л. Капица и др.
Размеры атома чрезвычайно малы. Его диаметр —
около 10~8 см, следовательно, цепочка длиной 1 см
может состоять из 100 млн. атомов. Масса самого про-
стого и легкого атома — атома водорода — составляет
1,67 «10-24 г. Атом урана, самого тяжелого из суще-
ствующих на земле элементов, занимающего в таблице
Менделеева 92-е место, тяжелее атома водорода в
238 раз. Известны свёрхтяжелые элементы, получен-
ные искусственно. Однако за единицу атомной массы
берется не атом водорода, хотя его масса приблизи-
тельно равна единице, a Vie массы атома кислорода.
Слагающие атом материальные частицы реально
занимают лишь крохотную часть его ничтожного объ-
ема. Основная масса вещества (99,95 %) сконцентриро-
вана в атомном ядре, диаметр которого (10-12 см) при-
мерно в 50—100 тыс. раз меньше диаметра атома.
Если увеличить атом до размеров главного корпуса
Московского университета, то ядро атома имело бы вид
и размеры горошины. Плотность вещества в ядре очень
велика — 1014 г/см3.
Ядра атомов заряжены положительно. Вокруг них
вращаются отрицательно заряженные электроны. Мас-
са электрона в 1840 раз меньше массы атома водорода.
Количество электронов в атоме равно суммарному по-
ложительному заряду ядра. Поэтому атомы нейтраль-
ны. Положительный заряд ядра, равный заряду всех
электронов, характеризует атомный номер элемента,
то есть его место в последовательности элементов, в таб-
лице Менделеева.
Чем выше заряд ядра, тем больше электронов вхо-
дит в состав атома, тем сложнее устроены его элек-
тронные оболочки — слои орбит электронов. Чем даль-
ше от ядра находятся электроны, тем слабее они взаи-
модействуют с ядром, тем легче вступают в различные
реакции и превращения. Электроны, расположенные на
самой наружной оболочке, определяют химические
14
свойства атома, его способность вступать в соединения
с другими атомами.
Ядро атома (от греч. пуклеус) , в свою очередь, име-
ет сложное строение. Оно состоит из элементарных ча-
стиц — нуклонов, масса которых равна единице. Ну-
клоны, несущие положительный заряд, называются
протонами. Их число в ядре равно атомному номеру
элемента и числу электронов в атоме. Нуклоны, не не-
сущие заряда, именуют нейтрЬнами. Их число в ядре
равно разности между атомной массой и атомным но-
мером элемента. Нейтроны придают прочность ядру
атома, препятствуют разлету протонов вследствие их
взаимного электрического отталкивания. Поэтому боль-
шинство ядер атомов вещества, большинство элементов
стабильны. Чтобы их разрушить, чтобы преодолеть
скрепляющие ядра силы взаимодействия нуклонов, не-
обходимо приложить очень большую энергию.
Э. Резерфорд, осуществив бомбардировку тонкой
металлической фольги альфа-частицами, вылетающи-
ми из ядер радия, обнаружил, что в очень редких слу-
чаях альфа-частицы отражаются от мишени, как будто
наткнувшись на очень плотное препятствие. Из этого
опыта родилось представление об атомном ядре, в ко-
тором сосредоточена почти вся масса атома. Для изуче-
ния строения атомного ядра, структуры нуклонов уче-
ные воспользовались гениальным методом Резерфорда,
применив в качестве орудий анализа сами эти частицы,
обладающие огромной энергией и скоростью. По мере
совершенствования ускорителей заряженных частиц —
этих «микроскопов» ядерной физики — ученые все
глубже проникают в тайны микромира.
Электроны удерживаются около ядра атома силами
электрического (электромагнитного) взаимодействия.
Внутри ядра, между нуклонами действуют особые,
ядерные силы. По современным научным представле-
ниям, взаимодействие заряженных частиц осуществля-
ется с помощью электромагнитного поля, путем обмена
частицами поля — фотонами (квантами), не имеющи-
ми массы покоя и могущими распространяться на лю-
бые расстояния. Ядерные силы действуют только на
очень малых расстояниях — порядка 10~13 см, или
1 ферми. В этих условиях взаимодействие оказывается
очень сильным (оно так и называется — «сильное
взаимодействие»), но с увеличением расстояния
прекращается. Таким образом, внутри ядра есть ядер-
15
ное поле, осуществляющее взаимодействие нуклонов
путем обмена особыми частицами. Они были обнаруже-
ны в космических лучах и получили название л-мезонов.
Эти частицы имеют довольно значительную массу по-
коя (она почти в 300 раз больше массы электрона),
поэтому они осуществляю! взаимодействие на очень
небольших расстояниях (порядка 1 ферми), на кото-
рых ядериые силы во много раз превосходят силы
электростатического отталкивания протонов. Поэтому
ядра атомов стабильны.
Открытие л-мезонов — частиц ядерного «клея» —
было лишь одним из первых шагов в изучении физики
микромира. По мере того как в руках ученых оказы-
вались все более мощные ускорители, удавалось про-
никнуть в структуру ядра и составляющих его нукло-
нов. Прежде всего сумели доказать, что сами нуклоны
сложны и состоят из более простых кирпичиков —
кварков. Кварки очень малы, почти в 1000 раз меньше
нуклона. Различают 6 типов кварков (u, d, s, с, b, t).
Лишь после открытия кварков в середине 60>х го-
дов XX века физики могли приступить к наведению
порядка в своем «хозяйстве», в котором к этому вре-
мени было известно несколько сотеп различных эле-
ментарных частиц. Сама многочисленность служила
вернейшим доказательством того, что частицы эти во-
все не столь уж элементарны, то есть не являются про-
стейшими кирпичиками материи, мироздания. Теперь
представилась возможность рассматривать это разно-
образие как следствие комбинаций немногих осново-
полагающих частиц — кварков.
Итак, 6 типов кварков. Каждый из них, по пред-
ставлениям современной физики элементарных частиц,
существует в трех вариантах, может иметь три «цве-
та», «цветовых» заряда — желтый, красный или синий.
Протон, нейтрон и другие подобные им частицы состо-
ят из трех кварков каждая, но с различными «цвето-
выми» зарядами. Такие трехкварковые частицы назы-
ваются барионами. Протон состоит из двух и-кварков
и одного d-кварка, нейтрон — из двух d-кварков и од-
ного u-кварка. Из двух кварков, точнее, из кварка и
антикварка, построены мезоны, также довольно много-
численная группа частиц.
Как же осуществляется взаимодействие кварков
внутри барионов и мезонов (обе эти группы частиц
носят название «адроны»)? Это взаимодействие, по
16
представлениям многих физиков, происходит при по-
мощи особых частиц — глюонов, во многом напоми-
нающих по свойствам частицы электромагнитного
поля — фотопы. Подобно последним, глюоны не имеют
массы покоя, по имеют собственный момент вращения
(силы), равный единице. Каждый глюон несет два
«цветовых заряда» — заряд и антизаряд разного цвета.
Характер взаимодействия кварков внутри барионов
и мезонов весьма своеобразен. На очень малых расстоя-
ниях кварки практически свободны (физики называют
это явление «асимптотическая свобода»). Но с увели-
чением расстояния между кварками взаимодействие
резко возрастает и становится сильным, а в дальней-
шем от расстояния уже не зависит.
Ядерпые силы, действующие между нуклонами,
представляют собой вторичное проявление кварк-глю-
онного взаимодействия.
Мы рассмотрели, таким образом, особенности струк-
туры атомного ядра и сил, обеспечивающих сохранение
этой структуры. Существование радиоактивности сви-
детельствует о том, что возможны и нестабильные ком-
бинации нуклонов, что есть ядра, самопроизвольно
распадающиеся, выбрасывающие из своих недр части-
цы и кванты высокой энергии и переходящие после
этого в более стабильное состояние.
Изучение радиоактивности открыло физикам: наря-
ду с электрическим, сильным (ядерпым) и гравитаци-
онным взаимодействиями частиц материи существует
четвертый тип взаимодействия — слабое. Такой тип
взаимодействия наблюдается прп бета-распаде ядер
(то есть при излучении ядром электрона с превраще-
нием одного из нейтронов ядра в протон), а также при
рассеянии нейтрино ядрами или протонами. Это взаи-
модействие значительно слабее электромагнитного, но
и оно, видимо, реализуется с помощью специальных ча-
стиц ~ так называемых промежуточных бозонов. Их
существование, вначале предсказанное теоретически,
было в 1983 г. доказано в экспериментах на Женев-
ском ускорителе частиц. Слабые взаимодействия игра-
ют важную роль в эволюции Вселенной, с ними свя-
зано протекание ядерных реакций на Солнце, сущест-
вование нейтрино.
Итак, все силы в природе, все виды взаимодействия
частиц и масс вещества осуществляются с помощью
полей. Из четырех фундаментальных взаимодействий
наиболее очевидное — гравитационное — в то же
2 7—1927
17
время и наименее изучено. Частицы гравитационного
поля — гравитоны — пока существуют лишь в концеп-
циях физиков-теоретиков. Но можно не сомневаться,
что и эти частицы будут получены и исследованы.
ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО
РАСПАДА АТОМОВ
Эстафета исследований радиоактивности была подхва-
чена дочерью М. и П. Кюри — И. Кюри и ее супругом
Ф. Жолио, которые в 1934 г. открыли явление искус-
ственной радиоактивности. Это был новый шаг на пути
развития физики атомного ядра, отмеченный присужде-
нием Нобелевской премии.
Супругам Жолио-Кюри удалось установить: ста-
бильные ядра атомов можно превратить в радиоактив-
ные, если искусственно ввести в них протон, нейтрон
или более тяжелый «снаряд» атомной артиллерии; до-
стигнуть этого можно, предварительно «разогнав сна-
ряд» до большой скорости. Это открытие стерло казав-
шуюся непроходимой грань между стабильными и
радиоактивными элементами, подтвердило фундамен-
тальное единство мира.
Если все ядра могут быть превращены в радиоак-
тивные, то что же определяет судьбу конкретного ядра,
его стабильность или нестабильность? И наконец, как
можно точно определить понятие «радиоактивность» с
позиций современной науки?
Радиоактивность — это самопроизвольное измене-
ние состава атомного ядра, которое происходит не ме-
нее чем через 10“12 с после его рождения. Количест-
венное ограничение обусловлено как раз эксперимен-
тами с бомбардировкой атомных ядер. Если стабильное
ядро разваливается сразу после попадания в него сна-
ряда атомной артиллерии, не успев просуществовать
в измененном виде даже такой ничтожно краткий про-
межуток времени, значит, явление такого распада не
относится к радиоактивности.
Первопричиной радиоактивности является противо-
борство внутри ядра двух сил — электрического оттал-
кивания и ядерного стягивания. Протоны ядра, как
всякие одноименно заряженные частицы, взаимно от-
талкиваются, стремятся разлететься. Ядерные силы
сближают нуклоны, препятствуют разлету протонов.
Судьба ядра зависит, таким образом, от соотношения
этих сил, а более конкретно — от соотношения числа
18
протонов и нейтронов в ядре. Протоны — носители как
«склеивающих» ядерных сил, так и расталкивающих
электрических. Лишенные заряда нейтроны вносят
вклад лишь в стягивание ядра.
Число протонов в ядре определяет атомпый номер
элемента, число электронов в атоме и, стало быть, его
химические свойства. Содержание нейтронов в таком
ядре может колебаться, но свойства вещества, за ис-
ключением атомной массы, при этом существенно не
различаются. Поэтому ядра с одинаковым числом про-
тонов, но разным количеством нейтронов представляют
собой варианты атомов одного элемента, располагаются
в одной клетке таблицы Менделеева и носят название
изотопы, то есть расположенные в одном месте. Боль-
шинство элементов и представляет собой смесь не-
скольких стабильных изотопов.
Таким образом, количество нейтронов в ядре может
колебаться, но лишь в определенных пределах. Наибо-
лее стабильные изотопы легких элементов, от гелия и
примерно до меди, содержат в ядре равное количество
протонов (р) и нейтронов (п): гелий — 4 (2р + 2п),
углерод — 12 (6р+6и), кислород — 16 (8р+8п), се-
ра — 32 (16р+16п) и т. п. В более тяжелых элементах
много протонов. Чтобы сохранить стабильность их
ядер, количество нейтронов растет опережающими тем-
пами. Устойчивый изотоп молибдена (42р + 56п) со-
держит нейтронов в 1,33 раза больше, чем протонов;
неодим (60р + 84тг) — в 1,4 раза; вольфрам (74р +
+ 110тг)—в 1,49 раза; свинец (82р+ 126тг) —- в 1,54
раза больше. Наконец, самые тяжелые элементы, с
№ 84 до 92, оказываются нестабильными и распадают-
ся самопроизвольно, несмотря на избыток нейтронов.
Основной изотоп урана — (U-238) — содержит 92р +
+ 146н, но распадается с периодом 4,5 млрд лет. Низ-
кой стабильностью отличаются ядра с недостатком п
избытком нейтронов — нейтронодефицитные и нейтро-
ноизбыточные ядра.
Наиболее надежным количественным критерием
прочности ядра является энергия связи в расчете на
нуклон. Чтобы «взорвать» ядро, нужно такую энергию
приложить к нему извне. Наибольшую энергию связи
и, стало быть, максимальную стабильность имеют ядра
элементов, расположенных в середине таблицы Менде-
леева (в районе железа). В сторону как более легких,
так и более тяжелых элементов стабильность снижает-
ся. Поэтому-то тяжелые элементы используют в реак-
2* 19
циях ядерного распада, а легкие — в реакциях ядерно-
го синтеза.
Были открыты два вида распада тяжелых элемен-
тов — альфа и бета. При альфа-распаде из ядра выле-
тает целый блок частиц, состоящий из двух протонов и
двух нейтронов и представляющий собой ядро гелия.
При этом атомный номер тяжелого ядра уменьшается
на 2 единицы, а атомная масса — на 4, и элемент пе-
ремещается в таблице Менделеева в область более вы-
сокой средней энергии связи, «в сторону железа».
Бета-распад, как выяснилось со временем, сущест-
вует в трех разновидностях: бета [ + ]-распад, бета
[—] -распад и К-захват. В первом случае в нейтроно-
дефицитном ядре протон превращается в нейтрон, с
испусканием позитрона и нейтрино. Сходный процесс
имеет место и при К-захвате: протон в нейтронодефи-
цитном ядре превращается в нейтрон, но положитель-
ный заряд из ядра не удаляется, а компенсируется за-
хватом одного из электронов, расположенных ближе
всего к ядру, па так называемой К-оболочке. И в этом
случае из ядра вылетает нейтрино, но атомный номер
ядра не изменяется, тогда как при бета [ + ]-распаде
атомный номер уменьшается на единицу, а элемент
смещается на 1 клетку влево.
При бета [—]-распаде, наоборот, в нейтроноизбы-
точном ядре нейтрон превращается в протон, а отри-
цательный заряд удаляется из ядра с вылетом электро-
на. При этом атомный номер вещества возрастает на
единицу, а элемент переходит вправо в соседнюю клет-
ку таблицы Менделеева. Движущей силой и при бета-
распаде является стремление ядра иметь соотношение
протонов и нейтронов, соответствующее более высокой
стабильности.
Как альфа-, так и бета-распад ядер атомов может
сопровождаться электромагнитным излучением — ис-
пусканием так называемых гамма-лучей.
Спустя 40 с лишнпм лет после открытия радиоак-
тивности, в 1940 г., советские ученые К. А. Петржак и
Г. Н. Флеров зарегистрировали самопроизвольный рас-
пад ядер урана на два более легких и значительно бо-
лее прочных осколка. Так был открыт третий тип ра-
диоактивности. Еще через два десятилетия было экспе-
риментально подтверждено давнее предположение о
существовании чисто протонной радиоактивности —
выбросе протонов из пейтронодефицитпого ядра. Это яв-
ление может происходить наряду с бета [ + ]-распа-
20
дом. В обоих случаях соотношение протоны : нетроны
улучшается за счет уменьшения числа первых на еди-
ницу.
Наконец, в 1983 г. в США экспериментально под-
тверждено существование двухпротонной радиоактив-
ности, предсказанное в 1960 г. советским физиком
В. И. Гольданским. В этом случае избыток протонов
в ядре создается протонной его бомбардировкой, и вы-
брос протонов совершается единым блоком, который
разваливается лишь спустя доли секунды.
В настоящее время известно свыше 1300 изотопов
104 элементов, входящих в таблицу Менделеева. Из них
только 250 — стабильные, остальные — радиоактивные.
По химическим свойствам изотопы одного элемента со-
вершенно одинаковы, разделить их можно лишь с уче-
том некоторых физических различий, связанных с мас-
сой атома.
Таким образом, при естественном радиоактивном
распаде происходит излучение альфа-частиц (ядер ге-
лия), бета-частиц (электронов или позитронов) и
гамма-лучей. Помимо качественной характеристики
ядерных излучений, существует и количественная, обу-
словленная энергией и скоростью вылетающих из ра-
диоактивного ядра частиц, а также их проникающей
способностью.
Альфа-частицы покидают ядро со скоростью 15—
20 тыс. км/с. Энергия их измеряется величинами 2—
9 МэВ. Проникающая способность альфа-излучения
весьма мала. Их пробег в воздухе составляет 2—9 см,
а в биологической ткани — 0,02—0,06 мм. Они полно-
стью поглощаются листом писчей бумаги иля роговым
слоем кожи человека. Свою энергию довольно массив-
ные альфа-частицы растрачивают, таким образом, на
сравнительно небольшом пути пробега, вызывая на
этом пути ионизацию значительного числа атомов ве-
щества. В современных циклотронах поток ядер гелия
может ускоряться до скоростей, намного больших.
Энергия и проникающая способность таких частиц
также существенно возрастают.
Поток бета-частиц (главным образом электронов)
вылетает из ядра со скоростью, близкой к скорости све-
та. Энергия бета-частиц при распаде различных атомов
колеблется в очень широких пределах — от нескольких
тысяч до миллионов электрон-вольт.
(В табл. 1 приведены значения максимальной
энергии бета-частиц для некоторых цзотрпоц, наиболее
41
Г а б лица 1. Некоторые физические характеристики
радиоактивных изотонов, наиболее широко применяемых
в биологии и медицине
Элемент (изотоп) Химический символ, атомный номер, атом- ная масса Период полураспада Вид излуче- ния Энергия излучения, МэВ
. fl-ча- стицы V-кванты
Тритий »н, 12,3 года Г 0,0185
Углерод МС. 5568 лет 0- 0,155 —
Натрий S4Nan 15 ч 0-1. у 1,4 1,37-2,75
Фосфор 32Р15 14,3 сут 0- 1,7 —
Сера 36S19 88 сут г 0,167 —•
Калий "К19 1,3«1О0 лет 0~, У 1,36 1,5
12К19 12,5 ч 0 > у 3,6 1,5
Кальций 46Са20 152 сут 0“ 0,25 —
Железо 63Fe2, 46 сут 0“ 0,46 1,3
Кобальт «°Со27 5,3 года 0" 0,3 1,33-1,57
Галлий •’Ga3i 78,3 ч К.0-, у 0,094; 0,174; 0,187; 0,301
Стронций “eSr39 64,5 сут 0“ 1,5 —
MSr33 27,7 года 64,0 года 0“ 0,61 —
Иттрий Технеций 00 J J3» 0“ 2,35 —
”“Те13 6,02 ч у —— 0,136
Йод ,3‘I63 8,08 сут 0“ У 0,81 0,08-0,72
Ксенон ,33Хеи 5,29 сут 0". У 0,34 0,085
Цезий 13’Cs66 30 лет 0~ У 0,5 0,66
Золото ‘”Au79 2,7 сут 0,96 0,411
Ртуть ‘”Hg80 64,1 ч У — 0,075
i03Hg8O 46,8 сут 0“. У 0,205 0,286
часто используемых в биологических и медицинских
исследованиях, а также в медицинской практике. Хи-
мический символ каждого элемента сопровождается
обозначением его атомной массы (слева вверху) и
атомного номера (справа внизу).
Проникающая способность бета-излучения значи-
тельно выше, чем альфа. Бета-частицы с энергией
3 МэВ пробегает в воздухе до 15 м, в биологической
ткани — до 12 мм и в алюминии — до 5 мм. В совре-
менных ускорителях (бетатронах) энергия электронов
может быть повышена до 25 и даже 35 МэВ; соответ-
ственно возрастает и их проникающая способность.
В практике лучевой терапии злокачественных новооб-
разований использование бетатронов позволяет регули-
ровать глубину проникновения излучения в ткань со-
ответственно расположению опухоли.
Гамма-излучение представляет собой электромаг-
нитное поле с длиной волны 10“8—10~11 см ш(10”2—*
23
10~5 нм). Распространяясь со скоростью света, гамма-
лучи обладают высокой проникающей способностью,
значительно большей, чем альфа- и бета-частицы. Во
многом это определяется физической природой электро-
магнитного поля, частицы которого — фотоны — лише-
ны массы покоя. Чем выше энергия гамма-излучения
и соответственно меньше длина его волны, тем выше
проникающая способность. Согласно квантовой теории,
энергия электромагнитного поля излучается и погло-
щается не непрерывно, а отдельными порциями —
квантами (фотонами). Энергия квантов тем выше, чем
больше частота электромагнитного излучения и, следо-
вательно, чем меньше длина его волны. Энергия кван-
та Е связана с длиной волны следующим соотноше-
нием:
где X выражена в нанометрах (1 нм — 10“9м). Чтобы
ослабить вдвое гамма-излучение радиоактивного ко-
бальта 60СОг7, наиболее часто используемого в меди-
цине для лучевой терапии, необходимо взять слой свин-
ца толщиной 1,6 см или слой бетона толщиной 10 см.
У рентгеновских лучей та же физическая природа
(электромагнитное поле) и те же свойства, что и у
гамма-излучения. Они различаются прежде всего по
способу получения. В отличие от гамма-лучей рентге-
новские лучи имеют впеядерпое происхождение. Их
получают в специальных вакуумных рентгеновских
трубках при торможении (при ударе о специальную
мишень) быстро летящих электронов. Энергия квантов
рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-
излучения большинства радиоактивных изотопов; соот-
ветственно несколько ниже их проникающая способ-
ность. Однако это второстепенные различия. Поэтому
рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-
излучения, в частности для экспериментального облу-
чения животных, семян растений и т. п. Применяемые
с этой целью рентгеновские установки генерируют из-
лучение с максимальной энергией 0,2 МэВ.
В последние десятилетия появилась новая возмож-
ность: получать электромагнитные излучения высокой
энергии с помощью ускорителей заряженных частиц.
Было установлено, что интенсивные долгоживущие
пучки электронов (или позитронов) высокой энергии,
движущиеся и вакуумной камере ускорителя в
23
магнитном поле, являются источником мощного элек-
тромагнитного излучения. По названию первых уско-
рителей, в которых оно было зарегистрировано,— «син-
хротроны», излучение получило название синхротрон-
ного.
Направление магнитного поля в ускорителе перпен-
дикулярно вектору скорости частиц. Магнитное поле
изменяет направление движения частиц соответствен-
но геометрии камеры ускорителя. Движущиеся элек-
троны испытывают центростремительное ускорение,
которое и является причиной излучения потока элек-
тронов в магнитном поле. Кольцо вакуумной камеры
можно рассматривать как обычную радиоантенну, в
которой, однако, сгустки электронов движутся с почти
световой скоростью и частотой в несколько мегагерц.
Это аналогично переменному току мегагерцевой ча-
стоты.
Возникающее синхротронное излучение чрезвычай-
но яркое (в 10—100 тыс. раз ярче любых других, кро-
ме лазеров,’ источников света) и занимает громадный
спектральный диапазон от инфракрасных до рентге-
новских лучей.
Таким образом, электромагнитное излучение высо-
кой энергии, аналогичное гамма-лучам радиоактивного
распада атомов, может быть получено в настоящее вре-
мя как в рентгеновских трубках (рентгеновские лучи),
так и в ускорителях (синхротронное излучение).
ЕСТЕСТВЕННО-
РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Естественно-радиоактивные элементы являются ровес-
никами рождения нашей Вселенной, свидетелями воз-
никновения Солнечной системы, формирования нашей
Земли. На протяжении миллиардов лет существования
нашей планеты шел постоянный процесс радиоактив-
ного распада нестабильных ядер атомов. В результате
этого общая радиоактивность вещества Земли, горных
пород постепенно снижалась. Относительно коротко-
живущие изотопы распались полностью. Сохранились
главным образом элементы с периодом полураспада,
измеряемым миллиардами лет и соизмеримым с возра-
стом Земли, а также относительпо короткоживущие
вторичные продукты радиоактивного распада, образую-
щие последовательные цепочки превращений, так на-
зываемые семейства радиоактивных элементов.
Естественно-радиоактивные элементы содержатся в
24
относительно небольших количествах во всех оболоч-
ках и в ядре Земли. Энергия, выделяемая при радиоак-
тивном распаде, по современным представлениям,
является причиной разогрева недр Земли, первоначаль-
но холодной. Особое значение для человека имеют ра-
диоактивные элементы биосферы, то есть той части
оболочки земли (лито-, гидро- и атмосферы), где оби-
тают микроорганизмы, растения, животные и сам
человек. Радиоактивные элементы горных пород, под-
вергающихся ветровой и водной эрозии, оказались рас-
сеянными в биосфере, образовали естественную радио-
активность воздуха, воды, почвы, строительных мате-
риалов, самих организмов.
Все естественно-радиоактивные элементы Земли в
зависимости от их происхождения можно разделить на
три группы.
К первой относятся элементы, образующие три ра-
диоактивных семейства. Наряду с родоначальниками
этих семейств — ураном, торием, актинием (актиноура-
ном), в них входят также радиоактивные продукты их
распада — радий, радон, мезоторий и т. п., гораздо бо-
лее короткоживущие и потому встречающиеся в виде
примесей в месторождениях элементов —- родоначаль-
ников радиоактивных семейств.
Наиболее широко распространены в земной коре
уран и торий. Природный уран рассеян в горных поро-
дах, относительно редко образует крупные месторожде-
ния, но общее его количество на Земле значительно
больше, чем серебра или ртути. Природный уран пред-
ставляет собой смесь трех изотопов: урана-238
(99,28 %), урана-235 (0,71 %) и урана-234 (0,006 %).
Первые два — уран-238 и урап-235 (актиноуран) —
родоначальники двух радиоактивных семейств. Конеч-
ным продуктом распада урана является стабильный
изотоп свинца с атомной массой 206. Промежуточны-
ми радиоактивными продуктами распада урана явля-
ются уран-234, изотоп тория-230, радий-226, радон-222,
полоний-210 и ряд других короткоживущих (и потому
встречающихся в ничтожных количествах) промежу-
точных продуктов.
Радий — важнейший радиоактивный продукт рас-
пада урана-238. Его открытие сыграло выдающуюся
рол?» в развитии ядерной физики. Радий (226Rase) ши-
роко применялся в медицине в качестве источника
гамма-лучей с энергией 0,188 МэВ для лучевой тера-
пии больных. Излучает также альфа-частицы с энер-
25
fi
4,1дН
258
U
92
их.
90
Уран
ь,55юялет
fi
Радий
Радон
Полоний
234
UX2
91
234
иг
91
cL
W
88
1590лет
3,825дн
Сдинец
RaG
82
Rn
86
84
Jo
90
234
Un
92
1,510"Асек
2io\ fi Г21(Г\ fi С №.
RaC"' ‘ RaD'^1 RaE
82
83
81
652
218
RaA
84
3,05 MUH fi(99,96%)
214\fi f2*
Rub RaC
RaC
83 7/S7k84
2,7Ю5лет
fi
а А 8,5'Ю^лет
мин
d(0,04%) ±19,7muh
Семейство урана — груп-
па радиоактивных эле-
ментов, образующихся
при естественно-радио-
активном распаде ура-
на-238, Конечный член
семейства . — стабиль-
ный свинец-206.
5дн
(*Ч140дн
гией 4,777 МэВ, превращаясь при этом в благородный
газ радоп.
В течение суток один грамм радия выделяет 1 мм3
радона (222Rngb). Период полураспада радона — 3,8
дня. Радон — альфа-излучатель с энергией частиц
55 МэВ. Выделяющийся из месторождений урана ра-
дон насыщает грунтовые воды и с ними может выхо-
дить на поверхность. Радоновые ванны широко исполь-
зуют в медицине при лечении заболеваний суставов,
периферической нервной системы, гинекологических и
других заболеваний. Радон в газообразном состоянии
выделяется также по трещинам горных пород. С глу-
биной его концентрация возрастает. Весьма высокие
концентрации радона обнаруживаются в воздухе плохо
20
вентилируемых шахт и рудников — до 2,5-10“8—
1,0* 10“7 Ки/л, даже если в них не найдены заметные
скопления урановых минералов.
Полоний (210Ро84) имеет период полураспада 139
дней. Является а, р-излучателем с энергией а-частиц
5,3 МэВ, электронов — 3,3 МэВ.
С семействами актиноурана и тория можно позна-
комиться по табл. 2 и 3. Всем трем радиоактивным се-
мействам присуши общие закономерности:
Таблица 2. Семейство актиноурана
Изотоп Характер распада Энергия частиц, МэВ Период полурас- пада
”»ии (AcU) a 4,40; 4,58; 4,46; 4,20 7,13* 108 лет
г,1ТЬВ0(иУ) 0~ 0,094; 0,302; 0,216 25,6 ч
м1Раи a 5,0 3,43*10* лет
И7Ас88 a, 0“ a = 4,6, Р = 0,04 22,0 года
M7ThM (RaAc) a 6,0 18,6 сут
»»RaM (AcX) a 5,7 11,2 сут
»i»Rnge (An) a 6,8 3,912 с
«»PoM (AcA) a 7,37 1,83*10-» с
“*PbM (AcB) r 1,39; 0,50 36,1 мин
M1Bles(AcC) atp- a = 6,62 2,17 мин
И1Ром (AcC ') a 7,43 0,52 с
*°’T181 (AcC ') r 1,44 4,79 с
2o’Pb8a (AcD) Конечный стабильный изотоп
Таблица 3 Семейство тория
Изотоп Характер распада Энергия частиц. МэВ Период полурас- пада
28-Theu «•Ra88 (Ms Th) 1 3,98 0,012 1,39*1010 лет 6,7 года
“"Асад (Ms Th8) a, 0“ a = 4,5 0 = 1,15 6,13 ч
^•п>вп (RaTh) a 5,42 1,9 года
224 Rh „ (ThX) a 5,68 3,64 сут
82uRn88 (Tn) a 6,28 54,53 с
2“Pow (Th A) a 6,77 0,15 с
г12РЬ82 (ThB) 0- 0,355 10,67 ч
(ThC) a, 0“ a = 6,05 60,48 мин
212Ро„ (ThC') a 0 = 2,25 8,78 0,29*10- • с
*WT18< (ThC') 0- 1,79 3,1 мин
м’РЬ8а (ThD) Конечный стабильный изотоп
27
— родоначальники всех семейств — долгоживущие
элементы с периодом полураспада 108—1010 лет;
— в середине цепочки в каждом семействе есть
благородный радиоактивный газ (соответственно с
атомными массами 222, 219 и 220 и атомным номе-
ром 86);
— за радиоактивными газами следуют группы ко-
роткоживущих продуктов, которые испытывают «кон-
курирующие» альфа- и бета-распады и образуют раз-
ветвления рядов;
— изотопы полония — продукты всех семейств —
путем альфа-распада почти полностью переходят в ко-
нечные продукты;
— радиоактивный распад всех семейств заверша-
ется образованием стабильных изотопов свинца с атом-
ной массой соответственно 206, 207 и 208.
Семейство актиноурана в природных условиях всег-
да сопутствует урановому семейству. Уран и торий в
изверженных горных породах «сопровождают» друг
друга, концентрируясь преимущественно в гранитах.
Однако в дальнейшем их пути могут расходиться, так
как торий не образует растворимых соединений, тогда
как ион уранила образует растворимые комплексные
соединения и очень хорошо растворим в сернокислых
водах.
Торий наряду с ураном представляет собой перспек-
тивный материал для атомной промышленности в ка-
честве источника получения делящегося изотопа ура-
на-233.
Запасы тория во много раз больше, чем урана-235.
Кроме того, торий гораздо менее токсичен, чем плу-
тоний.
Вторую группу естественно-радиоактивных веществ
образуют элементы, не входящие в радиоактивные се-
мейства (см. табл. 4). Все они отличаются большими
периодами полураспада, это ровесники возникновения
Земли; общее их количество, как и элементов радиоак-
тивных семейств, со временем снижается.
Калий весьма распространен в литосфере и биосфе-
ре, является типичным биологическим элементом. При-
родный калий состоит из трех изотопов (39К, 40К, 41 К),
из которых только один (40К) радиоактивен. Он со-
ставляет постоянную примесь (0,0119 %) к нерадио-
активному калию. При распаде 40К испускает бета-ча-
стицу и превращается в стабильный изотоп кальция
(40Са) либо осуществляет К-захват электрона и пре- 28
28
Таблица 4. Содержание основных радиоактивных изотопов в земной коре
Элемент Символ Содержание элемента в земной ко- ре, вес. % Радиоактив- ный изотоп Характер излучения Конечный продукт распада Содержание радиоактивно- го изотопа, вес. % Период полу- распада, годы
в элементе в земной ко- ре
Калий К 2,6 4°к P. т 40Са, 40Аг 1,19-10^ 3,1-10—4 1,31-10»
Кальций Са 3,6 48Са p 48Ti 0,185 6,6-10“3 2-101*
Рубидий Rb 3,0-10—2 87Rb P. У 87Sr 27,85 8,4.10"8 6,15-Ю10
Цирконий Zr 2.8 -10“2 96Zr p *6Мо 2,8 7,8.10”4 6-1016
Индий In 1-10“‘ 11Ь1п p 115Sh 95,77 9,6.10~8 6-1014
Олово Sn 2,3-10—3 l24Sn p i24Te 6,0 1,42.10-4 1,5-Ю17
Теллур Те 1,0-10—6 l30Te p 130Хе 34,49 3,5*10—7 1,4-1021
Лантан La 1,8-10-а 138 La P. У 138 Ва 8,9-10-2 1,6* ю—в 7.1010
Неодим Nd 2-10-3 144xNd a 140Се 23,87 4,8-10“4 1,5-Ю16
Самарий Sm 8-10-4 147Sm a 143Nd 15,07 1,2* 10—4 1,4.10й
Лютеций Lu ыо-« 175Lu 0 l76Hf, 176УЬ 2,6 2,6.10-е 2"1010
Рений Re 1-10-’ 187 Re 0 2870s 62,9 6,3.10-8 4*1012
Висмут Bi 1 • 10-6 209Bi a 205 Л 100 1-ю—& 2,7-Ю17
Торий Th 8-10-4 232^^ 0> Y 208 Pb 100 8-10—4 1,39-Ю1»
Актиноуран AcU 3-10-4 235 (J 0, Y 207рЬ 0,71 2,2-IO”6 7,13-108
Уран U 3-Ю”4 238JJ a, 0. Y 20бр1 99,28 3-10—4 4,5.10е
вращается в стабильный изотоп аргона (40А)'. 40Са по-
лучается в 8 раз чаще 40А. Поэтому соотношение 40К
и 40А в горных породах может быть использовано
для определения возраста последних. В частности, воз-
раст Земли, определенный этим методом, равняет-
ся 5,3 млрд лет.
В тканях растений и животных содержание калия
достигает сотых и десятых долей процента общего
веса, а в золе некоторых низших растений — до 60 %.
Из высших растений наиболее богаты калием свекла,
картофель, подсолнечник. Потребность взрослого чело-
века в калии — 2—3 мг на 1 кг веса в сутки. Наиболее
богаты калием мышца сердца, скелетные мышцы, пе-
чень, селезенка. В мышцах человека содержится
500 мг % калия.
Радиоактивный рубидий (87Rb) составляет 27,85 %
природного элемента, но энергия его радиоактивного
распада мала (бета-частицы — 0,275 МэВ и гамма-
кванты — 0,394 МэВ). Рубидий — антагонист калия.
В некоторых растениях может накапливаться: так, в
1 л виноградного сока содержится 1 мг рубидия.
Третью группу естественно-радиоактивных элемен-
тов биосферы составляют изотопы, постоянно образую-
щиеся в атмосфере Земли под воздействием потока ко-
смических лучей. Поэтому в отличие от радиоактив-
ных веществ двух первых групп концентрация этих
постоянно возникающих элементов остается постоян-
ной. Количество их в природе невелико, обусловленная
ими радиоактивность несущественна. Наибольшее
значение имеет образующийся из атмосферного азота
под влиянием космических лучей радиоактивный изо-
топ углерода (14С) с периодом полураспада 5568 лет,
а также тяжелый изотоп водорода — тритий (3Н) с
периодом полураспада 12,46 года.
Наконец, следует иметь в виду, что под влиянием
самопроизвольного деления тяжелых ядер (прежде все-
го урана), а также их деления под воздействием косми-
ческих лучей в природных условиях, особенно в райо-
нах месторождений урана, должны встречаться все
известные осколочные продукты ядерного распада, в
первую очередь наиболее долгоживущие изотопы
стронция (90Sr) и цезия (137Cs). А в некоторых райо-
нах, богатых ураном, при его растворении и переносе
грунтовыми водами возможны даже возникновение и
течение цепной реакции распада урана-235 (потухший
30
природный «ядерный реактор» был обнаружен в Аф-
рике, в Окло).
Расчеты показывают, однако, что количество этих
изотопов незначительно (10~15—10~17 Ки/кг) и на фоно
загрязнения биосферы осколочными продуктами искус-
ственного происхождения в настоящее время не может
быть обнаружено.
ЛУЧИ ИЗ ГЛУБИН КОСМОСА
Космические лучи представляют собой поток элемен-
тарных частиц, прилетающих на поверхность Земли из
мирового пространства и увеличивающих ее природный
радиоактивный фон на уровне моря в среднем на 25—
30 %. Они отличаются высокой проникающей способ-
ностью. Первичные космические лучи неоднородны:
часть — солнечного происхождения, другая — галакти-
ческого; наконец, наиболее тяжелая их компонента
имеет, возможно, межгалактическое происхождение.
На 85 % первичные космические лучи состоят из
протонов, положительно заряженных ядер водорода.
Основную массу остатка, примерно 13,5 %, составляют
уже знакомые альфа-частицы, ядра следующего за во-
дородом элемента гелия с атомным номером 2. На долю
более тяжелых ядер приходится 1,5—1,6 % общего чис-
ла космических частиц. Среди них различают легкие
ядра (лития, бериллия, бора) с атомными номерами
3—5, средние (углерода, азота, кислорода, фтора) с
номерами 6—9, тяжелые— с номерами 10—20 и, нако-
нец, сверхтяжелые — с более высокими номерами
вплоть до 56 (ядра железа). На долю последних при-
ходится менее 0,1 % излучения.
Двигаясь по бесконечным космическим простран-
ствам, эти частицы под влиянием магнитных полей
звезд разгоняются, достигают субсветовой скорости и
колоссальной энергии, превышающей 1020 эВ, то есть
в миллионы раз большей, чем в самых мощных совре-
менных ускорителях. Врываясь в земную атмосферу,
такая частица постепенно теряет свою энергию, растра-
чивая ее на многочисленные столкновения с ядрами
атомов воздуха. Образующиеся осколки ядер, приобре-
тая часть энергии первичной частицы, сами становятся
факторами ионизации, разрушают и ионизируют дру-
гие атомы газов воздуха, то есть превращаются в ча-
стицы вторичного космического излучения.
31
Первичная частица космических лучей, как прави-
ло, не достигает поверхности Земли. Но о ее появле-
нии в атмосфере неопровержимо свидетельствует ли-
вень вторичных частиц, образовавшихся при взаимо-
действии первичной частицы с газами атмосферы. По
количеству, составу и энергии вторичных частиц, по
площади ливня можно в известной мере судить об
энергии первичной частицы.
Изучение состава первичного космического излуче-
ния многое может дать ученым для понимания про-
цессов, происходящих во Вселенной, для проникнове-
ния в тайны Сверхновых звезд, гигантскими кострами
вспыхивающих время от времени в черном безмерии
космического пространства. Именно в этих «плавиль-
ных печах» мироздания возникают, по современным
представлениям, тяжелые ядра космического излуче-
ния. А для сверхтяжелой компоненты первичных кос-
мических лучей пришлось допустить в качестве перво-
причины еще более грандиозные космические катастро-
фы — взрывы галактических ядер, центральных плот-
ных областей далеких звездных систем.
Но не только теоретиков интригуют сегодня тайны
космических лучей. По мере того как человек покидает
поверхность Земли и все выше поднимается над нею,
он постепенно лишается защиты плотными слоями
атмосферы и во все большей степени подвергается дей-
ствию космических излучений. Интенсивность этого
излучения, возможности защиты от пего все больше
интересуют конструкторов реактивных сверхзвуковых
самолетов, орбитальных космических станций и кораб-
лей, биологов и медиков.
Трудно представить себе, что еще в начале XX века
никто даже не подозревал о существовании космиче-
ских лучей. Удивительная и богатая головоломными
исследованиями и открытиями история космических
лучей начиналась весьма буднично. Физики заинтере-
совались таким обыденным явлением, как «беспричин-
ная» разрядка неработающего электроскопа. Два
листочка электроскопа, заряженные одноименно, оттал-
киваются. Но по мере стояния они постепенно спада-
ются, как будто заряд их «стекает» куда-то или нейтра-
лизуется. Сухой воздух — отличный изолятор, это
было уже хорошо известно. Возможно, воздух ионизи-
руется и вторично разряжает электроскоп? Но тогда
чем вызвана ионизация воздуха? Причиной этого мог-
ли быть радиоактивные изотопы почвы, степ дома и т. п.
32
Чтобы избавиться от радиоактивных загрязнений,
ученые перенесли эксперименты с электроскопом на
поверхность ледников, горных озер с кристально чи-
стой водой. Одпако удалось добиться лишь незначитель-
ного снижения ионизации: листочки электроскопа спа-
дались по-прежнему.
Тогда возникла мысль: источником ионизации воз-
духа может быть радиоактивный газ радон (или то-
рон). Чтобы избавиться от этого влияния, решено было
поднять электроскоп на большую высоту, куда тяже-
лый газ радон не поднимается, либо опустить прибор
в герметически закрытом ящике под воду.
И здесь ученых ждали новые сюрпризы. Спуск под
воду и подъем на небольшие высоты (например, на
300-метровую Эйфелеву башню в Париже), действи-
тельно, несколько замедляли разрядку электроскопа.
Однако дальнейший подъем приводил к ускорению
этой разрядки, и тем в большей степени, чем выше (па
аэростате, дирижабле, самолете) поднимали прибор
физики.
В конце концов в 1912 г. австрийский физик
В. Гесс в результате опытов на больших высотах уста-
новил, что на высоте 9 км ионизация воздуха в 10 раз
превышает таковую на уровне моря. Ученый пред-
положил, что причиной ионизации являются лучи
внеземного происхождения, которые он назвал «высот-
ные». Предположение Гесса ученые встретили недо-
верчиво. По окончании первой мировой войны иссле-
дования гипотетических лучей возобновились — на
самолетах и стратостатах, на горных вершинах и в
трещинах ледников, в катакомбах и шахтах, в глуби-
нах пещер и па морском дне. Существование их было
доказано. Более того: их изучение наряду с исследова-
нием естественной и искусственной радиоактивности
привело к возникновению новой отрасли пауки — фи-
зики элементарных частиц. Значительный вклад в изу-
чение космической радиации внесли советские ученые
Л. В. Мысовский и Д. В. Скобельцын.
Сначала предполагалось, что космические лучи —
это гамма-излучение с высокой проникающей способ-
ностью. И лишь сравнительно недавно удалось дока-
зать: это потоки частиц сказочно высоких энергий —
в среднем 1010 Эв, а максимально — до 1020 эВ и даже
выше. В земных условиях пока еще неосуществим
«разгон» частиц до такой огромной энергии. Поэтому
ученые, работающие с космическими лучами, успешно
3 7-1927 33
используют гигантский природный ускоритель для изу-
чения структуры микромира материи. Именно с его
помощью удалось открыть разные виды мезонов и дру-
гие элементарные частицы. «Характер», «биографию»,
строение частиц ученые узнают по трекам — следам,
которые эти частицы оставляют на фотопластинках или
в толстых слоях фотоэмульсии, поднятых на вершины
гор, на ракеты, самолеты, спутники, орбитальные стан-
ции.
В среднем интенсивность космических лучей за
пределами земной атмосферы составляет около двух
частиц на 1 см2 в секунду. Эта величина почти не за-
висит от времени суток, сезона года. Надо полагать,
таким образом, что интенсивность их постоянна, не
связана с движением Земли вокруг оси, вокруг Солн-
ца. Из этого следует, что их источник — не Солнце.
Впрочем, в периоды максимумов солнечной активности
поток космического излучения на какое-то время воз-
растает. Но вклад Солнца невелик и непостоянен.
Основные источники космических лучей, как уже от-
мечалось,— это взрывы Сверхновых и галактических
ядер.
Но если на границе с атмосферой интенсивность
космических лучей почти постоянна, то на земной по-
верхности вариации космического излучения значи-
тельны. Во-первых, существуют, как уже упомина-
лось, высотные вариации интенсивности: с каждым
километром высоты над уровнем моря она увеличива-
ется почти вдвое. Известна также и широтная вариа-
ция, широтный эффект распределения космических лу-
чей, обусловленный магнитным полем Земли. В эквато-
риальной области Земли поверхности достигают лишь
частицы, обладающие максимальными энергиями, спо-
собные преодолеть отклоняющее влияние магнитного
поля. В то же время в приполярных областях поверх-
ности Земли достигают частицы и со сравнительно не-
высокой энергией, а общая интенсивность космических
лучей возрастает. Эти закономерности хорошо видны
на табл. 5.
Частицы первичного космического излучения в
атмосфере, взаимодействуя с ядрами ее атомов, посте-
пенно расходуют свою энергию. Примерно на высоте
10—15 км образуются вторичные космические части-
цы, главным образом различные виды мезонов, кото-
рые, в свою очередь, распадаются с образованием элек-
тронов, позитронов, фотонов и т. п. Вторичное излу-
34
Таблица 5. Влияние географической широты и высоты над
уровнем моря на дозу космического излучения (Киричинскин,
1966)
Высота над уров- нем моря, км Мощность дозы, мрад/г
Экватор Широта 30 °C Широта 50 °C
0 35 40 50
1 60 70 90
2 100 130 170
3 170 220 300
4 260 360 500
5 400 580 800
10 1400 2300 4500
20 3500 6000 14 000
чение состоит, таким образом, из «мягкой» (электроны,
позитроны, фотоны) и «жесткой» (главным образом
мю-мезоны) компонент.
Проникающая способность космического излучения
чрезвычайно велика. Оболочка космического корабля
не является препятствием для частицы первичного
излучения. Слой половинного ослабления космического
излучения составляет 1 м свинца или 10 м воды. Жест-
кую компоненту космического излучения удается заре-
гистрировать на глубине сотен метров и даже километ-
ров под Землей.
Оценивая влияние космических излучений на ра-
диационную обстановку на поверхности Земли, следует
иметь в виду, собственно, два эффекта. С одной сторо-
ны, они представляют собой компоненту естественного
радиоактивного фона. С другой стороны, они являются
причиной постоянного образования радиоактивных изо-
топов из газов атмосферы (углерода-14, трития и др.),
дополнительного расщепления тяжелых ядер в поверх-
ностных слоях Земли. Оба этих эффекта необходимо
учитывать.
Само существование космических лучей — свиде-
тельство участия ионизирующей радиации в грандиоз-
ных процессах, протекающих в недрах звезд, ядер Га-
лактик, в особенности при космических катастрофах,
взрывах Сверхновых и т. п. Исследования инопланет-
ного вещества — метеоритов, Луны, Венеры, Марса,
выполненные в последние годы, обнаружили качествен-
ную идентичность элементарного состава вещества в
пределах Солнечной системы и присутствие в нем, в
& 35
Схема образования
вторичных космиче-
ских частиц при по-
падании в атмосферу
первичной частицы
космического излуче-
пил и ее взаимодей-
ствии с атомами га-
зов воздуха. Наиболь-
шей проникающей
способностью обла-
дает жесткая компо-
нента вторичного из-
лучения, состоящая
главным образом из
мю-мезонов.
частности, естественно-радиоактивных элементов.
В метеоритах обнаружены радий — до 3*10“12 г/кг,
уран — до 3*103 г/кг, калий=40— (1—3) *10“12 Ки/кг.
Доля 40К в смеси его изотопов в метеоритах значитель-
но выше, чем на земле, где она составляет 0,0119 % —
за счет действия космических лучей.
Таким образом, ни на Земле, пи во Вселенной нет
мест, полностью свободных от ионизирующей ради-
ации.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН
И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ
Итак, мы приходим к выводу: поверхность Земли, а
также водоемы и приземной слой воздуха — вся об-
ласть распространения жизни (биосфера) постоянно
пронизывается потоками частиц и фотонов высокой
энергии. Основными составляющими этих потоков яв-
ляются космические лучи и ядерпые излучения есте-
ственно-радиоактивных элементов.
Радиоактивные элементы горных пород в процессе
ветровой и водной эрозии (размывания, разрушения)
превращаются в пылинки (аэрозоли), поступают в
почву, грунтовые воды, со строительными материалами
попадают в стены домов — одним словом, вездесущи.
Поэтому определенную, очень низкую радиоактив-
36
ность всегда имеют и воздух, которым мы дышим, и
вода, которую мы пьем, и почва, по которой мы ходим,
и жилища, в которых мы живем, и, наконец, наше соб-
ственное тело. (Данные, количественно характеризую-
щие распространение радиоактивных изотопов в био-
сфере, представлены в табл. 6—10.) Все это означает,
в сущности, что человечество живет в радиоактивном
мире.
Если добавить, что жесткая компонента космиче-
ского излучения проникает на сотни метров в глубь
Земли и что радиоактивность глубинных земных слоев,
видимо, выше поверхностной (за счет радиогенного
тепла, очевидно, и произошел разогрев земных недр),
Таблица 6. Содержание естественно-радиоактивных элементов
в горных породах (Киричипский, 1966)
Порода ох—ОТ 238U, г/кг .10—* »*Th, г/кг -10—3 «°К, г/кг -J» ff о О «8 — а — а й
Изверженные (маг- матические) Граниты 13,0 4,0 12,0 26,0 12
Осадочные Песчаник 7,1 1,2 6,0 11,0 3,2
Сланец 10,8 1,2 10,0 27,0 7,9
Известняк 4,2 1,3 1,3 2,7 2,0
Таблица 7. Концентрация радона в помещениях
(Кузин, 1980)
Тип помещения и характер вентиляции Концентрация радона, пКи/л
Хорошо вентилируемые служебные помещения 0,66—0,35
с кондиционированием воздуха Квартиры в кирпичных домах с кондиционирова-
нием воздуха 0,01—0,19
Квартиры в деревянных домах Невентилируемые квартиры: Кирпичные дома 0,03—1,7
нижние этажи 1,5—2,9
верхние этажи 0,7-1,0
Каменные дома 2,3—5,8
Дома из шлаковых панелей 4,0—8,0
Подвальные этажи с плохой вентиляцией 3,6-7,8
37
Таблица 8. Содержание природных радионуклидов в воде,
Кп«10“*2 (Кнричинский, 1966)
Образцы воды «•На 40К
Морская 0,2—9 0,02—0,3 300
Речная и озерная 0,005-0,003 0,01—0,12 0,2-0,3 ——
Радиоактивные
источники До 4 До 139 До 10ь —
Водопроводная — 0,03—0,3 —
Таблица 9. Содержание радия в пищевых продуктах
(Кнричинский, 1966)
Продукт «•Ra, Ки.10-* Продукт «•На, Ки-10—•
Пшеница Ячмень Молоко Мясо (говядина) Рыба пикша (фило) 2,0 10,5 1,3-2,4 2,2 0,74 Картофель Свекла красная Морковь Горох Лук (молодой) 0,0 4,0 2,9 19,4 3,8
Т а б л и ц а 10. Космогенные радиоактивные изотопы
в атмосфере (Перцов, 1964)
Элемент Изотоп Период полура- спада Элемент Изотоп Период полу- распада
Тритий Берил- лий Углерод Натрий зн ’Be юВе ис «Na 12,46 года 52,9 сут 2,5«10““6 лег 5568 лет 2,6 года Фосфор Сера Хлор 32р ззр 35S seCL 14,3 сут 25,4 сут 87,1 сут 55,5 мин
создается впечатление, что на нашей планете нет мест,
совершенно свободных от потоков проникающей радиа-
ции. И так обстоит дело не только на Земле. Мощ-
ность космической радиации с ростом высоты над
Землей резко возрастает. Эти гости из космоса — убеди-
тельные свидетели вселенского распространения радиа-
ции высоких энергий. Присутствие радиоактивных эле-
ментов в метеоритах, в лунном грунте подтверждает
этот вывод.
38
Итак, мир, в котором мы живем,— мир радиоактив-
ный. Но такова реальность не только сегодняшнего
дня. Так было на Земле всегда — с момента рождения
Солнечной системы и образования нашей планеты.
Точнее, тогда, миллиарды лет назад, радиоактивность
земного вещества была значительно выше нынешней.
Последующая бездна лет полностью поглотила излуче-
ние существовавших в то время короткоживущих изо-
топов. Сохранились до наших дней лишь долгоживу-
щие элементы (если не считать их дочерних продук-
тов распада и постоянно рождающихся радиоактивных
продуктов взаимодействия космической радиации и
атмосферы). Но их количество существенно снизилось
по сравнению с первоначальным. Стало быть, и вся
история Земли (а возраст нашей планеты — повто-
рим — 5,3 млрд лет) протекала в условиях постепен-
ного снижения ее радиоактивности.
Самое важное планетарное явление в истории Зем-
ли — возникновение и развитие жизни. Согласно совре-
менным научным данным, возраст ископаемых остат-
ков простейших живых организмов составляет 3,2—
3,5 млрд лет. Длительный, миллиарднолетний путь
эволюции жизни протекал на постоянно присутствую-
щем и действующем естественном радиоактивном фоне.
Причем на протяжении столь длительного «сосущест-
вования» не могло обойтись без взаимных влияний.
С одной стороны, кванты и частицы ионизирующей
радиации естественного фона обладают столь значи-
тельной энергией, что при взаимодействии с веществом
биологической системы, например с хромосомами кле-
точного ядра, вызывают в нем разрыв связей между
атомами, их перегруппировку. Большинство из этих на-
рушений затем само собой ликвидируется. Однако
часть не успевает восстановиться до момента самоуд-
воения молекулы ДНК, и тогда измененная конфигу-
рация атомов в этой молекуле как бы фиксируется, за-
крепляется и передается дочерним клеткам.
Если нарушенная структура молекулы ДНК так
изменяет закодированную в ней наследственную ин-
формацию, что клетка становится нежизнеспособной,
то клетка гибнет. Для организма гибель отдельных
клеток существенного значения не имеет, так как вы-
жившие здоровые клетки, размножаясь, восполняют
дефект. То же можно сказать и в отношении отдельных
одноклеточных организмов (бактерии, грибы, простей-
шие и т. п.) в их однородной массе — популяции.
39
Более далеко идущие последствия может иметь та-
кое изменение наследственной информации, когда
клетка не погибает, но приобретает новые свойства,
которых раньше не было, либо теряет старые качества.
Закрепленное в наследственности изменение свойств
клетки (организма) называется мутацией, измененный
организм — мутантным, а вызывающий мутацию внеш-
ний агент (в данном случае — ионизирующая радиа-
ция) — мутагенным. Естественный радиационный фон,
ультрафиолетовое излучение Солнца, некоторые хими-
ческие вещества, а также температурные колебания —
вот те мутагенные факторы среды, которые обусловли-
вали на протяжении всей истории жизни на Земле
изменение наследственности организмов, появление
все новых и новых жизненных форм — мутантных
особей.
Но приобретение нового признака или утрата ста-
рого могут оказаться для организма либо полезными,
либо вредными, либо безразличными. Критерий полез-
ности мутаций — условия жизни организма, группы
организмов (популяции), вида в целом. Именно в ре-
альных условиях жизнедеятельности выясняется, дает
ли новый признак какие-то преимущества его облада-
телю или, наоборот, ставит его в невыгодные условия
по сравнению с сородичами. Организм — носитель по-
лезного признака — при прочих равных условиях име-
ет больше шансов выжить и оставить более многочис-
ленное потомство, так что со временем полезная мута-
ция становится достоянием всего старого вида либо
способствует формированию в его недрах нового. Вред-
ная мутация, наоборот, снижает шансы ее носителя на
выживание в конкурентной борьбе, его потомство ста-
новится менее многочисленным либо гибель наступает
еще до появления потомков. Поэтому вредная мутация
более или менее быстро исчезает вместе с ее носи-
телями.
Таким образом, комплекс условий жизни организма
(популяции, вида) определяет судьбу новых мутаций
и организмов — носителей новых свойств, отбирает по-
лезные качества и устраняет вредные. Естественный
отбор — важнейший фактор эволюции каждого вида и
жизни в целом, определяющий направление их развития,
обеспечивающий приспособление к условиям жизни.
Но естественный отбор эффективно работает и на-
правляет общий прогресс организации живых существ
в условиях, когда есть много разнообразных признаков
40
0. их комбинаций — фенотипов, то есть когда есть вы-
бор, есть из чего отбирать. Мутации — «сырье» естест-
венного отбора, материал для него. Этот материал по-
ставляет естественный мутационный процесс — процесс
периодического возникновения мутаций, идущий с
определенной скоростью среди особей всех биологиче-
ских видов. А движущие силы мутационного процес-
са — это природные мутагенные агенты, почетное и
важное место среди которых занимает естественный
радиоактивный фон.
Таким образом, радиоактивный фон развивающая-
ся жизнь прежде всего успешно использовала в своих
интересах — в качестве источника постоянных мута-
генных влияний, в качестве важного фактора эволю-
ционного процесса — поставщика сырья для естествен-
ного отбора. У нас есть, следовательно, все основания
утверждать, что поражающее воображение разнообра-
зие жизненных форм, существующее на Земле, есть
прямой итог миллиарднолетней эволюции, одной из
движущих сил которой был и остается естественный
радиационный фон.
При этом каждый шаг вперед в развитии отдель-
ных видов и жизни в целом достигается ценой устра-
нения массы менее приспособленных, носителей вред-
ных мутаций. Дело в том, что любой механизм легче
испортить, чем улучшить. Поэтому количество вред-
ных и нейтральных мутаций всегда выше, чем по-
лезных. Чем выше и сложнее организация живых
существ, тем легче ее нарушить и сложнее усовершен-
ствовать. Поэтому при движении вверх по эволюцион-
ной лестнице процент вредных мутаций растет, по-
лезных •— снижается. В великой мастерской Природы
никакая цена за прогресс не является чрезмерной.
Иное дело, когда речь идет о судьбе отдельного ор-
ганизма, например конкретного человека. Положитель-
ные мутации у человека — дело весьма редкое. Подав-
ляющее их большинство вредны или нейтральны,
многие становятся причиной наследственных или врож-
денных болезней. И ионизирующая радиация, в том
числе естественного происхождения, вносит определен-
ный вклад в этот процесс.
Вторая важная сторона влияния радиации на эво-
люцию жизни связана с необходимостью защиты от
чрезмерной мутагенной опасности. Прогресс жизнен-
ных форм возможен лишь в том случае, если все цен-
ные приобретения прошлых поколений сохраняются и
41
передаются потомству. Если темп образования новых
мутаций очень высок, то существует реальная опас-
ность утери полезных качеств. Учитывая, что естест-
венный радиационный фон был на Земле в прошлые
геологические эпохи значительно выше сегодняшнего,
мы должны осознать: на ранних этапах эволюции
жизни задача защиты наследственности от мутагенных
влияний стояла особенно остро.
Живым организмам предстояло выработать такие
приспособления, чтобы свести к минимуму влияния
мутагенных факторов. К минимуму, но не к нулю. Ибо
нуль мутаций означал бы остановку развития. А при
постоянно изменяющихся условиях жизни на Земле
(климатических, гидрологических, а в особенности —
в окружающих формах жизни) остановка мутационно-
го процесса означала бы эволюционный тупик и ги-
бель вида.
Итак, потребность в защите организмов от чрезмер-
ных мутагенных влияний возникла давно, на ранних
этапах эволюции. И такие защитные механизмы были
выработаны. Самые удивительные и самые надежные
из этих механизмов — внутри каждой живой клетки.
Уже самые простые из ныне существующих организ-
мов — синезеленые водоросли — обладают мощной си-
стемой защиты наследственности. Она обеспечивает со-
хранение постоянства структуры молекул ДНК, а с
нею и постоянство наследственной информации, зако-
дированной внутри хромосом в последовательности
азотистых оснований, расположенных вдоль сахаро-
фосфатной нити ДНК. Изменение структуры других
веществ, входящих в состав живой протоплазмы,
обычно не имеет серьезного значения, ибо не причи-
няет непоправимого вреда. Повреждения ДНК могут
сопровождаться разрушением или изменением отдель-
ных азотистых оснований, разрывом цепей, потерей
части молекулы или перегруппировкой отдельных ее
блоков. Если измененная конфигурация молекулы не
исправлена до момента клеточного деления, она закреп-
ляется и передается дочерним клеткам, которые либо
погибают, либо сохраняют и передают дальше иска-
женную наследственную информацию.
Поэтому именно сохранение целостности структуры
молекул ДНК имеет первостепенное значение для
нормальной работы наследственного механизма.
И именно для защиты ДНК от любых (вызванных не
только радиацией) мутагенных влияний была выра-
42
ботана целая система внутриклеточных механизмов
восстановления (репарации) повреждений ДНК. Этот
«ремонт на ходу» поврежденных молекул ДНК осу-
ществляется с помощью специальных ферментных си-
стем. Ферментный белок, отдельные его молекулы вре-
мя от времени двигаются вдоль длинной нити моле-
кулы ДНК, проверяя ее целость, как бы сверяют,
реальную структуру с чертежом, шаблоном. И если об-
наруживается повреждение, производится ремонт. При-
чем несколько ферментных систем дублируют друг
друга, повышая надежность всего механизма наследо-
вания информации.
Первой из репаративных систем клетки была откры-
та и изучена система, осуществляющая устранение од-
ного типа повреждений ДНК — так называемых пири-
мидиновых димеров. Азотистые основания в молекуле
ДНК, в особенности пиримидиновые, весьма чувстви-
тельны к действию ультрафиолетовой и ионизирующей
радиации. После поглощения части энергии кванта ра-
диации в молекуле пиримидиновых оснований (тимина,
цитозина, урацила) разрывается двойная связь между
5-м и 6-м атомами углерода. Если такое событие про-
исходит одновременно в двух тиминовых основаниях,
расположенных близко друг от друга в комплемен-
тарных (соседних) нитях молекулы ДНК, то разорван-
ные связи замыкаются, образуя прочную ковалентную
связь между двумя основаниями — димер тимина. Ана-
логично могут возникать димеры цитозина или тимин-
цитозин. После этого нити ДНК уже не могут разой-
тись. Следовательно, невозможным становится само-
удвоение ДНК или считывание закодированной в ней
наследственной информации.
Фермент репарации, отыскав такое повреждение,
разрезает связи, соединяющие два пиримидина в ди-
мере, восстанавливая исходную нормальную структуру
ДНК. Причем фермент использует для этой работы
энергию видимого света или ближней ультрафиолето-
вой радиации. Поэтому этот вид внутриклеточного вос-
становления получил название «фотореактивация», а
фермент — «фотолиаза». Фотореактивация была откры-
та в 1949 г. одновременно в СССР И. Ф. Ковалевым и
в США А. Кельнером.
Более универсальный и сложный механизм репа-
рации самых различных нарушений структуры ДНК
не нуждается в энергии света — так называемая тем-
цовая репарация. Этот механизм предполагает снача-
43
Репаративный Дефект
комплекс
Схема процесса темнового восстановления структуры ДНК, по*
врежденной радиацией. Репаративный ферментный комплекс,
перемещаясь вдоль двуспиральной молекулы ДНК, отыскивает
дефект — димер тимина (а). Восстановление начинается с над-
резания нити ДНК вблизи дефекта (б). После повторного над-
реза при обратном движении комплекса дефект удаляется (в).
Далее ферментный комплекс осуществляет застройку бреши и
сшивание нити (г), завершающие репарацию.
ла вырезание поврежденного участка нити ДНК, а
затем застройку образовавшейся бреши. И в этом слу-
чае в конечном счете обеспечивается восстановление
исходной структуры ДНК, а значит, и содержащейся
в ней наследственной информации. Это более сложный,
многоэтапный восстановительный механизм.
Сначала первый фермент —- эндонуклеаза — оты-
скивает повреждение нити ДНК и надрезает эту нить
возле повреждения. Второй фермент — экзонуклеаза —
делает второй разрез со стороны, противоположной
первому разрезу, удаляя поврежденный участок и затем
еще расширяя брешь за счет соседних участков нити
(которые, быть может, содержат скрытые поврежде-
ния). Поскольку обе нити ДНК скреплены между со-
бой по всей длине многочисленными водородными свя-
зями между азотистыми основаниями, то общая струк-
тура ДНК при вырезании участка одной из нитей не
нарушается.
Следующий этап восстановления — застройку бре-
ши — осуществляет особый фермент ДНК-полимераза.
При застройке бреши нуклеотидные блоки располага-
44
ются не беспорядочно, а в строгом соответствии со
структурой неповрежденной нити. Известно, что ка-
ждое азотистое основание соединяется только с опре-
деленным партнером. Аденин всегда соединяется с ти-
мином (А—Т-связь), а гуанин — с цитозином (Г—Ц-
связь). Поэтому последовательность азотистых основа-
ний в одной нити ДНК как бы предопределяет такую
последовательность во второй, комплементарной нити.
При застройке бреши новые азотистые основания
располагаются против своих партнеров в комплемен-
тарной нити, поэтому их последовательность целиком
повторяет исходную, ту, что была в ДНК до повре-
ждения.
Наконец, четвертый этап репарации — сшивание
концов нити и застроенного участка — осуществляет
четвертый фермент системы — лигаза. Система эксци-
зионной (темновой) репарации обеспечивает, таким
образом, устранение разнообразных повреждений
структуры ДНК, вызванных как радиацией, так и дру-
гими мутагенными и канцерогенными агентами, на-
пример химическими. Есть и еще ряд менее изученных
репаративных систем, действующих в разные фазы
клеточного цикла.
По мере увеличения дозы радиации возрастает и
количество элементарных повреждений молекулы ДНК.
Появляются разрывы цепи ДНК. Для их устранения
обычно достаточно действия одного сшивающего фер-
мента — лигазы. Иногда разрыв сначала расширяется,
а затем застраивается. Так или иначе, до какой-то
дозы радиации восстановительные системы клетки
справляются с нелегкой задачей своевременного устра-
нения повреждений ДНК. Но если доза продолжает
расти, то имеющихся в клетке молекул восстанови-
тельных ферментов начинает не хватать для полного
и качественного ремонта. Кроме того, усложняется и
сама задача. Если разрывы происходят одновременно
в обеих нитях ДНК и недалеко друг от друга, то воз-
никает двойной разрыв, обломки расходятся и восста-
новление целости молекулы становится трудной и даже
неосуществимой задачей. Двойные (двунитевые) раз-
рывы ДНК существенно нарушают расшифровку на-
следственной информации и нередко оказываются ги-
бельными для клетки.
Но погибшая клетка обычно вскоре заменяется но-
вой в результате размножения соседних уцелевших
клеток, поэтому гибель отдельных и даже многих
45
клеток может быть неопасна для организма. Сложнее
обстоит дело в тех случаях, когда часть повреждений
ДНК осталась почему-либо не устраненной. Возник-
шее вследствие таких повреждений изменение содер-
жания наследственной информации может закрепить-
ся при самоудвоении ДНК и делении клеток, превра-
титься в мутацию. Такая мутантная клетка может со
временем стать зачатком опухоли. Чтобы предотвра-
тить опасность, природа вооружила живые организмы,
снабдила их еще одной защитной системой, действую-
щей уже не внутри клеток, а в масштабах организма.
Это иммунная система.
Много десятилетий назад, со времени работ велико-
го русского ученого И. И. Мечникова, было общепри-
знано, что клетки-фагоциты и антитела защищают ор-
ганизм от проникновения микробов, болезнетворных
грибов, вирусов. А в последние 20—25 лет стало ясно,
что роль иммунной системы намного шире. Она защи-
щает организм от проникновения любой чужой генети-
ческой информации, в том числе и от пересаженных
из другого организма клеток, от перелитой иногруп-
пной крови, а также от собственных видоизмененных
(трансформированных) клеток. Особые клетки — Т--
лимфоциты-киллеры (убийцы) — отыскивают еди-
ничные трансформированные клетки и убивают их,
уничтожая носителей искаженной генетической инфор-
мации. Пока иммунная система человека активна, ему
пе опасны отдельные трансформированные клетки.
Таким образом, человеческий организм — высший
итог, венец миллиарднолетней эволюции органического
мира, снабжен целой иерархией защитных приспособ-
лений, обеспечивающих своевременный ремонт повреж-
денных радиацией клеточных структур или устранение
трансформированных клеток. Благодаря комплексу за-
щитных механизмов разнообразные формы жизни, мил-
лионы органических видов существуют на Земле де-
сятки и сотни тысяч лет без существенных изменений,
сохраняют неприкосновенной свою наследственность —
видовую память. Поэтому те виды и дозы, интенсив-
ности ионизирующей радиации, с которыми живые
организмы сталкиваются в естественных условиях су-
ществования, не оказывают вредного влияния па их
жизнедеятельность и потомство.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН
В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
Естественный радиационный фон складывается, как
уже упоминалось, из естественно-радиоактивных эле-
ментов горных пород (а также воды, воздуха, почвы)
и космического излучения. Обе эти компоненты фона
несколько различны в разных районах Земли. Интен-
сивность космического излучения зависит от географи-
ческой широты места и высоты над уровнем моря
(см. табл. 5). Концентрация естественно-радиоактив-
ных элементов в разных местах колеблется еще боль-
ше. В среднем за счет космических лучей жители
средних широт получают от 35,0 до 50,0 мрад/г.
С каждым километром высоты над уровнем моря эта
величина возрастает примерно на 80 %. За счет радио-
активных газов и аэрозолей (пыли) атмосферы — еще
0,65 мрад/г., за счет радиоактивности грунтов и горных
пород — 50—130, в среднем 70 мрад/г. Колебаниями
этих величин объясняются различия радиоактивного
фона.
В большинстве стран естественный фон незначи-
тельно отличается от средней величины 100 мрад (или
0,1 рад) в год. Над поверхностью морей и океанов
вклад излучения Земли уменьшается более чем вдвое,
а суммарная величина фона падает до 60—70 мрад/г.
Однако в ряде районов за счет близкого залегания
у поверхности Земли урановых руд, ториевых, так на-
зываемых монацитовых, песков, выхода на поверхность
радоновых источников локальный радиационный фон
может превышать средние его значения в 20—100 и
даже 1000 раз. Такие обширные районы имеются в
Индии (штаты Керала и Тамилнаду, полоса длиной
250 км, население около 100 тыс. чел.), Бразилии
(штаты Эспириту-Санту, Рио-де-Жанейро, Минас-Же-
раис), Иране (в районе городка Размар), Италии,
Франции, Нигерии, Мадагаскаре, Канаде, Чехослова-
кии, ЮАР. Есть такие районы и в СССР. В частности,
в Боржоми, Хмельнике, Мироновке есть выходы на по-
верхность богатых радоновыми водами источников. Эта
вода, как известно, с успехом используется для лече-
ния ряда заболеваний костей и суставов, гинекологи-
ческих заболеваний и т. п.
Существенно, что в этих районах естественный ра-
диоактивный фон достигает 1130—2814 мрад/г., а ме-
стами до 4—8 рад/г., то есть превышает средний в
47
10—80 и более раз. Здесь богатая флора и фауна,
издавна живут люди. Многолетние тщательные иссле-
дования не выявили никаких отклонений в состоянии и
жизнедеятельности растений, животных, человека. Ни
продолжительность жизни, ни частота выкидышей,
мертворождений, уродств, ни заболеваемость лейкоза-
ми, раком и другими болезнями у жителей этих рай-
онов не отличаются от таких показателей в соседних
районах, где более низкий естественный радиоактив-
ный фон. То же можно сказать о горных районах, где
фон повышен как за счет большей интенсивности кос-
мического излучения, так и вследствие большего содер-
жания естественных радиоактивных элементов в извер-
женных горных породах (граниты, базальты).
Определенное влияние на воздействие естественно-
го радиационного фона могут оказывать особенности
помещений, в которых люди, особенно горожане, прово-
дят большую часть времени. При этом имеют значение
два обстоятельства — материал, из которого сделаны
стены, и полноценность вентиляции. При отсутствии
или слабости последней в воздухе помещений посте-
пенно накапливается радон, выделяющийся из стен
при распаде радия.
Итак, с одной стороны, стены защищают обитателей
дома от внешнего облучения, а с другой — сами строи-
тельные материалы за счет естественных радионукли-
дов вносят свой вклад в суммарный фон.
Различные материалы — войлок, дерево, шкуры
животных — содержат ничтожное количество радиоак-
тивных изотопов и в известной мере защищают от
внешнего облучения. Поэтому в таких традиционных
жилищах, как деревянные дома, войлочные юрты ко-
чевников, чумы и яранги северных народов, средняя
поглощенная доза радиации ниже, чем вне дома, а
отношение мощностей дозы радиации внутри и снару-
жи меньше единицы — порядка 0,6—0,7. Пластмассо-
вые стены, а также цемент, мрамор, известняк дают
коэффициент защиты 0,8—0,9. Напротив, такие мате-
риалы, как кирпич, бетон и особенно гранит, содержат
радионуклиды и собственным излучением «перекры-
вают» защиту от внешнего фона. Коэффициент защиты
возрастает до 1,3—1,7. Специальные измерения, прове-
денные в Швеции, показали, что при среднем значении
фона 90 мрад/г. в деревянных домах он равнялся
57 мрад/г., в кирпичных — 112, а в бетонных —
172 мрад/г.
48
Любопытно, что в районах с высоким естественным
фоном роль жилища претерпевает заметные изменения.
В штате Керала (Индия) легкие бамбуковые, деревян-
ные и даже глиняные стены не могут защитить от
внешнего излучения (2800 мрад/г.), тогда как в кир-
пичных и бетонных зданиях доза снижается до 500—
700 мрад/г.
Определенное влияние на состояние биосферы мо-
гут оказывать поступление естественно-радиоактивных
изотопов внутрь организмов, их более или менее изби-
рательное накопление в отдельных органах. Примени-
тельно к человеку представляют известный интерес
сведения о суммарной радиоактивности и изотопном
составе воздуха, воды, почвы, пищевых продуктов
(см. табл. 8—10), являющихся источниками поступле-
ния этих изотопов внутрь.
Изотопы атмосферы имеют космогенное происхо-
ждение (то есть образуются из газов атмосферы под
влиянием космического излучения); кроме того, в ат-
мосфере присутствует небольшое количество радона,
выделяющегося из почвы и горных пород, а также ра-
диоактивных аэрозолей. Из них наибольшее значение
может иметь накопление в организме радиоактивного
углерода 14С, а также трития 3Н. Окисляясь кислоро-
дом или озоном, углерод превращается в углекислоту
и в процессе фотосинтеза усваивается зелеными расте-
ниями, а затем и животными. За счет внутреннего об-
лучения углеродом ткани человека получают в год
0,5—2,2 мрад — очень небольшая величина.
Радиоактивный углерод, включившийся в органи-
ческое вещество, в тело животных п человека, после
смерти организма перестает обмениваться с атмосфер-
ным радиоактивным углеродом. Поэтому его концен-
трация в ископаемых остатках закономерно снижается
со временем, в соответствии с периодом полураспада.
В атмосфере же концентрация 14С остается стабильной
за счет постоянства космического излучения. Поэтому
по относительному содержанию 14С в общей массе орга-
нического углерода можно довольно точно определить
возраст ископаемых остатков в пределах максимум
10 периодов полураспада, то есть 55—56 тыс. лет.
Осадочные горные породы (известняк, доломит,
песчаник, глина, сланцы), содержащие более или ме-
нее значительную долю органических остатков, отли-
чаются, как правило, более низкой природной радпо-
4 7-1927
49
Радиоуглеродный метод датировки ископаемых органических
останков. С возрастом образца удельная радиоактивность изото-
па иС в нем снижается (а). С помощью «радиоактивных часов»
определен возраст останков доисторического млекопитающего
арсинтерия (б) и крылатого ящера птеродактиля (в).
активностью, чем породы изверженные, магматическо-
го происхождения (граниты, базальты, диориты, габ-
бро и др.) (см. табл. 6). Присутствие естественно-ра-
диоактивных элементов в строительных материалах
может служить источником не только внешнего облу-
чения людей, живущих и работающих в закрытых по-
мещениях, но и источником поступления радона в воз-
дух этих помещений. Концентрация радона зависит от
качества вентиляции, материала стен, а также этаж-
ности (с высотой опасность накопления радона сни-
жается) (см. табл. 7).
Радиоактивность вод очень сильно колеблется в за-
висимости от их происхождения и состава (см.
табл. 8). Естественная радиоактивность возрастает по
мере увеличения солености воды, и это понятно:
именно минеральные примеси, растворенные в воде,—
основные носители радиоактивных элементов. Наиболь-
шую соленость (35 г/л) и радиоактивность имеет океа-
ническая вода. Только за счет 40К ее радиоактивность
составляет (2,8—3,5) • 10~10 Ки/л. Вклад всех осталь-
ных радионуклидов (87Rb, 238U, 235U, 232Th, 226Ra, ,4C и
3H) в 50—100 раз ниже. При опреснении морских и
океанических вод (например, в нашей стране опресне-
ние воды, в том числе и для питья, в широком масшта-
бе проводится на полуострове Мангышлак, г. Шевчен-
ко) соответственно снижается и их радиоактивность.
Концентрация радионуклидов в речной и озерной
воде значительно ниже. Колебания обусловлены харак-
тером и радиоактивностью горных пород, слагающих
50
ложе водоема, особенно в истоках. Радиоактивность
водопроводных вод соответственно еще ниже, а ампли-
туда колебаний меньше.
Поверхностные источники, обладающие естествен-
ной высокой радиоактивностью за счет содержания в
них радона, радия, урана, широко используют в каче-
стве лечебных вод. Такие лечебные источники, кроме
Хмельника, Мироновки, Цхалтубо, о которых уже го-
ворилось, есть и в других районах нашей страны, где
также работают курорты — Ухта (Коми АССР), Бело-
куриха (Алтай), Джети-Огуз (Киргизия), Мацеста
(Краснодарский край), Молоковка и Ямкуп (Забай-
калье). Высокое содержание радона и радия в мине-
ральных источниках давно используется с лечебной
целью и за рубежом — во Франции (концентрация ра-
дия до 1,4-10“10 г/л), Австрии (Бад-Гастейн,
1-Ю’7 г/л), США (штат Колорадо, 3*10"7), Японии
(7-10~7) и Чехословакии (Яхимов, 5-10"7 г/л). Наибо-
лее богаты радоном некоторые Яхимовские источники —
до 1,8 X 10~6 Ки/л.
Благодаря постоянному присутствию природных ра-
дионуклидов в биосфере и вследствие постоянного об-
мена веществ между организмом и средой неизбежно
поступление их в организм. Поведение радионуклидов
в организме обусловлено химическими особенностями
каждого изотопа. Некоторые из них — ,4С, 3Н, 40К,
210Ро — распределяются более или менее равномерно в
тканях, другие преимущественно накапливаются в
определенных органах (например, 226Ra, 232Th, 238U —
в костной ткани, a 222Rn — главным образом в эпите-
лии бронхов).
(Содержание радиоактивных изотопов в организме
человека представлено в табл. 11. А характеристика
доз облучения, поглощенных тканями человека за год
в условиях естественного радиационного фона, дана в
табл. 12.)
Из природных источников внутреннего облучения
основной вклад в поглощенную дозу вносит 40К — 19—
20 мрад/г. В организме он вездесущ (хотя преимуще
ственно содержится в мышечной и нервной тканях),
присутствует в каждой живой клетке, вместе с калием
нерадиоактивным участвует в формировании электри
ческого потенциала клеточных мембран, играет роль
одного из важнейших электролитов.
А суммарная поглощенная доза радиации, созда-
ваемая компонентами естественного радиоактивного
4* 51
Таблица 11. Содержание естественно-радиоактивных изотопов
в теле человека (средние значения для массы тела 70 кг)
(Перцов, 1964)
Изотов Символ Место преимуще- ственного накопле- ния Содержание изотопа без стабильного носителя, г Радиоактив- ность, К и
Тритий Углерод Калий Рубидий Торий Уран Радий *Н “С 40К 87Rb w^Tb 23S(J 22«Ra Весь организм Жировая ткань Нервная и мы- шечная ткани Мышечная ткань Костная ткань Костная ткань Костная ткань 8.10—16 2.10- 3 8,3’10“8 7.10“3 7-10“’ 7.10—1 0,4—3,7Х xio-i» 7,6.10“п 8,9.10“8 6.10“’ 4,6» 10“10 7,9.10“la 2,4.10—10 1,1.10—10
Таблица 12. Дозы радиации от естественных источников
в результате внешнего и внутреннего облучения (Киричинскнй,
1966)
Источник облучения Поглощенная доза,[мрад/г.
Гонады Клетки надкостницы Костный мозг
Внешнее облучение Космические лучи Излучение Земли и воз- духа Внутреннее облучение Калий-40 Рубидий-87 Углерод-14 Радий-226 Полоний-210 Радон-222 28 50 20 0,3 0,7 ”о,з 0,3 28 50 15 0,3 1,6 0,6 2,1 0,3 28 50 15 0,3 1,6 0,03 0,3 0,3
Итого 100 99 96
фона, в среднем составляет 100 мрад/г. Все организмы,
существующие на Земле, постоянно живут в условиях
воздействия этого природного радиоактивного фона.
И хотя сам факт постоянства радиоактивного фона во
времени и пространстве, его длительное действие на
протяжении эволюции жизни убедительно свидетель-
ствует о приспособленности организмов к его воздей-
ствию, об отсутствии минимальных вредных влияний
52
фона на здоровье и жизнедеятельность организмов,
однако прямых доказательств этого нока нет. Одна из
причин — в невозможности сопоставить группы под-
опытных животных, подвергающихся действию фона, с
контрольными группами; живущими в нерадиоактив-
ной среде. Чтобы осуществить такой опыт, надо пол-
ностью защитить контрольных животных от влияния
космических лучей и удалить из их тела все радиоак-
тивные изотопы. Современной науке и технике это пока
не под силу.
ЯДЕРНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
И ЖИЗНЬ
Когда-то, несколько миллиардов лет назад, жизнь за-
родилась из органических соединений, возникающих во
Вселенной, в частности на древней Земле, под влияни-
ем ультрафиолетового излучения, электрических разря-
дов молний, извержений вулканов, ударов метеоритов.
Среди природных источников энергии для синтеза
сложных органических соединений важное место, бес-
спорно, принадлежит и ионизирующей радиации. Вы-
сокий радиоактивный фон, существовавший на перво-
бытной Земле, способствовал формированию условий,
при которых возникали сложные органические комп-
лексы, способные к простейшим реакциям обмена ве-
ществ через поверхности раздела,— предшественники
клеток.
В настоящее время жизнь на Земле начинается
лишь с уровня клетки. Клетка— наименьшая структу-
ра живого, способная осуществлять основные жизнен-
ные процессы — обмен веществ, самоорганизацию, са-
мовоспроизведение с сохранением в ряду поколений
основных признаков организации и т. п.
Одной из важнейших черт живого является иерар-
хический принцип организации, в соответствии с кото-
рым жизнь представляется как пирамида, в которой
каждый «этаж» состоит из относительно самостоятель-
ных структурных элементов и в то же время сам слу-
жит фундаментом для более высокого «этажа».
Клетка также устроена по этому принципу, она со-
стоит из выполняющих важнейшие функции органелл:
ядра — хранителя наследственной информации; рибо-
сом, в которых эта информация расшифровывается в
процессе синтеза клеточных белков; хлоропластов (у
растений) — фабрик по улавливанию солнечного света
и использованию его энергии для синтеза сложных ор-
ганических соединений; митохондрий — фабрик, на ко*
54
торых производственный процесс по существу носит
обратный характер: здесь сложные органические со-
единения постепенно окисляются (медленно сгорают),
отдавая законсервированную в их структуре энергию
солнечного света и преобразуя ее в форму, наиболее
пригодную для внутриклеточных процессов.
Входящие в состав клетки хлоропласты и митохон-
дрии, помимо специфических структур (в хлоропла-
стах — стопок хлорофилловых дисков, в митохондри-
ях — наборов мембранно-связанных окислительных
ферментов), содержат и «сепаратные» хранилища на-
следственной информации — хлоропластовый и мито-
хондриальный геномы. Это дает основание предпола-
гать, что клеточные органеллы ранее существовали
отдельно, самостоятельно. Прообразами хлоропластов
являются, по-видимому, синезелепые водоросли — древ-
нейшие обитатели Земли, а предшественниками мито-
хондрий — бактерии. И те и другие представляют собой
простейшие клеточные формы жизни.
Вирусы существуют (во всяком случае в опреде-
ленные периоды цикла своего развития) вне клетки
и устроены существенно проще ее. Молекула нуклеи-
новой кислоты, одетая белковым футляром, некое подо-
бие карандаша,— вирусная частица очень напоминает
по своему строению хромосому клеточного ядра. Мно-
гие ученые-вирусологи полагают, что вирус — это и
есть свободно живущая хромосома. Однако есть суще-
ственные основания думать, что вирусы — это не про-
стейшая доклеточная форма жизни, а продукт разви-
тия клеток, неразрывно с ними связанный. Вне клетки
вирусная частица в благоприятных условиях может со-
хранять жизнеспособность неограниченно долгое вре-
мя. Однако вне клетки вирус не вступает в обмен
веществ со средой, не растет, пе дышит, не размножает-
ся, не мутирует — одним словом, строго говоря, не жи-
вет, а лишь сохраняет жизнеспособность. Лишь внутри
клетки-хозяина, используя ее аппарат белкового синте-
за, ее ферментативные механизмы, вирусная молекула
нуклеиновой кислоты способна к многократному само-
удвоению, обеспечивает конвейерное производство ви-
русных белков, участвует в обменных реакциях и т. п.
Это дает право рассматривать вирусы как производные
клеточного уровня организации живого, а не как до-
клеточные, простейшие формы жизни. Следовательно,
клетка — исходная, наиболее простая форма существо-
вания жизни на сегодняшней Земле.
65
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
РАДИАЦИИ С ВЕЩЕСТВОМ
Влияние радиации на вещество — это серия элементар-
ных событий, актов взаимодействия фотонов или ча-
стиц высокой энергии с атомами (молекулами) веще-
ства. Основные закономерности этого взаимодействия
одинаковы для живой и неживой природы.
Первая, чисто физическая стадия взаимодействия,
протекающая за миллионные доли секунды, состоит в
передаче части энергии фотона (частицы) одному из
электронов атома с последующими ионизацией и воз-
буждением атомов (молекул). Ионам и возбужденным
атомам, обладающим избыточной энергией, заимство-
ванной у фотона (частицы) высокой энергии, в силу
этого свойственна повышенная химическая реактив-
ность, они способны вступать в такие реакции, кото-
рые невозможны для обычных, невозбужденных ато-
мов (молекул).
Вторая, физико-химическая, стадия взаимодействия
излучения с веществом протекает уже в зависимости
от состава и строения облучаемого вещества. Принци-
пиальное значение имеет наличие в облучаемой систе-
ме воды и кислорода. Если их нет, возможности хими-
ческого взаимодействия активированных радиацией
атомов ограничены, локализованы. В присутствии
воды под влиянием радиации возникают положительно
заряженные ионы воды НгО+ и растворенные в воде
(гидратированные) электроны е~Гидр; присоединяясь к
одной из нейтральных молекул, е'гидр образует НгО~.
Ионы воды, как и возбужденные ее молекулы, хими-
чески реактивны и менее стабильны, чем молекулы не-
возбужденные. В присутствии растворенного кислорода
эти активные продукты облучения легко с ним реаги-
руют, образуя такие более долгоживущие и химически
активные формы, как свободные радикалы: гидроксиль-
ный ОН’; супероксидный гидропероксид Н02, а
также перекись водорода Н2О2.
Жизнь зародилась на Земле в ее теплых мелковод-
ных водоемах. И все живые организмы, включая и че-
ловека, унесли с собой и сохранили в каждой клетке
тела, а также в межклеточных пространствах ту перво-
родную воду с растворенными в ней солями и кислоро-
дом. Тело человека, при всей его сложности и совер-
шенстве, на 65—70 %, то есть на две трети, состоит
из воды. Поэтому при воздействии радиации на живые
56
системы любой степени сложности все начинается с
элементарных актов ионизации и возбуждения молекул
воды, с образования из них и растворенного кислорода
активных форм последнего — радикалов и перекисей,
обладающих повышенной окислительной активностью.
В гидрофобных (водоотталкивающих) органических
структурах, главным образом жировых и жироподоб-
ных (липидных), радиация в присутствии кислорода
вслед за ионизацией и возбуждением также вызывает
образование свободных радикалов и перекисей. В силу
своей химической реактивности и при доступе кисло-
рода эти активные продукты взаимодействуют с ней-
тральными молекулами тех же липидов и других орга-
нических соединений (белков, аминокислот, моно- и по-
лисахаридов), постепенно их окисляя. Развиваются, та-
ким образом, цепные реакции окисления органических
соединений, в которых инициаторами выступают образо-
ванные воздействием радиации ионы, возбужденные
электронные состояния и радикалы.
Более 30 лет назад советский ученый, лауреат Но-
белевской премии Н. Н. Семенов установил: цепные
реакции могут быть трех типов: неразветвленные (со
временем они угасают), разветвленные (в итоге каждо-
го тура взаимодействия вместо одного радикала возни-
кают три, и реакция протекает лавинообразно) и выро-
жденно-разветвленные. В последнем случае при взаи-
модействии молекулы и радикала образуются новый
радикал и новая молекула (как при неразветвленных
реакциях), но периодически вновь возникшая молеку-
ла распадается на два радикала, обусловливающие раз-
ветвление цепи.
Как показали исследования советских ученых
Н. М. Эмануэля, ученика Н. Н. Семенова, и Б. Н. Та-
русова, вызванное радиацией окисление органических
соединений, прежде всего липидов, происходит соглас-
но кинетике вырожденно-разветвленных реакций с по-
степенным вовлечением в процесс все большей массы
вещества и нарастанием количества активных продук-
тов. Свободнорадикальные цепные реакции окисления
протекают, таким образом, самоускоряясь.
Вся описанная выше последовательность превраще-
ний, вызванных взаимодействием радиации с вещест-
вом, развертывается независимо от того, входят эти ве-
щества в состав живой системы или не входят. Она
воспроизводится в экспериментах с облучением липи-
дов и других органических соединений. По следу
57
Трек тяжелой частицы с ответвле-
ниями — траекториями вторичных электронов.
(треку) летящей частицы высокой энергии в зависимос-
ти от ее массы, скорости и энергии более или менее
густо образуются пары ионов. Чем гуще они распола-
гаются вдоль трека (то есть чем выше линейная плот-
ность ионизации, ЛПИ), тем скорее ионизирующая
частица расходует, теряет свою высокую энергию, тем
больше потери энергии на 1 мкм пробега частицы в
веществе (ЛПЭ), тем сильнее вызываемый ею физико-
химический (и биологический) эффект и тем меньше
общая длина пробега частицы (фотона), глубина ее
проникновения в вещество.
Выбитые ионизирующей частицей электроны, если
они приобрели при этом достаточно большую кинети-
ческую энергию, в свою очередь, вызывают вторичную
ионизацию атомов, образуя своего рода разветвления
основного трека частицы и вовлекая в процесс допол-
нительную массу вещества. Фотоны рентгеновских и
гамма-лучей, лишенные массы покоя, ионизируют воз-
действием своего электромагнитного поля на электрон-
ные оболочки атомов. ЛПИ у них минимальная — 2—
3 пары ионов на 1 мкм пробега, за)о проникающая
способность велика. Бета-частицы (электроны и пози-
троны) более быстро расходуют энергию, поэтому их
ЛПИ выше (10—20 пар попов на 1 мкм), а проникаю-
щая способность ниже. С помощью современных уско-
рителей (бетатронов) эти частицы могут быть разогна-
ны до субсветовых скоростей. При этом их проника-
ющая способность закономерно возрастает, а линейная
плотность понизации снижается. Протоны, альфа-ча-
стицы (ядра гелия) и более тяжелые ядра, входящие
в состав первичного космического излучения или полу-
ченные на современных ускорителях заряженных ча-
стиц, обладают высокой ионизирующей способностью
(до 500 и более пар ионов па 1 мкм пробега), но кон-
кретные значения ЛПИ и ЛПЭ так же зависят от их
скорости и энергии, как и проникающая способность*
58
Дальнейшие стадии процесса, порожденного взаимо-
действием радиации и вещества, во многом зависят от
конкретных условий, от микро- и макроокружения
ионов, радикалов, перекисей и в живых системах про-
текают иначе, чем вне их. Основной ареной действия
ионизирующей радиации на живые системы являются
«атомы живого» — клетки и их органеллы, сложная
структурно-функциональная организация которых
влияет на конечный результат взаимодействия с радиа-
цией не в меньшей степени, чем энергия, скорость и
масса ионизирующей частицы.
ДЕЙСТВИЕ
ПРОНИКАЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
НА КЛЕТКУ
Большинство клеток не видимы невооруженным гла-
зом, хотя есть в этом мире и свои гиганты. Например,
куриное яйцо — не что иное, как одна клетка с обшир-
ными запасами питательных веществ, необходимыми
для развития будущего организма. Половые клетки
большинства организмов крупнее клеток тела (сомати-
ческих). Яйцеклетка человека имеет 74 мм в диаметре
и видна глазом. В основном же клетки невидимы, по-
скольку диаметр их (5—100—200 мкм) невелик.
С устройством клетки в общих чертах дал возмож-
ность познакомиться световой микроскоп (при увели-
чении в 1—2 тыс. раз). Но раскрыть сложнейшее стро-
ение живой клетки сумели лишь с помощью электрон-
ного микроскопа, дающего увеличение в десятки и
сотни тысяч, даже миллионы раз. А растровый элек-
тронный микроскоп позволил увидеть мельчайшие трех-
мерные детали поверхности живой клетки и те измене-
ния, которые вызывает в ней радиация.
При воздействии смертельных доз радиации клетка
под микроскопом выглядит в общих чертах так же, как
если бы она была убита высокой температурой или
сильным ядом: нарушаются целость и гладкость ее
оболочки (плазматической мембраны), мембран ядра и
других клеточных органелл, ядро уплотняется, разры-
вается или, наоборот, разжижается. При меньших до-
зах радиации клетка остается живой, однако в ее орга-
неллах происходят более или менее существенные из-
менения, прежде всего в клеточном ядре.
Именно ядро, как теперь общеизвестно, играет роль
хранителя наследственной информации самой клетки,
59
всего организма и даже биологического вида, передает
эту информацию от клетки к клетке, от организма к
организму, обеспечивая преемственную связь поколе-
ний. Эта информация закодирована, зашифрована в
особых палочкоядерных структурах, выявляющихся
при делении клетки благодаря способности хороню на-
капливать специальные красители и потому называе-
мых хромосомами (хромосома — по греч. «окрашенное
тельце»). Особи каждого биологического вида имеют
во всех своих клетках постоянное, видовое число хро-
мосом. Причем половые клетки содержат одинарный
(гаплоидный) набор хромосом, а все клетки тела (со-
матические) — двойной, диплоидный.
Вещество хромосом — хроматин — состоит из ну-
клеиновых кислот и специальных белков, гистоновых
и негистоновых. Хранилищем наследственной инфор-
мации служат гигантские нити ДНК, молекулярная
структура которой была раскрыта в 1953 г. Дж. Уот-
соном (США) и Ф. Криком (Великобритания). Коди-
рующими элементами в ней служат азотистые основа-
ния, расположенные попарно между двумя сахаро-фос-
фатными нитями ДНК вдоль всей ее двуспиральной
молекулы. Этих оснований в ДНК четыре: аденин, гуа-
нин (пурины), цитозин и тимин (пиримидины); они
связаны между собой попарно (А—Т и Г—Ц). Закоди-
ровано в ДНК устройство клеточных белков, из кото-
рых построены все структуры и органеллы клетки
(структурные белки) и которые определяют и обуслов-
ливают все клеточные функции — обменные (фермен-
ты), регулирующие (гормоны), защитные (антитела),
транспортные и т. п.
В роли хранителя наследственной информации
ДНК как бы «законсервирована». В этом состоянии
она наиболее устойчива к действию любых повреждаю-
щих агентов, в том числе радиации. Содержание и
смысл этой информации раскрываются в процессе син-
теза белков в активно функционирующей клетке. При
этом нити в молекуле ДНК расходятся, непрочные свя-
зи между парами оснований разрываются, и на каждой
нити ДНК в пределах ее структурной единицы —
гена — достраивается кусочек второй нити. Поскольку
каждое азотистое основание в пределах гена «подбира-
ет» себе только привычную пару, то достраивающийся
фрагмент получается как бы зеркальным отражением
гена, «снимает» отпечаток с последнего и затем пере-
носит этот отпечаток в качестве своего рода газетной
00
матрицы или заводского штампа из ядра в белковую
фабрику — рибосому. Такая первичная матрица
(штамп) носит название информационной РНК
(иРНК), или РНК-переносчика, матричной РНК
(мРНК). Молекула РНК в сотни и тысячи раз меньше
ДНК и отличается от нее двумя структурными особен-
ностями: вместо тимина в ней используется его близ-
кий аналог — урацил, а в сахарофосфатной цепи вме-
сто дезоксирибозы — рибоза.
Клеточные белковые фабрики носят название ри-
босомы, ибо они построены тоже из РНК, но особой,
рибосомальной (рРНК). В них на основе матрицы
иРНК синтезируются белки, необходимые в данный
момент для жизнедеятельности клетки. Таким обра-
зом, информация, зашифрованная в последовательности
азотистых оснований ДНК, сначала списывается с нее
путем синтеза иРНК (транскрипция); затем в моле-
куле иРНК удаляются все «лишние» детали (процес-
синг), и в рибосоме производится «перевод» наследст-
венной информации с языка нуклеиновых кислот на
язык белков (трансляция). При этом переводе амино-
кислота — мономер будущего белка — соответствует
тройке, триплету азотистых оснований в молекулах
ДНК и иРНК. Все этапы расшифровки наследствен-
ной информации и белкового синтеза осуществляются
при участии специализированных ферментных систем.
При правильном функционировании всей этой
сложной и совершенной системы наследственная инфор-
мация передается и декодируется без искажений, и
клетка функционирует нормально. Однако в процессе
декодирования двойная спираль ДНК частично распле-
тается, активно функционирует, и в этом состоянии
она более чувствительна к воздействию радиации и
других повреждающих агентов, чем ДНК покоящаяся.
Вторым критическим моментом в жизни клетки,
уязвимым для действия радиации, является процесс
самоудвоения (редупликации, репликации) ДНК,
смысл которого состоит в подготовке деления клетки
и в обеспечении обеих дочерних клеток полным набо-
ром наследственной информации. Процесс репликации
начинается с того, что обе нити молекулы ДНК посте-
пенно расходятся на всю свою длину, и по мере их
расхождения каждая достраивает на себе зеркальную
(комплементарную) нить. В итоге взамен исходной мо-
лекулы ДНК возникают две дочерние, полностью по-
вторяющие структуру материнской нити, последова-
61
тельность азотистых оснований в ней. В период само-
удвоения, в особенности в начале пего, воздействие ра-
диации может при прочих равных условиях вызвать
более серьезные па рушения жизнедеятельности
клетки.
Но дело не столько в уязвимости самой молекулы
ДНК, или хроматина, или структуры хромосом. Здесь
необходимо учитывать роль и значение еще одного
внутриклеточного механизма, оказывающего важней-
шее влияние на судьбу облученной клетки, во многом
определяющего решение вопроса, выживет ли клетка,
подвергшаяся облучению, или погибнет. Этот меха-
низм носит название клеточного восстановления (ре-
парации).
Еще раз подчеркнем: со времени зарождения жизни
на Земле и по настоящее время живые системы выну-
ждены постоянно противостоять вредным и опасным
для них воздействиям среды обитания, среди которых
излучения естественного радиационного фона всегда
занимали важное место (наряду с ультрафиолетовым
излучением, токсическими химическими веществами,
температурными колебаниями). Сохранить себя, сбе-
речь и передать потомкам ценнейшие завоевания био-
логической эволюции, на основе этого продолжить
развитие, движение вперед и выше, к вершинам орга-
низации, живые системы могли, лишь научившись за-
щищать от повреждений своп наследственный меха-
низм, прежде всего — структуру молекул ДНК, целост-
ность и работоспособность ферментативных механиз-
мов белкового синтеза (расшифровки генетической
информации) и самоудвоепия ДНК (передачи этой ин-
формации потомкам).
В ходе биологической эволюции эта задача была
решена, и достаточно давно. Основные типы и молеку-
лярные механизмы репарации представлены в предыду-
щем разделе. Нам предстоит рассмотреть теперь кон-
кретные типы и механизмы повреждения наследствен-
ного аппарата клетки ионизирующей радиацией, ибо
именно степень нарушения ДНК, хроматина, хромосом
определяет судьбу облученной клетки.
В каждой живой системе последовательно сменя-
ются клеточные поколения, клетки рождаются, растут,
развиваются и гибнут. Судьба, поведение и радиочув-
ствительность клеток, не делящихся либо делящихся
изредка, будут рассмотрены далее. А пока познако-
мимся с поведением клеток делящихся, с этапами их
62
жизни и — соответственно этим этапам — с их чувст-
вительностью к радиации.
Жизненный цикл такой клетки имеет продолжи-
тельность 10—30 ч и завершается клеточным Делени-
ем (митоз, кариокинез); в результате клетка исчезает
как индивидуальность, превращаясь в две дочерние,
как правило, идентичные с нею клетки. По времени ми-
тоз занимает 2—5 % общей продолжительности кле-
точного цикла, или 0,5—1 ч.
Важнейшее назначение митоза в жизни клетки со-
стоит, в частности, в том, что в ходе его обеспечивает-
ся очень тщательное распределение хроматина пополам
между дочерними клетками. Процесс этот хорошо ви-
ден в световом микроскопе и давно изучен во всех де-
талях.
Сначала внутри клеточного ядра вместо обычной
сетчатой структуры становятся видны тяжи, или нити
хроматина,— хромосомы. Затем исчезает оболочка
ядра, а хромосомы располагаются в плоскости эквато-
ра клетки. Это первая фаза деления — профаза.
От каждой хромосомы к клеточному центру (цен-
триоли) протягиваются прозрачные неокрашенные
(ахроматиновые) нити, образуя фигуру веретена. Да-
лее вместо одной центриоли появляются две, а вместо
одной хромосомы — две дочерние (хроматиды), соеди-
ненные между собой в одном участке (центромере).
От каждой хроматиды нити тянутся к противополож-
ным полюсам клетки — цептриолям. Такова вторая
фаза митоза — метафаза.
Далее хроматиды отделяются друг от друга, ахрома-
тиновые нити растягивают их к полюсам клетки. Это
анафаза — третий этап митоза.
Затем веретена деления сокращаются и исчезают,
хромосомы свиваются в два клубочка, вокруг них об-
разуются ядерные оболочки. Еще несколько минут —
и по экватору клетки возникает перегородка, заверша-
ющая формирование двух дочерних клеток.
Процесс митоза, или кариокинеза (это означает
«движение ядер»), завершен. Его значение в жизни
облученной клетки состоит, в частности, в том, что дея-
тельность систем внутриклеточного восстановления к
началу митоза полностью прекращается и все повре-
ждения ДНК, оставшиеся нерепарированными, в про-
цессе митоза фиксируются и либо приводят клетку
(или ее потомков) к гибели, либо сохраняются в на-
следственном механизме клеток-потомков, снижая их
63
жизнеспособность и служа материалом для формиро-
вания мутаций.
Весь остальной клеточный цикл, за вычетом перио-
да митоза, носит название интерфазы, то есть периода
между делениями. Этот основной период жизнедея-
тельности клетки, в свою очередь, делится на фазы,
каждая из которых играет специфическую роль в
жизни клетки. Центральное значение в интерфазе при-
надлежит процессу синтеза ДНК, в итоге которого ко-
личество молекул ДНК и общий объем генетического
аппарата удваиваются. Фаза синтеза ДНК, или 5-фаза,
продолжительностью 10—12 ч делит интерфазу на три
части. Фаза, предшествующая синтезу ДНК, обозначе-
на как Gi — пресиптетическая фаза. На ее протяжении
(10—12 ч) наряду с многими другими процессами жиз-
недеятельности синтезируются ферментные системы,
необходимые для всех последовательных этапов само-
удвоения ДНК. Фаза между синтезом ДНК и клеточ-
ным делением обозначается как б?2, премитотическая
(предшествующая митозу) или постсинтетическая. На
этой стадии клеточного цикла (продолжительность 2—
5 ч) происходит формирование веретена клеточного де-
ления и всего митотического аппарата, обеспечивающе-
го последовательную реализацию процесса деления
клетки.
На протяжении Gi-фазы, продолжительность кото-
рой обычно самая большая и в зависимости от условий
жизни колеблется в максимальных пределах, наиболее
полноценно функционируют системы внутриклеточной
репарации. В медленно обновляющихся клеточных си-
стемах Gi-фаза может длиться неделями и даже года-
ми. Поэтому простор для репарации почти не ограни-
чен, а радиочувствительность таких клеток минималь-
на. В 5-фазе репаративные системы либо не работают,
либо функционируют слабо, во всяком случае, данных
о репарации в период синтеза ДНК почти пет. Наконец,
в (?2-фазе функционируют системы пострепликативной
репарации, эффективность которых, по-видимому, ниже,
чем в Gi-фазе. В итоге большинство клеток млекопи-
тающих наиболее чувствительпы к радиации в конце
Gi-фазы, перед началом синтеза ДНК, и перед вступ-
лением в митоз, в самом конце Сг-фазы.
Наиболее универсальной реакцией клеток на воз-
действие ионизирующей радиации в разных дозах яв-
ляется временная остановка деления, или радиацион-
ный блок митозов. Длительность задержки строго про-
64
ПостсинтегпическаО Фаза Go
Клеточный
цикл.
Выраженность и про-
должительность за-
держки клеточных
делений в зависимос-
ти от дозы радиации.
порцпональпа дозе радиации — примерно 1 ч па каж-
дый 1 Гр — и проявляется у всех клеток облученной
популяции независимо от того, выживет ли клетка в
дальнейшем или погибнет. С увеличением дозы радиа-
ции возрастает не доля реагирующих клеток, а вели-
чина реакции (задержки) каждой из облученных
клеток. В этом принципиальное отличие задержки ми-
тоза от смертельных поражений, рассматриваемых да-
лее. Время задержки в значительной степени зависит
также от стадии клеточного цикла. При облучении в
S- и (?2-фазах оно максимальное, в митозе — минималь-
ное: начав митоз, практически все клетки завершают
©го без задержки.
Эта замечательная реакция имеет колоссальное
приспособительное значение: обеспечивая увеличение
Длительности интерфазы, она создает максимально бла-
гоприятные условия для работы ферментных систем
репарации, для полного устранения возникших повре-
5 7—1927 65
ждений до наступления критического момента — мито-
за. Скорее всего задержка митозов есть реакция вну-
триклеточных структур, ответственных за регуляцию
и подготовку деления. Она пе связана с повреждением
хромосом. Задержка деления, имеющая защитно-при-
способительный характер, представляет собой проявле-
ние неспецифической реакции клеток на действие мно-
гих агентов. Поэтому, как показано советским радио-
биологом Г. С. Календо, средства, стимулирующие и
ускоряющие наступление митоза, усиливают чувстви-
тельность клеток к радиации.
Обратимую реакцию задержки деления следует от-
личать от полного прекращения митозов, наступающе-
го после воздействия радиации в больших дозах. В этих
условиях клетка продолжает жить длительное время,
достигает неестественно большого размера, в ней не-
редко продолжается синтез ДНК, число хромосомных
наборов возрастает, но разделиться клетка не может
(вероятно, из-за необратимого поражения аппарата де-
ления) и в конечном счете погибает. Возможны и дру*
гие виды лучевой гибели клеток: непосредственно под
лучом; после первого деления; во время одного из по-
следующих митозов и, наконец, гибель части клеток
в делящейся популяции.
По механизму процесса следует различать две
основные формы гибели: интерфазную (не связанную
с митозом) и репродуктивную — гибель при попытке
разделиться.
Первая форма наблюдается при самых различных
воздействиях на клетку, вторая типична для ионизи-
рующей радиации и других мутагенных агентов. Ги-
бель при этом может наступить как в процессе первого
митоза после облучения, так и во втором, третьем, чет-
вертом актах деления.
Основной причиной репродуктивной гибели явля-
ются лучевые повреждения структуры хромосом —
аберрации, или перестройки. Обломки хромосом могут
соединиться неправильно; нередко отдельные их фраг-
менты утрачиваются при митозе. Возможно образова-
ние мостов между хроматидами —• тогда клетка не мо-
жет разделиться и гибнет.
Количество аберраций хромосом в клетках, процент
клеток с аберрациями очень точно характеризуют дозу
радиации, полученную организмом, а при равной до-
зе облучения — сравнительную радиочувствительность
организмов, видов. Отражая летальное действие радиа-
66
ции, репродуктивную гибель клеток, частота поломок
хромосом обратно пропорциональна выживаемости кле-
ток, поэтому подсчет аберраций хромосом широко ис-
пользуется радиобиологами для оценки дозы радиации,
полученной организмом.
Существенно применительно к гибели клеток (как
репродуктивной, так и интерфазной), что с повыше-
нием дозы радиации увеличивается не столько степень
поражения всех облученных клеток (как при задерж-
ке деления), сколько доля пораженных, то есть про-
цент погибших клеток. Из этого следует, в частности,
что при сколь угодно малой дозе радиации возможна
гибель отдельных клеток, тогда как при заведомо смер-
тельном облучении единичные клетки могут выжить.
Какие же органеллы ответственны за жизнеспособ-
ность клетки, чье поражение имеет критическое значе-
ние (при не слишком больших дозах радиации, до
1000 рад, ибо при больших дозах поражаются все
структуры)? Как ясно из сказанного выше, в репро-
дуктивной гибели решающее значение имеет лучевое
повреждение хроматина, прежде всего ДНК. Под влия-
нием радиации возникают разрывы — одно- и двуни-
тевые — в молекуле ДНК. В обоих случаях нарушает-
ся пространственная структура хроматина и считыва-
ние (транскрипция) наследственной информации.
Однако есть и принципиальное различие. Одиноч-
ные разрывы не вызывают поломок молекулы ДНК —
вторая нить удерживает концы разорванной первой
нити вблизи друг друга, облегчая их восстановление,
сшивание репаративными системами. При двойном
разрыве концы расходятся, их репарация затруднена.
После дозы радиации 1 Гр в каждой клетке челове-
ка возникает 1000 одиночных и 10—100 двойных раз-
рывов, причем каждый из последних может стать при-
чиной поломки хромосомы.
Кроме того, под влиянием воздействия ионизирую-
щей радиации возникают сшивки между нитями ДНК,
сшивки ДНК — белок, нарушения структуры тимина
и других азотистых оснований ДНК, относительно эф-
фективно устраняемые репаративными системами.
Не прибегая к детальному анализу химической
структуры повреждений ДНК (это в большинстве слу-
чаев очень сложно, некоторые из повреждений трудно
точно охарактеризовать), радиобиологи различают два
основных их типа — сублетальные и потенциально ле-
тальные повреждения.
5*
67
Первый — это такие вызванные радиацией измене-
ния, которые сами по себе не ведут к гибели клетки,
но облегчают ее при продолжающемся или последую-
щем облучении. Например, одиночные разрывы сами
по себе не смертельны, но чем больше их возникает
в молекуле ДНК, тем больше вероятность их совпаде-
ния и образования летального двойного разрыва. Если
дозу радиации разделить на две фракции и изменять
величину интервала между ними, то с его увеличением
выживаемость возрастает за счет репарации в период
меж^у фракциями части сублетальных повреждений.
Эти данные впервые были изучены и описаны амери-
канским ученым М. Элкиндом.
Второй тип — потенциально летальные поврежде-
ния — сами по себе вызывают гибель клетки, но все же
в определенных условиях могут быть устранены репа-
ративной системой. Пример таких повреждений — дву-
нитевые разрывы. Если искусственно удлинить Gi-
фазу (за счет, например, снижения температуры
среды или недостатка некоторых питательных ве-
ществ), то у репаративных систем будет больше вре-
мени для восстановления и процент выживших клеток
несколько возрастет. Этот тип восстановления клеток
был открыт и подробно изучен советским ученым
В. И. Корогодиным в опытах на дрожжевых культурах.
Оба типа повреждений радиобиологи используют как
экспериментальные модели: для сравнения силы воз-
действия разных видов радиации; при оценке действия
защитных и лечебных средств либо препаратов, усили-
вающих действие радиации; для изучения различий
радиочувствительности разных видов клеток, тканей,
организмов и т. п.
Клетки — основные структурные элементы орга-
низма, в частности млекопитающих и человека. Разу-
меется, на более высоких уровнях организации живо-
го — тканевом, органном, системном, организменном,
популяционном, видовом, биоценотическом, биосфер-
ном — вступают в свои права новые закономерности п
ограничения в действии радиации. Однако основные
события происходят на уровне клеток — атомов живо-
го, точно так же, как в неживой природе главная роль
принадлежит взаимодействию радиации с атомами и
молекулами вещества. Поэтому, анализируя другие за-
кономерности биологического действия ядерных излу-
чений, мы будем постоянно возвращаться к клеточно-
му уровню.
68
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
РАЗНЫХ ВИДОВ ИЗЛУЧЕНИЙ
В зависимости от природы лучей (корпускулярной
или волновой), их энергии и заряда, а также состава
и плотности облучаемой системы ионизирующая ра-
диация проникает на разную глубину и вызывает раз-
личные изменения.
Фотоны рентгеновского и гамма-излучения, лишен-
ные заряда и массы покоя, обладают максимальной
проникающей способностью. Длина их пробега зависит
от плотности вещества. Наибольшим препятствием для
их проникновения является свинец или бетон. Именно
эти материалы используют в качестве защитных экра-
нов при работе с электромагнитными излучениями вы-
сокой энергии.
Энергия этих излучений воздействует на вещество
тремя способами: фотоэлектрическим эффектом (в этом
случае энергия кванта излучения полностью передает-
ся электрону, выбитому из атома), эффектом Компто-
на (в результате упругого взаимодействия электрону
передается лишь часть энергии кванта, а остаток уно-
сится фотоном меньшей энергии, взаимодействующим
с другими электронами); образованием пар — в этом
случае из кванта очень высокой энергии (более
1,02 МэВ) в поле атомного ядра возникает пара бета-
частиц — электрона (е~) и позитрона (е+).
Корпускулярные излучения — потоки частиц — от-
личаются наличием массы покоя. Заряженные частицы
при взаимодействии с веществом постепенно расходу-
ют свою энергию по мере ионизации и возбуждения
атомов вплоть до полного торможения. В конце пробе-
га, когда скорость частицы падает, возрастает плот-
ность ионизации (так называемый пик Брэгга). Треки
электронов извилисты, изломаны (за счет отталкива-
ния электронными оболочками атомов), протонов и бо-
лее тяжелых ядер — прямолинейны. Величина ЛПЭ
ионизирующей частицы целиком зависит от ее скорос-
ти (энергии) и заряда и практически не зависит от ее
массы или физической природы. ЛПЭ рентгеновских
лучей с энергией 250 КэВ составляют 2 КэВ/мкм, гам-
ма-лучей с0Со -- 0,3 КэВ/мкм. У тяжелых заряженных
частиц ЛПЭ от 100 до 2000 КэВ/мкм, а у лишенных
заряда нейтронов с энергией 14 МэВ — 12 КэВ/мкм.
Редкоионизирующие излучения (рентгеновские, гам-
ма-лучи, электроны) имеют значения ЛПЭ менее
69
--------1-------Ц________I________I__
ЛГ' 10° 10’ IO2 IO9
Пик Брэгга. Ионизирующая
частица при взаимодейст-
вии с веществом постепен-
но теряет энергию и ско-
рость. По мере замедления
увеличивается количество
пар ионов, образуемых ча-
стицей на единицу пробега,
возрастает ЛПЭ. В конце
пробега частицы значения
ЛПЭ и ОБЭ достигают ма-
ксимума.
/1ПЭ. КэВ -мкм'’ ткани
10 КэВ/мкм, а плотноионизирующие — более этой ве-
личины.
В отличие от заряженных частиц незаряженные
нейтроны легко проникают в глубь вещества. Они не-
посредственно не вызывают образования ионов, однако
их отнесение к ионизирующей радиации правомерно:
сталкиваясь с ядрами вещества, нейтроны либо оттал-
киваются, отскакивают от них, отдавая часть энергии
(и превращая их во вторично ионизирующие части-
цы), либо поглощаются ядром, вызывая ядерные реак-
ции. При упругом соударении с протонами (ядрами
водорода) нейтроны отдают сразу около половины сво-
ей энергии, а с ядрами углерода, азота, кислорода и
других элементов биологических тканей — лишь 10—
15 % энергии. Поэтому наилучшими поглотителями
нейтронов являются вещества, содержащие много во-
дорода,— вода, парафин (их используют для защиты
от нейтронов), а протоны отдачи играют главную роль
в ионизирующем действии потоков нейтронов.
Сильно замедляясь, нейтроны поглощаются ядрами
вещества, превращая их в искусственно-радиоактивные
ядра. В результате выброса ими протонов, альфа-час-
тиц и гамма-квантов также развивается ионизация.
Таким образом, и при нейтронном облучении био-
логический эффект обусловлен ионизацией, хотя и но-
сящей вторичный, опосредованный характер. Быстрые
нейтроны, с энергией более 100 КэВ, возникают в ре-
акции деления ядер урана-235 (и, стало быть, при
ядерных взрывах и в атомных реакторах) и калифор-
ния-252, а также в ускорителях.
Отрицательные пи-мезоны (пионы) с массой, рав-
ной 273 массам электрона, получают пыне на мощных
70
синхроциклотронах и используют в лучевой терапии
опухолей. Регулируя их энергию (25—100 МэВ), мож-
но точно изменять глубину проникновения в ткань со-
ответственно локализации опухоли. В конце пробега
пионы почти в 100 % захватываются ядрами вещества.
При этом ядро как бы взрывается, возникает разлет
протонов, альфа-частиц, ионов лития, бериллия, бора —
своего рода «звезда» с очень сильным биологическим
разрушительным эффектом. При точном прицеле опу-
холь разрушается весьма эффективно.
Для количественного сравнения биологического дей-
ствия разных видов излучений используют понятие
«относительная биологическая эффективность» (ОБЭ).
ОБЭ исчисляют путем сравнения дозы оцениваемого
вида радиации с дозой стандартного излучения, обу-
словливающими один и тот же биологический эффект.
В качестве стандартного излучения берут обычно жест-
кие рентгеновские лучи с энергией 180—250 КэВ либо
гамма-лучи кобальта-60. Если какая-то определенная
доза исследуемого (например, нейтронного) излучения
дает тот же биологический результат, что и стандарт-
ная доза рентгеновского (гамма-) излучения, то вели-
чину ОБЭ мы получим, разделив дозу рентгеновских
лучей на эквивалентную по биологическому эффекту
дозу исследуемого излучения.
Многочисленные опыты показали, что в первом
приближении ОБЭ корпускулярных излучений зависит
исключительно от величины линейных потерь энергии
и практически пропорциональна ЛПЭ (табл. 13). Так,
например, потоки протонов, дейтронов (ядер тяжелого
изотопа водорода дейтерия), альфа-частиц, которым на
ускорителях придана громадная энергия (200—
660 МэВ), летят с очень большой скоростью, их ЛПЭ
Таблица 13. Зависимость ОБЭ от средней удельной
ионизации н линейных потерь энергии излучений
Средняя удельная иониза- ция, число пар ионов на t мкм в воде Средняя линейная потеря энергии в воде, КэВ/мкм ОБЭ
Менее 100 менее 3,5 1
100—200 3,5—7,0 1—2
200-650 7,0—23,0 2—5
650-1500 23—53 5-10
1500-5000 53-175 10—20
Треки частиц редко- и плотноионизирующего излучения. Чем
больше актов ионизации возникает в пределах клетки, клеточ-
ного ядра, тем выше вероятность повреждения жизненно важ-
ных структур.
низки, а ОБЭ нередко оказывается даже ниже едини-
цы, то есть плотность ионизации и потери энергии на
1 мкм у пих ниже, чем у рентгеновских лучей. По ме-
ре снижения энергии этих частиц возрастает ЛПЭ и
соответственно ОБЭ становится больше единицы.
Корпускулярные потоки с высокой плотностью
ионизации и ЛПЭ более сильно повреждают клетки,
а восстановление этих повреждений происходит с боль-
шим трудом, оно менее эффективно. Более точно бу-
дет сказать, что с повышением величины ЛПЭ ОБЭ
корпускулярных излучений возрастает, начиная
с 10 КэВ/мкм, достигает максимума при ЛПЭ =
= 100 КэВ/мкм, а при дальнейшем росте ЛПЭ довольно
круто снижается. Дело в том, что для гибели клетки
достаточно определенного количества ионизаций и сна-
чала рост ЛПЭ облегчает достижение этого уровня
ионизации. Но, начиная с определенного значения,
дальнейшее увеличение ЛПЭ оказывается уже сверх-
смертельпым, энергия расходуется впустую.
В общем виде можно сказать, что плотноионизи-
рующие корпускулярные потоки вызывают в клетках
более грубые повреждения ДНК и мембран, потенци-
ально летальные повреждения (двойные разрывы)
возникают относительно и абсолютно чаще, а восстанов-
ление их происходит более медленно и менее эффек-
тивно, чем прн редкоиопизирующих лучевых воздейст-
виях, в эффекте которых преобладают одиночные
разрывы нитей ДНК. Мерой этого более сильного дей-
ствия потоков частиц и является ОБЭ (табл. 14).
73
Таблица 14. ОБЭ различных видов излучений
Вид излучения ОБЭ
Рентгеновские, гамма-лучи, электроны, бета-
излучение 1
Быстрые нейтроны и протоны до 10 МэВ Альфа-частицы естественно-радиоактивных 3-10
изотопов 10
Тяжелые ядра отдачи 20
При оценке поражающего действия разных видов
ядерных излучений на организм, а не на отдельные
клетки, необходимо учитывать не только дозу и
ОБЭ, но и глубину проникновения радиации в ткапи
организма. По последнему показателю излучения рас-
полагаются в обратном порядке; максимальную прони-
кающую способность имеют редкоионизирующие излу-
чения — рентгеновские, гамма-лучи, а также разогнан-
ные до больших скоростей потоки частиц. С ростом
ЛПЭ и ОБЭ проникающая способность падает. Так,
гамма-лучи пронизывают тело человека насквозь, как
и потоки космического излучения. Бета-излучение ра-
диоактивных изотопов проникает на глубину до 4—
5 см, а для альфа-частиц радия уже роговой слой кожи
человека толщиной всего 0,1—0,3 мм является непре-
одолимым препятствием. С повышением скорости и
энергии частиц их проникающая способность возрас-
тает, но одновременно снижается ОБЭ, приближаясь к
единице или даже опускаясь ниже нее.
Таким образом, суммарный итог действия того или
иного вида радиации на организм зависит от многих
факторов: заряда, скорости и энергии частиц, линей-
ной плотности ионизации и ЛПЭ, проникающей спо-
собности. Поэтому ОБЭ, рассчитанная для организма,
как правило, отличается от ОБЭ для клеток. Более
того, значения ОБЭ для организма могут различаться
в зависимости от того, относительно какого конкретно-
го биологического показателя ОБЭ рассчитывались —
выживаемости, количества лейкоцитов крови, динами-
ки веса тела, количества аберраций хромосом в лимфо-
цитах и т. п. Поэтому в каждом конкретном случае
величина ОБЭ может варьировать в определенных пре-
делах.
73
ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ
ОБЛУЧЕНИЕ ОРГАНИЗМА
Мы уже рассматривали условия внешнего облучения
организма, когда источник радиации — рентгеновский
аппарат или гамма-установка, ускоритель заряженных
частиц или ядерный реактор — расположен вне орга-
низма и воздействует на живую систему извне. Имен-
но в этих условиях редкоионизирующие излучения,
обладающие высокой проникающей способностью, наи-
более опасны. Но так бывает не всегда. Возможны
случаи, когда источник радиации тем или иным путем
попадает внутрь организма, накапливается в нем и
изнутри его облучает. Такая возможность связана с
проникповепием в организм естественно- или искусст-
венно-радиоактивных изотопов. Подвергаясь в тканях
тела радиоактивному распаду, эти изотопы излучают
альфа-, бета- или гамма-частицы и в физическом смыс-
ле действуют аналогично внешнему облучению орга-
низма. Но есть и принципиальные различия.
Если изотоп излучает гамма-частицы, то значитель-
ная часть лучей выходит за пределы организма, не
причиняя ему вреда. Зато энергия бета- и альфа-частиц
полностью поглощается организмом. Зона погло-
щения электронов более размыта за счет большего
пробега бета-частиц, тогда как поглощение альфа-час-
тиц происходит в минимальном объеме. Но плотность
ионизации, ЛПЭ в этом случае наибольшая, соответ-
ственно максимален и возможный разрушительный
эффект в этом ограниченном объеме. Поэтому, в отли-
чие от внешнего облучения, при попадании изотопов
внутрь наибольшую опасность представляют альфа-,
затем бета-излучатели, тогда как источники гамма-ра-
диации причиняют наименьший ущерб. Концентрация
изотопа в том или ином органе тела человека может
во много раз превысить таковую в окружающей среде
и в организме в среднем. Поэтому локальные погло-
щенные дозы, создаваемые в этом органе, могут ока-
заться и опасными в смысле возможных последствий,
в то время как в среднем содержание изотопа неве-
лико.
В отличие от ядов радиоактивные вещества дейст-
вуют как источники ионизирующей радиации, а не как
химические соединения. В большой мере это обуслов-
лено высокой радиоактивностью малой массы изотопа.
Так, доза йода-131, используемая для разрушения опу-
74
холи щитовидной железы, может достигать 10 мКи, что
соответствует массе изотопа всего 0,081 мкг. Суточ-
ная же потребность человека в йоде составляет 150 мкг.
Естественно, что излучающая способность йода-131
играет решающую роль в его вредном действии. Одна-
ко химические свойства большинства радионуклидов
имеют также важное значение, обусловливая поведе-
ние изотопа в организме — пути и способы поступле-
ния, распределение по органам и системам (включая
избирательное накопление), скорость и пути выве-
дения.
Существуют три основных пути поступления радио-
активных изотопов в организм: при вдыхании загряз-
ненного радиоактивными аэрозолями воздуха (ингаля-
ционный путь), через желудочно-кишечный тракт,
с водой и пищей (алиментарный путь) и через кожу,
поврежденную и неповрежденную.
Наиболее опасен первый путь — из-за большого
объема легочной вентиляции и более высокого коэффи-
циента захвата и усвоения изотопов из воздуха
(см. табл. 15). Частицы радиоактивной пыли при вды-
хании воздуха частично оседают в полости рта и но-
соглотке (откуда затем могут поступать в желудок).
Задержка аэрозолей в легких зависит от размеров пы-
линок. Более крупные (>1 мм) задерживаются в верх-
них дыхательных путях и главным образом отхарки-
ваются, до 70 % частиц меньших размеров задержива-
ются в легких.
При всасывании из желудочно-кишечного тракта
имеет значение коэффициент резорбции (всасывания),
характеризующий долю вещества, поступающего из
него в кровь. В зависимости от природы изотопа и
химических особенностей его соединения процент ре-
зорбции колеблется от сотых долей процента (цирко-
ний, ниобий, редкоземельные элементы, лантаниды) до
нескольких (висмут, барий, полоний), десятков (желе-
зо, кобальт, стронций, радий) и ста процентов (тритий,
натрий, калий).
Резорбция через неповрежденную кожу меньше,
чем из желудочно-кишечного тракта, в 200—300 раз
и, как правило, незначительна. Лишь тритий легко по-
ступает в кровь и через кожу. Всосавшиеся изотопы
появляются в крови и затем в соответствии с их хими-
ческими свойствами распределяются в организме. В за-
висимости от этого распределения различают изотопы:
остеотроппые — накапливающиеся в костях (кальций,
75
Таблица 15. Всасывание (резорбция) и выведение
радиоактивных изотопов организмом
Элемент Изотоп Процент резорбции Период полувыве- дения, сут
из желудоч- но-кишечно- го тракта из легких биоло- гиче- ский эффектив- ный
Тритий 3Н 100 100 12 12
Углерод 100 75 10 10
Натрий 21Na 100 75 И 0,6
Фосфор 32р 75 63 257 13,5
Сера 35S 100 75 90 443
Калий 4»К, «к 100 75 58 0,52
Кальций 46Са 60 55 16 400 152
Рубидий »»Rb 100 75 45 13,2
Стронций »»Sr >0Qi< 30-80 40—50 13 000 50,3
Цирконий or 96Zr 0,01—0,05 25 450 56,0
Ниобий »6Nb 0,02—0,2 25 760 33,5
Рутений loeRu 3 27 16 15
Йод 131J 100 75 138 7,6
Ксенон l33Xe 100 75 —— —
Цезий l37Cs 100 75 70 65
Барий 140Ba 100 75 70 65
Церий l**Ce 0,01—0,05 25 563 191
Полоний 2iop0 6 28 30 25
Радон 222Rn 100 75
Радий 22eRa 30 40 8100 1800
Уран 238 {J 235[J 0,3 25 200 200
Плутоний 239 Pjj 0,1—0,01 25 65 000 6,3-10*
стронций, барий, радий, иттрий, цирконий, цитраты
плутония); концентрирующиеся в печени (до 60%) и
скелете (до 25 %) — церий, лантан, прометий, нитрат
плутония; равномерно распределяющиеся (тритий,
углерод, инертные благородные газы, железо, поло-
ний); с тенденцией к некоторому накоплению в мыш-
цах (калий, рубидий, цезий), в селезенке и лимфати-
ческих узлах (ниобий, рутений). Особняком стоит йод,
избирательно накапливающийся в щитовидной железе
(в 100—200 раз больше, чем в других органах).
Длительность облучения тканей зависит от периода
полураспада изотопа Гф, а также от периода его полу-
выведения из организма Гб. С учетом этих двух пока-
зателей вычисляется эффективный период ГЭф — вре-
мя, в течение которого активность изотопа уменьшает-
ся вдвое,— по следующей формуле:
76
Уф.Тб
/эф Тф + тб-
С увеличением ГЭф, как правило, возрастает радиоток-
сичность изотопа вследствие роста суммарной дозы ра-
диации. Тэф колеблется от нескольких часов (24Na,
64Cu) и суток (131J, 23Р, 35S) до десятков лет (226Ra,
90Sr). Острая лучевая болезнь за счет внутреннего обг
лучения имеет следующие особенности: первичная ре-
акция отсутствует или слабо выражена; все периоды
лучевой болезни, особенно разгар и восстановление,
растянуты во времени; избирательно поражается кри-
тический орган при умеренном поражении остальных,
больше всею — органы поступления (легкие, желудоч-
но-кишечный тракт).
Таблица 16. Предельно допустимые концентрации
радиоактивных веществ (по Д. И. Закутинскому и др., 1962)
Изотоп Предельно допустимая концентрация, Ки/л
в воде откры- тых водоемов и источников водоснабжения в воздухе
рабочих помещений санитарно- защитных зон населенных пунктов
Тритий 3.10-’ 2.10-8 2.10“» 7.10-п
Углерод-14 3.10-8 3.10—10 з.ю-11
Натрий-24 8.10“® ыо-»» 1.10-“ ЫО-I2
Фосфор-32 5.10-’ 7’10—11 7 «10-12 7*10—13
Сера-35 7-10-’ 3.10—10 3-10—“ Ы0—I2
Калий-42 6.10-’ ЫО-10 Ы0-“ Ы0-12
Кальций-45 3.10-8 3.10-11 3-10—12 3.10-13
Рубидий-86 7-10~8 7.10-11 7- lO-w 7*10-13
Стронций-89 3.10“» 3.10-“ 3« 10-12 3.10-13
Стронций-90 3-10- “ 3-10-1’ 3.10—I4 3-10-13
Цирконий-95 2-10-« 3.10-“ 3-10—12 3.10-13
Ниобий-95 ЗЛО”» 1.10—10 1.10-11 ЫО-I2
Рутений-106 3.10-» 6.10-»2 6-10—13 6.10—I4
Йод-131 С). 10“10 9.10“12 9-10—13 9.10—14
Ксенон-133 ЫО"8 ЫО-0 3.10-11
Цезий-137 Ы0-» ЫО"11 1-10-12 1*10-13
Барий-140 7.10-8 4.10-11 4.10-12 4-10-13
Церий-144 3.10-» (МО"12 6-10-13 6.10—14
Полоний-210 2.10-»’ МО"»4 1.10-16 Ы0-13
Радон-222 3.10-11 Ы0—п 3*10-12
Радий-226 5*10—11 ЗЛО-14 3-10—13 3*10-13
Уран (естеств.) 0,05 мг/л 0,02 мг/м2 2-10—3 2.10—4
мг/м2 мг/м2
Плутоний-239 5.10-11 2.10-»» 2.10—13 2.10-“
77
Таблица 17. Допустимые уровни для отдельных радионуклидов
Изотоп Период полу- распада Состояние нуклид* в соединении Критический орган
ан 12,3 года Газ Весь организм
1«С 5730 лет Растворимый Жировая ткань
24Na 14,9 часа Растворимый Нерастворимый Тонкая кишка Толстая кишка
32р 14,3 сут Растворимый Нерастворимый Костная ткань Легкие
»°Sr 28,6 года Растворимый Нерастворимый Костная ткань Легкие
137Cs 30 лет Растворимый Весь организм
226Ra 1600 лет » Нерастворимый Костная ткань Почки Легкие
232^ 1,4. Ю 10 лет Растворимый Нерастворимый Костная ткань Почки Легкие Толстая кишка
238(J 4,5* 109 лет Растворимый Нерастворимый Почки (химически ток- сичный) Костная ткань Легкие Толстая кишка
Сочетание физических (радиоактивность) и хими-
ческих свойств конкретного изотопа определяет степень
его токсичности и опасности для организма и величи-
ну предельно допустимой (безопасной) дозы (ПДД)
изотопа в организме, ежегодное предельно допустимое
поступление (ПДП) его в организм и допустимые кон-
центрации (ДК) в воздухе, воде, пищевых продуктах.
Определение всех этих величин в каждом конкретном
случае и их соответствия нормативам, принятие мер
по защите людей от опасности радиоактивного зараже-
ния —- таковы задачи радиационной гигиены.
ПДД — наибольшая индивидуальная доза за год,
которая при равномерном воздействии в течение 50 лет
не вызовет в состоянии здоровья персонала, работаю-
щего с изотопами, неблагоприятных изменений.
78
Работающие с изотопами Соприкасающиеся с изотопами
допусти- мое со- держа- ние в критиче- ском ор- гане, мкКи/г Допусти- мое по- ступле- ние черев органы дыхания, мЗКи/г Допусти- мая кон- центра- ция в воздухе рабочего помеще- ния, Ки/л Предел годового поступления, мкки/год Допустимая концен- трация, Ки/л
через органы дыхания через органы пищева- рения в возду- хе в воде
1,6-10* 2,8<10« 8,7-Ю3 2,0.10“6 3,5-10—» 4,8.10* 8,7«102 6,6-102 6,6.10“* 1,2.10-13 8,2.10-’
3,1.103 1,4«10“10 3,1.102 1,5-Ю2 4,9 -10~12 2,8. IO"8
3,1 ~ 3,6.102 1,8 «102 7,2-10—11 36 18 22 15 2,4-10—10 1,9-10“*
1,2 2,0 2,0.102 2,9 1,9-10“12 20 0,9 0,32 4,0.10—14 4,Ю*ю
0,76 33 0,51 35 0,062 0,021 1,4 1,6-Ю2 0,37 35 0,062 2,5-10—3 2,5-10—3 1,0.10-13 1,4 16 3,2.10—2 3,5 6,2.10*3 1,8-10—4 12 4,3-10“2 4,6 8,5-10— 2,5.10“ 17 1,5-10—« 240-и
0,0029 0,0087 з.ю-* 0,92 мг 0,026 0,0093 7,7.10—3 0,012 0,18 550 мг/г 0,77 0,16 6,3.10—14 6,2-10“4 1,2-10—3 0,018 55 мг 0,077 0.01Г 0,04 14 ~ 0,47 1400 мг/г 2 14 12,2.10-1* 5,9.10-1° 1,8 мг/л
ПДП — такое поступление радиоактивных веществ
в организм в течение года, которое за 50 лет создает
в критическом органе эквивалентную дозу, не превы-
шающую 1 ПДД.
ПДК — отношение ПДП для данного радиоактивно-
го изотопа к объему воды или воздуха, с которыми
изотоп поступает в организм в течение года. (Соответ-
ствующие данные представлены в табл. 16 и 17.)
В радиационной гигиене строго нормируются так-
же уровни загрязнения кожи, спецодежды, поверх-
ностей рабочих помещений и транспортных средств
радиоактивными изотопами, отдельно альфа- и бета-из-
лучателями. Более того, строго регламентированы не
только уровни возможного загрязнения, но и качество
их устранения за счет дезактивации.
79
В сравнительно ранние сроки после ядерного взры-
ва либо радиоактивного загрязнения местности наи-
большую опасность для человека представляет йод-131,
а также стронций-89, рутений-108 и др., составляющие
значительную часть осколочных продуктов цепной ре-
акции распада ядер урана и относительно быстро рас-
падающиеся. В более отдаленные сроки активно воз-
действуют долгоживущие и хорошо растворимые в
жидкостях организма стронций-90 и цезий-137. Такие
осколочные продукты, как цирконий, ниобий, барий,
церий, вследствие низкой растворимости могут прони-
кать в организм в небольших количествах лишь через
дыхательные пути. Что же касается стронция и цезия,
то они по своим химическим свойствам очень близки
соответственно к кальцию и калию и циркулируют в
биосфере совместно с этими элементами.
Стронций, подобно кальцию, может накапливаться
в зеленых растениях, в частности в злаковых, в их зер-
не, и с хлебопродуктами поступать в организм. Через
сено — корм коров — он попадает в их ткани. Поэтому
молоко — второй после хлеба путь поступления строн-
ция в организм человека. Наконец, стронций, выпав-
ший на поверхность водоемов или смытый туда поверх-
ностными стоками, легко поглощается одноклеточными
водорослями (фитопланктон), затем по пищевой цепи
накапливается рачками и другими мелкими животны-
ми (зоопланктон), а затем и рыбой. Концентрация
стронция по мере продвижения по пищевой цепи воз-
растает, и в теле некоторых рыб она может быть в де-
сятки тысяч раз выше, чем в воде. Таким образом,
рыба, в особенности ее скелет,— третий распространен-
ный пищевой канал поступления стронция в организм
человека.
Стронций вслед за кальцием накапливается в кост-
ной ткани и фиксируется в ней. Наибольшее накопле-
ние возможно в растущем организме. Стронций, осев-
ший (инкорпорированный) в костях, крайне трудно
удаляется из организма.
Радиоактивный цезий-137, подобно калию и в отли-
чие от стронция, равномерно распределяется в тканях
организма; наибольшая его концентрация наблюдается
в мышцах, но внутреннему облучению подвергаются и
костный мозг, и половые железы. Не образуя в орга-
низме зон повышенного накопления, цезий-137 относи-
тельно легко удаляется из него. Период его полувыве-
дения из организма — 65 сут.
80
Особо сдёдует остановиться на роли внутреннего
облучения в возникновении злокачественных новообра-
зований. Очевидно, наибольшую опасность в этом
смысле представляют те изотопы, которые склонны
проникать внутрь организма и более или менее изби-
рательно накапливаться в отдельных органах. Эти-то
органы и являются наиболее вероятной мишенью кан-
церогенного действия радиации. Опыт Хиросимы и На-
гасаки достаточно красноречиво демонстрирует рост
заболеваемости среди переживших ядерный взрыв та-
кими формами злокачественных новообразований, как
лейкозы, рак щитовидной и молочной желез, желудка,
легких.
Апализ сравнительной канцерогенной опасности ра-
диоактивных изотопов, с одной стороны, подтверждает
реальность этого отдаленного последствия внутреннего
облучения организма, с другой — свидетельствует, что
заболевание раком проявляется лишь при длительном
действии больших активностей изотопов. Наиболее со-
временной и полной сводкой данных о канцерогенном
действии радиации является монография 10. И. Моска-
лева и В. Н. Стрельцовой «Лучевой канцерогенез в про-
блеме радиационной защиты» (М., 1982).
Согласно обобщенным данным, доза, удваивающая
частоту лейкозов у человека, составляет 0,5—1 Гр; ми-
нимальная доза, при которой частота лейкозов отчет-
ливо возрастает,— 0,5 Гр. Риск развития опухолей щи-
товидной железы, легких и молочной железы практи-
чески одинаков и равен риску заболевания лейкозом.
Это значит, что генетические структуры клеток разных
органов и тканей, ответственные за злокачественное
перерождение, одинаково радиочувствительны.
Изотопы, накапливающиеся в костях (фосфор, каль-
ций, стронций, цирконий, ниобий, барий, церий, поло-
ний, радий), вызывают при длительном внутреннем
облучении саркомы костей. Йод наряду с опухолями
щитовидной железы приводит также к возникновению
лейкозов. Спектр опухолеродного действия цезия-137,
распределяющегося в организме равномерно, наиболее
широк.
В целом внешнее и внутреннее облучение организ-
ма при всей общности физической природы ионизи-
рующей радиации из разных источников отличаются
достаточно сильно. Поэтому и способы защиты от них,
и пути предупреждения их вредного влияния и лече-
0 7-1ЭЖГ
81
ния возникших лучевых повреждений также сущест-
венно отличны. (О них мы расскажем отдельно.)
Определенное своеобразие присуще лучевому пора-
жению кожи, возникающему при местном и общем не-
равномерном гамма-, бета-, альфа- и нейтронном облу-
чении. Чем излучение менее жестко, тем короче скры-
тый период реакции кожи — покраснения (эритемы).
Затем появляется длительная пигментация кожи. Эри-
тема возникает при дозах облучения 8—10 Гр, сухой
дерматит — 10—16 Гр, влажный — 25 Гр, язвенно-пе-
кротический — более 25 Гр. При тяжелых поражениях
рано развивается отек кожи, а в дальнейшем — пу-
зыри, эрозии и трофические язвы, длительно не зажи-
вающие. В первые сутки после ядерных взрывов радио-
активные осадки вызывали зуд и жжение, затем исче-
завшие. Лучевое поражение проявлялось через две
недели па открытых участках кожи. Местная радиаци-
онная травма кожи, вызванная гамма-нейтронным из-
лучением, выражается в поражении всех слоев кожи и
подлежащих тканей. Бета-излучение воздействует
лишь на кожу, альфа-частицы — лишь на эпидермис.
ДЕЙСТВИЕ БОЛЬШИХ ДОЗ РАДИАЦИИ:
ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ
Ионизирующая радиация в больших дозах вызыва-
ет лучевое поражение млекопитающих и человека, сте-
пень и характер которого обусловлены двумя фактора-
ми: поглощенной дозой радиации (в том числе и ее
распределением во времени) и радиочувствительностью
тканей, органов и систем, непосредственно подвергаю-
щихся лучевому воздействию. В зависимости от соче-
тания этих факторов лучевое поражение может быть
общим (тотальным) или местным (локальным), разви-
ваться тотчас после облучения, вскоре после него либо
в более или менее отдаленные сроки.
При переходе от радиобиологии клеток к радиобио-
логии организма необходимо помнить: ткань, орган,
систему и тем более организм нельзя рассматривать
как простую сумму клеток. В организме клетки связа-
ны между собой, зависят друг от друга и от внутри-
организменной среды (системы, крови, лимфы), нахо-
дятся под контролем систем регулирования жизнедея-
тельности (гомеостаза) — эндокринной и нервной. По-
этому на лучевое поражение организма влияют такие
факторы, как объем тканей, подвергшийся воздейст-
82
вию, характер их кровоспабжетптя, интенсивность об-
менных процессов и т. д.
Выше уже упоминалось, что вступление в митоз
является критическим моментом в жизни облученной
клетки. Поэтому наиболее чувствительны к радиации
органы и ткани с интенсивно делящимися клетками.
К ним в первую очередь относятся оргапы системы
кроветворения (костный мозг, а также селезенка, лим-
фатические узлы) и пищеварительной системы (сли-
зистые оболочки тонкой кишки, желудка), половые
железы.
Поражение этих органов важно само по себе. Но
оно сопровождается и общими нарушениями: в боль-
шей или меньшей степени разлаживается великолеп-
ная согласованность структуры и деятельности всех
частей тела. Скажем, поражение костного мозга влечет
за собой резкое уменьшение количества циркулирую-
щих в крови лейкоцитов, а это, в свою очередь, ослаб-
ляет систему защиты организма от микробов, в том
числе и от нормальных обитателей кожи и слизистых
оболочек. Поражение слизистой оболочки кишечника
ведет к увеличению ее проницаемости, потере белков,
солей, жидкости и к проникновению микробов в кровь,
развитию воспалительных процессов (вплоть до зара-
жения крови). Микробы и их токсины еще более
ослабляют организм, усиливают последствия лучевого
поражения.
Радиация поражает в той или ипой степени все
органы и ткани, но причиной гибели обычно является
поражение какого-то одного из них — критического в
данной ситуации. Критическим называют жизпеппо
важный орган (систему), который первым выходит из
строя в данном диапазоне доз радиации. В диапазоне
доз 3—9 Гр критической является кроветворная систе-
ма. Так называемая костномозговая гибель облученных
животных наблюдается обычно па 7—15-е сут после
лучевого воздействия, когда угнетение кроветворения
достигает максимума и становится несовместимым с
жизнью. Поражение кроветворения — важнейший син-
дром лучевого поражения, выраженный в большей или
мепыпей степени и при песмертельпых, легких формах
острой и хронической лучевой болезни. Снижение ко-
личества тромбоцитов — одна из причин кровоточивос-
ти — и в сочетании со снижением лейкоцитов способ-
ствует развитию инфекционных осложнений.
Если увеличить дозу радиации до 10—100 Гр, то
6* 83
40\НМ/Ч РОЭ
Ретикулоциты
10'. , _
5F .
^102050405060 юлет
| Дни
§io 2030405060 юлет
d дни
^§>
‘э
Изменения основных показателей периферической крови че-
ловека при лучевой болезни средней тяжести (доза общего
облучения 300 бэр) в остром периоде (1—60 сут) и в отдален-
ные сроки (10 лет). Их снижение — следствие поражения крове-
творения, главным образом костномозгового.
животные погибают на 3—5-е сут, то есть тогда, когда
угнетение кроветворения еще не успело развиться.
Причина смерти в этом случае — выход из строя дру-
гого критического органа — кишечника («кишечная
гибель»). Явления поражения кишечника наблюдают-
ся и при меньших дозах радиации, в диапазоне «кост-
номозговой гибели», по в этих условиях кишечный
синдром не определяет исхода лучевой болезни, хотя
и характеризует ее тяжесть. Наконец, при еще больших
дозах радиации — 200—1000 Гр — смерть скачкооб-
разно приближается к моменту облучения (вплоть до
гибели под лучом). Все органы и клетки страдают в
той или иной степени, однако непосредственной причи-
ной гибели служит обычно массовое разрушение кле-
ток центральной нервной системы.
Таким образом, на кривой, изображающей зависи-
мость времени жизни (сроков гибели) животных от
дозы радиации, четко выделяются три участка, соот-
ветствующие диапазонам «костномозговой», «кишеч-
ной» и «нервной» форм гибели. Эта кривая была по-
лучена Б. Раевским еще в 40-х годах XX века в ре-
84
Зависимость времени
гибели мышей от до-
зы однократного об-
щего рентгеновского
облучения (по Б. Ра-
евскому , 1954) в ло-
гарифмических коор-
динатах, Отчетливо
видны три участка
кривой, соответству-
ющие «костномозго-
вой», «кишечной» и
«нервной» гибели жи-
вотных.
1000 10000 100000
з 4 5
Доза, рад
юдней
1день
io часов
шас
юмин
1MUH
Зависимость средней
продолжительности
жизни человека и
обезьян от дозы ра-
диации, Ступенчатый
характер кривой от-
ражает последова-
тельное, связанное
с дозой радиации
включение новых ме-
ханизмов гибели.
зультате массовых экспериментов на крысах. Сходная
кривая характеризует среднюю продолжительность
жизни человека и обезьян.
Что же происходит в критических органах под
влиянием радиации? В костном мозге в норме идет по-
стоянное размножение (самообновление) клеток, выхо-
дящих затем в периферическую кровь. То же, в сущ-
ности, происходит и в слизистой оболочке кишечни-
ка — в углублениях между ворсинками, в так называе-
мых криптах, идет процесс деления клеток, все время
сдвигающихся по направлению к ворсинкам и обра-
зующих клеточную выстилку слизистой оболочки.
85
Под действием радиации в обеих самообновляю-
щихся системах развиваются сходные изменения: вре-
менное прекращение клеточных делений (которое тем
продолжительнее, чем больше доза радиации); гибель
молодых, неспециализированных и делящихся клеток;
время жизни зрелых клеток и продолжительность про-
цесса конечного созревания существенно пе изменяют-
ся, их количество начинает поэтому уменьшаться
позднее, когда естественная убыль перестает воспол-
няться вследствие гибели молодых клеток.
Очень важно, что эти изменения типичны для лу-
чевого воздействия па отдельные клетки и клетки в
культуре. На этом основании можно утверждать, что
лучевое поражение критических органов имеет клеточ-
ную природу и в конечном счете сводится к повреж-
дению и гибели клеток этих органов.
Костный мозг «изготавливает» разные виды зрелых
клеток: эритроциты, несколько видов лейкоцитов, тром-
боциты, имеющие разную продолжительность жизни.
Поэтому катастрофическое повреждение костного мозга
своеобразно отражается в картине периферической
крови. Сначала в ней уменьшаются и исчезают самые
короткоживущие формы — лейкоциты и тромбоциты,
а количество долгоживущих (120 сут) эритроцитов
снижается лишь с третьей недели после облучения. За
этими внешними изменениями — резкое опустошение
костного мозга. Оно развивается в первые же часы
после облучения за счет сочетания двух процессов:
торможения клеточного деления и продолжающегося
с прежней скоростью выхода зрелых клеток в кровь.
Причем в первые сутки после облучения эта картина
одинакова при всех дозах облучения — от 3 до 10 Гр.
Доля погибших клеток, конечно, возрастает с увеличе-
нием дозы, по это выявляется позже, когда клеточная
масса костного мозга начинает восстанавливаться: чем
больше погибших клетощ. тем медленнее и менее пол-
ноценно идет восстановление.
В кишечнике последовательность событий сходная.
Самые молодые, родопачальвые клетки в обеих систе-
мах называют стволовыми. Степень их поражения
определяет возможности восстановления, его скорость
и полноценность. Стволовые клетки кишечника устой-
чивее к действию радиации, их повреждение наблюда-
ется при более высоких дозах, чем в костном мозге
(соответственно 4—15 и 2—9 Гр), но зато процесс
клеточного опустошения в кишечнике происходит быст-^
86
Схематическое изображение картины лучевого поражения ки-
шечника:
а — нормальная структура слизистой оболочки кишечника. Видны вор-
синки и углубления между ними (крипты), где идет нормальный про-
цесс размножения клеток; б — после лучевого поражения: крипты
открыты, размножение клеток прекратилось, кровоснабжение ворсинок
ухудшилось; в — вследствие гибели клеток и задержки митозов в крип-
тах ворсинки обнажены; в криптах происходит возобновление клеточ-
ных делений; 1 — крипты; 2 — ворсинки; 3 — эпителиальный покров
ворспнок; 4 — подслизистый слой; 5 — мышечный слой; в — серозный
слой.
рее, чем в костном мозге, и «кишечная» гибель насту-
пает раньше, чем «костномозговая». Оголение ворсинок
ослабляет защитный барьер кишечного эпителия, что
приводит к проникновению инфекции и потере воды,
солей и белков. Кроме того, поражаются кровеносные
сосуды. (Подробно эти вопросы рассмотрены в инте-
ресной монографии Коноплянпикова А. Г. «Радиобио-
логия стволовых клеток» (М., 1984).
В головном мозгу при «нервной» форме гибели со-
бытия развертываются иначе, потому что зрелые нерв-
ные клетки в норме не делятся. Они гибнут лишь при
огромных дозах радиации, гибнут в интерфазе под
влиянием прямого поражения и разрушения стенок
кровеносных сосудов.
А как обстоит дело с другими органами тела чело-
века? Их клетки страдают примерно в той же мере, что
и клетки критических органов. Например, при дозе
1 Гр в клетках костного мозга и печени наблюдается
одинаковое количество хромосомных аберраций, появ-
ляющихся в 15—20 % клеток. Но в печени клетки
почти не делятся, поэтому и возникшие в них аберрации
не ведут к гибели, длительно сохраняются и частично
устраняются. В таких органах лучевые дефекты прояв-
ляются поздно, вызывают отдаленные последствия.
В целом можно сказать, что общая радиочувстви-
тельность организма зависит от чувствительности к ра-
диации стволовых клеток костного мозга и их способ*
ностн к восстановлению.
87
С учетом этих сведений рассмотрим теперь картину
лучевой болезни человека. Она стала объектом изуче-
ния лишь после применения ядерного оружия в Япо-
нии в 1945 г. В последующие годы глубоко анализиро-
вали случаи облучения при различных авариях. (Все-
сторонняя картина лучевого поражения людей дана в
монографии Гуськовой А. К., Байсоголова Г. И. «Ост-
рая лучевая болезнь человека» (М., 1971).)
Острая лучевая болезнь развивается при однократ-
ном общем относительно равномерном лучевом воздей-
ствии. В ее течении выделяют период формирования и
восстановления и период исходов и последствий.
Первый период, в свою очередь, состоит иэ 4 фаз:
первичной общей реакции; скрытого течения (кажуще-
гося благополучия); выраженных клинических прояв-
лений; непосредственного восстановления.
Развивается острая лучевая болезнь под воздейст-
вием доз от 1 до 10 Гр и более. При меньших дозах
(0,25—0,5 Гр) отмечают лишь реакцию со стороны
отдельных систем организма.
Различают три степени тяжести острой лучевой бо-
лезни: легкую (1—2,5 Гр), среднюю (2,5—4 Гр) и тя-
желую (4—10 Гр). При более высоких дозах развива-
ется крайне тяжелая форма болезни с очень быстрым
развитием и гибелью, в зависимости от дозы — «кишеч-
ной» или «костномозговой».
Первичная общая реакция организма возникает в
первые минуты и часы после общего облучения во
всех случаях после дозы более 2 Гр. Появляются тош-
нота, рвота (с увеличением дозы опи учащаются),
исчезает аппетит. Ощущают тяжесть в голове, боль,
общую слабость, потливость, сонливость. (В первые
годы после открытия и применения в медицине рент-
геновских лучей этот комплекс симптомов получил
образное название «рентгеновское похмелье».) Это ре-
зультат раздражения центральной нервной системы.
При тяжелых поражениях реакция длится до 3—4 сут
и практически сразу переходит в третью фазу (выра-
женных клинических проявлений). В крови увеличи-
вается количество нейтрофильных лейкоцитов со сдви-
гом влево, а количество лимфоцитов падает.
В фазе кажущегося благополучия признаки болез-
ни на какое-то время исчезают, самочувствие норма-
лизуется. Длительность скрытого течения болезни
зависит от дозы радиации и с ее увеличением сокраща-
ется. Это понятно: под покровом кажущегося благопо-
88
лучин идут, постепенно самоускоряясь, цепные свобод-
норадикальные реакции, порожденные взаимодействи-
ем радиации с веществом биологических тканей. Чем
выше доза радиации и больше начальное количество
активных продуктов облучения, тем, естественно, быст-
рее, более бурно идут порожденные ими физико-хими-
ческие и биохимические реакции, тем раньше развер-
тывается картина болезни и тем, следовательно, короче
скрытый период. При дозах 2—6 Гр его длительность
падает с 32 до 14 сут и менее, а при дозах более 10 Гр
скрытый период исчезает. В это время наблюдаются
выпадение волос и изменения в крови: продолжается
снижение лимфоцитов, начинается падение нейтрофи-
лов, а несколько позднее — также тромбоцитов и рети-
кулоцитов (молодых форм эритроцитов). В костном
мозге количество клеток снижено, но уже со 2—3-й не-
дели намечаются начальные признаки восстановления.
Затем самочувствие и состояние больных резко
ухудшаются, возобновляются проявления начальной
фазы болезни, повышается температура, ускоряется
реакция оседания эритроцитов — болезнь вступает в
фазу разгара. Одна из типичных ее характеристик —
синдром кровоточивости, или геморрагический син-
дром.
В основе геморрагического синдрома лежат по-
вреждение стенки сосудов, снижение числа тромбоци-
тов и других факторов свертывания крови, уменьшение
в крови биологически активных веществ, способ-
ствующих свертыванию крови, витаминов С и Р. Раз-
вивается этот синдром обычно па 8—10-е сут болез-
ни, при легком течении позже, иногда он отсутствует.
При крайне тяжелой форме болезни смерть может на-
ступить до сформирования геморрагического синдро-
ма. Возникают точечные и более обширные кровоиз-
лияния в кожу, слизистые оболочки ротовой полости,
дыхательных и пищеварительных путей, во внутренние
органы.
У грызунов кровоизлияния появляются обычно во-
круг глаз и носа, в брыжейке кишечника. У собак и
свинок фиксируется кровоточивость сосудов десен, язы-
ка, носа, кровоизлияния под конъюктиву глаза и во
внутренние органы — легкие, брыжейку, стенку моче-
вого пузыря, желудка, кишечника, в мозг, сердце. При-
месь крови, в тяжелых случаях обильная, наблюдается
в кале, моче, мокроте.
Еще один важный клинический синдром острой
89
лучевой болезни — аутоинфекциоппый, обусловленный
развитием разнообразных воспалительных осложнений.
Уменьшение количества лейкоцитов очень ослабляет
способность организма противостоять инфекции. По-
давляются и другие реакции иммунитета: снижается
выработка антител, лизоцима и других бактерицидных
факторов крови. Увеличивается проницаемость всех
биологических барьеров — между кровью и тканями,
кожей и поверхностью тела, по в особенности — слизи-
стых оболочек дыхательных и пищеварительных путей,
прежде всего кишечника.
Эти барьеры в нормальных условиях защищают
организм от проникновения в него микробов. Многие
представители этого огромного и разнообразного мира,
с которым мы соприкасаемся постоянно, живут па
коже и слизистых оболочках нашего тела, а также в
просвете кишечника и дыхательных путей. Эти микро-
организмы совершенно безвредны, пока остаются по ту
сторону защитных барьеров организма. Они питаются
нашими отходами и отбросами и даже приносят опре-
деленную пользу: разлагая частично клетчатку расти-
тельной пищи, повышают ее усвояемость и синтезиру-
ют некоторые необходимые человеку витамины груп-
пы В.
Однако такое взаимовыгодное сожительство воз-
можно лишь до тех пор, пока система защитных барь-
еров организма (кожа, слизистые оболочки, стенки со-
судов, лимфатические узлы) в порядке. Облучение
вносит серьезный разлад в эту систему. Снижаются
целость и прочность всех барьеров в результате посте-
пенного разрушения полисахаридно-белковых комплек-
сов вещества соединительной ткани. Лимфатические
узлы, в том числе сложный лимфатический аппарат
кишечника, очень радиочувствительны и быстро опу-
стошаются. Ослабевают клеточные и жидкостные фак-
торы иммунитета. В результате «друзья» —• микроорга-
низмы, привычные обитатели нашего тола — начинают
проникать в его глубины, не встречая сопротивления,
устремляются в кровь, а с нею — во внутренние орга-
ны. Обширные кровоизлияния способствуют этому про-
цессу. Микробы, проникшие в кровь, вызывают,лихо-
радку, затем воспалительные осложнения в органах и
даже заражение крови.
Третья фаза лучевой болезни длится 1—3 недели и
при благоприятном течении переходит в фазу восстав
новления.
90
Улучшаются самочувствие, аппетит, сон, температу-
ра снижается, исчезает как понос, так и кровоточи-
вость. Растет масса тела, восстанавливается картина
белой крови. Однако продолжается и даже усиливает-
ся выпадение волос, прогрессирует снижение эритро-
цитов крови. Рост волос возобновляется лишь к началу
4-го месяца болезни. Через 4—6 месяцев восстанавли-
вается способность к воспроизведению себе подобных.
При неравномерном общем облучении картина бо-
лезни может изменяться, но поражение критических
органов сохраняет свое ведущее значение. Попадание
в организм короткоживущих и равномерно распреде-
ляющихся радионуклидов (натрия-24, фосфора-32) вы-
зывает развитие типичной картины острой лучевой бо-
лезни. При накоплении изотопов в отдельных органах
в картине лучевого поражения появляются и соответ-
ствующие симптомы.
Хроническая лучевая болезнь развивается при дли-
тельном облучении организма в относительно малых
дозах. При сравнительно равномерном внешнем облу-
чении либо при внутреннем облучении за счет трития
или цезия-137 изменения системы крови и кроветворе-
ния носят волнообразный характер, причем долгое вре-
мя сохраняется возможность восстановления клеточно-
го состава этих систем. Одновременно появляются на-
рушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной
систем. Хроническая лучевая болезнь развивается при
ежедневном общем облучении 0,1—0,5 бэр в день, по
достижении суммарной дозы 70—100 бэр. После пре-
кращения облучения очень медленно идет процесс вос-
становления.
Второй вариант хронической лучевой болезни на-
блюдается при длительном местном внешнем облуче-
нии или при попадании радиоактивных изотопов с
избирательным накоплением в отдельных органах. Об-
щие изменения при этом выражены слабее, преоблада-
ют местные.
В ответ на воздействие любого повреждающего
агента в организме наряду с собственно болезненными
изменениями возникают и защитные реакции, направ-
ленные на уменьшение возможного ущерба. Имеют
место такие реакции и при облучении, опи реализуют-
ся при участии систем поддержания гомеостаза — нерв-
ной и эндокринной.
Установлено, папример, что при облучении полови-
ны клетки с крысами спустя некоторое время все
91
животные соберутся на необлучаемой половине. Такая
реакция, несомненно, носит защитный характер и раз-
вивается под влиянием повреждающего воздействия
радиации. По-видимому, защитную направленность
имеют: ослабление дыхания и газообмена животных
после облучения (это снижает насыщенность тканей
кислородом), торможение клеточных делений, повы-
шенная секреция гормонов гипофиза, коры и мозгового
вещества надпочечников и т. п. Однако в общей массе
изменений в облученном организме не просто разо-
браться, что является следствием лучевого поражения,
а это, по выражению И. П. Павлова, представляет со-
бой защитную меру против болезни.
Кроме того, в облученном организме многие защит-
ные реакции настолько усиливаются, что как бы пере-
ходят в свою противоположность, углубляя болезнь.
Так, гормоны коры надпочечников, повышающие со-
противляемость организма любым напряжениям и за-
болеваниям (их повышенное выделение является ком-
понентом песпецифического общего синдрома адапта-
ции-стресса), вырабатываются в увеличенных коли-
чествах и под влиянием радиации уже в первые часы
после ее воздействия. Но при больших дозах радиации
эта защитная реакция становится чрезмерной. Избы-
точное количество гормонов угнетает кроветворение,
деятельность иммунной системы, усиливая тем самым
тяжесть болезни и затрудняя выход из нее.
ВЫЗДОРОВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМА
ПОСЛЕ ЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИ
Выздоровление после острой или хронической лучевой
болезни возможно не только в тех случаях, когда орга-
низм получил несмертельную дозу радиации, но и пос-
ле летального облучения, если принимались соответст-
вующие меры профилактики и лечения.
Сущностью процесса восстановления является про-
цесс размножения (пролиферация) клеток, сохранив-
ших жизнеспособность. За счет этого процесса воспол-
няется убыль клеток критических органов и восстанав-
ливается их функциональная активность. 1 Резервом
пролиферации являются и клетки, пораженные обра-
тимо и сумевшие восстановить собственную структуру
и функцию.
Поэтому следует различать два процесса послелуче-
92
вого восстановления: восстановление внутриклеточ-
ное — репарацию и размножение клеток — репопуляцпто.
Темп восстановления оценивается по величине пе-
риода полувосстановления — времени, необходимого
для восстановления, например, костного мозга па
50 %. По данным разных авторов, он составляет для
мыши 2—8 сут, для крысы — 6—9 дней, собаки — 14—
18, осла — от 20 до 28, человека — 25—45 дней.
Чем меньше доза радиации и чем короче задержка
митозов, тем раньше начинается восстановление кле-
точной массы. Регенерация в этом случае начинается
с более высокого исходного уровня и происходит более
полноценно. С увеличением дозы радиации уменьша-
ется количество клеток, имеющееся в начале репопу-
ляции. За счет более длительной задержки митозов
восстановление начинается позднее, а количество па-
тологических митозов, не дающих полноценного потом-
ства, возрастает. Поэтому скорость заполнения крове-
носного русла зрелыми жизнеспособными клетками
обратно пропорциональна дозе радиации, а также глу-
бине и длительности лейкопении.
Нарушения функции кроветворной и других систем
организма являются следствием не только прямых по-
вреждений и гибели клеток этих органов, но и нару-
шения функции систёй регуляции — нервной и эндо-
кринной. При этом снижается способность организма
приспосабливаться к условиям жизни, переносить
экстремальные воздействия, в частности повторные об-
лучения.
В таких устойчивых к действию радиации органах,
как печень, лучевые повреждения длительно сохраня-
ются, ибо пе устраняются за счет гибели поврежден-
ных клеток в митозе. Но если искусственно вызвать
быстрое размножение клеток (при удалении половины
печени в оставшейся развертывается энергичная про-
лиферация), то сразу же выясняется, что после пере-
несенного облучения размножение клеток идет медлен-
но и недостаточно полноценно, причем степень задерж-
ки зависит от дозы. То есть закономерность та ясе, что
в активно обновляющихся органах. Репарация клеток
печени после облучения происходит гораздо медленнее,
чем в костном мозге и кишечнике. Поэтому поврежде-
ния после повторных облучений в печени суммиру-
ются.
В зависимости от тяжести лучевой болезпи период
восстановления занимает от двух педель до месяца и
93
более. Во многих случаях, особенно при тяжелом тече-
нии болезни, полного восстановления не происходит.
Остаточпые явления могут исчезнуть позднее, в тече-
ние 1,5—2 лет, либо сохраняются до конца жизни.
Наиболее частое и стойкое последствие облуче-
ния — общее ослабление организма: утомляемость, сла-
бость, неустойчивость кроветворения, волнообразные
колебания количества лейкоцитов крови, пониженная
сопротивляемость различным вредным факторам, в
частности инфекциям. Способность организма приспо-
сабливаться к меняющимся условиям жизни ослабля-
ется.
При выздоровлении организма после впутреппего
пли внешнего местного (перавпомерпого) облучения
общие явления могут быть менее выражены, но зато
возникают и даже доминируют явления локального по-
ражения — в органах накопления изотопов или в зонах
внешнего облучения. Например, при лучевой терапии
различных заболеваний могут появляться повреждения
кожи в зопе облучепия (дерматиты сухие и влажные,
покраснение, кровоизлияния, нарушения питания). При
облучении живота и таза развиваются воспалительные
процессы в кишечнике (колиты, ректиты), мочевом
пузыре (циститы) и т. п., требующие специального ле-
чения.
Однако далее полное восстановление еще не гаран-
тирует организм от опасности отдаленных последствий
действия ядериых излучений, могущих проявиться че-
рез много лет, а потомство пострадавшего — от наслед-
ственных или врожденных нарушений.
ОТДАЛЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ.
ВЛИЯНИЕ НА ПЛОД И ПОТОМСТВО
Одна пз самых характерных особенностей лучевой бо-
лезни, отличающая ее от других форм патологии, со-
стоит в том, что спустя весьма длительный срок после
лучевого воздействия (у мышей, крыс, морских сви-
нок — через месяцы, у людей — через 10—20 лет и
даже более) в казалось бы полностью «выздоровевшем»
организме возникают болезненные явления. Их и назы-
вают отдаленными последствиями облучепия. К ним
принадлежат: сокращение продолжительности жизни,
возникновение дополнительных случаев лейкозов, зло-
качественных опухолей и катаракт хрусталика (по
сравнению со средним уровнем заболеваемости ими),
94
а также пефросклероза. Кроме того, сюда следует
отнести нарушение равновесия в функции эндокрин-
ных желоз, снижение плодовитости, полную или вре-
менную потерю воспроизводительной способности (сте-
рильность) и, наконец, нарушения эмбрионального раз-
вития.
Сокращение продолжительности жизни — самый .
общий из отдаленных эффектов облучения. Во многих
экспериментальных исследованиях выявлена прямая
пропорциональная зависимость между дозой радиации
и степенью укорочения жизненного цикла. Так, па мы-
шах и крысах показано, что на каждый 1 Гр одно-
кратного общего облучения в несмертельпой дозе про-
должительность жизни сокращается па 2,5—-5 %, а по
уточненным даппым — на 5,4 %. Однако при дозах,
меньших 2 Гр, такие последствия не наблюдаются.
Если радиация действует не одномоментно, а дли-
тельно, на протяжении всей жизни, непрерывно, то
уменьшение длительности жизни удается зарегистри-
ровать, лишь начиная с суммарных недельных доз
10 рад гамма-излучения или 1 рад — нейтронного
(то есть по этому показателю ОБЭ нейтронов равняет-
ся 10).
В то же время есть данные об увеличении продол-
жительности жизни грызунов под влиянием суточных
доз непрерывного облучения порядка 0,8—0,11 рад.
Есть такие материалы и о последствиях однократного
облучения — кишечнополостных, насекомых (дрозофи-
ла) и т. п.
Что касается наблюдений на людях, то опыт Хиро-
симы и Нагасаки показал: укорочение продолжитель-
ности жизни лиц, перенесших атомную бомбардиров-
ку, целиком следует отнести за счет увеличения забо-
леваемости лейкозами и раками. Собственно уменьше-
ния длительности жизни, не связанного с конкретными
формами патологии, выявить не удалось. Эти данные
имеют принципиальное значение для суждения о ре-
альности эффекта лучевого укорочения жизненного
цикла применительно к человеку. Следует, однако, учи-
тывать, что в условиях атомной бомбардировки япон-
ских городов имел место, по крайней мере частичный,
отбор более сильных индивидуумов. Иначе говоря, бо-
лее слабая часть человеческой популяции, за счет ко-
торой могло бы наблюдаться уменьшение сроков на-
ступления естественной смерти, погибала в большей
степени непосредственно под влиянием поражающих
95
факторов ядерного взрыва либо в ранние сроки после
него и в статистику продолжительности жизни не по-
пала. Это соображение оставляет открытым вопрос о
влиянии радиации на продолжительность жизни людей.
Статистика продолжительности жизни рентгено-
логов и радиологов не выявила достоверного уменьше-
ния этого показателя.
Злокачественные новообразования под влиянием об-
лучения могут возникать практически во всех органах.
Наиболее часто наблюдались лейкозы, раки молочной
железы, яичников, а также желудка и легких (возни-
кающие главным образом в результате общего лучевого
воздействия), а также опухоли кожи и костей — ре-
зультат, как правило, местного облучения — внешнего
(кожа) или внутреннего.
Вопрос о пороге канцерогенного эффекта радиации
более подробно рассматривается в разделе, посвящен-
ном действию малых доз. Пока же заметим, что прак-
тически при всех видах опухолей лучевого происхож-
дения порог в действии радиации регистрируется.
При возникновении остеосарком таким порогом в
большинстве случаев является доза внутреннего облу-
чения (за счет стронция и радия) порядка 10 Гр. Одна-
ко при воздействии на животных плутонием-239 эта
пороговая доза существенно ниже — 0,6—0,7 Гр. Сар-
кома нижней челюсти, развившаяся у работниц часо-
вой фабрики в Ньюарке (США), явилась следствием
попадания в рот светящегося состава, содержащего
соль радия, кисточкой вручную наносившегося на ци-
ферблат.
Частота заболевания лейкозами прямо зависит от
дозы радиации, а среди подвергшихся ядерной бомбар-
дировке — от расстояния до гипоцентра взрыва. Итоги
анализа заболеваемости 11287 мужчин, подвергшихся
лучевому лечению по поводу заболевания позвоночни-
ка (анкилозирующего спондилита), показали, что в за-
висимости от дозы радиации частота лейкозов у них
возрастает в 5—10 раз по сравнению с необлученной
популяцией. В диапазоне доз 3—15 Гр каждому грею
соответствует увеличение заболеваемости на 50 случаев
(на 1 млн чел. в год).
Из раковых опухолей в эксперименте самый из-
ученный — рак молочной железы, частота которого рас-
тет также пропорционально дозе радиации. На фоне
предварительного удаления яичника возникновение
опухолей молочной железы значительно снижается,
96
а при успешной пересадке яичника от здоровых доно-
ров — вновь возрастает. Эти данные доказывают, что
в развитии опухолей молочной железы — гормонозави-
симого органа — важную роль наряду с собственно ра-
диацией играет состояние эндокринного равновесия,
которое под влиянием облучения всегда нарушается.
Опухоли яичника у облученных мышей закономерно
возникают при дозах радиации выше порога, состав-
ляющего 35 рад при однократном облучении и
90 рад — при хроническом.
При длительном вдыхании радиоактивной пыли,
а также газообразных радиоактивных веществ (радона,
торона) развивается рак легкого у рабочих, шахтеров
урановых рудников и производств. Именно рак легкого
скрывался под маской так называемой «болезни рудо-
копов», наблюдавшейся на рудниках в Яхимове (Иоа-
химстале) в Чехословакии.
В условиях длительного воздействия мягкого рент-
геновского излучения и потоков электронов спустя мно-
го лет могут развиться опухоли кожи и подкожной
клетчатки. В первые годы медицинского применеппя
рентгеновских лучей, когда еще не было известно их
вредное действие на ткани, у врачей-рентгепологов
нередко развивался рак кожи кистей рук, которыми
врачи под экраном рентгеноаппарата производили те
или иные манипуляции.
Первый достоверный рентгеновский рак кожи был
описан немецким рентгенологом Фрибеиом в 1902 г.,
то есть уже через шесть лет после открытия лучей
Рентгена, у 33-летнего рентгенотехника, который четы-
ре года занимался демонстрацией рентгеновских тру-
бок, для чего подставлял под лучи свои руки. На тыль-
ной стороне правой кисти у него развился рак кожи.
В современных условиях рак кожи иногда наблюда-
ется спустя 18—25 лет после интенсивной лучевой те-
рапии в зоне действия радиации. Особенно велико кан-
церогенное действие нейтронного излучения. В экспе-
рименте выход опухолей достигает 30—45 %.
Катаракта (помутнение хрусталика) — типичное
отдаленное последствие общего облучения организма
или местного облучения области глаза и хрусталика.
Особенно часто катаракты появляются при длительном
нейтронном облучении. В Хиросиме катаракты возни-
кали в 25—30 % случаев у находившихся в момент
взрыва в 4 км от его гипоцентра людей спустя несколь-
ко месяцев —12 лет и более. Возникновение ката-
7 97
ракты — пороговая реакция, причем по мере увеличе-
ния продолжительности облучения пороговая доза воз-
растает. Длительность скрытого периода растет с воз-
растом. Минимальная пороговая доза рептгеповских лу-
чей при однократном воздействии — 2 Гр. Чем дольше
во времени растянута доза радиации, тем ниже часто-
та возникающих катаракт, что свидетельствует о на-
личии выраженного процесса восстановления. ОБЭ ней-
тронного излучения по возникновению катаракт колеб-
лется от 4,5 до 9.
К отдаленным последствиям действия радиации от-
носится также нефросклероз, развивающийся в резуль-
тате повреждения почечной ткани и сосудов почек при
выведении радионуклидов из организма. При этом
разрушенные участки почечной ткани замещаются ли-
шенной функциональной активности соединительной
тканью.
Одним из распространенных последствий лучевого
поражения организма является также стойкое повы-
шение артериального давления, в значительной степе-
ни являющееся следствием нефросклероза.
Отдаленные последствия облучения обычно рас-
сматривают как проявления ускоренного старения,
признаки которого (катаракты, склероз сосудов, посе-
дение, ослабление эластических свойств кожи, облысе-
ние) близки или напоминают изменения, вызванные
облучением. Однако признание этого сходства ничего
не добавляет к нашим знаниям, ибо надежная теория
старения организма пока не создана, а причины старе-
ния далеко не полностью раскрыты.
Скорее всего «радиационное старение» представля-
ет собой прямое следствие повреждения клеток мало-
обновляющихся органов — печени, почек, костной
ткани, в которых возникшие точковые мутации и абер-
рации хромосом накапливаются, обусловливая функцио-
нальную неполноценность органов и всего организма.
В активно обновляющихся органах и системах потом-
ки выживших облученных клеток в большинстве так-
же несут различные наследственные аномалии, умень-
шающие их жизнеспособность и полноценность. Несо-
мненное значение имеют и нарушения нейроэндокрин-
ной регуляции, особенно принимающие хронические
формы. При этом существенно уменьшаются приспосо-
бительные возможности организма. Наконец, укорочение
жизни при облучении может быть следствием суммы
более или менее независимых повреждений различных
98
органов и систем. Таким образом, полной аналогии
между естественным и «радиационным» старением, ви-
димо, пет, хотя процесс накопления соматических му-
таций имеет место в обоих случаях.
Облучение организма беременной женщины оказы-
вает очень сильное и тяжелое влияние на развитие
плода. Большие дозы радиации могут вызвать внутри-
утробную гибель плода, его самопроизвольное рассасы-
вание, выкидыши, преждевременные роды и разнооб-
разные уродства развития, совместимые или несовме-
стимые с жизнью, аномалии внутренних органов и т. п.
Опыт Хиросимы и Нагасаки показал, что радиочувст-
вительность плода тем выше, чем меньше его возраст,
то есть чем ближе к началу беременности момент облу-
чения. Наиболее частыми уродствами у детей беремен-
ных женщин, выживших после бомбардировки, были
микроцефалия, гидроцефалия, аномалии развития серд-
ца (врожденные пороки), а в дальнейшем — задержка
умственного и физического развития. Роды у матерей,
перенесших облучение во время беременности, проте-
кают тяжело из-за слабости родовой деятельности и
многочисленных осложнений. Дети, облученные вну-
триутробно, подвергаются повышенной опасности забо-
левания лейкозом, более тяжело переносят детские
инфекционные заболевания, что свидетельствует об
известной слабости иммунной системы.
Пороговой для возникновения микроцефалии явля-
ется доза 0,5—2 Гр. Облучение эмбриона па ранних
стадиях его развития обычно заканчивается внутри-
утробной гибелью плода. Воздействие в средней трети
беременности чаще приводит к уродствам, а в послед-
ней трети — к лучевой болезни новорожденного. Облу-
чение самки мыши или крысы перед зачатием в заве-
домо повреждающих дозах — до 400 рад — обычно не
вызывает никаких нарушений плода. В то же время
облучение плода на 7—8-й день беременности (то есть
в первой трети) в дозах 10—25 рад может вызвать за-
метные аномалии, тогда как организм матери на них
практически не реагирует.
У человеческого эмбриона наиболее грубые по-
вреждения возникают в первые 40 сут после зачатия.
С увеличением длительности беременности эффектив-
ность действия радиации закономерно снижается.
Абсолютно ясно: необходимо всячески оберегать бе-
ременную женщину от воздействия радиации. Поэтому
действует инструкция о том, что рентгенологические
09
исследования беременных женщин должны проводить*
ся исключительно по жизненным показаниям. Это в
интересах здоровья матери и ребенка.
Таким образом, радиация оказывает более или ме-
нее выраженное влияние на здоровье и жизнь облучен-
ного организма, на плод в организме беременной жен-
щины.
Радиация вызывает одни и те же' виды поврежде-
ния генетического аппарата (доминантные и рецессив-
ные генные мутации, хромосомные аберрации) как в
клетках тела (соматические мутации), та и в зароды-
шевых клетках (генеративные мутации). Если в по-
следних возникают доминантные мутации (к числу
которых относятся и многие хромосомные аберрации),
то следствием этого явится сокращение рождаемости и
зачатия в первом поколении (за счет гибели части
эмбрионов). Рецессивные мутации, то есть поврежде-
ния отдельных генов, на первом поколении не сказы-
ваются. Но в последующих, по крайней мере пяти-
шести, поколениях эти повреждения могут выявляться
в гомозиготном состоянии (то есть при передаче му-
тантного гена потомку от обоих родителей). Вероят-
ность появления рецессивных генных мутаций возрас-
тает с увеличением количества облученпых особей в
популяции.
Мерой генетического действия радиации является
доза, удваивающая частоту мутаций. Охарактеризовать
эту дозу — нелегкая задача. Поэтому ее значение опре-
делено весьма приблизительно — от 0,1 до 1 Гр. Одна
из главных трудностей состоит в необходимости вычле-
нить эффект радиации из суммы влияний, слагающих
естественный мутационный процесс и включающих дру-
гие мутагены: пестициды, курение, отравления газами
и ядовитыми веществами, вирусы, ультрафиолетовую
радиацию и т. п. Ориентировочная удваивающая доза
для лейкозов — 0,5 Гр, для других мутаций у челове-
ка — 1 Гр.
У особей вида Homo sapiens, самого высокооргани-
зованного на нашей планете, практически все возни-
кающие мутации более или менее вредны. Если учесть
еще, что в человеческом обществе естественный отбор,
то есть устранение менее приспособленных, в большой
мере утерял свою силу, то возникающие мутации про-
являют тенденцию к накоплению (за исключением
наиболее грубых, несовместимых с жизнью или с воз-
можностью иметь потомство). От 5 до 10,5 % новорож-
100
денных детей — носители тех или иных наследствен-
ных дефектов. И всякое увеличение скорости процесса
мутирования вредно и нежелательно.
Генетические изменения, вызванные облучением в
половых клетках млекопитающих, могут быть настоль-
ко серьезны, что плод, вырастающий из облученной
клетки, оказывается нежизнеспособным и гибнет. Это
так называемые летальные мутации. В других случаях
нарушения совместимы с жизнью, но проявляются в
виде уродств, тяжелых наследственных болезней, сла-
боумия. С увеличением дозы радиации эта опасность
возрастает. Она особенно реальна для лиц, перенесших
лучевую болезнь средней тяжести и тяжелую. Это по-
буждает врачей в некоторых случаях рекомендовать
таким больным детей не иметь, а беременность пре-
рывать.
При меньших дозах опасность резко уменьшается.
Если один из будущих родителей облучен до зачатия,
то поврежденные радиацией половые клетки в силу
своей пониженной жизнеспособности имеют немного
шансов на оплодотворение. Но если оно и произойдет,
то мутация может в первом поколении потомков и не
проявиться — если от второго родителя ребенок полу-
чит соответствующий здоровый ген. Такая скрытая,
или рецессивная, мутация может много поколений пе-
редаваться без видимых проявлений. И лишь в том
случае, если ребенок получит ее по наследству от обо-
их родителей, мутация проявится в форме видимого
дефекта. Этот процесс может происходить на протяже-
нии нескольких поколений, а количество возш;:;ших
генетических изменений оказывается тем больше, чем
выше доза радиации и количество людей, подвергших-
ся облучению.
Вот почему борьба за прекращение испытаний
ядерного оружия, за его полное уничтожение и ликви-
дацию опасности радиоактивного загрязнения биосфе-
ры — это не только вопрос государственной политики.
Это вопрос здоровья человека, практически — вопрос
существования жизни на Земле. От его решения зави-
сит, продолжится ли история цивилизации или обо-
рвется в пламени ядерного пожара, в дыме ядерной
ночи, в спсгах ядерной зимы.
ДЕЙСТВИЕ МАЛЫХ ДОЗ РАДИАЦИИ
Какие дозы радиации считать малыми? Ведь радио-
чувствительность различных живых существ чрезвы-
чайно широко колеблется. То, что можно считать ма-
лой дозой для растений, для животных, в особенности
млекопитающих, и человека может оказаться смертель-
ной дозой.
Чтобы понятие «малые дозы радиации» приобрело
желаемую четкость, сначала остановимся на количест-
венных критериях лучевого воздействия в больших до-
зах, позволяющих сравнивать радиочувствительность
разных организмов.
Первый из них — так называемая доза половинной
выживаемости, или полулегальная доза, действие кото-
рой вызывает гибель половины облученных организмов
данного вида (растений, животных, микроорганизмов)
в течение определенного срока (для млекопитающих —
30 сут). Обозначается доза так: ЛД50/30.
Второй показатель — минимальная абсолютно ле-
тальная доза радиации. Это наименьшее количество
радиации, вызывающее гибель всех облученных живот-
ных в течение 30 сут,— ЛДюо/зо. Разумеется, дозы, пре-
вышающие ЛДюо/зо, также вызывают гибель всех
облученных, но за более короткий срок.
Если необходимо сопоставить дозы радиации, вызы-
вающие «кишечную» гибель у животных разных ви-
дов, пользуются дозой ЛДюо/5, ибо поражение кишеч-
ника приводит подопытных животных к гибели в пер-
вые 3—5 сут.
Пользуясь этими показателями, ученые с предель-
ной точностью установили, что по радиочувствитель-
ности человек занимает среднее место среди млекопи-
тающих. Ниже приведены значения ЛДюо/зо рентгенов-
ских и гамма-лучей (Гр):
Мышь — 7,0—9,0 Кошка — 5,5—6,0
Крыса — 6,5—9,0 Собака — 3,5—6,0
Обезьяна
Человек
4,0
Морская
свинка
4,5-6,0
4,5-6,0
Кролик — 12,0
Высокоустойчивы к действию ионизирующей радиа-
ции среди млекопитающих некоторые степные грызуны
(песчанки), многие насекомые (скорпионы). Растения,
как правило, более устойчивы к действию радиации
(ЛД50 для них измеряется сотнями и тысячами грей).
В особенности это относится к воздушно-сухим соме-
102
нам растений, а также к спорам микроорганизмов, не-
которым водорослям, грибам, переносящим без замет-
ного вреда дозы радиации до 10 000 Гр и более.
С учетом сказанного определим диапазон доз ра-
диации, которые можно считать малыми. Это дозы,
превышающие в 5—10 раз естественный радиоактив-
ный фон, с одной стороны, и примерно в 100 раз мень-
шие, чем ЛДбо/зо,— с другой. Таким образом, примени-
тельно к человеку малые дозы — это 4—5 рад (0,04—
0,05 Гр) при однократном облучении.
Многочисленные исследования советских и зару-
бежных радиобиологов показали: малые дозы радиации
не только не оказывают угнетающего и тем более раз-
рушительного действия на живые системы, но в
очень многих случаях даже стимулируют их жизнедея-
тельность. Эти материалы суммированы в монографии
А. М. Кузина «Стимулирующее действие ионизирую-
щего излучения на биологические процессы» (М.,
1977). Так, в ней приведены данные Г. С. Календо, со-
гласно которым облучение в дозе 5—10 рад ускоряет
переход клеток из фазы G\ в 5-фазу клеточного цикла,
стимулирует их размножение (см. табл. 18). Интен-
сивность синтеза ДНК в клетках, облученных в дозах
5—10 рад, возрастает на 38—39 %. Но уже при 30 рад
эффект становится недостоверным, а с дальнейшим
увеличением дозы начинается угнетение митозов в
клетках.
Таблица 18. Количество клеток Hela в S-стадии
в зависимости от дозы облучения (по включению 3Н-тимидпна
в ядро)
Доза облуче- ния, рад Количество клеток Доза облу- чения, рад Количество клеток
меченых но отно- шению к контро- лю. % меченых по отно- шению к контро- лю, %
0 (контроль) 22,8±1,4 100 20 28,8±0,6 126
5 31,9±0,8 139 30 26,3±1,2 115
10 31,7±0,7 138
Эти же дозы радиации оказывают стимулирующее
действие и на организм животных. Облучение куриных
яиц в дозах 0,14—2,9 рад в инкубаторах увеличивало
выводимость цыплят па 3—6 %. Средн вылупившихся
цыплят отход в облученных партиях был па 2,1 % мень-
ше, чем в контрольных. Яйценоскость кур, выращеп-
103
ных из облученных яиц, возросла на 7—15 %. По
предположению исследователей, облучение в малых до-
зах оказывало стимулирующий эффект на формирую-
щийся гипофиз, что и привело к существенному повы-
шению яйценоскости кур.
Воздействие радиации в дозах 5—25 рад увеличива-
ет устойчивость животных к заражению вирусами и
бактериями, к действию бактериальных токсинов, повы-
шает в крови уровень защитных факторов: лейкоцитов,
их фагоцитарной активности, лизоцима и т. п. Таким
образом, наблюдаются стимуляция механизмов имму-
нитета, повышение сопротивляемости организма разно-
образным вредным влияниям.
Влияние малых доз радиации на продолжительность
жизни животных менее однозначно. С одной стороны,
есть данные о ее увеличении под влиянием дозы
0,11 рад у мышей и морских свинок. Облучение крыс
на протяжении всей их жизни по 0,8 рад в день уве-
личило продолжительность их жизни на 31 %. При
увеличении дозы до 2,5—4 рад/сут продолжительность
жизни возрастала с 445 до 650 и 590 сут, то есть на
45—31 %. С другой стороны, при стимуляции жизне-
деятельности возможно ускорение прохождения жиз-
ненного цикла — некоторое укорочение сроков жизни.
Таким образом, несмотря на высокую радиочувстви-
тельность млекопитающих, их легкую ранимость ра-
диацией, существует такая область малых доз, несколь-
ко превышающих естественный фон, которая стимули-
рующе воздействует па их организм: ускоряет раз-
витие, повышает устойчивость к неблагоприятным
условиям, увеличивает численность потомства и т. п.
Диапазон стимулирующих доз радиации в расти-
тельном мире значительно шире. Предпосевное облуче-
ние семян сельскохозяйственных культур в дозах по-
рядка единиц и десятков грей (5—50 Гр) ускоряет
прорастание семян на 1—2 недели (и за счет этого
ускоряет созревание культур, укорачивает вегетацион-
ный период, что в ряде случаев очень важно), увели-
чивает урожайность культур на 10—20 % и более.
Правда, не у всех растений наблюдается подобное яв-
ление. Но оно достаточно распространено в раститель-
ном мире.
Сходный эффект, по при использовании существен-
но меньших доз, зафиксирован и при облучении веге-
тирующих растений: увеличивается количество допол-
нительных побегов за счет пробуждения почек, при
104
облучении черенков усиливается образование корней,
увеличивается масса надземной части растения и пло-
дов и т. п.
Большое количество подобных наблюдений убежда-
ет: мы имеем дело не с исключениями из правила, а с
общей закономерностью, распространяющейся на весь
органический мир.
Как же понять существование и механизм стимули-
рующего действия радиации, если даже одна-едипст-
венная ионизирующая частица уже может вызвать
серьезные отрицательные последствия вплоть до гибе-
ли клетки? Можно представить стимуляцию жизнедея-
тельности организма продуктами распада отдельных
гибнущих клеток. Либо ускорение прорастания облу-
ченных семян — нарушением проницаемости мембран,
более быстрым набуханием и более интенсивным тече-
нием биохимических процессов.
По мнению А. М. Кузина и других радиобиологов,
радиация стимулирует далеко не все жизненные про-
цессы, а только те, которые поддаются регулированию,
изменяются ступенчато в процессе жизнедеятельности.
Это скорость деления клеток, синтез ДНК, РНК и бел-
ков, интенсивность дыхания и т. п. Очевидно, радиация
воздействует на внутриклеточные механизмы управле-
ния этими процессами и в малых дозах их стимулиру-
ет. В качестве таких стимуляторов могут выступать
ничтожно малые дозы радиотоксинов — биологически
активных веществ, образующихся под влиянием радиа-
ции в результате окисления фенолов (хиноидных ра-
диотоксинов), и ненасыщенных жирных кислот (ли-
пидных радиотоксинов).
В то же время другая группа жизненных процессов
протекает в клетках при облучении по закону «все или
ничего». Например, возникновение мутаций, хромосом-
ных поломок, гибель клетки и т. п. Эти процессы воз-
никают либо не возникают при облучении. С увеличе-
нием его дозы увеличивается не сам процесс, а коли-
чество клеток, в которых он развивается. Все эти
процессы вызваны прямым или косвенным лучевым
повреждением клеточных структур, прежде всего их
генетического аппарата. Радиационная стимуляция ра-
боты этого аппарата никогда не наблюдалась.
Понимание столь важного различия между физио-
логическими (поддающимися радиационной стимуля-
ции) и генетическими (пестимулируемыми) процесса-
ми очень важно, так как позволяет точно ограничить
105
область применения радиационной стимуляции и оце-
нить ее.
С другой стороны, отсутствие стимуляции генети-
ческих механизмов клетки можно рассматривать как
следствие того, что сколь угодно малые дозы радиации
уже могут, хотя и с очень малой вероятностью, вызы-
вать повреждения наследственного механизма. Не сле-
дует ли из этого, что для повреждения ДНК, хромосом
нет порога, нет такой дозы радиации, ниже которой
повреждение не проявлялось бы? Если бы это было
так, то каждая ионизирующая частица представляла бы
определенную, пусть минимальную, опасность. Тогда
пришлось бы признать, что живые организмы безза-
щитны перед лучевой угрозой, что естественный радиа-
ционный фон и тем более любые прибавки к нему уве-
личивают количество уродств, наследственных заболе-
ваний, злокачественных опухолей и т. п.
Некоторые факты, которыми располагает современ-
ная наука, как будто подтверждают эту точку зрения.
Так, зависимость заболеваемости лейкозами жителей
Хиросимы от дозы гамма-нейтронной радиации пред-
ставляет собой почти строго прямую линию и может
быть продолжена в области малых доз до нуля, то есть
создается впечатление беспороговости действия радиа-
ции. Однако реальное повышение заболеваемости лей-
козами наблюдалось там после доз 1,0—4,0 Гр и про-
слеживалось в соответствии с линейной зависимостью
лишь до дозы 0,25 Гр. В Нагасаки, где имело место
лишь гамма-облучепие, после доз 0,25 и 0,5 Гр не вы-
явлено учащения заболеваний лейкозами.
Наблюдения за состоянием здоровья больных тирео-
токсикозом, лечившихся радиоактивным йодом с доз-
ной нагрузкой на костный мозг порядка 0,15 Гр, также
пе показали учащения лейкозов. Опухоли костей после
внешнего облучения или инкорпорирования радия, ра-
дона возникают лишь под влиянием доз 7—10 Гр.
По данным чехословацких ученых, у рабочих ура-
новых рудников за счет воздействия альфа-излучения
радона на эпителий бронхов могут развиваться опухо-
ли легкого. Однако при дозах 1,2—1,4 Гр заболевае-
мость раком легкого не возрастала, это наблюдалось
лишь после дозы 3,6 Гр.
Итак, некоторое увеличение частоты злокачествен-
ных опухолей наблюдается после доз 0,5—1 Гр. Мень-
шие дозы — 0,25 Гр и ниже — реального учащения ра*
ка не вызывают.
106
То же можно сказать и относительно других про-
явлений угнетающего, разрушительного действия ра-
диации. Угнетение иммунной системы (снижение чис-
ла лимфоцитов, фагоцитарной активности нейтрофи-
лов, выработки антител, увеличение инфекционной
заболеваемости) наблюдается, начиная с дозы 1 Гр.
Меньшие дозы — 0,1—0,25 и 0,5 Гр — стимулируют
выработку антител.
Продолжительность жизни облученных животных
в диапазоне доз 1,0—3,0 Гр сокращается — у мышей
на 5,3—19 % соответственно. Зато при снижении дозы
до 0,5—0,25 Гр у мышей отмечено увеличение продол-
жительности жизни на 3 %, а при хроническом облу-
чении 0,01 Гр/сут в течение года — увеличение па 5 %.
Как отмечалось, статистика заболеваемости и смерт-
ности рентгенологов и радиологов не показала досто-
верного снижения продолжительности жизни. С другой
стороны, повышение количества долгожителей в гор-
ных районах Абхазии и Дагестана можно связать с
увеличением в этих районах естественного фона за
счет роста интенсивности космической радиации.
Наиболее чувствительный показатель опасности ра-
диации у людей — рост детской смертности. В семи
округах США, расположенных вокруг действующих
атомных реакторов, не выявлено увеличения детской
смертности. Между тем это единственный для челове-
ческого общества показатель действия малых доз ра-
диации, который можно было бы рассматривать как
подтверждение беспороговой концепции действия ра-
диации. Однако ни в одном из многочисленных иссле-
дований наличие такой линейной зависимости в облас-
ти малых доз (менее 0,25—0,1 Гр) не обнаружено.
То же относится и к генетическим последствиям —
возникновению точковых рецессивных и доминантных
мутаций, хромосомных аберраций. Исследования на
животных, главным образом мышах, показали, что
частоту мутаций у них удваивает доза радиации от 0,1
до 1 Гр, главным образом — 0,7—1,0 Гр. В отношении
доз, меньших 0,1 Гр, достоверных данных нет.
В то же время стимулирующее действие малых доз
радиаций для человека доказано многими исследова-
ниями. Так, несомненен положительный эффект радо-
новых ванн — повышение жизненного топуса, улучше-
ние самочувствия, ослабление и исчезновение болез-
ненных явлений, зафиксированные в сотнях тысяч
историй болезни. В этих случаях люди получают
107
дополнительное облучение в пределах дозы естествен-
ного фона, а при питье радоновых вод — до пяти го-
дичных норм фона.
Таким образом, факты о действии малых доз ра-
диации, накопленные современной радиобиологией, по-
зволяют утверждать: концепция беспороговости дейст-
вия реально не подтвердилась ни по одному из воз-
можных показателей — как в эксперименте, так и в
наблюдениях за людьми. И хотя имеющихся данных
недостаточно, чтобы окончательно отвергнуть эту кон-
цепцию, вся сумма имеющихся фактов единодушно
подтверждает: существует реальный биологический по-
рог действия ионизирующей радиации на уровне доз
0,1—0,25—0,3 Гр.
Как же совместить эти многочисленные и вполне
надежные биологические и медицинские факты и на-
блюдения с данными об ионизирующем действии
отдельных частиц, о физической возможности необра-
тимого повреждения ДНК в итоге прохождения одной
ионизирующей частицы?
Ответ на этот, один из коренных вопросов радио-
биологии кроется в наличии эволюционно выработан-
ных механизмов устранения повреждений структуры
ДНК, возникающих под влиянием мутагенных факто-
ров, к числу которых принадлежит и радиация. Набор
параллельно действующих внутриклеточных систем ре-
парации, взаимно повышающих надежность функцио-
нирования наследственного механизма, обеспечивает
полное устранение возникающих повреждений вплоть
до некоего порога, выше, которого интенсивность
повреждающего (в данном случае — радиационного)
агента превышает резервную мощность защитных си-
стем. Очевидно, это и есть тот реальный порог (па
уровне 0,25—0,5 Гр), который наблюдался во множест-
ве исследований.
Существенно, что появление клеток с неустранен-
ными повреждениями генетического механизма, как
правило, еще не фатально для организма в целом.
Даже при массовой гибели клеток радиочувствитель-
ных органов, как показано выше, возможно и реально
происходит со временем восполнение этого дефекта за
счет усиленного размножения материнских, стволовых
клеток. Лишь гибель большинства из них и выход из
строя критически необходимого органа ставит вопрос
о выживании организма — но происходит это при весь-
ма высоких дозах радиации.
108
Более серьезную опасность для организма представ-
ляют единичные поврежденные клетки, сохранившие
жизнеспособность и способность размножаться, но при-
обретшие стойкие новые признаки. Из числа таких
трансформированных клеток путем отбора (так назы-
ваемой селекции клеточных клонов) сохраняются и
могут даже преимущественно размножаться такие
клетки, которые способны стать зачатком злокачест-
венной опухоли. Однако наличие в организмах млеко-
питающих и человека системы иммунного надзора, опе-
ративно устраняющей клетки-носители чужеродной
информации, предотвращает в большинстве случаев и
эту опасность.
Поэтому воздействие радиации может привести к
возникновению опухоли при условии сочетания двух
явлений: невосстановленного повреждения ДНК и по-
давления функции иммунной системы. И если для воз-
никновения трансформированной клетки, возможно,
достаточно минимальной дозы радиации (скажем,
0,1 Гр), то иммунодепрессия возникает после сущест-
венно более высоких доз радиации, не ниже 1 Гр.
Представление о функции внутриклеточных репара-
тивных систем и системы иммунного надзора на уров-
не организма дает реальную почву для понимания и
примирения противоречащих друг другу концепций.
Оно позволяет, оставаясь целиком на фундаменте фак-
тов, утверждать, что область малых доз радиации —
от естественного фона и до биологического порога па
уровне 0,25—0,5 Гр — обладает спецификой биологи-
ческого действия и, в частности, не влияет угнетающе
ни на один из многочисленных показателей жизнедея-
тельности клетки и организма, а по некоторым физио-
логическим показателям стимулирующе воздействует
на жизнедеятельность.
ГРАНИЦЫ ЛУЧЕВОЙ УГРОЗЫ
К решению вопроса о допустимых дозах радиации уче-
ные подошли, используя весь обширный объем знаний
физической природы ионизирующей радиации, физиче-
ских и химических свойств радиоактивных изотопов, дан-
ные радиобиологических исследований на моделях, мик-
роорганизмах, растениях и животных, наконец, наблюде-
ния на людях, пострадавших при контакте с радиацией.
Необходимость в выработке надежных норм без-
опасности возникла в связи со все более широким
109
применением источников излучении в промышленности,
энергетике, транспорте, сельском хозяйстве, биологии
и медицине. Сотни тысяч людей постоянно работают п
сфере действия ионизирующей радиации. Защита и
охрана их здоровья столь же значимы, как предотвра-
щение ядерных катастроф, а в будущем важность этой
задачи будет возрастать по мере расширения области
применения внутриядерной энергии. Чтобы решить эту
задачу, необходимо научно обоснованное нормирование
действия радиации, как и любого другого вредного
агента.
Как уже говорилось, сведения о вредном действии
рентгеновских лучей на организм человека проявились
уже в первые годы после их открытия. Свыше 200 вра-
чей-рентгенологов, рентгенотехников и других специа-
листов пали жертвами лучевой опасности. Возникла
настоятельная потребность в ее ограничении и, следо-
вательно, в определении безопасных уровней радиации.
С тех пор радиационная гигиена прошла длинный
путь. Накопление все более точных научных данных в
эксперименте и клинике, совершенствование методов
исследования вредного действия радиации, увеличение
длительности наблюдений, изучение отдаленных и ге-
нетических последствий лучевой угрозы привели к
многократному пересмотру норм радиационной без-
опасности, и всегда — в направлении их снижения.
Действующие в СССР нормы радиационной безопас-
ности (НРБ) опираются на разработки и рекоменда-
ции Международной комиссии по радиационной за-
щите (МКРЗ), действующей под эгидой Всемирной
организации здравоохранения (ВОЗ). НРБ имеют обя-
зательную силу для всех предприятий, учреждений п
отдельных граждан нашей страны. Они являются
законодательной основой в области радиационной за-
щиты также в странах СЭВ. В капиталистических стра-
нах разработанные МКРЗ нормы имеют лишь рекомен-
дательное значение.
В своих рекомендациях МКРЗ (§ 29, 30) исходит
из того, что «всякое отклонение от окружающих усло-
вий, в которых развивался человек, может вызывать
вредные последствия. Поэтому предполагается, что
продолжительное облучение, помимо естественного,
может быть связано с некоторым риском. Отсюда воз-
никает практическая задача ограничения дозы до та-
кого уровня, который включает риск, приемлемый для
человека и населения в целом. Этот уровень называют
110
допустимой дозой... Для человека это будет такая доза,
которая, будучи накоплена за длительный период вре-
мени или получена при однократном облучении, в све-
те современных знаний несет очень малую вероятность
последствий, незначительных как с точки зрения облу-
ченного лица, так и компетентных медицинских ор-
ганов».
Принятые в нашей стране НРБ следующим обра-
зом формулируют определение предельно допустимой
дозы (ПДД): ПДД — годовой уровень облучения пер-
сонала, не вызывающий при равномерном накоплении
дозы в течение 50 лет обнаруживаемых современными
методами неблагоприятных изменений в состоянии здо-
ровья самого облучаемого и его потомства. Этот основ-
ной норматив для условий профессионального облуче-
ния (категория А) составляет до 5 рад (бэр) в год.
Бэр — единица поглощенной дозы радиации, учиты-
вающая качественные особенности разных видов излу-
чения, прежде всего их ОБЭ. Поэтому ПДД для ней-
тронного облучения, имеющего значение ОБЭ 10, рав-
няется 0,5 рад, или 5 бэр.
Исходя из этой предельно допустимой лучевой на-
грузки рассчитаны нормативы предельно допустимого
количества отдельных радиоактивных изотопов во всем
организме и в критических органах, лучевые нагрузки
на органы. Люди, работающие постоянно в сфере дей-
ствия ионизирующей радиации (рентгенологи, радио-
логи, дефектоскописты, каротажники, работники атом-
ных предприятий, электростанций и т. п.), проходят
обязательное ежегодное медико-лабораторное обследо-
вание с целью выявления минимальных отклонений в
состоянии их здоровья. Многолетний опыт таких обсле-
дований показывает, что даже 20—30-летний непрерыв-
ный стаж работы в сфере действия радиации при со-
блюдении упомянутого норматива не сопряжен даже
с минимальным риском для здоровья. Более того, рет-
роспективный статистический анализ, выполненный
МКРЗ, свидетельствует: и для лиц, работавших с
излучениями в прошлом, когда нормы безопасности
были значительно выше нынешних, опасность сомати-
ческих последствий была пе больше, чем для большин-
ства других профессий.
Таким образом, норматив 5 бэр/г. следует рассмат-
ривать как надежно обоснованный и вполне приемле-
мый, обеспечивающий безопасность от соматических и
генетических последствий действия радиации.
111
Производные от этого основного норматива дозы
предусмотрены и для других возможных ситуаций.
В аварийных ситуациях здоровые взрослые люди
могут без заметного вреда подвергнуться однократному
(или в течение педели) лучевому воздействию в дозе,
в 10 раз большей, то есть до 50 бэр.
Для лиц, профессионально не связанных с исполь-
зованием ионизирующей радиации или радиоактивных
изотопов, но живущих территориально близко к их
источникам (категория Б), норматив в 10 раз ниже
основного, то есть до 0,5 бэр/г.
Наконец, для всего населения (категория CJ допус-
тимой является еще в 10 раз более низкая доза —
0,05 бэр/г., лежащая, в сущности, в пределах природ-
ного радиоактивного фона.
При расчете ПДД внутреннего и внешнего облуче-
ний регламентируется также лучевая нагрузка на
отдельные критические органы. В соответствии с этим
по степени радиационной чувствительности выделены
четыре группы критических органов и установлены
для них соответствующие нормативы (табл. 19).
Таблица 19. Предельно допустимые дозы облучения
критических органов персонала и отдельных лиц из населения
Группа критиче- ских органов ПДД персонала, бэр Предел дозы для отдельных лиц из на- селения, бэр/г.
за квартал за год
I 3 5 0,5
II 8 15 1,5
III 15 30 3
IV 40 75 7,5
I группа: все тело, гонады, кроветворные органы;
II группа: хрусталик глаза, мышцы, жировая
ткань, печень, селезенка, почки, желудочно-кишечный
тракт, легкие и другие органы, не относящиеся к I,
III и IV группам;
III группа: щитовидная железа, кости и кожа;
IV группа: кисти, предплечья и ступпи.
Генетически значимая доза внешнего и внутренне-
го облучений для населения в целом от всех источни-
ков радиации не должна превышать 5 бэр за 30 лет (не
считая естественный радиоактивный фон и облучение
за счет медицинских процедур).
112
ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
И РАДИАЦИЯ
Осуществление цепной реакции распада ядер урана-
235, открытие путей использования атомной энергии —
величайшее достижение человеческой мысли. Однако
прежде всего оно, к огромному сожалению, было реа-
лизовано в виде ядерного оружия. И еще до того, как
построили первую атомную электростанцию, человече-
ство уплатило чудовищную дань — сотни тысяч чело-
веческих жизней — кровавому Молоху XX века.
Взрывы американских атомных бомб над двумя
японскими городами 6 и 9 августа 1945 г. грохотом
космического катаклизма отметили вступление челове-
чества в атомную эру. С предельной ясностью обнажи-
лась истина: величайшие открытия пауки, сулящие
светлое будущее человечеству, в обществе социального
угнетения, в руках безответственных политиканов и
рвущихся к мировому господству милитаристов могут
становиться чудовищным оружием массового уничто-
жения людей. Только объединенные усилия людей доб-
рой воли во всем мире, опирающиеся на мощь реаль-
ного социализма, способны остановить человечество па
гибельном пути к термоядерному костру.
Сохранить цивилизацию, добиться истинно челове-
ческих условий жизни для всех, обеспечить прогресс
человечества можно, поставив достижения науки па
службу гуманизму. Для этого необходимо новое мыш-
ление. Первыми это поняли ученые, те самые люди, ко-
торые стояли у колыбели расщепленного атома. По
инициативе А. Эйнштейна, горячо поддержанной
английским философом Б. Расселом и французским
физиком Ф. Жолио-Кюри, был опубликован манифест,
предупреждавший человечество об опасности ядерного
оружия: «В трагической ситуации, нависшей над чело-
вечеством, мы чувствуем, что ученые должны встре-
титься, чтобы оцепить ту опасность, которая возникла
в результате создания оружия массового разрушения...
8 7—1937
113
Мы говорим об этом пе как представители той или
иной нации, континента, вероучения, а как люди, пред-
ставители человечества... Мы хотим научиться думать
по-новому. Мы хотим спросить себя, не какие шаги
нужно предпринять, чтобы обеспечить военную победу
одной стороны над другой, а какие шаги необходимы,
чтобы предупредить войну, несущую гибель обеим сто-
ронам?»
И сегодня среди нас живут люди, которым выпал
жестокий жребий стать жертвами атомного взрыва
(по-японски они и их потомки называются «хибаку-
ся»). Но в пашем мире живут и те, кто приказал и вы-
полнил приказ об атомной бомбардировке городов, кто
и сегодня разрабатывает и производит все более кош-
марные средства истребления человечества — нейтрон-
ные бомбы и бинарные химические снаряды, боевые
орбитальные станции и лазерные пушки, кто и сегодня
мыслит категориями пещерного века, кто переносит
законы джунглей в эпоху спутников и ракет, всячески
противясь международным соглашениям о сокращении
и ликвидации оружия массового уничтожения.
Пепел жертв атомного пожарища стучит в наши
сердца. Изуродованные до неузнаваемости лица ни в
чем не повинных людей, документальные свидетельства
трагической гибели Хиросимы и Нагасаки зовут чело-
вечество к борьбе против ядерной угрозы.
Советские люди гордятся тем, что правительство
нашей страны все десятилетия со времени создания
ядерного оружия последовательно и активно добивается
запрета испытаний, производства, накопления и приме-
нения ядерного, термоядерного, нейтронного оружия.
По его инициативе заключены международные договоры
о прекращении испытаний этого оружия в атмосфере,
космическом пространстве и под водой, о нераспростра-
нении ядерного оружия. Мы гордимся, что по инициа-
тиве Генерального секретаря ЦК КПСС М. С. Горбаче-
ва провозглашена историческая программа полного ос-
вобождения человечества от ядерного оружия до конца
XX века. Эта последовательная и мудрая политика име-
ет целью предотвратить опасность гибели цивилизации,
защитить жизнь и здоровье людей от лучевой угрозы,
родившейся в августе 1945 г.
Свыше сорока лет прошло с тех дней. Трагический
опыт августа 1945 г. стал грозным предостережением
для всего человечества: Земля наша слишком мала,
а освобожденные людьми силы атомного ядра столь
114
могущественны, что последствия атомного взрыва каса-
ются жизни и здоровья людей, живущих в тысячах
километрах от взрыва.
Наблюдения за сотнями тысяч хибакуся, ведущиеся
всо это время, позволили ученым изучить и количест-
венно оценить и отдаленные последствия воздействия
ионизирующей радиации, радиоактивного заражения
на здоровье пострадавших и их потомков. Междуна-
родная комиссия экспертов, научные конференции и
отчеты знакомят нас с этим трагическим и — к
счастью — уникальным опытом.
ЯДЕРНОЕ, ТЕРМОЯДЕРНОЕ
И НЕЙТРОННОЕ ОРУЖИЕ
Атомная бомба основана на физическом принципе неуп-
равляемой ядорпой реакции. В качестве делящегося
материала в ней используется урап-235 либо плуто-
ний-239. Заряд бомбы состоит из двух или трех под-
критических масс ядерпой взрывчатки, которые в мо-
мент взрыва с помощью специального взрывателя
быстро соединяются в одну сверхкритическую массу.
При этом возникает лавинообразная цепная реакция,
в каждом цикле которой один инициирующий нейтрон
вызывает распад ядра урана (плутония) п выделение
двух-трех новых нейтронов, продолжающих реакцию.
Мощность атомного (как и термоядерного) взрыва вы-
ражается в тоннах (килотоннах, мегатоннах) обычной
взрывчатки (тринитротолуола, ТНТ), вызывающих
взрыв эквивалентной мощности. Мощность атомного
взрыва над Хиросимой соответствовала 12,5± 1 кт ТНТ,
над Нагасаки — 22 кт ТНТ.
Атомное оружие было создано международным кол-
лективом ученых под руководством Э. Ферми, Р. Оп-
пенгеймера в противовес работам пад этим оружием,
которые велись в нацистской Германии. Впервые цеп-
ная реакция распада ядер урана осуществлена в Чи-
каго в 1942 г. Успешные испытания первой атомной
бомбы были проведены в пустыне Аламогордо в штате
Нью-Мексико (США) 16 июля 1945 г. Вторая и третья
бомбы взорваны 6 и 9 августа 1945 г. пад японскими
городами.
Перед лицом ядерной угрозы и шантажа со сторо-
ны правящих кругов США Советский Союз был вы-
нужден для обеспечения собственной безопасности
создать ядерное вооружение. Испытание первой атом-
8*
115
Схема цепней ре-
акции распада
ядер урана.
пой бомбы в СССР было произведено в сентябре 1949 г.
США провели первые испытания водородного оружия
1 ноября 1952 г., СССР — 12 августа 1953 г., Велико-
британия — 15 марта 1957 г. Франция осуществила
испытания ядерного оружия 13 февраля 1960 г., тер-
моядерного — 24 августа 1968 г., КНР — соответствен-
но 16 октября 1964 г. и 17 июня 1967 г. Началась
«ядерная гонка».
Минимальная критическая масса урана-235 состав-
ляет около 1 кг. При делении всех атомов этой массы
мгновенно освобождается энергия, эквивалентная
20 тыс. т ТНТ. В малом объеме при этом достигается
повышение температуры до нескольких сотен тысяч
градусов. Все продукты деления, как и материалы кор-
пуса бомбы, мгновенно переходят в газообразное со-
стояние, создавая огромное давление. Вследствие этого
процесса возникают мощная ударная волна взрыва и
ярчайшая, «ярче тысячи солнц», световая вспышка.
Кроме этих поражающих факторов взрыва, присущих
и обычным бомбам (превосходящих их лишь количест-
венно), атомный взрыв создает и два принципиально
новых поражающих воздействия (о них-то и пойдет да-
лее речь): поток проникающей радиации и радиоактив-
ное заражение местности.
В водородной бомбе оружие, основанное на принци-
пе распада ядер, используется лишь в качестве запала,
своего рода детонатора. Возникающие при этом высо-
кая температура, огромное давление и потоки нейтро-
нов делают возможным слияние легких ядер (водоро-
да, дейтерия, трития, лития), при котором выделяется
энергия, многократно превосходящая энергию ядерного
взрыва. В очаге взрыва водородной бомбы температура
416
достигает десятков миллионов градусов (температура
внутренних областей Солнца), а мощный поток быст-
рых нейтронов вовлекает в цепную реакцию ядра ура-
на-238, что еще увеличивает мощность взрыва, изме-
ряющуюся уже мегатоннами и десятками мегатопп ТНТ.
Зона разрушений при взрыве водородной бомбы соот-
ветственно возрастает.
Нейтронное оружие явилось итогом длительной ра-
боты по усовершенствованию ядерной и водородной
бомб, в частности по уменьшению величины критичес-
кой массы взрывчатки за счет, видимо, совершенство-
вания конструкции нейтронных отражателей (возвра-
щающих вылетающие нейтроны в активную зону),
очистки ядерного горючего и т. п. Очевидно, нейтрон-
ная бомба представляет собой современный вид термо-
ядерного оружия относительно малой мощности (1 кт
ТНТ и даже менее), а в качестве ядерного запала, воз-
можно, используются трансурановые элементы с малы-
ми критическими массами. При взрыве нейтронной
бомбы проникающая радиация существенно преоблада-
ет над другими поражающими факторами. Зона разру-
шений при взрыве мала, тогда как зона полного унич-
тожения всего живого может достигать радиуса 2 км —
за счет биологического действия сверхбыстрых нейтро-
нов с энергией 1014—1017 эВ. На расстоянии 900 м от
центра взрыва доза нейтронного облучения может рав-
няться 80 000 рад, 1400 м — 650 рад, 1700 м — 150 рад,
2,3 км — 1,5 рад. Но даже и эта доза будет вызывать
удвоение частоты мутаций, учитывая, что быстрые
нейтроны обладают в 7 раз большей биологической
эффективностью, чем гамма-лучи.
Создание ядерного, термоядерного и нейтронного
оружия чрезвычайно повысило актуальность исследо-
ваний биологического действия ионизирующей радиа-
ции, которые до 1945 г. велись небольшими группами
ученых исключительно в научных целях. Вступление
человечества в атомный век потребовало от специали-
стов-радиобиологов максимально полного знания зако-
номерностей и механизмов действия ионизирующей
радиации на живые организмы, в особенности на мле-
копитающих и человека, а также изучения возможнос-
тей защиты клеток, тканей, организма от поражающего
действия радиации и способов их восстановления после
облучения. На базе теоретических и эксперименталь-
ных исследований необходимо было разработать при-
годные для практического применения средства и
Ш
способы профилактики лучевых поражений человека и
лечения острой лучевой болезни. Результаты этих ио
следований кратко суммированы выше. Сейчас обра-
тимся к уникальным материалам, накопленным наукой
в результате массового поражения людей ионизирую-
щей радиацией после атомных взрывов над японскими
городами в августе 1945 г.
ТРАГИЧЕСКИЙ ОПЫТ ХИРОСИМЫ И НАГАСАКИ:
ВКЛАД ЛУЧЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ
6 августа 1945 г. в 8 ч 15 мин над мостом Аиои в цент-
ре Хиросимы с американского бомбардировщика В-29
была сброшена атомная бомба «Малыш», содержавшая
45 кг урана-235. Взрыв произошел на высоте 576 м.
В эпицентре взрыва возник огненный шар диаметром
300 м, а температура превысила 300 тыс. °C. Грибовид-
ное облако белого и черного дыма поднялось на высо-
ту 15—18 км, а светящийся шар с расстояния 30 км
казался в 100 раз ярче Солнца. Радиоактивное облако
содержало осколочные продукты ядерного деления, не
подвергшееся распаду ядерное горючее (до 90 % ура-
нового заряда), а также частицы вещества, втянутые
внутрь облака и приобретшие радиоактивность вторич-
но, под влиянием нейтронного облучения. Суммарная
радиоактивность этой пыли равнялась примерно актив-
ности миллиона тонн радия (1 МКи). 99,9 % радиоак-
тивной пыли имеет размер частиц от 1 до 100 мкм,
поэтому она долго держится в воздухе и ветрами мо-
жет разноситься па значительные расстояния.
Непосредственно под зоной взрыва (в гипоцентре)
возникла зона сжатия, которая начала распространять-
ся в виде ударной волны со скоростью 4,0—4,5 км/с;
ее разрушительное действие вскоре сменилось не ме-
нее мощным ударом встречной волны, возникающей в
связи с быстрым возвратом воздуха в зову взрыва, где
образовался вакуум. Одновременно вблизи гипоцентра
температура достигала 3—4 тыс. °C. На расстоянии
1000—1100 м в Хиросиме и 1100—1400 м в Нагасаки
она все еще была порядка 600 °C. Вследствие этого в
Хиросиме 7 тыс. домов было полностью разрушено,
55 тыс. сгорело; было уничтожено 90 % жилищ.
В Нагасаки, где была сброшена более мощная плу-
тониевая бомба («Толстяк»), радиус разрушений был
больше па 15 %, по из-за холмистого рельефа местнос-
ти значительно больше домов сохранилось.
118
Те, кто не сгорел и не был уничтожен взрывной
волной, оказались среди бела дня в кромешном мраке,
неправдоподобном безмолвии. Постепенно стало свет-
леть, но не от Солнца, скрытого непроницаемым обла-
ком пыли; это был зловещий отсвет пожаров. Через
20 мин долина реки Ураками представляла собой
сплошное море огня. Вырвавшиеся из огненного плена
погибали от недостатка кислорода и гигантского выде-
ления углекислого и угарного газа. Агонизировали
получившие смертельную дозу радиации, у большинст-
ва шла кровь носом и ртом.
Затем пошел дождь: огромные теплые капли, жир-
ные и черные, как машинное масло, разъедали откры-
тые раны, несли страдания и гибель лишенным крова
людям; они были радиоактивны. И хотя был полдень
середины лета, температура воздуха резко упала.
Многие люди, находившиеся в момент взрыва вбли-
зи гипоцентра, в буквальном смысле испарились, от
них остались лишь тени на стенах домов, парапетах
моста.
Незащищенные люди получали ожоги разной сте-
пени на расстоянии до 4 км от гипоцентра. У тех, кто
находился в момент взрыва в бетонных помещениях
вблизи гипоцентра, ожоги возникали при вдыхании го-
рячего воздуха. Ожоги поражали тело лишь со сторо-
ны взрыва (поэтому их назвали профильными). Одеж-
да, в особенности темная, частично защищала людей.
В ряде случаев ожоги повторяли узор ткани. Смертель-
ные ожоги III и IV степеней с распадом тканей на-
блюдались в радиусе 2,5 км от гипоцентра. Ожоги были
наиболее частой причиной гибели людей в день взры-
ва, по большинство поражений носили комбинирован-
ный характер (ожоги, механические травмы, ионизи-
рующая радиация, а в дальнейшем — инфекция).
У тех, кто остался жив, термические ожоги зажи-
вали аналогично обычным. После заживления тяжелых
ожогов довольно часто образовывались грубые, высту-
пающие над поверхностью кожи рубцы — так называе-
мые келоиды.
Ударная волна в Хиросиме достигала величины
4,5—6,7 т/м2 вблизи гипоцентра, а в Нагасаки — 6—
8 т/м2. Большинство выживших получили травмы в
результате вторичного действия ударной волны —
осколками стекла, другими летящими предметами, при
обвалах домов и т. п. У 15 % пострадавших в зоне
119
2,5 км наблюдались контузии без видимых поврежде-
ний, у 2—8 % — разрывы барабанных перепонок.
От взрыва в Хиросиме пострадало 136 тыс. жите-
лей (53,3 %). Погибли в первый день 17,6 % жителей,
а в первые 4 месяца — 25 %, то есть 47,1 % поражен-
ных. Всего погибла примерно половина пострадавших,
а оставшиеся в живых нуждались в медицинской по-
мощи. В Нагасаки от взрыва пострадало 640 тыс. чел.
(36,8 % жителей города). Из них в первый день по-
гибло 34,4 %, а в течение 4 месяцев — 60,9 %. В жи-
вых осталось менее 40 % жителей.
Вскрытие и исследование трупов людей, погибших
в очаге атомного взрыва, не производились: медицин-
ская служба была парализована. Оставшиеся в живых
врачи и медицинские сестры, сами в большинстве ра-
ненные и облученные, могли лишь оказать первую по-
мощь. Поэтому изменения в организме, вызванные
ионизирующей радиацией в больших дозах и непосред-
ственно приводившие к смерти, не могли быть изуче-
ны. Признаки лучевого поражения изучались лишь у
тех, кто прожил свыше З.лет после взрыва.
На первой стадии лучевого поражения длитель-
ностью 1—3 сут (стадии начальных признаков) наи-
более часты были тошнота, рвота, общая слабость,
отсутствие аппетита (анорексия), поносы, нередко кро-
вавые, повышение температуры.
Те жители Хиросимы и Нагасаки, которые, избе-
жав pan и ожогов, получили очень большую дозу ра-
диации, в первые минуты почувствовали резкий упа-
док сил. Затем начинались рвота, головокружение,
обильное потоотделение, жажда. Смерть наступала че-
рез несколько часов из-за внутренних и наружных кро-
вотечений.
На второй стадии (скрытого течения), которая
была тем продолжительнее, чем меньше поглощенная
доза радиации, симптомы первой стадии смягчались
или исчезали вовсе.
Начало третьей стадии характеризовалось возоб-
новлением лихорадки, длительность которой иногда
исчислялась неделями. Появлялись кровоизлияния в
кожу, слизистые оболочки полости рта и внутренних
органов, кровотечения, возобновлялся кровавый понос.
Наблюдалось выпадение волос, па слизистых оболочках
рта и глотки возникали язвы.
Четвертая стадия болезни означала переход к вы-
здоровлению либо гибели.
120
При тяжелом течении болезни второй период прак-
тически отсутствовал, лихорадка держалась до наступ-
ления смерти. При дозах радиации свыше 4,5 Гр ги-
бель наступала обычно в течение двух недель после
взрыва, при меньших дозах — в течение 6—8 недель.
В первый день после взрыва самым точным показа-
телем дозы радиации была частота и выраженность
рвоты. Во второй, скрытой стадии лучевой болезни
наиболее достоверным признаком было выпадение во-
лос, максимально выраженное на 2 и 3 неделях болез-
ни. Восстановление волосяного покрова происходило
на 12—14 педелях после взрыва. Кровоизлияния в
кожу обнаруживались начиная с 3 сут после пораже-
ния, в особенности на 3—4 неделях, причем с увели-
чением дозы радиации кровоизлияния были более час-
тыми и обширными. Признаками тяжелого лучевого
поражения служили также кровотечения из носоглот-
ки, мочеполовых путей, язвы во рту и глотке.
В то же время отдельные люди, находившиеся в
зоне абсолютной гибели, по счастливой случайности
оставались живы. Те, кто в момент взрыва нагну-
лись, чтобы поднять что-то из-под стола или с пола,
получили меньшую дозу и выжилж Мальчик, купав-
шийся в реке вместе с товарищами, нырнул в момент
взрыва и единственный остался в живых.
Различали легкую форму лучевой болезни (при до-
зах радиации 1—2 Гр), средней тяжести (2—3 Гр),
тяжелую (3—4 Гр) и тяжелейшую (4,5—6 Гр). На-
чальные признаки острой лучевой болезни появлялись
нередко уже через 15 мин после взрыва. Если непо-
средственно после облучения развивались понос, лихо-
радка и падение артериального давления, это свиде-
тельствовало о воздействии очень высокой, абсолютно
смертельной дозы радиации.
Облученные жители Хиросимы погибали в основ-
цом на 8—9-е сут после взрыва (первый период гибе-
ли), а в дальнейшем — на 20—40-е сут (второй пери-
од). Ранняя гибель была связана с поражением желу-
дочно-кишечного тракта, угнетением кроветворения,
прежде всего образования лейкоцитов и тромбоцитов.
Наблюдалось взаимное усиление этих двух механизмов
лучевого поражения. Поражение слизистой оболочки
кишечника влекло за собой, с одной стороны, потерю
жидкости и белков, истощение и поступление в кровь
микроорганизмов (бактериемию, сепсис). С другой сто-
роны, снижение количества лейкоцитов ослабляло
431
защитные силы организма, а уменьшение числа тром-
боцитов наряду с бактериальной интоксикацией повы-
шало кровоточивость, частоту кровоизлияний (гемор-
рагический синдром).
Второй период наступления смертельных исходов
был главным образом следствием тяжелого поражения
кроветворения. Костный мозг почти не функциониро-
вал, резко падало количество лейкоцитов, тромбоцитов,
меньше — эритроцитов. Кишечник, несмотря на ча-
стичное восстановление, играл роль входных ворот
инфекции, что в сочетании с глубоким поражением
иммунных механизмов влекло за собой сильную лихо-
радку, септическое состояние, появление кровотечений
и язв.
Из лабораторных критериев наибольшую прогно-
стическую ценность имело определение количества
лейкоцитов периферической крови, которое при тяже-
лых формах падало ниже 500 клеток в 1 мм3 на 5—
12-е сут лучевого поражения. Анемия менее типична
и развивалась существенно позднее, на 6—9-й неделе.
Неблагоприятными признаками были также снижение
числа тромбоцитов и увеличение времени кровотечения.
Нормализация этих показателей происходила на 9-й не-
деле болезни.
При оценке последствий, и в особенности отдален-
ных, атомных бомбардировок следует иметь в виду,
что сброшенные на Хиросиму и Нагасаки бомбы были
различны и это различие выразилось главным образом
в качественных особенностях радиации. В Нагасаки
(плутониевая бомба) действовало главным образом
гамма-излучепие, в Хиросиме (урановая бомба) зна-
чительную долю радиации составляли потоки ней-
тронов.
Длительные наблюдения за хибакуся велись в обо-
их городах. Всего контингент наблюдаемых, включая
контрольную группу необлучавшихся лиц, составляет
110 тыс. чел., в том числе систематически и всесторон-
не обследованы 20 тыс. чел. В органах и тканях умер-
ших патологоанатомически регистрируются опухоли п
другие изменения, которые можно рассматривать как
поздние (отдаленные) клинические проявления луче-
вого поражения.
Наконец, с целью выявления возможных генетичес-
ких последствий длительно исследуются 45 тыс. чел.,
имеющих детей, подвергшихся облучению в различном
возрасте и не подвергшихся ему (контрольная группа).
122
ОСКОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ
ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ
Радиоактивное заражение местности выпадающими
осколочными продуктами ядерного распада —- один из
обязательных компонентов поражающего действия
ядерпого оружия, имеющее место также при испыта-
ниях атомных, водородных, нейтронных бомб, при ава-
риях на атомных электростанциях, атомных судах
и т. п. Физическая реакция распада ядер урана (плу-
тония) при этом одна и та же, поэтому спектр оско-
лочных продуктов деления также одинаков; лишь
соотношение отдельных изотопов может несколько ко-
лебаться в зависимости от частных различий источни-
ка — конструкционных материалов, состава ядерного
горючего (взрывчатки), энергии нейтронов и т. п.
В результате реакции деления ядер урана образуется
более сотни радионуклидов с атомными номерами
от 30 до 63. Основные осколочные продукты деления
ядер урана (плутония) представлены в табл. 20.
Кроме того, потоки быстрых нейтронов обусловли-
вают возникновение вторичной, наведенной радиоактив-
ности почвы, домов и предметов, расположенных на
ней. Наведенная радиоактивность в сочетании с выпа-
дением осколочных продуктов явилась причиной до-
полнительного лучевого поражения пострадавших
непосредственно в момент ядерного взрыва или источ-
ником поражения лиц, пришедших в Хиросиму или На-
гасаки после взрыва либо оказавшихся в зоне следа
радиоактивного облака.
Средняя доза излучения в Хиросиме в области ги-
поцентра составляла 101 рад/ч, в Нагасаки — 32 рад/ч,
па удалении 500 м от гипоцентра и па высоте 1 м над
землей — соответственно 32 и 8 рад/ч.
Людям, попавшим в зону радиоактивных осадков,
угрожала двойная опасность воздействия радионукли-
дов: извне и изнутри (при попадании через дыхатель-
ные пути, с водой, пищей, через открытые раны). Жи-
тели Хиросимы называли выпадение радионуклидов
«черный дождь». В Нагасаки из-за особенностей рель-
ефа радиоактивные осадки выпали в квартале Нисияма,
не пострадавшем от взрыва непосредственно, прикрытом
от приморской части города горой высотой 400 м.
На следующий день после атомной бомбардировки
Нагасаки одна женщина приехала из деревни искать
родственников. Шесть дней бродила она среди руин
123
Таблица 20. Основные изотопы, образующиеся при делении
ядер урана-235 или плутония-239 (Кузин, 1959)
Атомный номер Элемент Изотоп, его атомная масса Тип излучения Период по- лураспада
36 Криптон «бКг P. V 10 лет
37 Рубидий 87Rb p 6,111010 лет
38 Стронций 8®Sr 54 сут
90Sr n 28 лет
01Sr P. Y 10 я
®2Sr P 2,7 я
39 Иттрии 9iy P 61 сут
му P. Y 16 мин
40 Цирконий ®6Zr P. Y 65 сут
®7Zr P. Y 17 я
42 Молибден ®®Mo P. Y 2,8 сут
44 Рутений 103Ru P. Y 10 сут
Wu 290 сут
48 Кадмий “6Cd P, Y 43 сут
51 Сурьма i"Sb 28 сут
52 Теллур 127Te P 90 сут
132Te P. Y 3,2 сут
53 Йод 131] P, Y 8,1 сут
133] P. Y 21 ч
134] P> Y 52 мин
13b] P> Y 6,6 ч
54 Ксенон 136Xe Y. e~ 15 мин
55 Цезий 137Cs P. Y 33 года
56 Барий 13®Ba P. Y 1,4 ч
i40Ba P. Y 13 сут
57 Лантан 143La P 15 мин
58 Церий 141Ce P. Y 33 сут
144Ce P. Y 282 сут
60 Неодим 147Nd P. Y 12 сут
61 Прометий 147Pm P 2,2 года
63 Европий 156Eu P- Y 1,7 года
мертвого города. На 12-й день, она ощутила упадок
сил, головокружение, появился понос. Через месяц
воспалились гортань и глотка, стало трудно глотать,
появились кровотечения, затем подкожные кровоизлия-
ния. Температура повысилась до 40°, и наступила
смерть — типичный пример поражения радиоактивны-
ми осколками взрыва — «атомная проказа».
Расчет дозы внешнего облучения за счет наведен-
ной активности и выпадения радиоактивных аэрозолей
для жителей Хиросимы и Нагасаки дал примерную ве-
личину 30—130 рад. Для суждения о поглощенной
дозе радиации данных, которыми располагал комитет
экспертов, было недостаточно. Несомненным лабора-
124
торным показателем лучевого поражения у лиц, под-
вергшихся только воздействию осколочных продуктов,
явилось длительное увеличение количества лейкоцитов
периферической крови. В 1969 г. на основании изуче-
ния содержания в организме жителей квартала Нисия-
ма цезия-137 была рассчитана поглощенная доза, кото-
рая составляла 0,29 мрад для мужчин и 0,19 мрад для
женщин. В контрольной группе эти величины равня-
лись соответственно 0,19 и 0,11 мрад.
Из осколочных продуктов деления ядер урана (плу-
тония), имеющих период полураспада свыше несколь-
ких часов, благородные газы криптон-85 и ксенон-135
быстро рассеиваются в атмосфере, химически инертны,
в организме не накапливаются и вредного действия не
оказывают. Большинство других (цирконий, молибден,
рутений, кадмий, теллур, барий, церий, неодим) не
растворимы в воде и жидкостях организма, не всасы-
ваются в кровь из желудочно-кишечного тракта и с
поверхности кожи и лишь при поступлении с вдыхае-
мым воздухом частично задерживаются в организме.
Радиоактивные аэрозоли, излучающие бета-частицы,
раздражают слизистые оболочки дыхательных путей,
полости рта, конъюнктивы глаза, кожу, вызывая у
людей ощущения сухости, першения в горле, катар-
ральные явления, ощущения металлического вкуса во
рту, конъюнктивиты, покалывание кожи. Однако серьез-
ной опасности для здоровья людей эти изотопы в коли-
чествах, недостаточных для интенсивного внешнего
облучения, не оказывают. Периоды их полураспада ко-
леблются от 30 до 60 и даже 290 дней.
Реальную опасность представляет поступление
внутрь организма тех немногих радиоактивных изото-
пов — осколочных продуктов ядерного распада, кото-
рые в силу своей растворимости в воде и в жидкостях
организма способны поступать внутрь, в его ткани,
а затем избирательно накапливаться в них и обуслов-
ливать локальное внутреннее облучение вплоть до
своего полного распада или выведения из организма.
К числу таких изотопов относятся радиоактивный
йод-131, стронций-89 и -90 и цезий-137. Каждый из
пих имеет свои особенности поведения, обусловленные
химическими свойствами, длительностью существова-
ния и отношением к обменным процессам в организме.
Йод-131 имеет период полураспада 8,08 сут, то есть
распадается относительно быстро. Однако в начальный
период после атомного взрыва на его долю приходится
425
значительная часть — до 40—50 % — суммарной ра-
диоактивности. Из-за этого, а также вследствие накоп-
ления в организме он представляет важный источник
потенциальной лучевой опасности. В организме челове-
ка до 40 % поступившего йода-131 накапливается щи-
товидной железой — небольшим эндокринным органом
(массой порядка 20 г), расположенным на передней
поверхности шеи над грудиной. Здесь йод включается
в структуру гормонов щитовидной железы — тирокси-
на и трийодтиронипа и в их составе циркулирует в
крови. Накапливаясь в щитовидной железе, йод-131
создает локальную более высокую дозу радиации в
этом органе, что необходимо учитывать при оценке
относительной радиационной опасности осколочных
продуктов. В частности, рак щитовидной железы как
одно из наиболее частых отдаленных последствий ра-
диоактивного заражения, несомненно, связан с локаль-
ным облучением этого органа накопившимся йодом-131.
В организм человека он поступает ингаляционным пу-
тем, а также с молоком.
При использовании йода-131 в медицинской прак-
тике для определения функциональной способности
щитовидной железы применяемая индикаторная (впол-
не безвредная) порция йода создает в щитовидной же-
лезе дозу порядка 30 рад. Эта доза принята как поро-
говая при исследованиях накопления радиоактивного
йода.
При атомных испытаниях в атмосфере в определен-
ных погодных условиях значительная часть йода-131
выпадала на землю и быстро включалась в обмен ве-
ществ. В отдельные годы доза за счет йода-131 дости-
гала у детей 50, 80 и 100 мрад/г., а в некоторых ме-
стах — до 200—300 мрад/г., хотя в среднем не превы-
шала 10 мрад/г. Вблизи мест испытания ядерного и
термоядерного оружия и в зонах значительного выпа-
дения радиоактивной пыли эта доза достигала сущест-
венно больших значений.
Два других изотопа, стронций-90 и цезий-137, отли-
чаются существенно большей длительностью жизни:
периоды их полураспада соответственно 28 и 30 лет.
Будучи хорошо растворимы в воде, они могут накапли-
ваться в водоемах фито- и зоопланктоном, на суше —
растениями, а затем поступать в организм животных и
человека, продвигаясь к нему по характерным пище-
вым цепям: 1. Водоем->фитоллапктоп->зооплапк-
тон->моллюски~>рыба~>человек; 2. Почва->растения
125
(злаки, овощи, ягоды, грибы)-*человек; 3. Почва-*
~>растепия->коровы->молоко->человек; 4. Почва-*рас-
тения->домашпие и дикие животные-*человек. Особен-
ности продвижения каждого из этих изотопов и накоп-
ления в организме человека обусловлены химическими
свойствами элементов.
Стронций по своим качествам весьма близок к каль-
цию и циркулирует в биосфере вместе с ним. Вслед за
кальцием он поступает из почвы в растения, затем в
животных, накапливается в скелете детей, особенно
в возрасте 1—2 лет. Накопление стронция у детей
было в годы испытаний ядерного оружия в атмосфере
в 4—5 раз выше, чем у взрослых (по данным опреде-
ления в костях случайно погибших людей). Стронций,
осевший в скелете, слабо обменивается с кальцием и
с трудом, медленно выводится. При очень высоком ло-
кальном накоплении в костях может создавать дли-
тельное местное облучение и потенциальную опасность
образования остеосарком спустя много лет.
Способностью накапливаться в костях при особых
специфических условиях поступления в организм обла-
дают также радий, уран. Описан факт использования
ручного труда женщин при нанесении на циферблат
светящихся букв; светосостав содержал, в частности,
радий. Кисточки работницы смачивали собственной
слюной. Это привело к значительному накоплению в
костях радиоактивных изотопов и возникновению остео-
сарком нижней челюсти.
Другой долгоживущий продукт ядерных взрывов,
цезий-137, химически подобен калию и продвигается
по пищевым цепям вместе с ним. Поступая с расти-
тельной пищей в организм животных и человека, оп,
подобно калию, равномерно распределяется в мягких
тканях — мышцах, печени, нервной системе, присут-
ствует в каждой живой клетке, участвует в формиро-
вании мембранного потенциала, наряду с натрием яв-
ляется важнейшим электролитом. Источниками цезия
для человека могут являться растительные (хлеб, ово-
щи, фрукты) и животные продукты (мясо, рыба, мо-
локо и т. п.). Цезий очень легко всасывается с поверх-
ности листьев. В годы, когда его выпадение совпада-
ло с ростом, развитием и созреванием сельскохозяй-
ственных культур, в них повышалось содержание
цезия-137.
Однако в почве этот изотоп легко переходит в труд-
ноусвояемую форму, образуя плохо растворимые соли.
127
Поэтому его поступление в растения через корни про-
исходит с трудом. Следует учитывать также, что п
силу своего равномерного распределения в тканях жи-
вотных цезий не накапливается избирательно пи в
одной из них. Поэтому он довольно легко выводится
из организма человека. Период его полувыведепия со-
ставляет около 60 сут, что следует иметь в виду при
значительном накоплении в организме. При употребле-
нии в пищу мяса или рыбы, загрязненных цезием-137,
также следует учитывать эту его способность вымы-
ваться из тканей: после длительной варки жидкость
(бульон, уху) следует сливать, а употреблять в пищу
лишь отварное мясо (рыбу).
Всего за 20 лет ядерных испытаний человечество
получило дозу, примерно в два раза превышающую го-
дичную дозу от естественного фона.
Определенное представление об опасности радиоак-
тивных выпадений было получено также в итоге из-
учения последствий испытаний ядерного (па полигоне
в штате Невада, США) и термоядерного оружия
(в частности, проведенных США на Маршалловых
островах). Невольными жертвами этих испытаний ока-
зались члены съемочной группы из Голливуда, снимав-
шие у границы пустыни Невада фильм «Завоеватель»
(погибли от рака через 9—19 лет 8 актеров и почти
100 статистов), жители Маршалловых и других остро-
вов Тихого океана, а также экипажи судов, не полу-
чивших заранее никакого уведомления об опасности.
Одним из таких судов была японская рыболовная шху-
на «Фукурю-мару-5» — «Счастливый дракон», о судьбе
экипажа которой подробно рассказал известный амери-
канский физик Ральф Лэпп в книге «Рейс «Счастли-
вого дракона» (М., 1959).
1 марта 1954 г. со шхуны-тупцелова, находившейся
в 85 милях (130 км) от атолла Бикини, где американ-
цы проводили испытания водородной бомбы, увидели
солнце, вставшее на западе. Затем на палубу выпал
пепел, который впоследствии японцы назвали «си-но-
хаи» (пепел смерти). Наряду с собственно осколочны-
ми продуктами он содержал пористое вещество корал-
лового рифа, выброшенное взрывом в атмосферу и при-
обретшее наведенную активность. Среди продуктов
взрыва был обнаружен и изотоп урана-237, образую-
щийся из урана-238 в результате бомбардировки • ней-
тронами большой энергии. Это раскрыло тайну амери-
канской бомбы, в которой наряду с обычным запалом
128
п водородной оболочкой находилась еще и наружная
оболочка из урана-238.
Расчеты показали, что доза радиации за счет радио-
активного пепла достигала 0,6—2 Гр в час. Всего за
2 недели, прошедшие до возвращения судна в порт,
суммарная доза радиации могла составить 2,5—3,3 Гр.
Эта доза не является смертельной для человека. Тем
не менее один из 23 членов экипажа, радист Кубояма
скончался через 7 месяцев после облучения вследствие
тяжелой желтухи и печеночной комы. Причинами по-
ражения печени, наряду с первичным воздействием ра-
диации, могли быть также перерождение печени вслед-
ствие интоксикации продуктами распада чувствитель-
ных к радиации клеток, а также сывороточный гепатит.
Этот пример характеризует возможность ослабления
сопротивляемости организма разнообразным патологи-
ческим процессам, обусловленного воздействием радиа-
ции, для чего достаточно и несмертельпой дозы ра-
диации.
Р. Лэпп заканчивает свою книгу словами: «Относи-
тельно Кубояма-сан можно с уверенностью сказать:
не будь он на борту «Фукурю-мару» в тот злосчастный
мартовский день, когда странная белая пыль заволок-
ла небо, он остался бы жив. И еще мы знаем: то, что
постигло людей на борту судна, ничтожно по сравне-
нию с радиоактивной опасностью, которую несет чело-
вечеству ядерная война».
Весь опыт человечества, накопленный за десятиле-
тия, прошедшие после выхода этой книги, подтвержда-
ет горькую справедливость этих слов. Подтверждает
он и растущую опасность для всего живого па пашей
планете стремления правительства США усыпить
страх, внушаемый бомбой, и оправдать употребление
ядерного оружия.
ОТДАЛЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ
К числу отдаленных последствий лучевого поражения
относятся, как уже отмечалось, лейкозы, злокачествен-
ные опухоли, ускоренное старение и сокращение про-
должительности жизни, поражение глаз, кожи, измене-
ния в крови, а также облучение зародыша в организме
беременных и наследственные дефекты.
Лейкозы — одно из основных последствий облуче-
ния. Среди хибакуся заболеваемость лейкозами и
Я 7—1927
129
смертность от них начали возрастать вскоре после об-
лучения и к 1950 г. превысили соответствующие пока-
затели для пеоблучеппой контрольной популяции в
30 раз. Максимум заболеваемости лейкозами был в
1955—1957 гг. (через 10—12 лет после облучения);
с тех пор заболеваемость постоянно снижается, оста-
ваясь все же выше контрольной (см. табл. 21). Среди
жителей Хиросимы зависимость заболеваемости от
дозы радиации прямая, графически представленная
линией, исходящей от точки пересечения координат.
Эта прямая характеризует влияние гамма-нейтронного
облучения со значительным вкладом нейтронной ком-
поненты.
Таблица 21. Частота заболеваний лейкозами среди лиц,
перенесших ядерную бомбардировку
Расстояние от эпи- центра, м Доза, рад Число заболеваний на 1 млн чел. в год
Хиросима Нагасаки
0—999 1400—10000 1366 563
Ю00-1499 200—1400 308 530
1500-1999 30-200 42 68
2000—9999 1-30 28 37
О заболеваемости лейкозами среди жителей Нага-
саки нет достаточных данных. Во всяком случае она
существенно ниже, чем в Хиросиме, и начинается ее
подъем с дозы порядка 50—100 рад. Совпадение кри-
вых по Хиросиме и Нагасаки может быть достигнуто,
если относительную биологическую эффективность
нейтронов принять равной 5.
В детском возрасте лейкозогенпое действие радиа-
ции выражено максимально, в период полового созре-
вания чувствительность к радиации снижается, а затем
вновь возрастает. От момента облучения до появления
лейкоза проходит не менее 2—3 лет, чаще всего — 10—
15 лет — в зависимости от дозы радиации и возраста.
Любопытно, что одна из наиболее распространен-
ных форм этого заболевания — хронический лимфолей-
коз — не проявила связи с воздействием радиации: за-
болеваемость ею у хибакуся не повышалась.
Среди многочисленных форм рака у хибакуся опи-
сано увеличение заболеваемости раком щитовидной же-
130
лезы у лиц обоего пола, раком молочной железы у
жепщип. Смертность от рака легких также существен-
но возросла у облученных, начиная с дозы 50 рад.
Весьма вероятно, что вклад в это увеличение вносит и
сочетание радиации с курением. Латентный период по-
явления злокачественных новообразований составляет
около 20 лет. Рост заболеваемости раком щитовидной
железы отмечен и среди людей, появившихся в Хиро-
симе в ближайшие дни после взрыва, а также среди
жителей Маршалловых островов и других лиц, подверг-
шихся воздействию осколочных продуктов ядерных
взрывов, среди которых значительную долю составляет
накапливающийся в щитовидной железе радиоактив-
ный йод, главным образом йод-131.
Мы уже говорили, что продолжительность жизни
экспериментальных животных в результате внешнего
облучения сокращается пропорционально дозе радиа-
ции. Это объясняли увеличением числа заболеваний,
могущих приводить к смертности, а также ускоренным
старением организма. Воздействие радиации использо-
вали даже в качестве модели раннего старения.
Однако при наблюдении за лицами, пережившими
атомную бомбардировку, кроме повышения смертности
за счет злокачественных новообразований никаких
отклонений от контрольной популяции не обнаружили.
Для старения организма характерно превращение гек-
созамина в коллаген. У хибакуся в соединительной
ткани кожи и аорты не выявлено ускорения этого про-
цесса. Более того, в докладе комиссии ООН отмечено
снижение смертности (за исключением смертности от
рака) у облученных малыми дозами радиации в ре-
зультате атомных взрывов в Хиросиме и Нагасаки.
После воздействия относительно больших доз сниже-
ния смертности не наблюдали.
При попытке объяснения этого несколько неожи-
данного эффекта небольших доз радиации и отсутствия
влияния на продолжительность жизни хибакуся боль-
ших доз высказывались два предположения. Во-пер-
вых, нельзя исключить влияние своеобразного искус-
ственного отбора: систематические исследования много
лот ведутся па популяции лиц, уцелевших после воз-
действия поражающих факторов ядерного оружия
(прежде всего ударной волны и высоких температур),
тогда как более слабые индивидуумы погибли непо-
средственно после взрыва. Второе возможное объясне-
ние исходит из допущения, что частые рентгеновские
181
исследования стимулировали у хибакуся жизнедеятель-
ность органов и систем. Для такого допущения есть и
некоторые экспериментальные подтверждения. Извест-
но, что малые дозы радиации повышают устойчивость
животных к последующему воздействию той же радиа-
ции в больших дозах.
Так или иначе, наблюдения за лицами, пережив-
шими атомную бомбардировку, в отличие от экспери-
ментальных данных, не выявили сокращения продол-
жительности жизни, ускоренного старения вследствие
лучевого воздействия.
Изучение воздействия радиации и осколочных про-
дуктов взрыва на беременных женщин и плод (терато-
генное действие) показало, что смертность детей, облу-
ченных в утробе матери, возрастала в течение первого
года их жизни и увеличивалась с ростом дозы радиа-
ции. Возрастала частота врожденных аномалий разви-
тия — микроцефалии (малые размеры головы) и свя-
занной с пею умствен пой отсталости, а также отстава-
ния в физическом развитии. В то же время и у этой
категории обследованных встретилось неожиданное:
у детей, облученных в утробе матери, не повысилась
частота заболеваний лейкозами, хотя в эксперименте
такое увеличение наблюдалось как правило. Более того,
известно, что проведение рентгеновского исследования
беременных (сопровождающегося во много раз мепь-
шей лучевой нагрузкой) увеличивало частоту лейкозов
у их детей. Это явление пока пе нашло объяснения.
Влияние внешнего и внутреннего облучения роди-
телей на состояние здоровья их потомства (мутаген-
ное, генетическое действие) относительно хорошо из-
учено в опытах па лабораторных животных. Установ-
лено, что при этом пропорционально дозе радиации
возрастает частота выкидышей, внутриутробной гибели
плода, уменьшается масса тела новорожденных, увели-
чивается ранняя гибель их, наконец, возрастает часто-
та уродств развития.
Следует полагать, что общие закономерности дейст-
вия радиации па наследственность распространяются
также па человека. Однако изучение генетического
действия радиации па человека — задача, весьма труд-
ная по двум причинам. С одной стороны, ее решение
требует длительного наблюдения, учитывая, что смена
поколений у людей происходит через 25—30 лет, а ге-
нетические последствия могут проявиться и через 4—
5 поколений. С другой стороны, для человека неприме-
132
ним метод скрещиваний, который наиболее успешно
применяется в опытах на растениях и животных. На-
конец, высокая частота врожденных и наследственных
дефектов у новорожденных (по некоторым данным, до
11,5%) затрудняет выделение из этой массы тех де-
фектов, которые можно отнести за счет добавочного к
действию других мутагенных агентов влияния радиа-т
ции. В числе других мутагенных факторов следует упо-
мянуть курение, некоторые химические вещества сре-
ды, попадающие в организм с пищей, а также облуче-
ние, сопровождающее рентгеновское исследование.
С учетом всех названных факторов в настоящее вре-
мя оценить степень генетического риска при воздейст-
вии ионизирующей радиации на людей невозможно. На
основании экспериментальных исследований, выполнен-
ных генетиками на мушке-дрозофиле, мышах, и частич-
но наблюдений над потомством хибакуся ученые сдела-
ли вывод, что доза радиации, вызывающая увеличение в
два раза частоты мутаций у человека, равняется 0,1—
1 Гр.
В Хиросиме и Нагасаки были подробно исследова-
ны 37 тыс. чел.: группа детей, родившихся в 1946—
1958 гг., один или оба родителя которых были облуче-
ны в зоне радиусом 2000 м от гипоцентра взрыва;
группа детей, родители (один или оба) которых полу-
чили облучение в зоне 2500 м от гипоцентра; группа
детей (контрольная), ни один из родителей которых
не был облучен. Между наблюдаемыми потомками
облученных и необлучепных родителей были обнару-
жены различия по частоте бесплодия, выкидышей,
преждевременных родов, врожденных физических
уродств и аномалий, малой массы тела и смертности
родившихся детей.
Количественно характеризует степень генетическо-
го действия радиации также частота поломок (аберра-
ций) хромосом, возникающих как в половых клетках,
так и в лимфоцитах. У выживших после атомной бом-
бардировки лиц сохраняется постоянно повышенный
уровень аберраций хромосом, частота и степень выра-
женности которых прямо пропорциональны дозе ра-
диации. Однако у детей хибакуся частота хромосомных
аберраций не увеличена.
Келоидные рубцы на коже возникли через 1—4 ме-
сяца после взрыва у 59 % выживших обожженных жи-
телей Хиросимы и у 67 % — Нагасаки. Позднее, через
4—6 месяцев, келоиды появились у 21 % хибакуся
133
после ранений и механических травм. В радиусе 1,6—
2 км от гипоцентра келоиды возникли у 60—70 % по-
страдавших, преимущественно у молодых людей. В те-
чение 5 последующих лет келоиды самопроизвольно
полностью рассосались.
Катаракты хрусталика, а также кератиты и травмы
глаз, точечные ожоги сетчатки и точечные кровоизлия-
ния выявлялись спустя 10 сут после взрыва в радиусе
2 км от гипоцентра. Частота катаракт прямо зависела
от расстояния до гипоцентра и, следовательно, от дозы
радиации.
Уменьшение количества белых и красных клеток
крови, а также кровяных пластинок типично для кар-
тины острой лучевой болезни. Эти явления усугубля-
лись в течение первых десяти суток после взрыва. Ане-
мия развивается медленнее, чем лейкопения, но сохра-
няется дольше, что объясняется большей продолжи-
тельностью жизни эритроцитов. У ряда пострадавших
пониженный их уровень наблюдался в течение 10 лет,
характеризуя наличие хронической лучевой болезни.
Международная комиссия экспертов, анализировав-
шая материалы исследования НО тыс. пострадавших в
результате атомных бомбардировок, констатировала,
что наряду с перечисленными отдаленными послед-
ствиями биологической природы существуют и соци-
ально-психологические, морально-правственные послед-
ствия, определить которые в полном объеме не пред-
ставляется возможным даже спустя 30—40 лет. Они
включают разрушение структуры организации общест-
ва, уничтожение среды обитания, потерю родителей
(более 4 тыс. сирот) и детей, диспропорцию возраст-
ных групп, психическую депрессию, связанную с трав-
мирующими воспоминаниями и сознанием равнодушия
общества к их страданиям и т. п.
К марту 1973 г. общее количество хибакуся состав-
ляло 366 523 чел.
В Хиросиме на символическом надгробии жертвам
ядерных бомбардировок выбита надпись: «Спите спо-
койно, ошибка не повторится!» В это хотелось бы ве-
рить всем жителям Земли. Однако горы новейшего
оружия массового уничтожения растут, создаются все
новые их системы. К сожалению, необходимые уроки
из страшного опыта Хиросимы и Нагасаки еще не из-
влечены человечеством. Необходимо пройти мучительно
трудный путь к новому мышлению, к которому А. Эйн-
штейн призывал еще в 1955 г., к пониманию общности
184
судеб человечества, взаимозависимости стран и наро-
дов, необходимости и неизбежности мирного сосуще-
ствования, ядерного разоружения и разрядки.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
ПРИМЕНЕНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ
Возможные последствия ядерпой войны для судеб че-
ловечества, для существования жизни на земле в пол-
ной мере еще не изучены. Научные представления о
размерах реальной угрозы формировались постепенно,
по мере роста ядерных арсеналов и накопления мате-
риалов, дающих основание для количественной оцен-
ки. В 1945 г. выяснилась опасность лучевой болезни у
перенесших ядерпый взрыв людей, а в дальнейшем —
и отдаленных ее последствий. На рубеже 50—60-х го-
дов было установлено, что высотные ядерные взрывы
становятся источником электромагнитного импульса,
цовреждающего системы связи, линии электропередач,
электрические и электронные системы, в том числе
ЭВМ. В 1974 г. обратили внимание па возможность
разрушения озонового слоя атмосферы окислами азо-
та, образующимися при ядерных взрывах. В 1982 г.
ученые пришли к заключению, что выброшенные взры-
вами в атмосферу аэрозоли и дым многочисленных по-
жаров преградят солнечным лучам путь к земной по-
верхности, нарушат тепловой баланс атмосферы, вслед-
ствие чего наступят «ядерпая ночь» и «ядерная зима».
Но и сейчас, как справедливо подчеркнул английский
физик Дж. Ротблат, «нельзя считать, что мы знаем все
о последствиях использования этого оружия и нет еще
чего-то очень серьезного, нам пока неведомого».
Однако и известных науке данных вполне достаточ-
но, чтобы оценить глобальные масштабы грозящей
опасности, ставящей под вопрос само существование
человеческого рода и цивилизации. Рассмотрим отдель-
ные, наиболее общие и важные последствия (биологи-
ческие, медицинские, климатические, социальные)
ядерной войны, имея при этом в виду, что опи неиз-
бежно могут усиливать друг друга и соответственно
многократно увеличивать масштабы катастрофы (хотя
возможен и частичный антагонизм: например, запыле-
ние и задымление атмосферы в результате взрывов и
пожаров на какое-то время смягчит губительное для
всего живого на земле воздействие потока коротко-
волновой ультрафиолетовой радиации Солнца, резко
135
возросшего вследствие разрушения озонового слоя
окислами азота).
Кроме того, следует иметь в виду, что сами ядер-
ные взрывы и непосредственные последствия ядерной
войны могут породить развивающуюся во времени цепь
последующих событий в биосфере (так называемую
ядерную сукцессию). Суммируясь с отдаленными по-
следствиями лучевой травмы у людей, ядерная сукцес-
сия будет способствовать резкому снижению жизнеспо-
собности, а также частоты деторождений и здоровья
потомства выживших после ядерной катастрофы. Та-
ким образом, реальные последствия военного примене-
ния ядерного оружия будут еще более масштабными и
трагическими, чем можно себе представить, рассматри-
вая отдельные последствия.
Лучевое поражение. В течение первых двух суток
после нанесения ядерных ударов дозы ионизирующей
радиации (главным образом гамма-излучения, а также
быстрых нейтронов) достигнут в пораженных районах
десятков и сотен грей. При взрыве водородной бомбы
с эквивалентом 10 Мт зона смертельных для человека
доз радиации (свыше 4 Гр) имеет радиус 6 км. У ана-
логичной зоны после взрыва тактической ядерной бом-
бы (1—2 кт ТНТ) радиус 0,75 км. Если учесть, что
интенсивность ядерных ударов в случае неограничен-
ной ядерной войны будет примерно пропорциональна
плотности промышленных электростанций и АЭС,
которая, в свою очередь, повторяет распределение плот-
ности населения, то при расчетной суммарной мощнос-
ти взрывов 5,5 -103 Мт будут убиты сотпи миллионов
людей, полностью опустошены территории целых кон-
тинентов, прежде всего Европы.
Наряду с непосредственным воздействием прони-
кающей радиации ядерных взрывов наибольшую опас-
ность для жизни и здоровья людей составят осколоч-
ные продукты ядерного распада, заброшенные на отно-
сительно небольшую высоту, в пределах тропосферы,
быстро выпадающие в виде осадков, наряду с распы-
ленным веществом горных пород, поднятым в воздух
взрывами и обладающим высокой наведенной актив-
ностью.
При той же расчетной суммарной мощности ядерных
взрывов зона заражения радиоактивными осадками с
дозой облучения 10 Гр и выше, то есть безусловно
смертельной для человека, составит 5 • 10е км, что боль-
ше площади всей Западной Европы. При увеличении
136
суммарной мощности взрывов до 104 Мт (что все же
составит лишь около половины суммарной мощности
накопленных ядерных зарядов) эта площадь достигает
107 км2, что превышает территорию США.
На гораздо больших территориях доза радиации со-
ставит 2—6 Гр с вероятностью смертельного исхода
лучевой болезни человека от 20 до 60 %. В условиях
глубочайшей дезорганизации социальной жизни постра-
давших городов и государств, паралича медицинских
учреждений оказание необходимой помощи сотням
миллионов таких пострадавших будет делом неосущест-
вимым, что, несомненно, увеличит гибель людей, в дру-
гих условиях оставшихся бы живыми.
Одновременно с людьми погибнет большинство мле-
копитающих и птиц, столь же радиочувствительных,
как и люди. Серьезно пострадают деревья хвойных по-
род. Выживут и получат преимущественные возмож-
ности для размножения многие насекомые, микроорга-
низмы, травы, почвенная флора и фауна. Высокая час-
тота мутаций у интенсивно размножающихся бактерий,
вирусов, грибов несомненно приведет к появлению но-
вых инфекционных заболеваний, перед которыми
ослабленный радиацией организм перенесших ядерную
войну людей может оказаться беззащитным.
Радиоактивное заражение почвы и водоемов. Общая
радиоактивность выброшенных в атмосферу аэрозолей
при ядерпой войне превысит 1015 Ки. Лишь полови-
на из них, попавшая в относительно невысокие слои
тропосферы, выпадет непосредственно после взрывов
на территории, подвергшиеся поражению. Остальная
часть радиоактивных аэрозолей, поднятая в стратосфе-
ру и верхние слои тропосферы, будет выпадать посте-
пенно, в течение нескольких лет, в глобальных масш-
табах и более или менее равномерно. К этому присо-
единится также загрязнение обширных территорий
продуктами разрушения АЭС и предприятий атомной
промышленности.
Неизбежно при этом и загрязнение вод открытых
водоемов. Расчеты показывают: и через 5 лет по-
сле ядерной войны использование открытых водоемов
вряд ли будет возможно. Полностью или частично по-
гибнут водные организмы, деградируют водные эко-
системы, а качество питьевой воды резко и надолго
ухудшится. Накопление радионуклидов в почве, дер-
нине и лесной подстилке будет оказывать длительное
и интенсивное воздействие на уцелевших животных,
137
а также активно подавлять прорастание семян и рост
молодых растений.
Содержание радионуклидов в пищевых продуктах
и организме человека после ядерпой войны возрос-
ло бы в 300—400 раз.
Глобальное выпадение долгоживущих радионукли-
дов, и прежде всего стронция-90, цезия-137 и углеро-
да-14, таит долговременную и серьезную опасность
накопления их в сельскохозяйственных культурах
(злаковые, овощи, ягоды, фрукты, грибы), травах, иду-
щих на корм скоту, планктоне, откуда по пищевым
цепям они будут неизбежно поступать в организм уце-
левших после ядерной войны людей.
Некоторое представление о размерах этой опас-
ности дают сведения о накоплении стронция и цезия
в продуктах питания после ядерных испытаний в ат-
мосфере. В 1963 г. был подписан Московский договор
между СССР, США и Великобританией о прекраще-
нии ядерных испытаний в атмосфере (а также в кос-
мосе и под водой). В 1962 г. масштабы ядерных испы-
таний были максимальными (70 взрывов суммарной
мощностью около 200 Мт). Уже через год во всем мире
резко повысилось содержание стронция-90 и цезия-137
в продуктах питания. В мышечной (цезий) и костной
(стронций) тканях человека и животных оно возросло
в 4—8 раз, а в некоторых районах — более чем в
100 раз. У детей в возрасте 1—9 лет накопление было
в 7—9 раз выше, чем у взрослых. Накопление це-
зия-137 резко увеличивает внутреннее облучение по-
ловых желез, за счет которого неизбежно возрастает
частота наследственных заболеваний (уродств, слабо-
умия и т. п.).
При ядерной войне суммарная мощность ядерных
взрывов возросла бы — по сравнению с таковой при
испытаниях 1962 г.— в 30—50 раз.
Пожары, При ядерной бомбардировке городов, про-
мышленных районов неизбежно возникнут пожары. По
расчетам ученых, в итоге ядерной войны выгорит от
5 до 20 % всех лесов Северного полушария. В после-
дующем из-за резкого уменьшения количества осад-
ков, увеличения интенсивности ультрафиолетовой
радиации и отсутствия противопожарных служб неиз-
бежно возникнут и распространятся вторичные пожа-
ры, ежегодно уничтожающие до 200 тыс. км2. Таким
образом, в результате ядерной войны выгорят почти
138
все леса, а также степи и сельскохозяйственные угодья
Северного полушария.
Ядерные пожары приведут к тому, что в атмосферу
поступит очень большое количество дыма. Свыше
90 % его частиц имеют диаметр менее 1 мкм (макси-
мум — 0,1 мкм). Чем меньше размер частиц, тем доль-
ше сохраняются они в атмосфере. Гигантские масшта-
бы ядерных пожаров могут повлиять на климат всей
нашей планеты.
«Ядерная ночь», «ядерная зима». Температура по-
верхности Земли — результат баланса падающего (сол-
нечного) и излучаемого (инфракрасного) светового
потоков. Мощность падающего излучения выражается
величиной лЯ2(1 —A)ZO, где 1О — интенсивность сол-
нечного излучения по отношению к единице площади
(1370 Вт); А — альбедо, то есть отражательная спо-
собность поверхности (в среднем для земной поверх-
ности — около 30 %); R — радиус Земли (6,37 • 106м).
Это излучение обеспечивает нагрев поверхности и ат-
мосферы Земли.
Тепловое излучение Земли описывается зако-
ном Стефана—Больцмана. Его мощность равна
4nZ?2aT4, где а=5,67-10“8 Вт/м2; Т — температура.
Приравнивая два потока, получаем, что Те=[/0(1—А)
4а] 1/4. Это температура теплового излучения, являю-
щаяся мерой температуры планеты. Для земли
Тв=255К =—18 °C. В действительности же средняя
за год и по всей площади температура поверхности
Земли 7\ = 287К= + 14 °C. Разница между этими дву-
мя величинами обусловлена парниковым эффектом:
атмосфера более прозрачна для солнечного, чем для
теплового (длинноволнового инфракрасного), излуче-
ния. Содержащиеся в атмосфере водяные пары, в мень-
шей степени — углекислый газ, поглощают 85 % теп-
лового излучения Земли, не дают ему уйти в мировое
пространство. Солнечное излучение па 20 % поглоща-
ется атмосферой, 30 % отражается от нее, 50 % погло-
щается поверхностью Земли.
Под влиянием дыма, а также поднятых ядерными
взрывами аэрозолей солнечный свет будет погло-
щаться атмосферой («ядерная ночь», «ядерные сумер-
ки»), а до Земли дойдет лишь часть его в виде тепло-
вого излучения. В результате температура земной по-
верхности Т8 приблизится к расчетной величине Тв.
Исчезновение парникового эффекта и способствует на-
ступлению «ядерной зимы». Расчеты показывают, что
189
в континентальных районах Земли возможно сниже-
ние температуры летом на 30—40 °C. По данным
советских ученых В. В. Александрова и Г. Л. Стенчи-
кова, на 40-е сутки после ядерного конфликта темпера-
тура в центре и на востоке Северной Америки снизит-
ся па 34 и 40 °C, в центральной Европе и на Ара-
вийском полуострове — на 51 °C. Над океанами и
прибрежными районами, а также зимой эти сдвиги
были бы мепее выражены.
Изменение распределения температур (над океа-
нами температура атмосферы была бы на 10—15 °C
выше) вызвало бы существенную перестройку гло-
бальной циркуляции воздуха. Можно ожидать полного
подавления конвекции и ослабления турбулентного об-
мена теплом и влагой между атмосферой и поверх-
ностью. Разогрев атмосферы должен сопровождаться
падением относительной и абсолютной влажности и
уменьшением количества осадков. Поскольку осадки
играют главную роль в очищении атмосферы от за-
грязнений, дым и пыль в воздухе будут более продол-
жительно сохраняться.
Столь значительное снижение температуры в соче-
тании с резким уменьшением прозрачности атмосферы
может продолжаться несколько месяцев, чего вполне
достаточно для прекращения фотосинтеза и гибели
большей части растений и животных.
Такое изменение климата соизмеримо с наиболее
крупными климатическими катастрофами, зафиксиро-
ванными в истории Земли и приведшими к гибели
массы организмов и коренной перестройке биосферы.
Усиление ультрафиолетовой радиации. По оконча-
нии «ядерной ночи» и при восстановлении прозрач-
ности атмосферы (примерно через год после конфлик-
та) поток ультрафиолетового излучения увеличится
примерно в 4 раза из-за частичного разрушения озоно-
вого слоя, главным образом окислами азота. Восста-
новления озонового слоя следует ожидать через 5—
8 лет. Каковы могут быть последствия этого для чело-
века и биосферы?
Прежде всего, ультрафиолетовая составляющая сол-
нечного света является главной причиной рака кожи
человека, который возникает лишь на открытых частях
кожи, главным образом (на 80—90 %) на лице, пре-
имущественно у белокожих людей. Частота его зако-
номерно возрастает с увеличением длительности сол-
нечного сияния и высоты Солнца над горизонтом
140
(то есть в направлении от полюсов к экватору), а так-
же у лиц, профессионально связанных с работой иод
открытым небом. Озоновый слой атмосферы, поглощая
самое опасное — наиболее коротковолновое — ультра-
фиолетовое излучение Солнца, защищает людей и био-
сферу в целом от их губительного потока.
Повышение ультрафиолетовой радиации в итоге
ядерной войны будет неизбежно сопровождаться ро-
стом частоты возникновения кожного рака и мелано-
мы кожи, причем на 1 % увеличения ультрафиолето-
вого светового потока частота появления рака кожи
будет возрастать на 2—4 %.
Следствиями роста ультрафиолетового излучения
будут также резкое, в течение 2—3 лет, подавление фо-
тосинтеза, значительное угнетение иммунной системы
животных и человека (при этом неизбежен рост ин-
фекционных заболеваний), значительное ускорение
мутационного процесса у бактерий и других микроор-
ганизмов.
Однако наибольшую опасность представляет взаим-
ное усиление (синергизм) биологических эффектов
ультрафиолетового излучения и ионизирующей радиа-
ции, прежде всего радиоактивного заражения. В ре-
зультате подавления ультрафиолетовым излучением
внутриклеточной репарации, а также функции иммун-
ного надзора многократно усилится поражающее дей-
ствие ионизирующей радиации, в том числе канцеро-
генное и генетическое.
«Обычные» загрязнения. Ядерные взрывы, а также
последующие пожары многократно увеличат количе-
ство поступающих в атмосферу оксидов азота и серы,
углекислого и угарного газов, а также тяжелых ме-
таллов.
Этих «обычных» загрязнений поступит в атмосферу
в 5—7—12 раз больше, чем обычно в течение года.
«Кислотные дожди», представляющие собой в сущ-
ности растворы серной и азотной кислот, губительно
действуют на растительность, в особенности на хвой-
ные деревья, вызывают бурное развитие сорной расти-
тельности, вымывают кальций, микроэлементы из поч-
вы, способствуют снижению ее продуктивности и засо-
лению. Подкисление воды рек и озер пагубно влияет
на водную флору и фауну.
Резкое возрастание загрязнения атмосферы и водо-
емов тяжелыми металлами представляет серьезную
опасность, поскольку кадмий и мышьяк обладают
141
канцерогенным действием, а ртуть и свинец вызывают
острые и хронические отравления.
Наконец, в атмосфере за счет многократного уве-
личения количества оксидов азота, угарного газа,
озона, частиц дыма и выделяющихся из последних угле-
водородов (этилена, пропилена и др.) под влиянием
мощного потока ультрафиолетового излучения форми-
руется фотохимический смок столь высокой интенсив-
ности, что оп представит серьезную опасность для стра-
дающих заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхатель-
ной систем, для здоровья пожилых людей и детей.
Таким образом, каждый из перечисленных выше
факторов, который обязательно возникнет в результа-
те ядерной войны, представляет серьезнейшую опас-
ность для здоровья и жизни людей, для всего живого
па Земле. Однако совокупное действие этих факторов,
приводящее в большинстве случаев даже пе к сумма-
ции, а к взаимному усилению их эффектов, особенно
губительно. По расчетам беспристрастных- ученых,
крупнейших специалистов разных стран, непосред-
ственно в ядерной войне могут погибнуть от 750 млн
до 1,1 млрд и более человек, главным образом в Се-
верном полушарии. Последствия климатических потря-
сений могут оказаться еще более страшными: до
2 млрд людей не перенесут «ядерную ночь» и «ядер-
ную зиму», а также связанных с ними голода, болез-
ней и ухудшения условий среды обитания. В Север-
ном полушарии, возможно, никто из людей не выжи-
вет, под вопрос будет поставлено само существование
рода человеческого.
Более отдаленные последствия для выживших в
итоге ядерного катаклизма проявятся в повышении за-
болеваемости, смертности, падении рождаемости, ро-
сте неполноценного потомства, через 15—20 лет —
в увеличении частоты появления злокачественных но-
вообразований, а в последующих поколениях — в росте
наследственной патологии. Каждый выживший превра-
тится в хронического больного. В условиях недостатка
пищи, отсутствия медицинской помощи, загрязнения
питьевой воды, при суровых условиях существования,
распаде социальных структур весьма сомнительно вы-
живание уцелевших в последующие годы. Реальной
перспективой является прекращение существования
человеческой популяции на протяжении жизни 5—6 по-
колений после ядерной войны.
Научный анализ экологических последствий ядер-
142
ного катаклизма раскрывает глаза всем мыслящим
людям планеты на трагическую перспективу, избежать
которую можно лишь путем ликвидации ядерного ору-
жия, путем налаживания климата доверия между на-
родами, постоянной настойчивой работой по построе-
нию системы международной безопасности.
Мирная программа, программа ликвидации ядерпо-
го оружия к 2000 году, выдвинутая нашим правитель-
ством,— единственная и истинная дорога к миру и
процветанию человечества.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
И БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Увеличение численности человечества, научно-техни-
ческий и социальный прогресс, рост благосостояния и
уровня жизни народов — эти процессы, в сущности,
характеризуют всю историю человеческого общества
с момента появления простейших орудий труда. Исто-
рия человечества — это летопись развития и совершен-
ствования производительных сил, за которым скачко-
образно развивались и производственные отношения
между людьми.
Этот объективный процесс развития человечества
протекал и протекает, самоускоряясь, по кривой, близ-
кой к экспоненте, то есть по закономерностям, типич-
ным для геометрической прогрессии. И численность
людей на земле, и масштабы их преобразующей дея-
тельности с каждым веком, с каждым тысячелетием
истории все быстрее возрастали. В наши дни, во вто-
рую половину XX века, они наиболее высоки. Вот по-
чему, говоря о росте народонаселения, в особенности
в развивающихся странах, мы все чаще употребляем
термин «демографический взрыв», а анализируя раз-
витие науки и производства, говорим о научно-техни-
ческой революции.
Чтобы обеспечить людям высокий и постоянный
(пли даже растущий) уровень жизни, необходим соот-
ветствующий уровень промышленного и сельскохозяй-
ственного производства, требующий, в свою очередь,
достаточного количества энергии и сырьевых ресурсов.
Производство и потребление энергии — важнейший по-
казатель развития страны, всего человечества. И это
естественно: чтобы получить любой продукт, любое из-
делие, необходимо произвести работу и, следовательно,
затратить энергию.
143
«Цивилизацию» нельзя определять только количе-
ством опубликованных на душу населения книг, про-
должительностью рабочей педели или числом калорий,
в среднем потребляемых человеком. Ни один из этих
факторов цивилизации не смог бы получить своего
развития без фундамента в виде энергии. Древняя
Эллада, давшая миру Аристотеля, Платона и Гомера,
была создана 34 тысячами свободных людей с по-
мощью 300 тысяч «машин мощностью 40 ватт» —
то есть 300 тысяч рабов. «Величие» Древнего Рима
основывалось на 15—20 миллионах граждан, управ-
лявших трудом 130 миллионов рабов... Разумеется, мы
могли бы довольствоваться и меньшим количеством
затрачиваемой энергии, чем сегодня, как это делали
наши прадеды, пользовавшиеся лампами на китовом
жире и натуральным хозяйством усадеб и ферм, одна-
ко такова тенденция развития современного общества.
Она обусловлена в первую очередь ростом населения,
более сложными промышленными процессами и есте-
ственным стремлением людей к более высокому уров-
ню жизни. Необходимо помпить, что изобилие энер-
гии сыграло революционизирующую роль в развитии
человечества.
В развитых государствах па каждого человека в
среднем производится около 10 кВт — в сотни раз
больше, чем человек может выработать своими муску-
лами.
Мировое потребление энергии — пожалуй, важней-
ший показатель прогресса человечества — растет в гео-
метрической прогрессии и последние 20—25 лет увели-
чивается на 5 % в год — существенно быстрее, чем
другие показатели. И в развитие энергетики передовые
страны вкладывают больше всего средств. Но 90 % ис-
точников энергии — это невозобновимые ресурсы топ-
лива (уголь, нефть, газ и т. п.), которые рано или
поздно иссякнут. По самым оптимистическим подсче-
там, их хватит не более чем на одно-два столетия.
А без энергии современная цивилизация существо-
вать не может. Назревающий энергетический кризис
угрожает, таким образом, самому существованию чело-
веческого общества. Единственный и очевидный путь
преодоления кризиса — постепенный переход на источ-
ники энергии, которые практически не иссякали бы
со временем. Такие источники известны: это солнеч-
ная радиация, тепло земных недр, гидроэнергия рек
и морских приливов, энергия ветра.
144
Но лйшь гидроэнергию рек человек использует бо-
лее или менее давно и успешно. Это энергия экологи-
чески чистая и рентабельная при высоких плотинах
и больших напорах (то есть главным образом в горных
районах). Однако таких районов на Земле немного.
В мировом энергетическом балансе гидроэнергетика
составляет около 5 %, и существенное увеличение ее
доли вряд ли возможно. К тому же при строительстве
плотин неизбежны затопление плодородных поймен-
ных земель, изменение гидрологического режима рек,
повышение уровня грунтовых вод и другие нежела-
тельные последствия. Поэтому в перспективе, по мере
разрешения энергетического кризиса, плотины и во-
дохранилища, вероятно, будут частично ликвидиро-
ваны.
Геотермальную энергию можно эффективно исполь-
зовать лишь в вулканических районах. Вклад ее в об-
щий энергетический баланс даже в таких государст-
вах, как Италия, не превышает 2 %. Энергия ветра
непостоянна и также может быть применена локально,
для удовлетворения местных нужд.
Наиболее широкие перспективы сулит, казалось бы,
развитие солнечной энергетики. Солнце пеиссякаю-
щий, повсеместный и мощный источник энергии.
В принципе возможно получение электроэнергии за
счет Солнца не только в жарких областях нашей пла-
неты, но и в космическом пространстве. Уже созданы
и реализованы многочисленные проекты использования
энергии Солнца для бытовых нужд, для плавки особо
чистых металлов, выращивания овощей и фруктов в
теплицах и оранжереях, для снабжения энергией ор-
битальных космических станций и т. п. Нетхсомнения,
что солнечная энергетика будет развиваться и в бу-
дущем.
Однако энергия Солнца никогда не станет главным
источником энергии для человечества, ибо, по спра-
ведливому замечанию П. Л. Капицы, солнечная энер-
гия не обладает для этого достаточной плотностью.
Основным потребителем энергии в народном хозяй-
стве является в настоящее время тяжелая промышлен-
ность — металлургия, машиностроение, транспорт,
строительство и т. п., которой необходимы сотни мил-
лионов киловатт. А чтобы получить за счет Солнца
1 млн кВт энергии, необходимо снимать ее с площади
20 км2, что является весьма сложной и дорогостоящей
технической задачей.
ю 7—1927
145
Таким образом, возобновляемые источники энергии
могут более или менее успешно удовлетворить потреб-
ности человечества в «бытовой» энергии и совершен-
но недостаточны для решения проблемы энергетики
больших мощностей. Единственный путь выхода из
энергетического кризиса — получение и использование
энергии распада и синтеза атомов, развитие ядерной
и термоядерной энергетики. Пока человечество еще
располагает запасами ископаемого горючего топлива,
оно имеет и запас времени для преодоления многочис-
ленных технических трудностей на пути освоения это-
го практически вечного источника энергии.
КАК УСТРОЕНА
АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ!
Ядерный реактор, в котором гигантская сила, эаклю-
ченная в недрах ядра урана, послушно работает на
человека,—такой же символ научно-технического про-
гресса, как, скажем, ЭВМ или космическая орбиталь-
ная станция. Но при всем своем совершенстве и тех-
нической сложности ядерный реактор, в сущности,
делает то же самое, что и старая тепловая электростан-
ция,— превращает воду в пар или нагревает газ. Бо-
лее того, в температуре пара и экономичности превра-
щения тепловой энергии в электрическую он даже
уступает ТЭС.
Принципиальное различие состоит в том, что на
атомной электростанции (АЭС) отсутствует процесс
горения. На АЭС нет груженных углем составов или
цистерн с мазутом, нет золы, копоти, дыма — обяза-
тельных спутников ТЭС. Одной заправки ядерным топ-
ливом достаточно, чтобы ядерный реактор работал бо-
лее года. За исключением ядерного реактора, все
остальные блоки АЭС такие же, как на ТЭС: вырабо-
танное в реакторе тепло превращает воду в пар, пар
вращает турбину, а генератор превращает энергию
вращения турбины в электрическую энергию.
В качестве источника энергии на АЭС используют
обычно обогащенный уран. Дело в том, что природный
уран состоит из смеси трех изотопов. Уран-238 состав-
ляет 99,28 % всего вещества и имеет период полурас-
пада 4,5-109 лет. Уран-235 (период полураспада
7 * 108 лет) — более легкий и менее стабильный изотоп
урана (в его ядре на 3 нейтрона меньше); в природ-
ном уране его 0,71 %. Еще более легкий изотоп —
146
уран-234; в природном уране его только 0,006 %; прак-
тического значения он не имеет.
Чистый уран — тяжелый металл серого стального
цвета с удельным весом 19,05 г/см3.
Цепная самоподдерживающаяся реакция деления
ядер протекает в уране-235. При этом «запуск» реак-
ции осуществляется нейтроном, обладающим опреде-
ленной энергией. В результате распада ядра урана-235
образуются 2—3 новых нейтрона, продолжающих ре-
акцию. Таким образом, раз начавшись, реакция ядер-
ного распада может сама себя поддерживать, распро-
страняться лавинообразно, приводить к ядерному
взрыву.
В ядерном реакторе создаются такие условия, что-
бы реакция сохраняла цепной характер, поддерживала
себя, но не носила лавинообразного, взрывного харак-
тера, а протекала стационарно, поддавалась регулиро-
ванию. Для этого необходимо, чтобы из двух-трех
нейтронов, освобождающихся при делении ядра ура-
на-235, лишь один продолжал реакцию, а остальные
поглощались или уходили из активной зоны.
В качестве топлива на АЭС используют поэтому
обогащенный уран. Это природный металл, в котором
концентрация урана-235 предварительно повышена до
2—3 % (вместо 0,7 %). Именно он является собствен-
но ядерным горючим. Избыток урана-238 поглощает
часть вылетающих нейтронов, превращаясь при этом
постепенно в плутоний-239. Этот изотоп делится так
же легко, как уран-235. Поэтому к концу срока экс-
плуатации реакторное топливо содержит больше плу-
тония-239, чем урана-235, который главным образом
«выгорает», обеспечивая поддержание цепной реакции.
Обогащенный уран — готовое ядерное топливо —
в виде таблеток по 20 г весом помещается в стальные
или циркониевые трубки (так называемые тепловыде-
ляющие элементы, твэлы) — основные элементы ак-
тивной зоны реактора. В качестве замедлителя нейтро-
нов используют либо высокоочишенный графит, брус-
ки которого заданной формы также помещают в
активную зону, либо тяжелую воду (в которой обыч-
ный водород заменен его тяжелым изотопом — дейте-
рием), либо обычную легкую воду, служащую также
для охлаждения и переноса энергии.
В большинстве современных атомных реакторов
именно вода используется в качестве теплоносителя.
Эти реакторы бывают двух основных типов.
10*
147
Реактор кипящего типа. Как явствует из названия,
вода внутри такого реактора превращается в пар, ко-
торый направляется непосредственно на турбины по-
сле удаления из него излишков влаги.
Реактор с водой под давлением. В реакторе этой
конструкции вода находится под таким высоким давле-
нием, что не превращается в пар внутри реактора, не-
смотря на высокую температуру. Эта вода заключена
внутри контура, герметизирована и передает тепловую
энергию воде второго контура в специальном теплооб-
меннике. Давление во втором контуре более низкое, по-
этому вода превращается в пар и направляется на ло-
патки турбин.
Изучается возможность промышленного использо-
вания других теплоносителей — тяжелой воды, рас-
плавленного натрия или газов под высоким давлением
(это может быть углекислый газ или гелий). Однако
это будущее ядерной энергетики. А пока наиболее рас-
пространены в нашей стране и за рубежом однокон-
турные уран-графитовые реакторы кипящего типа или
двухконтурные водо-водяные реакторы.
Конструктивной основой водоохлаждаемого урап-
графитового реактора (типа РБМК) является куб, сло-
женный из графита, со стороной порядка 11—13 м,
толщу которого пронизывают технологические каналы.
В них группы твэлов, которые омываются водой под
давлением. Графитовая кладка заключена в гермети-
чески замкнутую полость. Вода подводится снизу к
каждому технологическому каналу, нагревается до ки-
пения и в виде пароводяной смеси отводится в сепа-
раторы. Здесь насыщенный пар отделяется от воды
и под давлением 70 атм направляется к турбинам. Ма-
териал твэлов, технологических каналов и других эле-
ментов активной зоны — циркониевые сплавы. При
осуществлении ядерного перегрева пара технологиче-
ские каналы и другие элементы активной зоны изго-
тавливаются из жаропрочных сплавов.
Водо-водяные энергетические реакторы (типа
ВВЭР) имеют двухконтурную схему отвода тепла, что
обеспечивает более высокую степень радиационной
безопасности.
Типичная атомная электростанция состоит из ог-
ромного реакторного корпуса, в котором расположен
реактор в герметическом металлическом корпусе и
теплообменник; турбинного зала, размещенного в от-
дельном здании, и высокой трубы, выбрасывающей в
148
tF==* ПаР
a
Парогенератор
Насос^а
Реактор
Ядерное
топливо
1L= * - Вода
.. s
=-*~Пар
Реактор
/Ядерное
топливо
=^- Вода
в
Ядерное
топлив
Пар Градирня
И*-»'
Газ
Замедлитело
нейтронов
Насос
Турбина feHepamOp
Насос
-Пар
Теппо-
обменник
Насос
Вода
Колодный воздух
да
Парогенератор
Вода
Схематическое устройство ядерных реакторов различных типов:
а — «кипящего» типа; б — с водяным охлаждением; в — реактор с га-
зовым охлаждением.
отличие от обычных электростанций нагретый воздух,
прошедший специальную очистку, с небольшим коли-
чеством радиоактивных газов и аэрозолей. Кроме того,
излишки тепла удаляются путем сброса в водоем на-
гретой воды. Таким образом, АЭС, как и тепловые
электростанции, являются источником теплового за-
грязнения биосферы.
В умеренных масштабах термальные воды АЭС
можно успешно использовать для обогрева теплиц, ин-
0 тенсивного выращивания рыбы в теплых водоемах,
обогрева производственных и жилых помещений.
149
РЕАКТОРЫ-РАЗМНОЖИТЕЛИ
Как уже отмечалось, в современных атомных силовых
установках ядерное горючее — уран-235, составляю-
щий всего 0,7 % природного урана. Основная масса
добытого и очищенного урана при этом фактически не
используется, что крайне неэкономично.
Чтобы стала реальностью мечта человечества об
изобилии дешевой ядерной энергии, необходимо на-
учиться использовать другое топливо. Реакторы-раз-
множители (бридеры) открывают новый этап в разви-
тии ядерной энергетики, в частности решая задачу по-
лучения ядерного горючего из урана-238, а также из
тория-232. Реактор-размножитель на каждый атом из-
расходованного урана-235 создает больше одного атома
нового ядерного топлива.
Из 2—3 нейтронов, выделяющихся при распаде
ядра урапа-235, один расходуется на поддержание
цепной реакции. Из оставшихся один нейтрон идет на
превращение тория-232 в уран-233 или урана-238 в
плутоний-239. Оба полученных при этом изотопа —
отличное ядерное горючее. Таким образом, в реакто-
рах-размножителях можно использовать как ториевый,
так и урановый цикл размножения.
Имеющихся в природе запасов урана-235 хвати-
ло бы ядерной энергетике на несколько десятилетий.
Освоение в качестве ядерного топлива урана-238 и то-
рия-232 гарантирует удовлетворение энергетических
нужд человечества на сотни, а возможно, и тыся-
чи лет.
Наиболее перспективен реактор-размножитель па
быстрых нейтронах. Нейтроны в таком реакторе не за-
медляются графитом или водой, поэтому процесс пре-
вращения ядер урана-238 или тория-232 в делящиеся
ядра идет гораздо быстрее. Для охлаждения такого
реактора приходится применять жидкий натрий или
гелий под давлением. Для создания таких реакторов
необходимы очень высокий уровень технологии и ре-
шение ряда конструкторско-технологических задач.
Отечественная атомная энергетика в этой много-
обещающей области занимает передовые позиции.
Первый реактор па быстрых нейтронах работает в па-
шей стране с 1969 г. (мощностью 12 МВт), а с 1973 г.
вступил в строй реактор на Шевченковской АЭС мощ-
ностью 150 МВт. Строится третий блок Белоярской АЭС
мощностью 600 МВт*
150
К 2000 г. следует ожидать широкого строительства
реакторов-размножителей в развитых странах, что по-
зволит в значительной степени решить энергетическую
проблему. Но ученые активно пытаются решить более
грандиозную проблему — создание гигантских электро-
станций, использующих управляемую реакцию синтеза
легких ядер.
ПЕРСПЕКТИВЫ
ТЕРМОЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Еще в 1939 г. X. А. Бете предположил, что основным
источником энергии звезд, и в частности Солнца, яв-
ляется ядерный синтез. При исключительно высоких
«звездных» температурах и давлениях ядра водорода
сливаются с образованием ядер гелия и выделением
значительной энергии. Запасов водорода и его тяжело-
го изотопа дейтерия в водоемах Земли достаточно, что-
бы обеспечить человечество энергией на миллионы
лет. Необходимо одно — создать надежную и эконо-
мичную технологию управляемого ядерного синтеза.
В этой сложнейшей области ядерной науки совет-
ские ученые занимают одно из первых мест. Знамени-
тая лекция И. В. Курчатова в Харуэлле (Англия)
в 1960 г. наглядно продемонстрировала успехи отече-
ственной науки в области физики плазмы и открыла
эпоху международного сотрудничества в области тер-
моядерной энергетики. Выдающихся успехов достиг-
ли советские физики во главе с Л. А. Арцимовичем в
60—-70-е годы в создании экспериментальных устано-
вок типа токамак, которые признаны наиболее пер-
спективным прообразом будущих термоядерных реак-
торов.
Разработанная на период до 2000 г. международ-
ная программа исследований позволяет рассчитывать
на создание на пороге третьего тысячелетия так на-
зываемого демонстрационного термоядерного реактора,
который даст возможность реально оценить перспек-
тивы энергетики синтеза легких ядер и послужит по-
следним этапом на пути создания действующей уста-
новки.
Впереди много работы, но с каждым годом крепнет
уверенность в реальности создания термоядерной энер-
гетики и, стало быть, решения энергетической пробле-
мы. Ясно, что экономичность термоядерного реактора
возрастает с увеличением его размеров и мощности.
451
Не исключено, что создание на Земле рукотворных
Солнц окажется под силу лишь содружеству наций.
И тогда совместная работа над этим общечеловеческим
проектом сблизит, быть может, ученых разных стран
и будет способствовать разрешению глобальных проб-
лем человечества.
Чтобы обеспечить слияние двух дейтронов в ядро
гелия, необходимо придать им такую большую энер-
гию, которая облегчила бы преодоление их взаимного
электростатического отталкивания. Для осуществления
управляемой термоядерной реакции синтеза легких
ядер необходимо следующее:
топливо (дейтерий и тритий) должно быть исклю-
чительно чистым;
плотность его должна быть не менее 1015 ядер в
1 см3;
температура должна быть от 100 млп до 1 млрд °C;
максимальная температура и плотность топлива
должны удерживаться в течение пе мепее чем десятых
долей секунды.
Пока эти условия, необходимые для получения в
эксперименте эффекта освобождения полезной термо-
ядерной энергии, еще не удалось осуществить.
На Солнце и других звездах мощное гравитацион-
ное поле удерживает сжатый и нагретый до очень вы-
сокой температуры водород. В земных условиях осуще-
ствить такое гравитационное удержание плазмы в
принципе невозможно. Единственной силой, пригод-
ной для удержания термоядерного горючего, является
магнитное поле. При температуре порядка 100 млн °C
вещество превращается в смесь электронов и атомных
ядер, положительных и отрицательных ионов — плаз-
му, которая из-за наличия в ней заряженных частиц
реагирует на магнитное поле. Однако нестабильность
плазмы, ее способность «утекать», «ускользать» из-под
магнитного контроля очень затрудняет дело.
В 1969 г. Л. А. Арцимович сообщил, что на уста-
новке токамак советским ученым удалось в течение
0,02 с удержать плазму с температурой 5 млн °C и
плотностью 7-1013 ядер в 1 см3. Тем самым наука
вплотную подошла к получению энергии за счет синте-
за легких ядер.
153
МЕДИЦИНА ПРОТИВ
ЛУЧЕВОЙ ОПАСНОСТИ
С того момента, как стало ясно, что ионизирующая ра-
диация, радиоактивные изотопы могут представлять
опасность для здоровья и даже жизни людей, возникла
проблема защиты от этой опасности. После создания
ядерного оружия массового уничтожения и в особен-
ности после трагического опыта Хиросимы и Нагасаки
проблема поиска эффективных средств борьбы с лучевой
угрозой приобрела огромную остроту и актуальность.
Исследования в области создания действенных противо-
лучевых препаратов, поиск новых инженерных и кон-
структивных решений, обеспечивающих максимальную
безопасность людей на соответствующих производствах,
развернулись в разных странах в очень широких мас-
штабах, стимулируя также изучение механизмов дей-
ствия ионизирующей радиации и, в свою очередь, пита-
ясь достижениями общей радиобиологии. Разработки в
области химической защиты от действия радиации и ле-
чения лучевых повреждений оформились в самостоя-
тельные, активно развивающиеся разделы радиобиоло-
гической науки и практики.
ФИЗИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ
ЗАЩИТА ОТ РАДИАЦИИ
Существуют и активно используются в практике сред-
ства защиты от радиации, учитывающие физические
особенности ионизирующих излучений и характеристи-
ки противолучевых препаратов. Распространение иони-
зирующих излучений в целом подчиняется закономер-
ностям, общим для всех видов радиации. Доза излу-
чения в данной точке прямо зависит от мощности
излучающего источника и обратно пропорциональна
квадрату расстояния от него. Поэтому, вероятно,
наиболее эффективный принцип физической защиты от
153
радиации —• защита расстоянием. Исходя из этого прин-
ципа, на современных атомных предприятиях при рабо-
те с делящимся материалом, активным источником ра-
диации, широко используют дистанционные манипуля-
торы, позволяющие оператору находиться на безопас-
ном расстоянии от излучателя.
Второй физический принцип защиты — экраниро-
вание. Использование защитных экранов в принципе
позволяет человеку находиться и даже длительно ра-
ботать вблизи источника радиации, оставаясь в без-
опасности. Защита экранированием — достаточно слож-
ная физическая задача. Дело в том, что самая совер-
шенная физическая защита не в состоянии совсем
предотвратить проникновение жесткого высокоэнерге-
тического электромагнитного излучения. Ни свинец,
ни бетон, ни барит не могут полностью поглотить жест-
кие гамма- и рентгеновские лучи. Они в состоянии
лишь более или менее значительно ослабить их поток,
вызвать его рассеяние. Для многократного ослабления
потока гамма-лучей приходится иногда создавать стены
многометровой толщины, замысловатые лабиринты.
Все это очень громоздко, дорого и неудобно.
Серьезные трудности существуют в защите от пото-
ка нейтронов. Тяжелая бетонная и свинцовая защита
в этом случае вообще малоэффективна. Наиболее целе-
сообразно использовать богатые водородом материа-
лы — воду (поэтому нейтронные источники нередко
помещают под ее многометровой толщей), парафин,
пластики и т. п. А при работе со смешанным гамма-
нейтронным излучением приходится создавать слож-
ную многослойную защиту. Кроме того, необходимо
учитывать способность нейтронов вызывать наведен-
ную радиоактивность конструкционных материалов ре-
актора, ускорителя и т. п., любых других веществ, по-
падающих под пучок, в том числе и тканей организма.
Поэтому и после устранения воздействия нейтронного
потока сохраняется радиоактивность, а интенсивность
ее зависит от дозы нейтронов и состава облученного ве-
щества.
Наконец, необычайно сложна задача физической за-
щиты от первичного (галактического, солнечного) кос-
мического излучения. Даже многотысячекилометровая
толща земной атмосферы не служит в этом смысле
полноценным экраном. Если частицы первичного кос-
мического излучения и не достигают, как правило, по-
верхности Земли, то порожденные каждой из них лив-
154
ни вторичных космических частиц, главным образом
мезонов, достигая земной поверхности, вносят весомый
вклад в естественный радиационный фон на ней и да-
же проникают в глубь земли на значительное расстоя-
ние. За пределами же плотных слоев атмосферы, при
космических и высотных атмосферных полетах эта за-
дача еще более усложняется. Оболочка современного
космического корабля или орбитальной станции не яв-
ляется препятствием для частицы галактического излу-
чения. Проходя корабль насквозь, частица лишь не-
сколько замедляется, что приводит к увеличению ЛПЭ
и соответственно к усилению биологического эффекта.
Трудно сказать, какой толщины должна быть оболоч-
ка космического корабля, чтобы обеспечить защиту от
галактического излучения. И это в условиях космоса,
где каждый лишний килограмм веса на счету.
Ясно, что физическая противолучевая защита не мо-
жет полностью решить проблему. Необходимы другие
средства, в частности химические и биологические. Ка-
ким образом химические вещества, поступающие в ор-
ганизм извне, могут повлиять на тяжесть лучевого по-
вреждения и тем более спасти организм от гибели?
Сама мысль о такой возможности возникла из опытов
и наблюдений различия в радиочувствительности ор-
ганизмов. Чем объяснить, например, что для одного
организма (человека) радиация в дозе 5—6 Гр смер-
тельна, а другой (например, насекомое наездник) пос-
ле дозы 1800 Гр чувствует себя даже лучше? А бакте-
рии Pseudomonas, по сообщению американских уче-
ных, отлично размножаются в воде, охлаждающей
ядерный реактор, где доза за 8 ч достигает 100 тыс. Гр.
Рекордсменами в мире радиоустойчивых организмов
являются Micrococcus radiodurans и древнейшие обита-
тели земли — синезеленые водоросли.
Конечно, чувствительность к радиации зависит от
многих причин. Более высокоразвитые и сложные ор-
ганизмы погибают от таких сравнительно небольших
доз радиации, которые убивают лишь отдельные клет-
ки, а основная масса их вполне жизнеспособпа. В этих
случаях, очевидно, важны нарушения координации и
регуляции жизненных функций.
Однако зависимость между сложностью организа-
ции и радиочувствительностью не всегда прямолиней-
на. На каждом уровне организации есть свои «чем-
пионы» устойчивости и чувствительности. Это натолк-
нуло ученых нц мысль, что, быть может, устойчивость
155
некоторых организмов связана с особенностями их хи-
мического состава, характера питания и т. п. Через
много лет эта догадка блестяще подтвердилась. Совет-
ским ученым удалось показать, что высокая, по срав-
нению с другими грызунами, устойчивость к радиации
степных песчанок — результат их питания степными
растениями. При переводе песчанок па «диету» вива-
рия их радиоустойчивость снижалась до уровня обык-
новенных лабораторных крыс.
Очевидно, химические вещества только в том слу-
чае могут ослабить лучевое поражение, если они «вме-
шиваются» в ту последовательность реакций, которая
развертывается в облученном организме, если они пре-
рывают эти реакции или по крайней мере ослабляют
их. Поэтому чем глубже мы будем знать все детали ме-
ханизма лучевого поражения, тем легче можно будет
найти и подобрать средства, способные этому механиз-
му противодействовать. И наоборот, каждый новый эф-
фективный противолучевой препарат раскрывает нам
нечто новое в самой сущности лучевого поражения,
углубляет представление о нем.
Область радиобиологии, изучающая средства и ме-
тоды химической защиты от радиации, ведет свою от-
носительно недолгую историю с 1949 г., когда были до-
стигнуты первые успехи в защите млекопитающих. Но
еще до этого, на протяжении 40-х годов, английский
ученый В. Дейл исследовал влияние разведения пре-
паратов белков на степень их лучевой инактивации и
нашел, что в более разведенных растворах повреждение
больше, а при добавке примесей — меньше. Можно
было на этом основании сделать заключение, что ра-
диация действует на белки в основном не прямо, а че-
рез посредство свободных радикалов воды.
В 1948—1949 гг. американский химик Г. Баррон
показал, что продукты радиолиза воды уменьшают ак-
тивность ферментов, содержащих в своем составе
сульфгидрильные, или тиоловые, группы — SH. Окис-
ление этих групп и способствовало инактивации фер-
ментов. Тогда ученый предположил, что активность
таких ферментов можно восстановить, если к их раст-
ворам добавить вещества, которые сами содержат тио-
ловые группы. С помощью аминокислоты цистеина,
содержащей SH-группу, действительно удалось восста-
новить активность тиоловых ферментов в растворах.
Открытие Г. Баррона было немедленно использовано
в опытах с облучением животных.
Защитное действие цисте-
амина при общем рентге-
новском облучении мышей
(Бак, 1952):
выживаемость незащищенных
мышей, облученных в дозе
7 Гр (I); при введении цистеа-
мина перед облучением в этой
дозе выживает f 00 % мышей
(V); при увеличении дозы ра-
диации до 9 Гр эффект цистеа-
мина снижается (IV)—выжи-
вает 70 % мышей; защитный
эффект обнаруживается и при
облучении в дозах И Гр (Ш)
и даже 13 Гр (II).
Но следующие исследования показали, что пред-
ложенный Барроном механизм противолучевого дей-
ствия тиоловых соединений на самом деле в облучен-
ном организме не имеет места и значения: активность
тиоловых ферментов в нем при облучении в дозе
ЛДюо/зо не снижается, а в некоторых случаях даже
увеличивается. Поэтому «восстанавливать» ее с по-
мощью введенных тиолов бессмысленно. Однако это
выяснилось потом...
А пока введение животным перед облучением ци-
стеина спасло от гибели часть этих «жертв науки».
В 1949 г. английский радиобиолог Г. Патт доказал
наличие у цистеина радиозащитных свойств. В том же
году американский ученый Е. Кронкайт достиг ана-
логичных результатов с помощью другого тиолового
соединения —• трипептида глютатиона, в состав которо-
го также входит цистеин. В том же году в Бельгии
3. Бак и А. Эрве сообщили о противолучевом действии
цианистого натрия, цистеина, затем группы азидов,
нитрилов. В 1951 г. 3. Бак, один из крупнейших совре-
менных радиобиологов и специалистов по противолу-
чевой защите, показал, что, удалив из молекулы ци-
стеина кислотную (карбоксильную) группу, можно
значительно увеличить защитную эффективность пре-
парата, который получил название цистеамин (а так-
же меркаптоэтиламин, МЭА, меркамин). Вводя цистеа-
мин мышам непосредственно перед облучением,
причем в гораздо меньшей дозе, чем цистеин, Г. Бак
обеспечил выживание всех животных, облученных в
смертельной дозе 7 Гр. Этот опыт был повторен во
многих странах с неизменным успехом. Химическая
противолучевая защита стала реальностью.
В последующие годы и десятилетия на противолуче-
вую активность были проверены многие тысячи самых
157
разнообразных химических соединений. Был обнару-
жен радиозащитный эффект серотонина (Г. Лангев-
дорф), мексамина (П. Г. Жеребченко, Н. Н. Суворов),
аминоэтилизотиурония (Д. Доэрти) и многих других
веществ (гистамин, адреналин, резерпин, окись угле-
рода, n-аминопропиофенон, аминоалкилтиофосфаты
И др.).
ЛЕКАРСТВЕННАЯ ПРОФИЛАКТИКА
И ЗАЩИТА
Радиозащитные вещества (радиопротекторы) — много-
численны и очень разнообразны по составу и свойст-
вам. Однако большинство из них в силу ряда недостат-
ков (токсичность, нестабильность, кратковременность
и слабость защитного действия и т. п.) представляют
лишь научный интерес. Наиболее эффективные и пер-
спективные препараты относятся к двум классам хими-
ческих соединений — аминотиолам (они же — мер-
каптоалкиламины) и индолилалкиламинам. Прежде
чем приступить к более детальному знакомству с эти-
ми классами радиопротекторов, попробуем дать опре-
деления основным понятиям.
Противолучевая химическая (фармакологическая)'
защита представляет собой введение радиопротектора
в организм перед (и только перед!) облучением, приво-
дящее к увеличению выживаемости подопытных жи-
вотных по сравнению с контрольными, облученными
в той же дозе, но без протектора.
Каковы области возможного применения радиопро-
текторов? Это, во-первых, индивидуальная химическая
защита от внешнего лучевого воздействия, сравнитель-
но кратковременного и интенсивного (например, при
ядерном взрыве, солнечной вспышке). Это, во-вторых,
защита от радиации при длительном облучении в до-
зах с малой мощностью (например, на следе радио-
активного облака, при длительных космических поле-
тах). Это, в-третьих, повышение устойчивости орга-
низма к радиации в условиях лучевой терапии. Все
эти задачи важны и при всей своей общности имеют
и различия.
Какими свойствами должен обладать радиозащит-
ный препарат, так сказать, идеальный радиопротек-
тор? Прежде всего, разумеется, он должен быть эффек-
тивным, то есть сохранять жизнь животным и людям
при возможно более высоких дозах радиации. Он дол-
158
жен быть, далее, нетоксичным: противолучевые его
дозы должны быть значительно меньше токсических,
применение препарата не должно сопровождаться по-
бочными реакциями (тошнота, рвота, понос, голово-
кружение и т. п.). Препарат должен действовать быст-
ро (после его приема состояние повышенной устойчи-
вости к радиации должно достигаться возможно
скорее) и в то же время достаточно долго — по край-
ней мере 2—4 ч, а при длительных лучевых воз-
действиях — еще дольше, хотя бы 5—8 ч. Далее, необхо-
димо, чтобы можно было препарат удобно вводить в
организм, лучше всего через рот или внутримышечно.
При повторном применении радиопротектор не дол-
жен накапливаться или вызывать длительных измене-
ний в организме (кумуляции). Хотелось бы иметь
радиопротектор, защищающий от разных видов радиа-
ции — рентгеновской, гамма-, гамма-нейтронной, про-
тонной, от излучения радиоактивных изотопов. Про-
тектор должен быть эффективным и при растянутом
(пролонгированном), и при фракционированном облу-
чении. Препарат не должен снижать устойчивость ор-
ганизма к другим неблагоприятным воздействиям
внешней и внутренней среды. Он должен быть устой-
чивым, не терять своих защитных свойств по крайней
мере 3 месяца. Наконец, было бы чрезвычайно полез-
но, если бы радиопротектор был эффективным сред-
ством при введении не только перед облучением, но
и после него (Гончаренко, Кудряшов, 1985).
Список получился длинный, а требования в нем —
разнообразные и даже в какой-то мере противоречи-
вые. Человечество пока не располагает ни одним пре-
паратом, который удовлетворял бы всем этим требова-
ниям или хотя бы наиболее важным из них. Тем не
менее есть много препаратов, соответствующих ряду
требований.
Как оценивать защитную активность препаратов,
сравнивать их между собой? Казалось бы, достаточно
облучить животных смертельной дозой радиации и
подсчитать процент выживших после применения каж-
дого из испытываемых препаратов. Так в первые годы
и поступали. Учитывали выживаемость к концу
30-х сут опыта (при ориентации на «костномозговую»
гибель) или в течение 5 сут («кишечная» гибель),
а также продолжительность жизни павших животных.
Однако вскоре выяснилось, что такой способ оцен-
ки характеризует эффективность препарата при одной
159
какой-то дозе радиации. Но ведь дозы радиации раз-
личаются не только количественно, но и качествен-
но, по мере увеличения дозы выдвигаются на перед-
ний план другие механизмы лучевого поражения. Дан-
ный препарат может быть полезен при одном из них
и неэффективен или даже вреден при другом.
Более современным является способ оценки по фак-
тору изменения дозы (ФИД) или уменьшения дозы
(ФУД). Давно замечено, что действие радиопротекто-
ра сводится, в сущности, к уменьшению дозы радиа-
ции: процент гибели защищенных животных меньше
(как если бы их облучили меньшей дозой радиации).
Чаще всего определяют величину ЛД50/30 для конт-
рольных и защищенных животных, а затем определя-
ют ФУД по формуле
ФУЛ- ЛД50/3° (опыт)
д ЛД50/30 (контроль)-
Этот результат отражает эффективность защиты в
целом диапазоне доз и дает более объективное пред-
ставление о действии разных препаратов.
Итак, наиболее эффективны радиопротекторы двух
основных классов — содержащие серу (аминотиолы,
меркаптоалкиламины), а также индолилалкиламины,
биогенные амины, не содержащие серы.
В составе молекулы протекторов первого класса
присутствуют две группы атомов, имеющие отноше-
ние к защитному эффекту: тиоловая SH-группа и
аминогруппа — NH2. Модельным радиопротектором для
этого класса соединений является цистеамин (МЭА),
в котором эти группы отделены друг от друга двумя
атомами углерода. Если удлинить углеродную цепоч-
ку между ними, то после трех атомов углерода защит-
ный эффект начинает падать. Снижается он и в том
случае, если водород в тиоловой группе заместить дру-
гим атомом. Лишь при образовании — S—S —связи
(дисульфидной) между двумя молекулами МЭА при их
окислении возникает дисульфид цистамин, сохраняю-
щий противолучевую активность и даже более удобный
для применения — его можно вводить через рот.
Для аминотиолов характерны сравнительно узкий
диапазон эффективных доз и достижение максимума
защиты при уже проявляющемся токсическом дейст-
вии препарата. ФУД для МЭА равняется 1,5, для ди-
сульфидов — 1,5—1,8. Продолжительность защитного
действия — около 1 ч.
160
Циклические аналоги МЭА — тиазолины и тиазоли-
дины — действуют более длительно, вероятно, потому
что в организме они медленно расщепляются, переходя
в активную форму. Эти препараты можно вводцть че-
рез рот. Глютатион представляет собой, очевидно, важ-
нейший естественный серосодержащий радиопротек-
тор. В нормальных условиях оп содержится в клетках
и крови в больших количествах и обеспечивает есте-
ственную устойчивость организма к радиации па до-
статочно высоком уровне.
Индолилалкиламипы — класс соединений, представ-
ляющих группу производных индола. Модельным со-
единением, обладающим противолучевой активностью,
является триптамин. Значительно более эффективным
радиопротектором является его 5-оксипроизводное —
серотонин. Это соединение служит наряду с глютатио-
ном важнейшим естественным радиопротектором, по-
стоянно присутствующим в нашем организме. Если
водород в гидроксильной группе серотонина (5-окси-
триптамина) заменять углеводородными радикалами,
противолучевое действие усиливается еще больше. Са-
мое известное — метильное производное серотонина
(5-метокситриптамин, или мексамин).
Среди разнообразных соединений, обладающих не-
которой противолучевой активностью, отметим еще
группу веществ природного происхождения. К их чис-
лу относятся многие продукты нормального обмена ве-
ществ: витамины и их биологически активные фор-
мы — коферменты, нуклеиновые кислоты и их произ-
водные, многие растительные фенольные соединения,
аминокислоты, некоторые углеводы и липиды. Доволь-
но активным радиопротектором является меллитин-по-
липептид из пчелиного яда, состоящий из 26 амино-
кислотных остатков.
Вещества-адаптогены (сюда относятся экстракты
элеутерококка, женьшеня, китайского лимонника и
другие из растений семейства аралиевых) действуют
неспецифически, они повышают устойчивость организ-
ма к самым различным внешпим воздействиям, вклю-
чая радиацию. Они эффективны как при остром, так и
при пролонгированном и фракционированном облуче-
нии, хотя и при дозах радиации ниже абсолютно смер-
тельных.
Противолучевой эффект адаптогенов, как и витами-
нов, проявляется при длительном их введении в орга-
низм за много дней и даже недель до облучения. При
161
11 7-1927
этом действие витаминов сводится к обеспечению оп-
тимальной жизнедеятельности организма, к подъему
его радиоустойчивости до некоего оптимального уров-
ня. Что касается адаптогепов, то детальный механизм
их действия еще не раскрыт. По-видимому, они влия-
ют через собственные системы нейрогуморальной ре-
гуляции организма, смягчая и оптимизируя их реак-
ции на облучение.
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
РАДИОПРОТЕКТОРОВ
Итак, протекторы — это соединения, снижающие тя-
жесть лучевого поражения при условии введения пе-
ред облучением. Они действуют во время лучевого
поражения, на самых ранних его этапах. И хотя проме-
жуток времени между введением препарата и облуче-
нием в большинстве случаев исчисляется минутами,
исследования показали: за это время протектор успе-
вает проникнуть в радиочувствительные органы и тка-
ни и начинает действовать.
Каким же образом введенное извне химическое ве-
щество может увеличить устойчивость организма к
воздействию радиации? Ответ на этот вопрос важен и
интересен сам по себе. Но он позволяет глубже понять
механизмы самого лучевого поражения, проникнуть
в сущность процессов, лежащих в основе изменений,
вызываемых им.
Первую гипотезу, способную объяснить противолу-
чевой защитный эффект, выдвинули радиобиологи
3. М. Бак и П. Александер (1955). По их предположе-
нию, радиопротекторы защищают потому, что они пе-
рехватывают и обезвреживают, инактивируют свобод-
ные радикалы, прежде всего радикалы воды, которые
возникают в результате взаимодействия радиации с ве-
ществом и начинают ту цепь последовательных физи-
ко-химических, биохимических и патофизиологических
изменений, которая в конечном счете приводит к луче-
вому поражению организма. Окисляясь сами, тиоловые
радиопротекторы обезвреживают активные радикалы
и тем самым смягчают лучевое поражение.
Подобный механизм радиозащитного эффекта впол-
не возможен, но за его счет нельзя отнести весь объем
защиты и действие всех радиопротекторов. Есть и
серьезные возражения: содержание протекторов в тка-
162
иях обычно гораздо ниже, чем требуется для реализа-
ции такого механизма защиты.
Развитием физико-химических представлений о ме-
ханизмах противолучевой защиты явилась гипотеза
норвежских исследователей Элдьярна и Пиля, которые
доказали, что введенные извне тиоловые радиопротек-
торы могут образовывать с тиоловыми группами бел-
ков смешанные дисульфиды. Благодаря этому тиоло-
вые группы белков оказываются защищенными от по-
ражения радикалами.
Гипотеза норвежских ученых не раскрывает меха-
низма защиты генетического аппарата клетки. Выра-
женность защиты по всегда соответствует количеству
образующихся смешанных дисульфидов. И эта гипо-
теза, таким образом, не в состоянии объяснить все
факты.
Значительный шаг вперед в понимании физико-
химических механизмов защиты сделала допорпо-ак-
цепторная гипотеза, обоснованная советским радиобио-
логом Н. А. Изможеровым. Основным физическим эф-
фектом при взаимодействии излучения с веществом яв-
ляется, как известно, ионизация, то есть выбивание элек-
трона, приводящее в конечном счете к инактивации
биологических макромолекул. Очевидно, компенсация
утраченного молекулой электрона может рассмат-
риваться как элементарный акт ее восстановления.
Выдвинуто такое предположение: радиопротекторы
обладают такими особенностями электронной струк-
туры, что легко отдают электрон, выступая в роли его
донора. Восполняя электронные вакансии в процессе
донорно-акцепторного взаимодействия, протекторы тем
самым ослабляют лучевое поражение. Вещества — ак-
цепторы электронов, с этих позиций, должны, наобо-
рот, усиливать поражение, выступая в качестве радио-
сенсибилизаторов.
Таким образом, донорно-акцепторный механизм за-
щиты состоит в блокировании перехода вещества в
ионизированное состояние либо перехода иона в ради-
кал, то есть до образования последнего. Мерой донорной
активности соединений служит потенциал ионизации,
рассчитываемый с помощью метода молекулярных ор-
биталей. Доказано, что большинство протекторов об-
ладает электронодонорными свойствами. С другой сто-
роны, среди активных доноров успешно ведется поиск
новых протекторов. И по нашим данным, обладающие
высокой донорной активностью фенольные соединения
11*
163
обладают свойствами протекторов, тогда как продукты
их окисления хиноны — сильные акцепторы электро-
нов и радиосенсибилизаторы.
Эта гипотеза дополняет другие и пе отрицает суще-
ствования иных механизмов на более высоких уровнях
организации.
По представлениям советского радиобиолога
Л. X. Эйдуса, при облучении в мишени внутри клетки
образуются два типа потенциально летальных повре-
ждений — зависимые от присутствия кислорода и
независимые от него. И те и другие могут быть восста-
новлены. Но для репарации кислородзависимых
повреждений необходимо вмешательство радиопротек-
торов, в частности тиолов. Ценность этой гипотезы —
в увязке действия протекторов с системами фермен-
тативной репарации.
Этот же автор выдвинул гипотезу адсорбционной
защиты, суть которой сводится к сохранению про-
странственной структуры облученной макромолекулы
адсорбированными на ней молекулами радиопротекто-
ра. Развивая это представление, советские исследовате-
ли Д. Спитковский и В. Т. Андрианов предположили,
что адсорбированные молекулы протектора замещают
еще и функцию поврежденного радиацией участка
макромолекулы («структурная» защита).
Ряд гипотез связывает механизм защиты с участи-
ем кислорода в лучевом поражении. Присутствие кис-
лорода примерно втрое увеличивает размер лучевого
поражения модельных систем, клеток, организма. Сня-
тие кислородного эффекта или по крайней мере смяг-
чение его может дать выраженную защиту. Такого
результата можно достигнуть простым уменьшением
количества кислорода во вдыхаемом воздухе (гипокси-
ческая гипоксия). Все протекторы из класса индолилал-
киламинов, биогенные амины (адреналин, гистамин),
а также морфин, окись углерода, нитрит натрия, уни-
тиол, парааминопропиофенон во время своего защит-
ного действия существенно снижают концентрацию
кислорода в радиочувствительных органах (костный
мозг, селезенка), что, видимо, и обусловливает ослаб-
ление лучевого поражения.
Но разные группы протекторов по-разному дости-
гают такого результата. Индолилалкиламины вызыва-
ют сужение сосудов радиочувствительных органов, тем
самым уменьшая его уровень в момент облучения (со-
судистая гипоксия) . Нитрит натрия, парааминопропио-
164
_J—I 1--1--1--1—I—
10 20406080100 1420
Концентрация кислорода, мл/л
—*—1—•—1—1—1—ЧНЧРЧМ-
10 20 JO 40 50 60 70 154500 1280
Напряжение кислорода (ммpm. ст. при 37ас)
Влияние концентрации (напряжения) кислорода
на радиочуествительностъ клеток млекопита-
ющих — кривая Грея (Ярмоненко, 1983). При на-
пряжении кислорода выше 30 мм рт. ст. радио-
чувствительность по сравнению с бескислород-
ными условиями возрастает примерно втрое.
фенон превращают значительную часть гемоглобина
крови в метгемоглобин и ограничивают насыщение
кислорода кровью. Того же эффекта достигают при об-
разовании окисью углерода карбоксигемоглобина (кро-
вяная гипоксия). Опиаты угнетают дыхательный
центр, а цианиды блокируют тканевые окислительные
ферменты (гистотоксическая гипоксия).
Хорошо известно также, что с помощью кислорода
под давлением можно усилить лучевое поражение и
устранить защитное действие многих радиопротекто-
ров. Важно, однако, что кислород под давлением не
снимает полностью защитного действия серотонина,
гистамина, адреналина, хотя уровень кислорода в тка-
нях при этом даже превышает норму. Очевидно, про-
тиволучевой эффект этих соединений не сводится це-
ликом к гипоксическому механизму.
Рассмотренные многочисленные гипотезы исходят
из физико-химических представлений о механизме
противолучевой защиты. Однако сложнейшая иерар-
хическая, многоуровневая организация человеческого
организма не может не влиять на характер и выражен-
ность лучевого поражения, на способность противо-»
стоять ему, защищаться от него. Поэтому современные
теории радиозащитного эффекта так или иначе учиты-
165
вают состояние клеток, тканей, всего организма, ин-
тенсивность обменных процессов и их значение в
устойчивости против любых вредных влияний, в том
числе радиации.
Еще в 1964 г. 3. Бак и П. Александер выдвинули
представление о клеточном «биохимическом шоке» как
состоянии повышенной радиоустойчивости, в которое
протекторы переводят клетку. Согласно этой гипотезе,
введенные в организм тиоловые радиопротекторы свя-
зываются с тканевыми белками, образуя смешанные
дисульфиды. Но чэтим только начинается цепь превра-
щений, ведущая к защитному эффекту. В результате
образования смешанных дисульфидов увеличивается
содержание в клетках глютатиона и других собствен-
ных тиоловых соединений. На облучение в этот период
клетки реагируют иначе, чем в обычных условиях,—
они находятся в состоянии «биохимического шока».
В чем сущность этого состояния? Обмен веществ в
клетке угнетен, проницаемость мембран повышена.
Развивается набухание митохондрий, в клетке возра-
стает содержание аскорбиновой кислоты и других вос-
становленных соединений.
Исходя из этих представлений Л. X. Эйдус пришел
к выводу, опирающемуся на обширный фактический
материал: состояние «биохимического шока» харак-
терно не только для введения тиоловых протекторов;
это общая неспецифическая реакция клетки на любые
повреждения. При этом изменяется мембранный транс-
порт веществ, возрастает содержание низкомолекуляр-
ных органических веществ в наиболее уязвимых ор-
ганеллах клетки. Их адсорбция па макромолекулах
стабилизирует конформацию белков и нуклеиновых кис-
лот, ограничивает их функцию. В этом состоянии клет-
ки более радиорезистентны.
Рассмотренные теории не конкретизируют детали
механизма защиты, не раскрывают природы эндоген-
ных веществ — протекторов. Этот их недостаток в из-
вестной мере восполняют другие гипотезы.
Е. Ф. Романцев полагает, что в механизме биохи-
мического шока важное значение имеют угнетение
синтеза ДНК, РНК и белков, нарушение тканевого ды-
хания и разобщение окислительного фосфорилирова-
ния, задержка деления клеток. На этом фоне системы
ферментативной репарации получают больший простор
и большее время для деятельности, что увеличивает
выживание клеток после облучения,
«в
С. Е. Бреслер и Л. А. Носкин также считают, что
важное, даже решающее значение в механизме защи-
ты имеет увеличение эффективности работы систем
внутриклеточной репарации в результате того, что про-
текторы скрепляют нити ДНК, препятствуют образо-
ванию двунитевых разрывов и облегчают их восстанов-
ление.
В трудах советского радиобиолога Э. Я. Граевского
были развиты и конкретизированы представления о
механизме «биохимического шока». По его представ-
лениям, основанным на значительном эксперименталь-
ном материале, большинство радиопротекторов вызы-
вают в клетках один и тот же ответ — увеличение
содержания собственных (эндогенных) тиоловых соеди-
нений. Причем максимум их содержания в клетке и
максимум радиоустойчивости совпадают. По-видимому,
уровень содержания эндогенных тиоловых соединений
в большой мере определяет и природную радиочувст-
вительность организмов. В состав природных эндоген-
ных тиолов несомненно входит глютатион. Однако
природа большей части этих соединений все еще не
выяснена.
Наиболее исчерпывающим обобщением представле-
ний о механизмах защитного противолучевого эффек-
та является гипотеза эндогенного фона радиорези-
стентности, развиваемая советскими радиобиологами
Е. Н. Гончаренко и Ю. Б. Кудряшовым. Авторы исхо-
дят из точно установленных фактов. С одной стороны,
под влиянием радиации в клетках возникает ряд высо-
коактивных продуктов свободнорадикального окисле-
ния — фенольных (хиноидных) и липидных радиоток-
синов. Будучи введены нормальным животным, эти
радиотоксины воспроизводят у них ряд важнейших
симптомов лучевого поражения, по существу имитиру-
ют картину острой лучевой болезни. У облученных жи-
вотных их введение увеличивает тяжесть лучевого по-
ражения. Наконец, исходное количество этих веществ
в тканях здоровых животных в большой мере предо-
пределяет их естественную радиочувствительность.
С другой стороны, в клетках всегда есть ряд био-
логически активных веществ, обладающих противолу-
чевым действием. К их числу относятся глютатион и
другие тиоловые соединения, биогенные амины (адре-
налин, норадреналин, гистамин, дофамин, тирамин,
ацетилхолин, серотонин) и др. Внутренние противолу-
чевое ресурсы организма включают также вещества —
167
антиоксиданты, замедляющие и останавливающие ре-
акции свободнорадикального окисления и, следователь-
но, уменьшающие образование эндогенных радиосен-
сибилизаторов-радиотоксинов.
Гипотеза исходит из представления, что устойчи-
вость организмов к поражающему действию радиации
представляет собой равнодействующую противополож-
ных тенденций, обусловлена соотношением эндогенных
радиосенсибилизаторов и радиопротекторов. Это и есть
основные компоненты биохимического фона радиорези-
стентности.
Каким же образом, по представлениям Ю. Б. Куд-
ряшова и Е. И. Гончаренко, эндогенные амины повы-
шают устойчивость клеток и организма к радиации?
Авторы на фактическом материале показали, что су-
ществуют по крайней мере три механизма реализации
защитного действия биогенных аминов. Это, во-пер-
вых, гипоксический эффект, достигаемый главным
образом за счет сужения кровеносных сосудов и умень-
шения доставки кислорода в ткани. Ro-вторых, серото-
нин и другие амины непосредственно угнетают про-
цессы перекисного окисления липидов и образования
липидных радиосенспбилизаторов. Наконец, в-третьих,
биогенные амины участвуют в нормальной регуляции
клеточного обмена веществ через систему внутрикле-
точных регуляторов — циклических нуклеотидов. Под
контролем этой системы находятся такие важнейшие
радиопоражаемые процессы, как клеточное деление,
проницаемость биологических мембран для ионов, био-
синтез нуклеиновых кислот и т. п. Повышение уровня
биогенных аминов (за счет их введения извне или под
влиянием самого облучения) через эту систему управ-
ления переводит клетку в то состояние повышенной
устойчивости к действию радиации и других вредных
агентов, которое ранее получило название «биохимиче-
ского шока», или «клеточного стресса».
Эта гипотеза сохраняет и объединяет в общую си-
стему положительные моменты большинства более
ранних концепций механизма противолучевой защиты.
В ней нашли реальное выражение данные современ-
ной радиобиологии о сложности, многофакторности ме-
ханизмов биологического действия ионизирующей ра-
диации, о последовательном развертывании во време-
ни и пространстве процессов лучевого поражения и со-
ответственно о сложности, множественности собствен-
ных защитных реакций организма, запускаемых вво-
168
Пути реализации эндогенного фона повышенной радиорези-
стентности (Гончаренко, Кудряшов, 1985). Повышение устой-
чивости организма к действию радиации при введении радио-
протектора достигается в результате снижения уровня липид-
ных радиосенсибилизаторов и увеличения количества эндоген-
ных аминов, тиолов и антиоксидантов.
димыми в пего перед воздействием радиации вещест-
вами-радиопротекторами.
Существенно также, что гипотеза эндогенного фона
радиорезистентности допускает возможность экспери-
ментальной проверки основных ее положений. Она
служит фундаментом, исходной точкой для поиска
и(уже не случайного, эмпирического, а целенаправлен-
нее
Рдро
Цитоплазма
В
Эндокринная
железа
циклаза
Биогенные
амины,
бт.ч.
\£еротонин\
£н~лиз
0~
о-р-о
ляцит 0
полимераз*
“-полимераз
г to Ферментов
транскрипции
энзим
Конечный зцхрект
Клеточная мембрана
Предположительный механизм радио защит ног о действия серо-
тонина (Цудзевич, 1983). Действие серотонина на клетку на-
чинается с активации аденилатциклазы, приводит к активации
внутриклеточных ферментов — протеинкиназ, а затем усиливает
фосфорилирование белков хроматина и увеличивает устойчи-
вость клетки к действию радиации.
ного) новых высокоэффективных радиопротекторов,
новых подходов к проблеме противолучевой химиче-
ской и биологической защиты.
ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
ОТ НЕЙТРОННОГО И ВНУТРЕННЕГО
ОБЛУЧЕНИЙ
Нейтроны, а также протопы, альфа-частицы и более
тяжелые ядра, обладающие высокой энергией и иони-
зирующей способностью (плотноионизирующие излу-
чения), существенно отличаются от рентгеновских и
гамма-лучей, от электронов (редкоионизирующих из-
лучений) величиной ЛПЭ и соответственно более вы-
сокими значениями ОБЭ (до 10—20). Эта количест-
венная разница находит свое отражение в особенно-
стях реакции облученных клеток и организмов.
Значительно более высокая плотность ионизации
означает, что в пределах клетки, ее ядра, являющегося
основной мишенью действия радиации, при воздейст-
вии нейтронов возникает несколько рядом расположен-
ных разрывов нитей ДНК. В этих условиях образова-
ние потенциально летальных двойных разрывов более
170
вероятно, а ферментативная репарация возникших по-
вреждений затруднена.
С другой стороны, повреждения, вызываемые плот-
ноионизирующими излучениями, носят более грубый
характер и в силу этого меньше зависят от количества
кислорода в клетке. Эксперименты с облучением кле-
точных популяций в атмосфере без кислорода и в его
присутствии показали, что при наличии кислорода не
существенно возрастает объем повреждений, вызывае-
мых нейтронами, тогда как при использовании гамма-
лучей он примерно втрое увеличивает их поражающее
действие.
Наконец, установлено, что поток быстрых нейтро-
нов поражает клетку практически независимо от того,
в какой фазе клеточного цикла она в этот момент на-
ходится. Это также характеризует относительную тя-
жесть элементарных повреждений генетического аппа-
рата клетки, вызванных нейтронным облучением, их
относительно слабую способность к восстановлению.
Очевидно, если бы репаративные системы клетки эф-
фективно уменьшали размер нейтронного поврежде-
ния, то увеличение интервала времени от облучения
до митоза проявлялось бы в уменьшении тяжести по-
вреждений. Эти особенности поражающего действия
нейтронных потоков весьма усложняют задачу их хи-
мической защиты. Протекторы, влияющие на клетку
по гипоксическому механизму, в этом случае малоэф-
фективны. Снижается защитное действие и протекто-
ров более широкого механизма действия — вследствие
сужения возможностей реализации их защитного эф-
фекта и мепыпей способности к восстановлению эле-
ментарных повреждений, вызванных в хромосомах кле-
точного ядра нейтронным облучением.
В этих условиях, как показали исследования укра-
инских радиобиологов Е. Е. Чеботарева, Б. Р. Кири-
чинского, Э. 3. Рябовой, Я. И. Серкиза, В. М. Индыка,
особо важное значение приобретает более полное ис-
пользование возможностей физической защиты от ней-
тронного облучения, а в качестве радиопротекторов от-
носительно более эффективными оказываются вещест-
ва, чей механизм действия не связан с кислородом,
в частности препарат высокополимерной ДНК из ти-
муса теленка, а также продукты ее гидролиза. Следует
подчеркнуть: известная независимость поражающе-
го действия нейтронов от присутствия кислорода,
фазы клеточного цикла и интенсивности репарации
471
является важным преимуществом при использовании
быстрых нейтронов для целей лучевой терапии злока-
чественных новообразований.
Что касается химической защиты от внутреннего
облучения радионуклидами, то это задача еще более
сложная. Радионуклиды, поступившие внутрь организ-
ма, в особенности накапливающиеся в отдельных орга-
нах, излучают длительно, иногда годами и десятиле-
тиями. Поэтому предварительное применение радио-
протекторов, даже наиболее длительно действующих,
бессмысленно. Химическая профилактика в этих усло-
виях может преследовать другую цель: не допустить
всасывания изотопа внутрь организма; к примеру, из-
бирательное накопление радиоактивного йода-131 щи-
товидной железой делает целесообразной йодную про-
филактику, чтобы обеспечить ежедневную потребность
этого органа в йоде эа счет поступления стабильного
изотопа (для чего целесообразно применять внутрь на
молоке по 5—6 капель 5 %-ной йодной настойки или
раствора йодистого калия 1—3 раза в день, пока су-
ществует опасность проникновения в организм радио-
активного йода).
При остром отравлении радиоактивными изотопа-
ми, пока радионуклид еще не всосался в кровь из пи-
щеварительного тракта или, поступив в кровь, еще не
успел фиксироваться в органе накопления, целесооб-
разно применять вещества-комплексообразователи, об-
разующие с изотопом нерастворимые комплексы в же-
лудке (удаляющиеся затем естественным путем) либо
растворимые комплексы в крови, выделяющиеся в
дальнейшем из организма. Это — с некоторой натяж-
кой — также можно рассматривать как разновидность
химической защиты от лучевого поражения.
Задача ускоренного выведения из организма про-
никших в него радиоактивных изотопов относится уже,
собственно, к лечению лучевых поражений и рассмат-
ривается в соответствующем разделе книги.
ЛЕЧЕНИЕ ЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИ
Выздоровление организма поле лучевого пораже-
ния в наиболее общей форме сводится в конечном сче-
те к процессу замены пораженных радиацией клеток
здоровыми, поэтому лечебные мероприятия направлены
на ускорение и стимулирование этого процесса. Кар-
тина острой лучевой болезни отличается большим раз-
17В
нообразием клинических проявлений, повреждением
структуры и нарушением функции различных орга-
нов и систем. Поэтому терапия лучевой болезни но-
сит комплексный характер.
Можно выделить два основных принципа лечения
лучевой болезни: патогенетическая терапия, направ-
ленная против основных механизмов и проявлений бо-
лезни, прежде всего в критических органах и систе-
мах; симптоматическая терапия, имеющая в виду
устранение нарушений в других, «некритических» ор-
ганах и системах, с целью улучшения самочувствия и
общего состояния больных.
Критической для человека и млекопитающих в диа-
пазоне доз радиации до 1000 бэр является система
кроветворения. Восполнение убыли клеток этой систе-
мы и представляет поэтому первоочередную задачу.
При этом достигается смягчение явления истощения
кроветворения и, следовательно, уменьшение таких его
синдромов, как геморрагический (кровоточивость) и
аутоинфекционный (инфекционные осложнения).
Многочисленные опыты показали, что сохранение
жизнеспособности всего 0,05—0,1 % стволовых клеток
костного мозга (за счет экранирования селезенки, ко-
нечности либо при не слишком высокой дозе общего
облучения) обеспечивает выживание от 10 до 100 %
облученных мышей. Того же результата можно доби-
ться, если взять у животного до облучения небольшую
часть его собственного костного мозга и вернуть ее
после облучения.
В тех случаях, когда собственные резервы восста-
новления клеточной массы кроветворных органов от-
сутствуют, то есть когда доза радиации (5—9 Гр для
человека) столь велика, что собственный костный мозг
погибает, единственная надежда на выживание такого
больного связана с пересадкой костного мозга. Воз-
можности такой терапии лучевых повреждений были
подробно изучены в эксперименте на мышах, а также
на других животных. Попадая с током крови в опус-
тошенные радиацией костномозговые пространства об-
лученного организма, пересаженные клетки оседают
там и, энергично делясь, вскоре начинают снабжать
организм миллионами жизнеспособных клеток крови.
Благодаря восполнению убыли клеток костного моз-
га организм, облученный радиацией в абсолютно
смертельной дозе, выдерживает наиболее опасный
период.
173
Однако в дальнейшем, через 1,5—2 месяца после
облучения, эти животные все-таки погибают — по не
от лучевой болезни, а от так называемой вторичной
болезни, имеющей иммунологическую природу. Дело
в том, что иммунная система организма стоит на стра-
же антигенной однородности организма, она распозна-
ет и уничтожает любые «чужие» клетки, белки, нук-
леиновые кислоты и т. п. Эта защитная по своей сути,
биологически запрограммированная реакция лежит в
основе врожденной или приобретенной невосприимчи-
вости (иммунитета) организмов к бактериям, вирусам,
антигенам. Эта же реакция затрудняет и делает не-
редко невозможной пересадку органов и тканей, пере-
ливание крови и т. п. (реакции несовместимости, от-
торжения).
Пересадка костного мозга от донора к реципиенту
возможна только тогда, когда собственный костный
мозг реципиента полностью убит. Реакция отторжения
по отношению к пересаженному костному мозгу при
этом отсутствует, поэтому пересадка возможна не толь-
ко от родственного организма, но даже от донора дру-
гого вида. Например, летально облученным мышам
можно пересадить костный мозг крыс, и его клетки
быстро размножаются, сохраняя полностью все свои
«крысиные» особенности. Такие «гибридные» организ-
мы ученые назвали радиационными химерами, заим-
ствовав это слово из греческой мифологии.
Однако к тому моменту, когда летально облучен-
ный организм оправился после перенесенной лучевой
болезни, восстанавливаются все его физиологические
функции, в том числе и иммунной системы. Ожившие
лимфоциты реципиента «обнаруживают», что неизве-
стные полчища «захватчиков» заполнили все костно-
мозговые пространства. Возникает иммунологический
конфликт: «трансплантант против хозяина», заканчи-
вающийся, как правило, смертью реципиента.
Этот пример показывает, что задача замещения по-
гибшего костного мозга пересаженным вполне реаль-
на, однако требует соблюдения ряда условий, и пре-
жде всего — иммунологической совместимости донора
и реципиента. Если для переливания крови необходим
обязательный учет совместимости по группам крови,
то для пересадки такого сложного клеточного конгло-
мерата, как костный мозг, нужны еще большая осто-
рожность и тщательная подготовка.
Каким же образом можно обеспечить успех пере-
174
садки (трансплантации) костного мозга? Наиболее про-
стой способ преодоления барьера несовместимости —
пересадка собственного костного мозга. В идеале каж-
дый человек, поступающий на работу, связанную с ре-
альной опасностью смертельного облучения (таких
профессий очень немного), мог бы сдавать порцию
собственного костного мозга в специальное хранили-
ще — банк костного мозга, где в состоянии глубокого
замораживания он мог бы храниться неограниченно
долго. В этом случае никакие проблемы иммунологи-
ческого характера не возникают. То же можно сказать
и об отсутствии реакции несовместимости при пересад-
ке костного мозга, как и любого другого органа, от
однояйцового близнеца.
В остальных случаях реакция несовместимости
может возникнуть. Но и тогда конкретный результат
может быть различным — в зависимости от степени род-
ства донора и реципиента, степени генетической бли-
зости между ними. Совместимость наибольшая у роди-
телей с детьми, меньше — у братьев и сестер, еще
меньше — у более дальних родственников.
Одпако и при отсутствии родства возможен подбор
совместимых пар — если есть большой выбор подготов-
ленных к трансплантации образцов костного мозга и
подробный предварительный анализ их антигенного
состава по специально разработанным инструкциям.
Будущий реципиент тщательно обследуется, данные
сопоставляются с карточками, содержащими краткую
характеристику подготовленных к пересадке образцов,
что позволяет быстро подобрать наиболее совместимый
костный мозг и произвести его пересадку с максималь-
ной надеждой на успех.
Существует и такая возможность ослабления имму-
нологической реакции «трансплантат против хозяина»:
осторожное удаление из подготовленного к пересадке
костного мозга иммунокомпетентных лимфоцитов, не-
посредственно подготовленных к «военным действиям»
против реципиента. Однако это связано с немалыми
техническими трудностями. Возможны также пересад-
ка трупного костного мозга, предварительное облуче-
ние трансплантата, применение иммунодепрессантов
для подавления реакции несовместимости.
Около четверти века назад при аварии атомного
реактора в Югославии шестеро инженеров получили
смертельную дозу гамма-нейтронного облучения. По-
страдавшие были доставлены в Институт Кюри
175
(Париж)’, где после безуспешных попыток лечения об-
щеизвестными методами им была впервые произведена
трансплантация костного мозга от ближайших родст-
венников (что и предопределило успех). Один из по-
страдавших скончался, остальные пятеро выздоровели,
продолжали работать по специальности. У двоих после
аварии родились здоровые дети.
Пересадка костного мозга целесообразна лишь пос-
ле облучения столь высокими дозами радиации, когда
костный мозг пострадавшего погибает. При меньших
дозах радиации возможно восстановление костного
мозга за счет собственных уцелевших стволовых кле-
ток. В этом случае лечебные мероприятия должны
обеспечить временное замещение клеточной массы,
пока не начнется репарация собственных клеток.
С этой целью обычно производят переливания совме-
стимой крови, еще лучше лейкоцитарной и тромбоци-
тарной массы, иногда — плазмы крови.
Использование стимуляторов кроветворения (пу-
клеинат натрия, лейкогеп, тезан, фолиевая кислота)
следует ограничить легкими формами острой лучевой
болезни, ибо в более серьезных случаях их применение
может лишь ускорить истощение костного мозга. Для
борьбы с геморрагическим синдромом больным лучевой
болезнью вводят небольшие дозы серотонина, витами-
ны С и Р, А и Д, Вг, Е-аминокапроновую кислоту, ви-
касол (витамин К), хлористый кальций или глюконат
кальция, тромбоцитарную массу. Для устранения лу-
чевой интоксикации целесообразно введение плазмы
крови и разнообразных кровезаменителей. В ранние
сроки хорошие результаты дает обменное (заменное)
переливание крови. В последние годы исключительно
хороших результатов удалось добиться методом гемо-
сорбции — пропусканием крови пострадавших (в том
числе раковых больных, подвергшихся интенсивному
лучевому лечению) через колонки с сорбентом, задер-
живающим радиотоксины и продукты распада тканей.
Большой вклад в развитие этого метода лечения внес-
ли советские ученые 10. М. Лопухин (Москва) и
В. Г. Николаев (Киев).
Важное место в комплексном лечении острой лу-
чевой болезни занимает терапия антибиотиками.
Аутоинфекция — один из постоянных синдромов луче-
вого поражения. С ним связана смерть значительной
части облученных организмов. С помощью антибиоти-
ков широкого спектра действия с нистатином или ле-
170
ворином удается предупредить или ограничить про-
никновение микробов в кровь, избежать появления ин-
фекционных очагов и септических осложнений.
Переливание жидкостей, электролитов, глюкозы
служит для замещения потерь воды и солей при пора-
жениях кишечника. В комбинации с антибиотиками
эти средства существенно уменьшают раннюю смерт-
ность животных. Успешно применяют в комплексном
лечении острой лучевой болезни также препараты
ДНК и бактериальных эндотоксинов, липополисаха-
ридные комплексы, стимулирующие неспецифическую
иммунореактивность.
Не рекомендуется назначать облученным сульфа-
ниламидные препараты — из-за угнетающего действия
на белую кровь; наркотические средства (препараты
морфия), к которым после облучения развивается по-
вышенная чувствительность. Следует максимально
ограничить количество инъекций из-за легкого воз-
никновения кровоизлияний.
При лечении хронической лучевой болезни отлич-
ные результаты дают санаторно-курортное лечение и
отдых. На более поздних этапах заболевания необхо-
димо осторожное применение стимуляторов кроветво-
рения, иммуностимуляторов, антибиотиков и антиге-
моррагических средств. С целью повышения жизненно-
го тонуса, реактивности и сопротивляемости ораниз-
ма лечение дополняется средствами стимуляции функ-
ций центральной нервной системы.
Питание больных лучевой болезнью должно быть
многократным, полноценным, содержать витамины,
микроэлементы, легкоусвояемые белки, гидролизаты
нуклеиновых кислот, дрожжевые экстракты и т. п.
Суточный рацион — 3700—4000 кал.
При лечении лучевых поражений, обусловленных
проникновением внутрь организма радиоактивных изо-
топов, рекомендуются в целом те же комплексы меро-
приятий, дополненные направленными на ускоренное
выведение изотопов из организма. С этой целью могут
быть использованы средства, вытесняющие изотоп из
связанного состояния и образующие с ним раствори-
мые и легко выводящиеся из организма соединения.
При этом необходимо учитывать не столько особен-
ности радиоактивного распада, сколько химические
свойства изотопа. Так, радиоактивный стронций явля-
ется аналогом кальция и циркулирует в биосфере вме-
сте с ним. При остром отравлении стронцием целесо-
12 7-1927 177
образно применить метод конкурентного вытеснения:
большие дозы стабильного кальция и (или) стронция
ограничивают возможность фиксации радионуклида
в костях и способствуют его выведению.
При отравлении хорошо растворимыми и относи-
тельно легко выводящимися из организма изотопами
(например, цезием-137) целесообразны обильное питье,
форсирование диуреза и общее усиление интенсив-
ности обменных процессов. Нагрузка калием, анало-
гом цезия, по-видимому, не слишком эффективна.
Целесообразно применение комплексообразовате-
лей, более или менее избирательно захватывающих ра-
дионуклиды и затем удаляющих их из организма.
К числу таких комплексонов, или клешневидных (хе-
латных) соединений, относятся полиамины, полиами-
нокарбоновые кислоты (ЭДТА), некоторые органиче-
ские кислоты (щавелевая, лимонная), унитиол, пеп-
тацин, полисурьмин, сернокислый барий. Особенно
легко образуют они комплексы с многовалентными
изотопами церия, циркония, плутония и т. п.
При загрязнении кожи и слизистых оболочек ра-
диоактивными изотопами первоочередная задача —
возможно более быстро устранить основную массу
изотопов. С поверхности неповрежденной кожи могут
всасываться радиоактивные изотопы йода, натрия, три-
тий, стронций, радий, плутоний. Тщательное мытье
рук водой с мылом снижает на 70—90 % радиоактив-
ное загрязнение кожи. Лучшие результаты дает при-
менение специальных моющих средств, адсорбентов,
ионообменных смол. Обезжиривание кожи спиртом и
эфиром ухудшает дезактивацию и облегчает всасыва-
ние изотопов.
Столь же важно как можно раньше применить ан-
тидоты при попадании изотопов внутрь организма. По-
лезно использовать рвотные средства; менее эффек-
тивно промывание желудка. В более поздние сроки це-
лесообразны солевые слабительные, очистительные
клизмы, обильное питье, мочегонные, сокогонные сред-
ства. Весьма эффективной может оказаться гемосорб-
ция, если изотоп циркулирует в крови, применение ис-
кусственной почки (гемодиализ).
Выведение йода-131 из щитовидной железы не ме-
нее чем в два раза ускоряет лечебное применение ти-
реотропного гормона гипофиза.
Таким образом, лечение лучевых поражений, вы-
званных радиоактивными изотопами, наряду с общими
178
моментами, имеет и ряд существенных отличий от ле-
чения острой лучевой болезни, вызванной внешним
облучением. Эти отличия связаны с возможностью
предотвращения или ограничения размеров лучевой
травмы за счет своевременных мероприятий по дезак-
тивации кожных покровов и оделеды пострадавших, не-
допущения всасывания изотопов из желудка, ускорен-
ного выведения их из крови и желудочно-кишечного
тракта и вытеснения из депо накопления. Этот комп-
лекс мероприятий высокоэффективен и способен
уменьшить масштабы поражения в десятки раз.
ЛУЧЕВАЯ ОПАСНОСТЬ В КОСМОСЕ
И ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ ПРЕОДОЛЕНИЯ
О космических лучах как составной части естест-
венного радиационного фона на Земле уже упомина-
лось. Энергия этих лучей огромна — 1014—102° эВ. На
85 % они состоят из протонов, на 14 % —- из альфа-
частиц. В остатке имеются ядра с атомными номера-
ми от 3 (литий) до 26 (железо). За пределами атмо-
сферы их интенсивность постоянна — около 2 частиц
на 1 см2/с. Более мягкое излучение Солнца более ин-
тенсивно, но менее постоянно.
В околоземном, «ближнем» космосе, то есть в зоне,
где совершаются постоянные пилотируемые космиче-
ские полеты, прежде всего возможна встреча с радиа-
ционными поясами Земли. Земля — гигантский магнит.
Своим магнитным полем она захватывает движущиеся
в мировом пространстве заряженные частицы — преж-
де всего протоны и электроны, постоянно уходящие
из солнечной короны под влиянием так называемого
солнечного ветра мимо орбиты Земли, протоны сол-
нечных вспышек и выбитые из атомов атмосферных
газов космическим излучением протоны и электроны.
Будучи захвачены земным магнитным полем и по-
стоянно двигаясь в пем вдоль силовых линий от полю-
са к полюсу, эти частицы создают на определенных
высотах над земной поверхностью достаточно высокую
концентрацию. Так называемый внутренний радиа-
ционный пояс, открытый во время полетов первых со-
ветских и американских спутников Земли, располага-
ется па высотах от 400—500 до 7—10 тыс. км. По
направлению к полюсам его толщина и высота над по-
верхностью снижаются. Максимальная концентрация
частиц на высоте 3,4—3,5 тыс. км. Основную массу
179
частиц этого пояса составляют протоны с энергией
10—100 мэВ — до 20 тыс. через 1 см2/с, а также элект-
роны с энергией 20—100 КэВ (примерно 10 млн через
1 см2/с). На высотах 12—50 тыс. км расположен внеш-
ний пояс, почти чисто электронный, с энергией 400—
500 КэВ. На высотах 50—75 тыс. км существует еще
и третий пояс; энергия электронов в нем около 200 эВ.
Преодоление этих поясов при полетах к Луне и
другим телам Солнечной системы проблемы не соста-
вит, ибо пилотируемый корабль преодолевает их за
десятки секунд, а оболочка корабля служит довольно
надежной защитой от его частиц. Единственное огра-
ничение, которое накладывает существование радиа-
ционных поясов,— это необходимость осуществления
длительных орбитальных полетов на высотах до 350 км.
Что касается первичного космического излучения,
то энергия его частиц столь огромна, что оболочка кос-
мического корабля или орбитальной станции не яв-
ляется для них препятствием. Более того, попытка
увеличить ее толщину с целью защиты могла бы дать
лишь обратный результат: при замедлении космиче-
ской частицы плотность ее ионизирующего действия,
а стало быть, и биологическое действие лишь возрос-
ли бы. Реальной защиты от этого излучения нет. Пока
и нет прямой нужды в такой защите, ибо при дли-
тельности космического полета до 1 года, пока не
превзойденной, и при огромной скорости частиц опас-
ность для здоровья космонавтов минимальна.
При увеличении продолжительности космических
полетов, например при пилотируемом полете к Марсу
и еще дальше, такая защита станет необходимой.
Предлагаемые физические средства защиты — напри-
мер, создание вокруг корабля мощного магнитного
поля, отклоняющего частицы — пока нереальны. Более
реально создание лекарственных препаратов длитель-
ного действия. Но и эта возможность сегодня пробле-
матична.
Наибольшую опасность для здоровья и даже жизни
космонавтов может составить корпускулярное излуче-
ние солнечных хромосферных вспышек. Во время этих
гигантских катаклизмов, своего рода солнечных вул-
канических извержений, в мировое пространство со
скоростью 1—4 тыс. км/с выбрасываются массы сол-
нечного вещества, главным образом протонов с энерги-
ей 100 млн эВ и более. В земной атмосфере такие по-
токи вызывают магнитное бури, северные и южные
180
полярные сияния, нарушения радио- и телесвязи и т. п.
Эти потоки за пределами атмосферы могут создавать
мощные дозы — до нескольких десятков рад в час.
Правда, оболочка космического корабля является до-
вольно надежной защитой от частиц, но при этом воз-
никает жесткое тормозное рентгеновское и гамма-из-
лучение, проникающее внутрь корабля.
Для предотвращения опасности излучения солнеч-
ных вспышек для космонавтов в СССР, США и дру-
гих странах действует постоянная служба Солнца. До-
вольно надежным стало прогнозирование солнечных
вспышек, что позволяет избежать ненужного риска.
Кроме того, за 1—2 сут, необходимые для того, чтобы
протоны солнечной вспышки достигли орбиты Земли,
летающий в космосе корабль может быть возвращен
на Землю. На орбитальных же станциях, рассчитан-
ных на длительное пребывание людей, создаются спе-
циальные радиационные убежища с дополнительной
защитой. Но и химическая защита в такой ситуации
будет небесполезна, хотя длительность и неравномер-
ность облучения ограничивают возможности.
♦ ♦ ♦
Атомный век знаменует коренной перелом в исто-
рии, во взаимоотношениях человека и природы. Науч-
но-технический прогресс подвел человечество к важно-
му рубежу. Освобожденные людьми исполинские внут-
риядерные силы впервые открыли реальный путь к
изобилию энергии, к безграничному развитию общест-
ва. Но впервые стало реальной угрозой также полное
уничтожение цивилизации, гибель биосферы Земли —
в адском ядерном костре, во тьме и холоде «ядерной
зимы». Никогда мир еще не стоял перед такой дилем-
мой. Никогда от выбора правильного пути не зависело
само существование человечества.
Выбор этот должны сделать люди, народы, прави-
тельства. Новая, атомная эпоха требует и нового мыш-
ления — это было ясно. А. Эйнштейну, лучшим умам
человечества уже в первые годы после создания и при-
менения ядерного оружия. Уже тогда было понятно,
что пещерное мышление современных вандалов пред-
ставляет ядерную, а затем и термоядерную энергию
лишь как «абсолютное» оружие, лишь как сверхмощ-
ную дубинку, позволяющую размозжить череп вероят-
ному противнику или поставить его на колени.
<81
Блестящие образцы нового мышления, доступные
и понятные миллионам идеи ликвидации ядерного
оружия на планете, а как первый шаг к этому — подпи-
сание Договора между СССР и США о ликвидации ракет
средней и меньшей дальности, продемонстрированные
Советским правительством, положенные в основу внеш-
неполитической программы КПСС, принятой на XXVII
съезде, опираются на гигантскую мощь нашей страны,
социалистического содружества, рабочего и антивоенно-
го движения во всем мире, на растущее понимание не-
обходимости и неизбежности мирного сосуществования.
И в этом фундамент нашего оптимизма.
Но и мирное использование освобожденной энергии
атома требует от специалистов, от всех людей новой,
более высокой ответственности, высокого профессиона-
лизма, духовного и культурного прогресса. Авария на
Чернобыльской АЭС высветила, предельно обнажила
новые требования, диктуемые атомным веком. Уроки
Чернобыля важны для всего мира и для каждого че-
ловека. Они должны быть учтены.
В эпоху научно-технического прогресса всякий
труд становится трудом машинным, а деятельность
человека — частью функционирования системы «чело-
век — машина». И какой бы совершенной,' «умной»
и роботизированной ни была техника, человек оста-
нется важнейшим и необходимым звеном системы.
Бесперебойная ее работа возможна только при пра-
вильном функционировании обоих звеньев системы.
К сожалению (и опыт чернобыльской аварии это под-
твердил), именно человеческое звено не столь уже ред-
ко оказывается менее падежным — в силу недостаточ-
ного профессионализма, равнодушия или разгильдяй-
ства. Нечеткость, близорукость, халатпостц опасны
всегда. Но при управлении современной атомной, кос-
мической, электронной техникой эта опасность возрас-
тает тысячекратно, а возможные последствия превы-
шают пределы самой безудержной фантазии. Каждый
человек должен знать свое дело максимально глубоко,
воистипу профессионально, должен идти вровень с эпо-
хой научно-технического прогресса и делать свою ра-
боту точно, ответственно, подчиняясь внутренней само-
дисциплине.
Джинн, выпущенный на свободу человеком из недр
атомного ядра, готов служить людям, выполнять их са-
мые сокровенные желания, удовлетворять потребности
и нужды. Разумное использование его мощи уже при-
133
несло человеческому роду немалую пользу, а ближай-
шие перспективы применения ядерной и термоядерной
энергетики, других возможностей ядерных излучений
воистину необозримы.
Но гигантская сила расщепленного атома таит в себе
и реальную опасность неисчислимых бед для нашего
мира, опасность гибели цивилизации, если человек — по
злой воле или в силу некомпетентности, из-за халат-
ности или повинуясь пещерным антикоммунистическим
инстинктам — распорядится этой силой не как рачи-
тельный хозяин, а как невежественный дикарь или ци-
вилизованный убийца (и самоубийца).
Проблема «человек и атом» вышла, таким образом,
за рамки чистой науки, даже за пределы практического
мирного использования энергии атомного ядра, выдви-
нулась па авансцену политической жизни народов и го-
сударств, приобрела чрезвычайную остроту и поистине
глобальные масштабы. И решаться эта проблема должна
соответственно — и на уровне противостояния и сосу-
ществования двух социально-политических систем на
пашей планете, и на уровне растущего эффективного и
разумного использования ядерной энергии, ядерных из-
лучений в промышленности, энергетике, транспорте,
в исследовании тайп живого^ в распознавании и лечении
наиболее распространенных болезней человека.
От правильности и разумности принимаемых реше-
ний во многом зависят темпы научно-технического про-
гресса и его экологическая цена, благосостояние п уро-
вень жизни народов, будущее нашей планеты, здоровье
нас и наших потомков, наконец, сама возможность со-
хранения и развития жизни на Земле. Но для принятия
правильных решений необходимы не только трезвый ум,
свободный от предрассудков и догм прошлого, не толь-
ко новое политическое мышление, высочайшая ответ-
ственность за судьбы мира, но и прежде всего глубокие
знания природы ядерных сил, понимание свойств и воз-
можностей, достоинств и недостатков атомной и термо-
ядерной энергии, особенностей действия ионизирующей
радиации, радиоактивных изотопов па живую материю.
Полнота информации — одна из гарантий правильности
принимаемых решений.
Мощь ядерных сил, энергия ядерных излучений мо-
гут и должны служить человечеству, миру и прогрессу.
У человечества попросту нет другого выхода (если не
считать таким выходом коллективное самоубийство в
пламени атомной войны), кроме как научиться сосу-
183
ществовать с ядерным джинном, пользоваться несомыми
им благами в строжайших рамках разумного и допусти-
мого.
Драгоценный опыт, идеи и теории радиобиологии, о
которых автор попытался рассказать в этой книге, до-
стижения радиационной медицины, радиоэкологии не
могут и не должны быть инструментами самоуничтоже-
ния человечества. Их цель и смысл — сделать жизнь
людей в ядерный век более безопасной, здоровой и гар-
моничной.
РЕКОМЕНДУЕМ ПРОЧЕСТЬ
Акоев И. Г., Максимов Г. К., Тяже лова В. Г. Количественные эа-.
кономерности радиационного синдрома.— М.: Энергоиздат,
1981.— 115 с.
Варабой В. А., Киричинский В. Р. Ядерные излучения и
жизнь.— М.: Наука, 1972.— 232 с.
Бардычев М. С., Цыб А. Ф. Местные лучевые повреждения.—
М.: Медицина, 1985.— 240 с.
Гайдамак В. А. Ликвидация последствий радиоактивного зара-
жения.— М.: Атомиздат, 1980.— 120 с.
Гончаренко Е. Н., Кудряшов Ю. Б. Химическая защита от луче-
вого поражения.— М.: Изд-во МГУ, 1985.— 249 с.
Гончаренко Е. В., Кудряшов Ю. В. Гипотеза эндогенного фона
радиорезистентности.— М.: Изд-во МГУ, 1981.— 192 с.
Гуськова А. К., Байсоголов Г. Д. Лучевая болезнь человека.-*
М.: Медицина, 1971,— 384 с.
Динстбир 3. Хиросима в сознании человечества.— М.: Медици-
на, 1982.— 120 с.
Киреев П. М. Хроническая лучевая болезнь.— М.: Медицина,
1968.-68 с.
Кириллов В. Ф., Черкасов В. Ф. Радиационная гигиена.— М.:
Медицина, 1982.— 245 с.
Киричинський Б. Р. Радюактивн1сть у природ!.— К.: Наук, дум-
ка, 1966.— 122 с.
Кузин А. М. Чем угрожают человечеству ядерные взрывы.—М.:
Изд-во АН СССР, 1959.- 132 с.
Кузин А. М. Стимулирующее действие ионизирующего излуче-
ния на биологические процессы.— М.: Атомиздат, 1977.—
134 с.
Лэпп Р. Атомы и люди.— М.: Изд-во иностр, лит., 1959.— 288 с.
Лэпп Р. Рейс «Счастливого дракона».— М.: Изд-во иностр, лит.,
1959.- 184 с.
Коггл Дж. Биологические эффекты радиации.— М.: Энергоатом-
издат, 1986.— 184 с.
Перепелкин С. Р. Защитное действие пищи и витаминов при
лучевых поражениях организма.— М.: Медицина, 1965.—
166 с.
Перцов Л. А. Природная радиоактивность биосферы,— М.: Атом-
издат, 1964.— 316 с.
Сиборз Г., Корлисс У. Человек и атом.— М.: Мир, 1973.— 366 с.
Суворов Н. Н.> Шашков В. С. Химия и фармакология средств
профилактики радиационных поражений.— М.: Атомиздат,
1975.—“ 224 с.
Те ль де ши Ю., Кенда М. Радиация — угроза и надежда.— М.:
Мир, 1979.- 415 с.
Ярмоненко С. П. Рожденная веком.— М.: Знание, 1978.— 112 с.
ярмоненко С. П. Управляемые кванты.— М.: Знание, 1983.—
112 с.
Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных,— М. >
Высш. щк., 1977,— 368 с,
4*04*^4*4*Ф****44^**«*********44**4**Ф*+4**0****ОМОФФ4<'0<
СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ
Активность — число распадов радиоактивных ядер в единицу
времени. Единицы активности: в системе СИ — беккерель
(Бк) — соответствует одному распаду радиоактивного изото-
па в секунду. Кюри (Ки) — внесистемная единица актив-
ности радионуклидов. 1 Ки=3,7‘1010 актов деления в
1 с=3,7 • 1010 Бк. 1 Ки соответствует приблизительно актив-
ности 1 г радия
Бэр — биологический эквивалент рентгена, внесистемная едини-
ца эквивалента дозы рентгеновского (гамма-)-излучения
Гамма-излучение— коротковолновое электромагнитное излуче-
ние с длиной волны 10~8 см и энергией квантов >250 КэВ,
а также электромагнитное излучение радионуклидов (не-
зависимо от энергии), возникающее при распаде радио-
активных ядер и элементарных частиц, и при взаимодей-
ствии быстрых заряженных частиц с веществом
Гамета — половая клетка у многоклеточных организмов; разли-
чают мужские (сперматозоиды) и женские (овоциты)
Гаплоидный набор — одинарный набор хромосом, присущий, на-
пример, половым клеткам
Ген — единица наследственного материала, ответственная за
формирование элементарного признака организма (от греч.
genos — рождающий). У эукариот является частью хромо-
сомы. Часть молекулы ДНК, несущая код определенного
белка (полипептидной цепи)
Генетически значимая доза — доза радиации, вызывающая те же
наследственные повреждения у потомства облученного орга-
низма, что и истинная доза, полученная им
Генетическое действие ионизирующей радиации — повреждения
наследственного механизма клетки, передающиеся ее по-
томству
Геном (генотип) — совокупность генов, содержащихся в гап-
лоидном наборе хромосом у данного организма
Грей — единица поглощенной дозы ионизирующей радиации
Диплоидный набор — двойной набор хромосом, присущий всем
соматическим клеткам эукариот
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) -- линейный биополи-
мер, состоящий из мономеров — нуклеотидов. В отличие от
РНК содержит сахар дезоксирибозу. Носитель генетической
информации. Находится главным образом в хромосомах кле-
точного ядра
Доза — мера действия ионизирующего излучения в определен-
ной среде. Выражается величиной эффекта ионизации (тан
188
называемая экспозициоппая доза, характеризующая источ-
ник излучения) или количеством поглощенной (тканями,
организмом) энергии излучения (поглощенная доза). Едини-
цы дозы радиации: экспозиционной — рентген (р)—вызы-
вает образование в 1 см3 воздуха при нормальных условиях
2,8 • 109 пар, ионов. 1 р = 2,58 • 10~4 Кл/кг (кулоп на кг);
поглощенной — грей (Гр) — соответствует поглощению энер-
гии в 1 Дж массой облученного вещества в 1 кг. 1 рад
(1 сГр) = 10-2 Гр. 1 миллирентген (мр)==10“3 р; 1 микро-
рентген (мкр)=10~6 р.
Индикаторный метод (метод меченых атомов) — метод изуче-
ния поведения, превращений и движения веществ в хими-
ческих, физических и биологических системах с помощью
микроколичеств радиоактивных изотопов
Ионизирующая радиация — излучение высоких энергий, вызы-
вающее ионизацию атомов и молекул вещества
Канцерогенез процесс злокачественного перерождения клеток
Канцероген — вещество или воздействие, вызывающее или уско-
ряющее процесс злокачественного перерождения клетки
Кислородный эффект — изменение биологического действия ра-
диации в зависимости от присутствия и количества кисло-
рода
Кюри — см. Активность
Линейная плотность ионизации (ЛПИ) — количество пар попов,
образующихся на единицу пробега (1 мкм) ионизирующей
частицы
Линейные потери (ЛПЭ) — потери энергии ионизирующей ча-
стицы на единицу пробега (1 мкм); измеряется в КэВ/мкм;
на образование одной пары ионов в воздухе ионизирующая
частица затрачивает примерно 34 эВ.
Митоз —способ деления клеток, обеспечивающий тождествен-
ное распределение генетического материала между дочер-
ними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточ-
ных поколений
Мощность дозы —доза ионизирующей радиации, излученная
или поглощенная веществом в единицу времени, например
р/г, мр/ч
Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) — отноше-
ние поглощенной дозы стандартного (рентгеновского, гам-
ма-) излучения, вызывающей определенный биологический
эффект, к поглощенной дозе изучаемой радиации, дающей
тот же эффект (например, гибель 50 % клеток или под-
опытных животных). Характеризует качество излучения
Период полураспада — время, в теченпе которого число радио-
активных атомов изотопа уменьшается вдвое
Поглощенная доза — см. Доза
Протектор (радиопротектор) — вещество, введенное в облучае-
мую живую систему до воздействия радиации, присутству-
ющее в клетках, тканях, организме в момент облучения
и существенно ослабляющее пораженке
Рад — см. Доза
Радиоактивность — самопроизвольное превращение нестабиль-
ных ядер атомов в ядра других элементов, сопровождающе-
еся испусканием ядерных излучений (альфа-, бета- и гам-
ма-). Известны пять типов радиоактивности: альфа-, бета-
распад, спонтанное деление атомных ядер, протонная и
двупротонная радиоактивность
<87
Радиорезистентность — устойчивость к действию ионизирующей
радиации
Радиочувствительность — чувствительность к действию радиа-
ции; понятие, обратное радиорезистентности
Репарация—внутриклеточная — восстановление структуры и
функций генетического аппарата клетки, поврежденного ра-
диацией или другими мутагенными агентами, главным обра-
зом за счет деятельности специализированных ферментных
систем
Редупликация — самоудвоение; термин характеризует процесс
самоудвоения генетического материала в S-фазе клеточного
цикла
Репопуляция — восстановление численности клеток в ткани,
органе после гибели части клеток, вызванной, в частности,
радиацией
Реципиент — организм, которому производится переливание
крови или пересадка органа от организма-донора
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — линейный биополимер, со-
стоящий из мопомеров-нуклеотидов; содержит сахар рибозу.
Разные типы РНК выполняют различные функции в меха-
низме декодирования и белкового синтеза: информационная
(иРНК) — считывание информации с ДНК в пределах гена
и перенос ее в рибосому; транспортная (тРНК) — транспорт
отдельных аминокислот в рибосому; рибосомальная
(рРНК) — образует структуру рибосом
Рибосома — клеточная органелла, в которой осуществляется
синтез полипептидных белковых цепей на основе наслед-
ственной информации, принесенной иРНК
Соматический — телесный; применяется ко всем клеткам орга-
низма, кроме половых
Соматические эффекты радиации — повреждения, проявляющие-
ся в течепие жизни организма, но не передающиеся его
потомкам
Тератогенное действие радиации — действие ионизирующей ра-
диации на эмбрион в процессе беременности
Транскрипция — дословно переписывание, считывание наслед-
ственной информации с матрицы ДНК в пределах гена
путем синтеза на ней молекулы иРНК
Трансляция — синтез полипептидной цепи в рибосоме на вто-
ричной матрице иРНК
Трек — след заряженной частицы в веществе
Фенотип — совокупность внешних признаков организма
Эукариоты — высшие организмы, для которых характерно на-
личие оформленного клеточного ядра, отделенного от ци-
топлазмы оболочкой, и стабильного набора хромосом
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
Бэр — биологический эквивалент рентгена
Гр — грэй, единица поглощенной дозы радиации
ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота
Ки — кюри, единица активности радиоактивных
изотопов
ЛПИ — линейная плотность ионизации
ЛПЭ — линейные потери энергии
ЛДзд/зо ~ доза, вызывающая гибель 50 % облученных
объектов в течение 30 сут
ЛДюо/зо, —дозы, вызывающие гибель всех облученных
лДюо/5 объектов в течение 30 или 5 сут
НРБ — нормы радиационной безопасности
ОБЭ —относительная биологическая эффективность
ПДД —предельно допустимая доза
ПДУ — предельно допустимый уровень
РНК — рибонуклеиновая кислота
ТНТ — тринитротолуол
ФИД — фактор изменения дозы
ФУД — фактор уменьшения дозы
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРИРОДА И ИОНИЗИРУЮЩАЯ РАДИАЦИЯ 3
РАДИОАКТИВНОСТЬ ВОКРУГ НАС 10
ЯДЕРНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЖИЗНЬ 54
ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА И РАДИАЦИЯ 113
МЕДИЦИНА ПРОТИВ ЛУЧЕВОЙ ОПАСНОСТИ 153
РЕКОМЕНДУЕМ ПРОЧЕСТЬ 185
СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ 186
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 189
Научно-популярное издание
Вилен Абрамович
БАРАБОЙ
ПОПУЛЯРНАЯ
РАДИОБИОЛОГИЯ
Печатается по решению
Редакционной коллегии
научно-популярной
литературы АН УССР
Редактор
А. Г. Пеккер
Оформление художника
Е. В. Попова
Художественный редактор
И. В. Козий
Технический редактор
Г. Р. Боднер
Корректоры
3. А. Ерохина, Д. Я. Кашпер
ИБ № 9534
Сдано в набор 23.06.87: Подп. в печ.
28.12.87. БФ 25182. Формат 84x108/32.- Бум.
тип. № 2; Обыкн. нов; гарн. Выс. печ.
Усл. печ. л; 10,08; Усл. кр.-отт. 10.4.
Уч.-изд. л. 10,45. Тираж 40000 экз.
I завод 20,0 тыс. Заказ № 7—1927. Цена
40 к.
Издательство «Наукова думка>;
252601 Киев 4, ул.- Репина, 8.
Отпечатано с матриц Головного пред-
приятия республиканского производствен
ного объединения «Полиграфкнига». 252004
Киев, Репина, 4.
292310, Нестеровская гортипография,
ул. Горького, 8. Зак: 587»
Барабой В. А.
Б24 Популярная радиобиология.— Киев : Наук, дум-
ка, 1988.— 192 с.: ил.— Библиогр.: с. 185. (В обл.):
40 к., 40 000 экз.
ISBN 5-12-000329-Х.
В доступной и увлекательной форме книга знакомит
с физической природой и особенностями ионизирующей
радиации и радиоактивности, с влиянием различных доз
радиации на живые организмы, способами защиты и пре-
дупреждения лучевой опасности, возможностями исполь-
зования радиоактивных изотопов для распознавания и ле-
чения заболеваний человека.
Предназначена для широкого круга читателей.
2001040000-068
Б М221(04)-88
КУ-2-291-88
28.071