Биологическое действие излучений

Биологическое действие излучений — это постоянное воздействие на биосферу Земли электромагнитных и корпускулярных излучений внеземного и земного происхождения. Оно приводит к биохимическим, физиологическим, генетическим и другим изменениям в живых клетках и организмах.

Источники излучений и их влияние

Солнце является наиболее мощным источником излучения.

Энергия его видимого света улавливается растениями и в процессе фотосинтеза преобразуется в энергию химических связей органических веществ — основу жизни на Земле.
Свет также управляет информационными и регуляторными реакциями организмов: зрением животных, фототаксисом, фототропизмом, фотопериодизмом и другими.
Ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца частично проникает через атмосферу. В умеренных дозах оно благотворно влияет на рост и развитие растений и животных: усиливает обмен веществ, стимулирует образование витамина D, повышает сопротивляемость организма. Однако в больших дозах коротковолновое УФ-излучение инактивирует нуклеиновые кислоты и белки, оказывая бактерицидное, эритемное (вызывающее покраснение кожи), мутагенное и канцерогенное действие.

Космические лучи высокой энергии возникают при вспышках на Солнце и других звёздах. Магнитное поле Земли отклоняет часть из них, а верхние слои атмосферы поглощают другую часть. Лишь небольшое количество достигает поверхности планеты, составляя около 30 % естественного фона ионизирующих излучений (ИИ).

Остальные 70 % естественного фона ИИ создаются радиоактивными элементами земного происхождения:

γ–, β– и α–излучения тория, урана, радия и продуктов их распада (например, радона), рассеянных в горных породах, почве, атмосфере и воде.
Радиоактивные изотопы, входящие в состав живых клеток, такие как ⁴⁰K, ³H, ¹⁴C.

Механизм и последствия действия ионизирующих излучений

Высокоэнергетические ИИ глубоко проникают в организм, достигая наиболее радиочувствительных органов — кроветворных, половых и других. В основе их биологического действия лежат:

Ионизация и возбуждение молекул.
Радиационно-химические реакции, нарушающие функции биополимеров, главным образом нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и ферментов.

Воздействуя на ДНК соматических и половых клеток, ИИ могут вызывать мутации и злокачественное перерождение клеток. Таким образом, они играют двойственную роль:

Участвуют в естественной изменчивости организмов, лежащей в основе биологической эволюции.
Повышают уровень спонтанно возникающих уродств, генетических заболеваний и канцерогенеза.

Антропогенное влияние и опасности

В середине XX века человечество освоило расщепление атомных ядер, что сопровождается мощным ИИ и образованием искусственных радиоактивных веществ. Использование ядерной энергии в военных и мирных целях увеличивает количество источников ИИ (см. Загрязнение биосферы) и, следовательно, риск нарушений у организмов.

Особую опасность представляет военное применение ИИ. При тотальном гамма-нейтронном облучении (например, при взрывах атомных бомб):

Дозы свыше 100 Гр приводят к поражению центральной нервной системы, коме и смерти в первые 24 — 48 часов.
Дозы 5 — 10 Гр вызывают тяжёлую лучевую болезнь.
При более низких дозах после острого периода возможно восстановление, но значительно возрастает риск отдалённых последствий: рака, лейкемии, катаракты, рождения генетически неполноценного потомства и так далее.

Действие неионизирующих излучений

С развитием техники актуальной становится проблема биологического действия неионизирующих электромагнитных излучений с большой длиной волны:

УВЧ, миллиметровые, сантиметровые и дециметровые радиоволны. Их воздействие связано с локальным и неравномерным нагревом ультраструктур тканей, зависит от мощности и модуляции излучения и, как правило, обратимо.
Радиоизлучения метрового и большего диапазонов, по-видимому, не обладают значительным биологическим действием.

Полезное применение излучений

Регулируемое биологическое действие излучений широко используется в различных областях:

Медицина: радиотерапия, рентгенодиагностика, фототерапия, применение лазеров.
Микробиологическая промышленность.
Сельское хозяйство: радиационный мутагенез для создания новых сортов растений.

Современный контекст

Сегодня понимание биологического действия излучений углубилось. Особое внимание уделяется:

Малым дозам радиации и их долгосрочному кумулятивному эффекту (принцип ALARA — As Low As Reasonably Achievable).
Влиянию неионизирующих излучений (например, от мобильной связи и Wi-Fi) на здоровье. Большинство современных исследований, координируемых Всемирной организацией здравоохранения, пока не находят убедительных доказательств вреда при соблюдении нормативов, но изучение продолжается.
Радону — природному радиоактивному газу, который считается второй по значимости (после курения) причиной рака лёгких. Проблема актуальна для регионов с геологическим залеганием урановых руд и требует контроля в жилых помещениях.
Космическому излучению как фактору риска для здоровья астронавтов и экипажей дальних авиарейсов.