доклад 

на тему:  Что такое радиация и как она действует на человека, и испытания в Казахстане  на Семипалатинском испытательном полигоне.  
                                                           работа: Омарова Александра К.

                                                                            ученика «Черемшанская средняя школа»

       Что такое радиация и почему она может принести вред человеческому организму?

Атомной радиацией, или ионизирующим излучением, называют потоки частиц и электромагнитных квантов, образующиеся при ядерных превращениях, то есть в результате ядерных реакций или радиоактивного распада. Чаще всего встречаются такие разновидности ионизирующих излучений, как рентгеновское и гамма-излучения, потоки альфа-частиц, электронов, нейтронов и протонов.

При прохождении этих частиц или квантов через вещество атомы и молекулы, из которых оно состоит, возбуждаются или даже ионизируются. Возбуждение атома – это такое явление, при котором атомные электроны переходят в состояния с повышенной энергией, оставаясь тем не менее «привязанными» к ядру электростатическими – кулоновскими – силами. Возбужденное состояние атома можно – очень грубо, конечно, – уподобить искаженной Солнечной системе, в которой Земля в результате какой-то ужасной встряски вдруг перешла на орбиту Марса.

Атомы и молекулы при возбуждении как бы распухают, и если они входят в состав какого-нибудь биологически важного соединения в живом организме, то функции этого соединения могут оказаться нарушенными. Если же проходящая через биологическую ткань ядерная частица или квант вызывают не возбуждение, а ионизацию атомов, то соответствующая живая клетка оказывается дефектной. Ионизация – это такое физическое явление, при котором электроны, входящие в состав атомов или молекул среды, отрываются от них и начинают странствовать по всему веществу. Выбиваемые при ионизации электроны, если они обладают достаточной энергией, тоже могут ионизировать и возбуждать молекулы вещества.

Любое изменение в облучаемом объекте, вызванное ионизирующим излучением, называется радиационно-индуцированным эффектом. В принципе радиационно-индуцированные эффекты могут быть как вредными, так и полезными. Крайний пример вредных последствий облучения – это лучевое поражение организма в результате чрезмерных доз ионизирующей радиации. Вместе с тем ионизирующие излучения с успехом применяются для диагностики и лечения некоторых заболеваний.

Понятно, что как для целенаправленного использования ионизирующих излучений, так и для выработки защитных мер против их вредного воздействия необходимо знать, как в живом организме возникают радиационно-индуцированные эффекты. Эта задача не из легких, и сейчас над ней работают многие коллективы ученых самых разных специальностей – физики, радиобиологи, генетики, биохимики. В чем трудность изучения радиационного воздействия на живой организм? Дело в том, что проблема взаимодействия ядерных излучений с живым веществом имеет как бы несколько этажей сложности.

Во-первых, сама по себе физическая задача прохождения излучения через вещество любой природы, не обязательно живое, уже чрезвычайно сложна и весьма далека от своего окончательного решения. Любопытно, что этой задачей в то или иное время занимались почти все классики современной физики – Нобелевские лауреаты Г. Бете, Н. Бор, Ю. Вигнер, Л.Д. Ландау, Н. Мотт, Э. Резерфорд, И.Е. Тамм, Э. Ферми, Ч. Янг и многие другие замечательные ученые. Задача взаимодействия излучения с веществом как бы дразнила их своей сложностью, она в какой-то степени стала обязательным этапом образования этих выдающихся физиков.

Во-вторых, сама структура живой материи, ее атомное и электронное строение необычайно причудливо, и проанализировать или даже промоделировать с достаточной точностью воздействие проникающей радиации на живое вещество удается очень редко. Живая природа сложнее неживой, и это обстоятельство создает как бы сложность более высокого порядка по сравнению с и без того почти «непробиваемой» задачей расчета радиационных полей в облучаемом веществе.

Следствием сложного строения живых систем становится неоднозначность их отклика на действие ионизирующего излучения – в одном и том же облучаемом объекте может возникнуть множество разных эффектов. Например, в живой клетке могут наблюдаться разрывы молекул нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), хромосомные нарушения, изменение нормальной процедуры деления клетки, наконец, гибель клетки – и все эти неблагоприятные последствия проявляются вместе или порознь. Одним словом, поглощенная энергия ионизирующих излучений способна «запускать» целую цепочку заранее неизвестных событий, расстраивающих тонкий механизм жизнедеятельности. При этом первичными физическими процессами, играющими роль спускового крючка для разнообразных нарушений, служат ионизация и возбуждение атомов облучаемого вещества, а также их смещение в упорядоченной биологической структуре, например, в молекуле белка.

Итак, поглощенная энергия ионизирующего излучения, хотя и выступает в качестве первопричины радиационно-индуцированного эффекта, но не определяет его однозначно. Этот факт имеет то чисто практическое следствие, что при одной и той же дозе излучения и в одном и том же биологическом объекте наблюдаемый эффект оказывается различным для разных типов радиации. Например, установлено, что для нейтронов «выход» некоторых вредных эффектов почти в десять раз больше, чем для гамма-излучения при той же самой дозе. Для сопоставления различных видов ионизирующих излучений – нейтронов, электронов, гамма- и рентгеновских лучей и т.д. – исследователи ввели понятие относительной биологической эффективности, сокращенно ОБЭ. Эта величина показывает, во сколько раз больше или меньше требуется поглощенной энергии реального, конкретного излучения по сравнению с некоторым образцовым, эталонным потоком радиации, чтобы наблюдаемый радиационно-индуцированный эффект был один и тот же. В качестве образцового обычно принимают рентгеновское излучение с заданной энергией, точнее с заранее установленным распределением по спектру.

В чем же причина различной биологической эффективности и соответственно разного вреда, причиняемого ионизирующими излучениями живому организму?

Эта причина кроется в физике прохождения излучения через вещество. Действительно, элементарные физические акты взаимодействия существенно различны, например, для рентгеновских квантов и нейтронов или, скажем, протонов. Электромагнитные кванты вызывают только ионизацию и возбуждение атомов вещества, не изменяя его ядерный состав, тогда как при облучении нейтронами возможные ядерные реакции – выбивание протонов и ядер из сложных и потому «ранимых» биологических молекул. Выбитые протоны и ядра отдачи, в свою очередь, ионизируют живую ткань. Все это в совокупности и запускает причудливую цепочку биохимических превращений, которые в конечном итоге приводят к радиационно-индуцированному эффекту. Так в сложной задаче о радиационном воздействии на живой организм тесно переплетаются физика и биология. Наука, которая связывает наблюдаемый эффект с поглощением энергии ионизирующих излучений в живых структурах, сформировалась в самое последнее время и получила названий микродозиметрия.
Семипалатинский полигон - место самой страшной экологической катастрофы на территории нашего государства в минувшем столетии. Полигон закрыт, но последствия многолетних ядерных испытаний нельзя устранить в одночасье. В Казахстане был принят важнейший документ под названием "НАЦИОНАЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПО ИЗУЧЕНИЮ ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ЯДЕРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ПУТИ РЕАБИЛИТАЦИИ ОБЛУЧЕННОГО НАСЕЛЕНИЯ". Каких же конкретных результатов достигли отечественные ученые?

"Малая" радиация опаснее ядерных взрывов? Как известно, Казахстан пострадал от ядерных испытаний не менее, чем Япония и некоторые территории других стран. Только на одном Семипалатинском испытательном ядерном полигоне (СИЯП) за 40-летний период планомерных испытаний ядерного оружия было произведено, как стало недавно известно, около 500 ядерных и термоядерных взрывов различной мощности и назначения. Общая мощность взорванных зарядов составила примерно 18 мегатонн тротилового эквивалента. Радиоактивному загрязнению подверглись не только экосистемы этой территории, но и, согласно статистике, полмиллиона человек разного возраста получили радиационное воздействие в районе полигона и прилегающих к нему территорий с городами Семипалатинск, Курчатов и поселками - Знаменка, Кайнар, Саржал, Долонь, Караул, Чаган, Семеновка и др.

В последнее время значительно расширились масштабы загрязнения экосистемы этого региона радионуклидами. Это произошло вследствие аэрозольного и диффузного их переноса особенно в местах, подверженных интенсивной антропогенной деятельности (выпас скота, заготовка сена и пр.), а также в связи с присутствием диких животных. Радиационная обстановка этого региона изучается в течение многих десятков лет. К настоящему времени довольно полно изучено только наличие в природной среде радиоизотопов цезия-137 и стронция-90. Данные же по загрязнению территории региона альфа-излучателями в открытой печати практически отсутствуют. Только в последние годы (Ю.В.Дубасов,1997; С.Б.Балмуханов, А.М.Воронин, 1998,1999; А.А.Воронин и др., 1998) стали появляться сведения о присутствии плутония на территории региона СИЯП, изотопы которого являются наиболее радиотоксичными и обладают высокой активностью.

Изучение примесей тяжелых элементов в окружающей среде и механизма удержания их в почве, воде, донных отложениях рек и озер позволило подойти к ретроспективе событий и получить сведения о дозиметрии тех лет, что тесно связано со здоровьем людей, проживающих вблизи и в радиусе действия полигона. Установлено, что население получило как большие дозы радиации в момент ядерных взрывов (свидетельством тому - довольно хорошо изученная форма радиационного поражения - лучевая болезнь, острая и хроническая), так и малые дозы ионизирующего излучения.

Негативное влияние последних на живой организм, в том числе на человека, практически не изучено. Борьба с последствиями ядерных испытаний, а также развитие в недалеком будущем, как нам представляется, атомной энергетики в Казахстане настоятельно диктуют необходимость проведения исследований неблагоприятных радиобиологических эффектов, возникающих в организме человека при воздействии на него малых доз ионизирующей радиации, и изучения ее отдаленных последствий. При постоянном воздействии малых доз возникающая патология или функциональные изменения носят скрытый, как правило, стойкий характер даже тогда, когда в процессы восстановления включаются компенсаторные механизмы организма.

Миграции перераспределяют радиацию

В 1997 г. была разработана "Национальная программа по изучению отдаленных последствий ядерных испытаний и пути реабилитации облученного населения (в регионе СИЯП)", сообразно с высшими приоритетами фундаментальных исследований по линии Миннауки - АН РК и соответствующими правительственными документами. Последнее постановление Правительства РК от 17 марта 1997 г. обязало Министерство науки и ряд других министерств (здравоохранения, экологии и биоресурсов) расширить фундаментальные исследования "по разработке эффективных методов профилактики, лечения, реабилитации и прогнозной оценки влияния радиационных факторов на последующие поколения", а также "изучить и внедрить передовые технологии и опыт Хиросимы, Невады, Чернобыля, Алтайского края по медицинской реабилитации пострадавших от радиации граждан".

К сожалению, у нас, в отличие от других стран СНГ (Латвии, Эстонии, Украины, Белоруссии, Азербайджана), нет опыта работы по изучению отдаленных последствий многолетних испытаний ядерного оружия на состояние здоровья людей. Поэтому для республики эта программа стала пионерской, а поскольку территория Казахстана является обширной по масштабам загрязнения радионуклидами, то и приоритетной, и архиактуальной. Об этом свидетельствуют указы Президента РК и 5 за последние 10 лет постановлений Правительства, а также выдвинутая Президентом Н.А.Назарбаевым "Стратегия - 2030".

Социально-экономическое развитие республики немыслимо без решения проблемы здоровья народа, в частности проблемы ликвидации отдаленных последствий ядерных испытаний на бывшем Семипалатинском и других полигонах, расположенных на территории Казахстана.

Мировой опыт показывает, что проблемы реабилитации населения, которое подверглось воздействию радиации как техногенного характера (разработка полезных ископаемых с повышенным содержанием радиоактивных изотопов, испытания ядерного оружия, захоронение радиоактивных отходов и пр.), так и естественного радиационного загрязнения территорий (выход источников радона на поверхность Земли и др.), далеки от своего разрешения, тем более на Семипалатинском полигоне, аналогов которому нет в мире.

Несмотря на закрытие СИЯП, полный ущерб, нанесенный природе и здоровью человека, остается, к сожалению, еще не выявленным до конца. Нельзя однозначно говорить и о сформировавшейся радиационной обстановке этого региона в связи с тем, что в процессе взаимодействия радиоактивных продуктов ядерного взрыва с окружающей средой при последующем действии метеорологических и других природных факторов образовались источники загрязнения различного масштаба. Отсюда следует, что в условиях прекращения испытаний ядерного оружия миграционные процессы (в том числе и миграции людей) становятся основными при перераспределении радиоактивных веществ в пределах обследуемого региона. До сего времени нет Концепции безопасного проживания и медико-социальной защиты пострадавших от испытаний ядерного оружия на территории бывшего Семипалатинского полигона и Казахстана в целом.

Отечественная наука не стоит на месте

В выполнении Национальной программы принимали участие Казахский НИИ онкологии и радиологии (КазНИИОиР), Физико-технический институт (ФТИ МОН РК), Республиканский научно-исследовательский центр охраны здоровья матери и ребенка (РНИЦОЗМР), бывший НИИ гигиены и профзаболеваний, Региональный лечебно-диагностический центр Национального ядерного центра (РЛДЦ НЯЦ, г. Курчатов), Семипалатинская и Карагандинская медицинские академии, Институт молекулярной биологии и биохимии им. М.А.Айтхожина (ИМББ МОН РК) и др. организации - всего более 70 человек, в том числе 24 доктора и 21 кандидат наук, выполняющих 15 тем. Научный руководитель программы - академик НАН РК, лауреат международной Премии Мира, профессор С.Б.Балмуханов.

В течение 3 лет (1997 - 1999) были выполнены полевые, экспериментальные, клинико-лабораторные и эпидемиологические исследования с использованием новых разработанных и стандартных методик, методологических приемов и оригинальных подходов. Проведены реабилитационные мероприятия по специально разработанной методике лечения и профилактики облученного населения.

В качестве профилактического средства предложен препарат "Тодикамп". Продолжен поиск, разработка и испытание препаратов и биологически активных соединений, обладающих радиомодифицирующим действием. В эксперименте на животных продемонстрированы новые свойства (адаптогенные и гепатопротекторные) соединения электронакцепторного ряда "Саназол", поступающего из Японии. Отрабатываются его эффективные дозы с целью применения в радиологии и онкологии (КазНИИОиР, С.Б.Балмуханов, Г.Д.Сейтказина, Г.С.Канафьянов).

С 1998 г. начаты биогенетические исследования периферической крови (облученных и их потомков) с применением методов современной молекулярной биологии и генетики для обнаружения дефектов, возникающих в структуре генетического кода организма пострадавших, а также для выявления степени тяжести отдаленных последствий радиационных поражений (ИМББ МОН РК, Т.С.Балмуханов).

Разработан нестандартный экспресс-метод диагностики загрязнения окружающей среды тяжелыми элементами, в том числе плутонием, для изучения последствий ядерных испытаний на бывшем СИЯП. Впервые применена методика рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (РФА), с помощью которой проведена сравнительная оценка определения стронция-90 и плутония-239,240, америция-241. Найдены оптимальные характеристики кристаллических монохроматоров и капиллярных концентраторов рентгеновского излучения, позволяющие повысить чувствительность РФА метода на 2 порядка (с 10-4 до 10-6), и определить концентрацию плутония в слоях почвы.

Такое оборудование с соответствующей регистрирующей аппаратурой в Казахстане ранее не производилось. Высокая чувствительность разработанного метода позволила впервые определить наличие оружейного плутония на территории населенных пунктов вблизи СИЯП, выявить уровень залегания его в почвогрунте и его активность для конкретных географических координат (ФТИ МОН РК, А.М.Воронин).

Завершены клинические испытания нового индуктора эндогенного интерферона бактериального жидкого на больных со злокачественными лимфомами, хроническими эзофагитом и гастритом, с ослабленной иммунной системой, на изобретение которого получен Патент РК № 5702 от 15 января 1998 г. (КазНИИОиР, Р.К.Каракулов).

Для диагностики и реабилитации лучевых поражений человека в регионе СИЯП разработаны профилактические мероприятия в группах риска, направленные на коррекцию биоритмических нарушений, эффективные методы которой обосновываются применением гомеопатических препаратов. Это позволило в 2-3 раза улучшить состояние у 70 % облученных, добиться полного выздоровления у 32 % лиц с костно-суставной патологией (КазНИИОиР, М.Л.ЕФИМОВ).

В Казахстане создан "Национальный генетический регистр"

В зоне чрезвычайного радиационного риска Семипалатинского региона изучена частота осложнений беременности и родов, фетоплацентарной недостаточности у беременных женщин с патологией щитовидной железы. Завершены исследования медико-генетических последствий многолетних ядерных испытаний. На модели Бескарагайского района впервые в Казахстане разработана и внедрена региональная программа профилактики врожденной и наследственной патологии, позволившая снизить показатели мертворождаемости, перинатальной заболеваемости и смертности от врожденных пороков развития. Разработана компьютерная программа "Национальный генетический регистр РК ". Это первая информационная база данных, позволяющая незамедлительно собрать и обработать любую медико-генетическую информацию из любой географической точки республики (РНИЦОЗМР, Н.А.Каюпова, Г.С.Святова).

Выявлены особенности полового созревания подростков, проживающих в городской и сельской местности в радиусе действия СИЯП. Подобные исследования проведены впервые за 40 лет испытаний ядерного оружия в РК. Установлено, что основные параметры этого процесса находятся в пределах физиологической нормы за исключением небольших возрастных и половых отклонений, не превышающих 6%. Выявлено, что с процессами полового созревания тесно связано морфо-функциональное состояние щитовидной железы. Отклонение от нормы наблюдается у 33% подростков, причем у девочек в 2-3 раза чаще, чем у мальчиков (РЛДЦ НЯЦ, У.К.Джалмукашев).

Установлена высокая заболеваемость щитовидной железы среди жителей разного возраста Семипалатинского региона: у 30-40 % обследованных обнаружено увеличение ее размеров, морфологические нарушения с высоким уровнем опухоли.

Результаты 3-летних изысканий в рамках данной программы послужили основанием для создания регионального Центра реабилитации на 70 койко-мест в Кайнаре при содействии Международного Фонда Помощи (МОФП) и его президента профессора Карла Коха, а также при поддержке Казахстанской межведомственной комиссии по реабилитации Семипалатинского региона, Миннауки и высшего образования РК, Акимата Семипалатинского региона. Особая заслуга в организации этого мероприятия принадлежит представителю МФП в Казахстане доктору К.Т.Магзиевой, обеспечившей своевременную доставку благотворительного груза (оборудования, медикаментов, мебели, продуктов питания, детских игрушек, постельных принадлежностей) в Семипалатинск и Кайнар. Финансирование этой акции, общей стоимостью в 1,5 млн. немецких марок осуществили МФП и программы Европейского Союза. Этот проект (научный руководитель академик ПАП РК С.Б.Балмуханов) предусматривает медицинское обследование жителей п. Кайнар, определение уровня заболеваемости, создание научной базы для реабилитации, лечение пострадавших натуральными и синтетическими антиоксидантами и другими биологически активными веществами, оснащение Центра необходимым диагностическим, лечебным и госпитальным оборудованием. Предполагается создание на базе Центра научной лаборатории.

Таковы перспективы исследований, проведенных в рамках Национальной программы, показывающие, что они соответствуют мировому уровню и потребностям социально-экономического развития Республики Казахстан сообразно со "Стратегией - 2030".