Первые же месяцы работы с ионизирующими излучениями привели к радиационным поражениям. Уже в 1895 г помощник Рентгена Вильям Груббе получил радиационный ожог (эритему), сопровождавшийся развитием дерматита – тяжелого воспалительного заболевания кожи. В 1897 г. в литературе было описано 23 случая кожных поражений, вызванных рентгеновским облучением. В 1898 г. был открыт радий, проникающее γ-излучение которого оказалось способным сильно воздействовать на ткани человеческого организма. Анри Беккерель, после того как пробирка с радием несколько часов пролежала в кармане жилета, на коже обнаружил красное пятно, перешедшее в долго незаживавшую рану.

Поскольку в те годы не существовало единицы измерения рентгена – единицы экспозиционной дозы, широко пользовались понятием «пороговая эритемная доза». По определению, это наименьшее количество излучения данной степени жесткости, которое, воздействуя на кожу внутренней поверхности предплечья, вызывает у 80 % облученных лиц покраснение кожи на срок от 7 до 10 суток.

После того как экспозиционная доза превысит пороговую эритемнную, на облученном участке кожи возникает легкое покраснение (расширение кровеносных сосудов), проходящее через сутки. Через 7-10 дней на этом участке развивается лучевая эритема, похожая при дозе 500…600 Р на легкий солнечный ожог. Через несколько дней ожог исчезает.

При дозе 1500…1600 Р развивается более тяжелая эритема с образованием пузырей, аналогичная ожогу II степени. В этом случае заживление также полное, но продолжается в течение 4-6 недель. При больших локальных дозах 3000…4000 Р возникает некроз тканей, подобный ожогу III степени, который не поддается лечению обычными средствами, в результате чего заживление происходит длительно и часто приводит к образованию рубцов, позднее к злокачественному перерождению тканей. Исследования показали, что с увеличением энергии рентгеновского и γ-излучения возрастает пороговая эритемная доза. В основном это связано с тем, что рост жесткости излучения сопровождается перемещением максимума ионизации ткани с поверхности тела в глубину. Исследования медиков показали, что организм человека обладает эффективным механизмом пострадиационного восстановления, который за период между моментами новых облучений частично ликвидирует последствия острого лучевого повреждения кожи.

Однако по мере увеличения сроков наблюдения за персоналом с лучевыми ожогами были выявлены серьезные отдаленные последствия облучения. У людей происходило перерождение мелких сосудов, зарастание их соединительной тканью, ухудшение кровоснабжения и, как следствие, возникновение раковых опухолей (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Клинические последствия острого облучения человека

К сожалению, для большинства пионеров радиологии эти выводы были запоздалыми. Дальнейшие наблюдения обнаружили, что в случае больших доз даже прекращение работ с излучением не останавливает развития процесса перерождения тканей, который завершается через 6-30 лет образованием злокачественной опухоли и смертью ранее облученного человека. В Гамбурге открыт памятник в 1936 г. рентгенологам и радиологам всех наций. На нем значились имена 110 человек.

В связи с большим числом радиационных поражений людей радиобиологи организовали исследования действия ионизирующих излучений на животных. Для выявления отдаленных последствий такого действия были выбраны животные с небольшой продолжительностью жизни – мыши, крысы, кролики. Для характеристики относительной чувствительности к излучению была выбраны так называемая полулетальная поглощенная доза ЛД_50/30, вызывающая гибель 50 % облученных животных за 30-суточный срок наблюдения, и смертельная доза ЛД_100/30. Исследования радиобиологов показали, что человек по устойчивости к облучению занимает промежуточное место между собакой и мышью и обладает примерно такой же чувствительностью, как обезьяна. Принято считать, что для человека ЛД_50/30 = 350 рад, ЛД_100/30 = 700 рад.

Лучевая терапия злокачественных новообразований основывается на облучении их дозами от 0,5 до 6…8 рад для полного их разрушения или подавления роста.

Биологический эффект облучения зависит не только от дозы, но и массы облучаемой ткани. Этот фактор может играть решающую роль при облучении всего тела. Так, щитовидная железа извлекает из крови атомы йода для выработки жизненно важных гормонов, которые участвуют в регуляции обмена веществ. При вдыхании радионуклидов йода они почти целиком концентрируются в щитовидной железе. У взрослого человека вес ее составляет 20 г при общем среднем весе тела 70 кг. Концентрация радионуклидов йода в железе в 200 раз выше, чем в других тканях тела.

Один из главных выводов радиобиологов состоит в том, что быстро делящиеся клетки более чувствительны к облучению, чем клетки зрелых тканей. В связи с этим зигота – первая эмбриональная клетка, образующаяся после слияния сперматозоида с яйцом, – должна быть особенно чувствительна к излучению.

Опыты показали, что при дозе γ-излучения 200 рад в течение первых 5 суток после зачатия в 80 % случаев происходила гибель зародыша, даже при 50 рад наблюдается уменьшение численности пометок.

После начальной стадии развития эмбриона, занимающей около 5 суток у мышей и около 8 суток у человека, наступает период главного органообразования. На этой стадии облучение не убивает зародыш, но является причиной уродства, причем доза 25 рад безопасна для матери, но способна стать причиной поражения мозга у эмбриона.

После завершения органообразования (13 суток после зачатия у мышей, 3 месяца  у человека) наступает поздний период беременности, облучение на этой стадии вызывает появление хилого, малорослого потомства.

Генетические последствия облучения

По данным НКДАР, хроническое облучение населения мощностью 1 Гр на поколение сокращает период трудоспособности на 50 000 лет, а продолжительность жизни —  также на 50 000 лет на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения. Те же параметры при постоянном облучении многих поколений приведут к сокращению периода трудоспособности на 340 000 лет и сокращению продолжительности жизни на 286 000 лет на каждый миллион живых новорожденных.

Хроническое облучение в 1 Гр на поколение (для человека – 30 лет) приведет к появлению 2000 серьезных случаев генетических заболеваний на каждый миллион живых новорожденных среди детей тех, кто подвергся такому облучению. Примерно 15 000 живых новорожденных из каждого миллиона  будут рождаться с серьезными наследственными дефектами из-за такого радиационного фона.

В последние десятилетия в связи с проблемой загрязнения биосферы продуктами ядерных взрывов и техногенных аварий большое внимание уделяется генетическим последствиям облучения. Сейчас доказана наследственная природа более 500 различных заболеваний человека, среди которых диабет, гемофилия, шизофрения, синдром Дауна. От тяжелых наследственных заболеваний страдает 2…3 % населения земного шара.

Воздействие ионизирующих излучений на гены половых клеток может вызвать образование вредных мутаций, которые будут передаваться из поколения в поколение, увеличивая мутационный груз человека.

В каждой клетке человеческого организма 46 хромосом содержат около 10 тысяч генов, поэтому вероятность мутации определенного гена мала, но в целом для клетки значительна.