Радиационный гормезис. Благоприятное действие малых доз радиации. Выполнила: Шичкова Полина Андреевна,

Радиационный гормезис. Благоприятное действие малых доз
радиации.
Выполнила: Шичкова Полина Андреевна,
11 класс, МОУ «Лицей №6», г. Миасс
Руководитель: Осипова Алена Викторовна,
учитель биологии высшей категории,
Кожевников Валерий Петрович,
учитель физики высшей категории
МОУ «Лицей №6», г. Миасс
2010
Миасс
Оглавление.
1. Введение………………………………………………………………..……3
2. Теоретическая часть. Анализ литературы………………………………...4
 Основные понятия…………………………………………………………4
 Механизмы действия ионизирующего излучения в биологических
системах………………………………………………………………….....4
 Малые дозы радиации……………………………………………………..4
 Источники ионизирующего излучения……………..……………………5
 Радиационный гормезис…………………………………………………..5
 Природный
радиоактивный фон необходим для
существования
биоты ………..……………………………………..……………………...6
3. Практическая часть………………………………………………………..7
 Объект исследования…………………...………………………………...7
 Предмет исследования……………...…………………………………….7
 Методы исследования………………………………………………….....8
 Методы обработки данных………………………………...……………..8
 Работа со статистикой по онкологическим заболеваниям…...………...8
 Измерение радиационного фона………………………...……………….9
 Эксперимент с дрожжами………………………………………………...10
 Практическая значимость………………………………………………...10
4. Выводы…………………………………………………………………......11
5. Заключение……………………………………………………………...…11
6. Список литературы………………………………………………………..12
Введение.
Актуальность темы. Здоровье – это главное богатство человека, а также одна из
важнейших социальных ценностей. Есть множество факторов, которые в большей или
меньшей степени могут навредить нашему здоровью, а также здоровью животных и
растений, окружающих нас. Одним из таких факторов является радиация. Интенсивные
испытания ядерного оружия в середине XX столетия, использование атомной энергии,
ионизирующего излучения в народном хозяйстве в наше время привело к увеличению
радиационного фона на планете. Однако еще Парацельс сказал: «Только доза определяет,
быть веществу ядом или лекарством».
Так какие же дозы радиации являются ядом, а какие – лекарством? На этот вопрос
учеными уже найдены некоторые ответы, но может ли эта граница для людей, живших в
районах с малым радиационным фоном и с повышенным, оказаться разной?
А как же ионизирующее излучение влияет на растения, дрожжи? До конца ли известно это
действие, какие малые дозы уже оказывают влияние? Обо всем ли этом уже сказано
учеными? Радиация уже применяется в хозяйственных целях, но достаточно ли она
изучена?
Мы можем закаливаться, чтобы избежать неблагоприятного действия низких температур,
тренировать свой организм, чтобы он был более выносливым. Так возможно ли
радиационное закаливание?
Цель: изучить радиационный гормезис и возможности радиационного закаливания.
Задачи:

Изучить научную литературу;

Измерить уровень радиации в районе города Миасса и города Озерска и
сопоставить полученные результаты;

Изучить статистические данные по онкологическим заболеваниям, соотнести с
результатами о радиационном фоне;

Провести эксперимент с дрожжами и сделать выводы, сравнить уровень развития
колоний дрожжей;

Сравнить уровень развития органов растений, проведя соответствующие измерения
на площадках.
Гипотеза: возможно, радиация в малых дозах благоприятно влияет на живые организмы,
и существует возможность «радиационного закаливания».
Объект исследования: влияние ионизирующего излучения на живые организмы.
Предмет исследования: благоприятное действие малых доз радиации на биологические
организмы: березы, дрожжи, человека.
Теоретическая часть. Анализ литературы.
Основные понятия.
1.
РАДИОАКТИВНОСТЬ – свойство некоторых радионуклидов изменять со временем свой
нуклонный состав и (или) энергетическое состояние с образованием новых нуклидов
(стабильных или опять-таки радиоактивных) и испусканием ИОНИЗИРУЮЩИХ
ИЗЛУЧЕНИЙ с большей или меньшей ПРОНИКАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ. [3]
НУКЛИД- атомное ядро, характеризующееся,
1) некоторым нуклонным составом (количеством протонов и нейтронов) и,
2) определенным энергетическим состоянием. [7, 10]
Ионизирующее излучение – поток заряженных или нейтральных частиц и квантов
электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к
ионизации и возбуждению атомов или молекул среды. [5]
Механизмы действия ионизирующего излучения в биологических системах:
2.
*прямое действие,
-молекула испытывает изменения непосредственно от излучения при прохождении через
нее фотона или заряженной частицы,
-поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и
макромолекул;
-*непрямое или косвенное,
-молекула получает энергию, приводящую к ее изменениям, вызванные продуктами
радиолиза воды или растворенных веществ, а не энергией излучения поглощенной самими
молекулами. [4, 10]
3.
Малые дозы радиации. [1, 2]
Какие дозы облучения считают малыми?
Среди ученых в этом вопросе нет единодушия, но большинство считает, что диапазон
малых доз находится выше природного фона и превышает его в десять раз. Верхняя
граница диапазона малых доз является менее определенной, поскольку существует
большая разница между разными организмами в радиочувствительности. Мерилом
верхнего предела малых доз считают ту дозу радиации, при которой гибнет 50% особей
данного вида на протяжении 30-60 дней (ЛД50\30) или 100% за это же время (ЛД100/30).
Диапазон малых доз ограничивается «сверху» величиной, которая в сто раз меньше чем
ЛД50\30 для определенного вида живых организмов. В случае, когда малые дозы относят к
человеку, то речь идет о дозах 4-5 рад (0,04 – 0,05 Гр) в условиях разового облучения.
Другие источники указывают диапазон малых доз 0,1-1,5 Гр.
Радиочувствительность - это степень выносливости различных организмов, а также
клеток и тканей к действию ИИ. Радиочувствительность характеризуется полулетальной
поглощенной дозой, вызывающей гибель 50% организмов (ЛД50). [4]
4. ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ: [6, 9]
Естественные источники:
1. Наружного облучения:
а) космическое облучение - 300 мкзиверт в год на уровне моря (защитный слой
атмосферы)
б) земная радиация - 300-600 мкзиверт в год (радиоактивные К40, РВ87 в коре земного
шара)
2. Внутреннего облучения: радиоактивный газ радон - продукт распада U238, Т232.
Искусственные источники:
1. Использующиеся медициной - 20% от естественного фона радиоактивного облучения
2. Ядерные взрывы - 0,8% от естественного фона (в настоящее время).
3. Атомная энергетика - работа атомных электростанций без аварий: 0,04 - 0,05% от
естественного фона
1957 г. - Уинт-Скейл - утечка I131 из атомной электростанции.
1957 г. -Южный Урал - авария на радиационном заводе
1979 г. - Тримайл-Айленд
1986 г. – Чернобыльская атомная электростанция.
2011 – события в Японии, Фукусима.
4. Профессиональное облучение: работники атомной промышленности, медперсонал (Rкабинеты), экипажи самолетов, шахтеры, персонал курортов с радоновыми ваннам
5. Бытовые источники: телевизоры, часы со светящимися цифрами (циферблат)
5. Радиационный гормезис. [1,2]
Термин "радиационный гормезис" предложен американским ученым Т. Д. Локку в 1980
году. Это понятие взято из опыта прошлого. Еще со времен Парацельса было известно,
что сильные яды, взятые в малой дозе, могут быть эффективными лекарствами. Такое
свойство - фармакологическая инверсия - латинский перевод "гормезис". Из
гомеопатических опытов с антибиотиками слово введено в научную литературу в 1992
Стеббином. В отечественной науке этот феномен исследовался А. М. Кузиным с
сотрудниками, начиная с 1971г.
«ГОРМЕЗИС» - инверсионная биологическая реакция организма на малые дозы какоголибо воздействия, противоположная той, которая развивается на более высокие дозы.
Инверсия- диаметрально противоположное действие больших и малых дозировок
вещества.
Радиационный гормезис - понятие положительного стимулирующего влияния малых доз
ионизирующих излучений.
Гормезис как вариант ответа на определенные дозы воздействия основывается на широко
известном биологическом законе Арндта – Шульца, согласно которому
•слабые раздражители возбуждают,
•средние – стимулируют,
•сильные – тормозят,
•максимальные – парализуют жизнедеятельность организма
6. Природный радиоактивный фон необходим для
существования биоты. (Кузин А.М.) [1,2]
Oдновременное снижение внешнего природного радиационного фона (экранирование
свинцом), внутреннего (снижение содержания радиоизотопа 40К)
и устранения во вдыхаемом воздухе радона резко снижает (на 50%)
рост и развитие высших растений и молодых животных. Под влиянием малых доз атомной
радиации, живые ткани, после прекращения g-облучения, в течение часов
(3-5 ч)
продуцируют вторичные биогенные излучения, выводящие клетки из покоя,
стимулирующие деление клеток, рост и развитие организмов. Нативный белок после gоблучения также в течение нескольких часов испускает вторичные биогенные
излучения. Белок, коагулированный нагреванием, этим свойством не обладает.
Возможно, что многие из нас обязаны своим здоровьем именно естественному фону.
Например, в тех округах Соединённых Штатов, где, по разным причинам, снижена
природная радиоактивность от распада радона, статистика демонстрирует повышенный
уровень смертности от рака лёгких.
Согласно докладу НКДАР, среди выживших после атомной бомбардировки Хиросимы и
получивших около 10 бэр наблюдалось достоверное (p < 0,01) снижение общего
коэффициента смертности, и в частности коэффициента смертности от лейкемии, по
сравнению с необлученной частью населения соответствующего возраста. В 1957 г. в
результате аварийного выброса радиоактивных веществ на Южном Урале три группы
жителей 22 поселков общим числом 7852 чел. получили в среднем 49,6; 12,0 и 4,0 сГр.
Наблюдения в течение последующих 30 лет показали достоверное (p < 0,05) снижение
смертности от разных видов опухолей во всех трех группах. Сравнение групп населения,
подвергшихся в результате этой аварии хронической ингаляции 239Pu и получивших
0,343, 1,18 и 4,2 кБк, показало, что риск заболевания раком легкого был достоверно
снижен по сравнению с необлученным контролем до 0,56; 0,59 и 0,83 соответственно.
Вытекающий из результатов эпидемиологических исследований вывод об
антиканцерогенном действии малых доз радиации подтверждается многочисленными
лабораторными экспериментами. Так, облучение при дозе 15 сГр подавляло рост
опухолей после введения раковых клеток мышам; облучение при той же дозе уменьшало
число метастазов в легких мышей и крыс; облучение при дозе 1 сГр снижало частоту
неопластической трансформации клеток; хроническое облучение мышей в течение 5 суток
при ежедневной дозе 1 сГр подавляло возникновение у них лимфомы щитовидной желез.
Антиканцерогенный эффект малых доз может найти применение в лечении
онкозаболеваний. Такие результаты обычно объясняют стимуляцией иммунной системы
при действии малых доз ионизирующей радиации, что приводит к уничтожению
измененных клеток. В ряде случаев это связано с митогенным действием малых доз
ионизирующей радиации. Стимуляция клеточного деления как эффект действия малых
доз ионизирующей радиации наблюдается у ряда биологических объектов: культуры
клеток млекопитающих, сине-зеленых водорослей, инфузорий. Экранирование от
естественного радиационного фона приводит к снижению клеточной пролиферации.
Существует несколько моделей, пытающихся объяснить эффект радиационного
гормезиса. Опубликованная в 2003 г. модель М.Полякова и Л.Е.Фининдегана является
самой поздней из них. Согласно ей действие малых доз ионизирующего облучения на
клетку в отличие от больших доз двойственно по своей природе. С одной стороны,
происходит повреждение ДНК с немедленным запуском репаративных систем, с другой –
посылается сигнал о стимуляции физиологических процессов, нейтрализующих
повреждения ДНК. Эти адаптивные физиологические процессы запускаются не сразу, они
неспецифичны и направлены главным образом на нейтрализацию нерадиационных
повреждений ДНК.
Практическая часть.
1. Объект исследования:
В своей работе я выбрала объектом исследования влияние ионизирующих
излучений на биологические организмы.
2. Предмет исследования:
Предметом исследования в моей работе является благоприятное действие малых
доз радиации на биологические организмы: березы и человека.
3. Методы исследования.
При работе над проектом я использовала следующие методы исследования:
1. Теоретические:
- анализ литературы
- обобщение и сравнение полученных данных
- интерпретация теоретических фактов
2. Эмпирические:
- наблюдение
- моделирование
- измерение
-эксперимент
4. Методы обработки данных:
Для того чтобы сделать выводы по проделанной практической работе, я использовала
следующие методы обработки данных:
- количественные (статистические)
-методы качественного анализа: факторный анализ и корреляция при исследовании.
5. Работа со статистикой по онкологическим заболеваниям.
Ежегодно в России более чем у 450 тысяч людей диагностируются злокачественные
опухоли. В Челябинской области с каждым годом растет число онкологических больных.
Так, в 2000 году онкозаболеваемость составляла 359,4 на 100 тысяч населения, в 2005 379,5, а в 2008 году - 397 случаев на 100 тысяч населения. Статистика также показывает,
что городские жители болеют чаще, чем сельские. Ежегодно в Челябинской области
регистрируется более 13500 случаев выявления онкологических заболеваний, умирает
более 8000 человек. Наиболее неблагоприятными по онкологической заболеваемости
являются города, где развита горнодобывающая и химическая промышленность. Это
Магнитогорск, Копейск, Коркино, Верхний Уфалей. Здесь частота выявления
онкопатологии превышает 400 случаев на 100000 населения.
Полученная статистика по онкозаболеваемости среди детей, подростков, взрослых в
городе Миассе Челябинской области за период с 2005 по 2009 года представлена в
приложении. Из представленной в таблицах, графиках и гистограммах статистики мы
можем увидеть, что наибольшая заболеваемость среди взрослых, на втором месте дети и
наименьшая заболеваемость среди подростков на протяжении всего периода. Кроме того,
мы видим, что у детей заболеваемость имела тенденцию к увеличению в данный период, а
у подростков сначала заболеваемость увеличивалась (2006), потом снизилась (2007),
потом увеличилась (2008), потом снизилась (2009), у взрослых же заболеваемость сначала
увеличивалась (2006), потом снижалась (2007-2008), потом увеличилась (2009).
Полученные результаты говорят о разной степени реакции людей разного возраста на
изменение условий среды. К сожалению, информацию о радиоактивных выбросах за
период с 2005 по 2009 года получить не удалось, но даже имеющаяся статистика
показывает, что взрослые, подростки и дети в разной степени реагируют на изменение
условий. Взрослые люди, живущие на территории Челябинской области уже имеют
некоторое «радиационное закаливание», в отличие от детей и подростков, организм
которых более чувствителен к изменениям. Однако в статистике по взрослым есть скачки,
которые можно объяснить выявление заболеваний, приобретенных в результате крупных
выбросов в прошлом, но развившихся и обнаруженных только сейчас.
6. Измерение радиационного фона.
Мною были проведены измерения радиационного фона при помощи дозиметрасигнализатора бытового ДБГ-0.5Б. Экспериментальными площадками я выбрала карьеры
в районах города Миасс и Озерск (рядом с Тайгинкой) и участки побережий озер Тургояк
и Акакуль. Так как дозиметр этой модели дает погрешность 30% мною было выбрано по
5 участков на каждой экспериментальной площадке и сделано по 5 повторов замеров на
каждом из этих участков. Поэтому средние значения можно считать достаточно точными.
Измерения проводились при переменной, небольшой облачности, так как известно, что в
солнечную погоду уровень радиации выше, чем в пасмурную. Результаты измерений
представлены в приложении. Мы можем видеть, что радиационный фон в районе Озерска
выше, чем в Миассе, а также что фон в карьерах выше фона на озерах. Это объясняется
весьма понятными причинами – близостью гранитов в карьерах и географическим
положением химкомбината «Маяк». Несмотря на то, что в районе Озерска повышен
радиоактивный фон, он не перечислен в списке городов, с наибольшей
онкозаболеваемостью. Хотя здесь необходимо учитывать и влияние многих других
факторов. Миасс также не входит в список этих городов, однако всплеск заболеваемости
среди взрослых в 2006 и 2009 годах говорит о большом влиянии несколько повышенных
доз в результате выбросов в прошлом. К сожалению, достать подобную подробную
статистику по городу Озерск не удалось по причине того, что город является закрытым.
Однако можно заметить один факт, более важна не сам уровень радиации, а разница
между фоновым уровнем и разовой дозой, полученной человеком. Таким образом,
получается, что люди, живущие в районах с повышенным радиационным фоном,
становятся «приспособленнее» и легче переносят повышение фона.
Частью проделанной мной работы было измерение размеров листьев берез на
экспериментальных площадках. Лист – это один из важнейших вегетативных органов
растения. Он осуществляет фотосинтез, роль которого трудно было бы преувеличить.
Береза – весьма распространенное в нашем регионе растение. Именно поэтому мною были
выбраны именно береза и именно измерение размеров ее листьев. Результаты измерений
приведены в приложении. Важно заметить, что радиация не является главным
определяющим фактором для развития листьев берез (необходимы освещенность,
влажность, достаточное содержание гумуса и минеральных веществ в почве), однако ее
роль нельзя недооценивать. Небольшие дозы радиации оказывают стимулирующее
действие на развитие растений, что уже было замечено учеными. Это подтвердилось и в
моих измерениях. При выборе экспериментальных площадок я учитывала необходимость
схожести прочих условий среды – освещенность, влажность и состав почв в двух карьерах
и на двух озерах соответственно сходен по возможному влиянию на растения, но уровень
радиации несколько отличается. Поэтому можно говорить о точности закономерности.
7. Эксперимент с дрожжами.
Мною был проделан эксперимент по сравнению развития колоний дрожжей в условиях
пониженного фона (экранированием) и в условиях повышенного фона (на гранитах).
Дрожжи развивались в одинаковых температурных условиях, на одинаковой питательной
среде, однако, одна часть из них была экранирована от радиационного фона, а другая –
была расположена на гранитах, дающих повышение фона. Для точности эксперимента
было сделано пять повторов. Каждый раз та часть, что развивалась в условиях
пониженного фона, развилась хуже: колония меньше, плотность колонии меньше. Другая
часть развилась лучше, их колония, плотность колонии больше, что видно на
фотографиях.
Таким образом, результаты подтвердили гипотезу радиационного гормезиса:
экранированные дрожжи развивались медленнее, их колония меньше.
8. Практическая значимость.

Малые дозы радиации могут быть применены для предотвращения серьезных
болезней человека.

При выборе санаториев и мест отдыха стоит учитывать радиационный фон.

Не стоит «бежать» от радиации в районы со сниженным фоном, так как
некоторый уровень радиационного фона оказывает благоприятное воздействие
на организмы.

Ионизирующее излучение в небольшом количестве стимулирует рост растений,
развитие дрожжей, что может быть использовано в сельском хозяйстве.
9. Выводы.
 Изучила научную литературу по этой теме.
 Измерила уровень радиации в районе города Миасса и города Озерска, сопоставила
полученные данные, полученные данные и их обсуждение представлены в
практической части работы.
 Изучила статистические данные по онкологическим заболеваниям, соотнесла с
результатами о радиационном фоне, полученные данные и их обсуждение
представлены в практической части работы.
 Провела эксперимент с развитием колоний дрожжей в условиях различного
радиационного фона.
 Сравнила уровень развития вегетативных органов растений (на примере листьев
берез), проведя соответствующие измерения на экспериментальных площадках,
результаты измерений и соответствующие объяснения представлены в
практической части работы.
10. Заключение.
Занимаясь исследованием выбранной проблемы, я пришла к выводу, что
радиационный гормезис, благоприятное действие малых доз ионизирующих
излучений, действительно существует. Кроме того, интересно «радиационное
закаливание» - об этом говорят известные факты, которые приведены в
теоретической части, так как проверить на практике реакцию «закаленных» и
«незакаленных» трудно, в виду некоторой опасности. В вопросе о радиации еще
очень много неизученного, но становится понятным, что возможно использование
ее малых доз для стимулирования развития организмов, для укрепления их,
лучшего развития дрожжей, для избегания серьезных заболеваний у человека.
Радиационный гормезис – интересный и актуальный вопрос, решение которого
открывает большие перспективы в улучшении здоровья людей, предотвращении
заболеваний, а также в увеличении эффективности сельского хозяйства.
Список литературы.
1. Кузин А. М., Радиационная биохимия, М., 1962;
2. Кузин А. М. Идеи радиационного гормезиса в атомном веке. М.: Наука, 1995.
3. Бак З., Александер П. А., Основы радиобиологии, пер. с англ., М., 1963
4. Основы радиационной биологии, М., 1964
5. Гродзенский Д. Э., Радиобиология, М., 1966
6. Ильенко А. И., Криволуцкий Д. А., Радиобиология, М., Знание, 1971
7. Дайджест центральной городской библиотеки им. Ю. Н. Лебединского
(г. Миасс), Радиация и здоровье (экология среды), Миасс, 2006
8. Новоселов В. Н., Атомный след на Урале, Челябинск, Рифей, 1997
9. Радиация. Дозы, эффекты, риск. – М., Мир, 1988
10. http://ru.wikipedia.org