Биологические и медицинские последствия ядерных взрывов вне очагов сплошного губительного поражения можно (в известной мере условно, так как это единый комплекс процессов) разделить на три категории:
1) поражение среды обитания человека (экологические последствия);
2) поражение отдельных индивидов, их совокупностей и целых популяций, непосредственно подвергшихся действию внешних источников излучений или аккумулировавших радиоактивные продукты (патологические последствия);
3) изменение наследственного материала у потомства облученных организмов (генетические последствия).
Применительно к судьбе человека и человечества в целом экологические последствия ядерного конфликта можно, в свою очередь, подразделить, опять-таки несколько условно, на две группы процессов: изменение природных экологических систем — биогеоценозов и изменение антропогенных компонентов окружающей среды, т.е. техносферы и социосферы.
При построении прогностических оценок экологических последствий ядерного конфликта необходимо опираться на данные современного естествознания о структуре и функционировании наружных оболочек Земли, прежде всего на учение В.И. Вернадского о биосфере и учение В.Н. Сукачева о биогеоценозах.
Биосфера функционирует как единый планетарный механизм:
1 - ассимиляции солнечной энергии, углекислоты, воды и минеральных веществ зелеными растениями (первичными продуцентами органических веществ);
2 - многократной трансформации и реутилизации этих веществ животными и микробами;
3 — деградации органических веществ до исходных минеральных продуктов микроорганизмами-минерализаторами.
Динамическое равновесие этих процессов в масштабах планеты и определяет как само существование жизни на Земле в течение геологически длительного периода, так и химический состав и направление химических процессов в твердых породах, воде и атмосфере планеты.
Даже в условиях мирного времени совокупная индустриальная деятельность современного человечества оказывается достаточно мощным фактором, оказывающим ощутимое воздействие на вековой ход жизни биосферы. Это проявляется в изменении газового состава атмосферы, гидрологического режима природных вод и т.д. Несравненно более крупные изменения неизбежно возникнут в связи с массивными выделениями тепловой энергии, углекислоты, аэрозолей в результате крупномасштабного ядерного конфликта, не говоря уже о последствиях глобального радиоактивного заражения.
Существенной особенностью биосферы Земли является ее структурированность, подразделённость на относительно автономные в отношении круговорота вещества и энергии подсистемы — биогеоценозы. По В.Н. Сукачеву и Н.В.Тимофееву-Ресовскому, биогеоценоз есть элементарная единица биосферы, объединяющая определенное по видовому составу растений, животных и микробов сообщество организмов (биоценоз) и совокупность природных компонентов в местах обитания этого сообщества (биотоп). Природные биогеоценозы характеризуются динамической устойчивостью, обеспечиваемой, с одной стороны, сбалансированностью трофических связей между их биотическими компонентами и, с другой - относительным постоянством локальных природных условий (микроклимат, почвы, гидрологический режим и т.д.). Показано, что устойчивыми по своей видовой структуре могут быть только многокомпонентные биогеоценозы, населенные большим числом видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных единой системой трофических связей.
За 50-70-е годы во всем мире проделана огромная работа по изучению влияния радиации на природные и модельные биогеоценозы. Остановимся в качестве примера на основных результатах пионерских исследований в этом направлении Н.В.Тимофеева-Ресовского и его сотрудников. Эти работы с самого начала были проникнуты идеями В.И. Вернадского и В.Н. Сукачева и потому отличаются необходимой комплексностью, что позволило сформулировать самостоятельное направление в биогеоценологии — радиационную биогеоценологию.
Биологические виды, образующие любой биогеоценоз, резко (до нескольких порядков) различаются по радиочувствительности. Наиболее чувствительны в этом отношении животные: даже относительно небольшие дозы облучения (порядка до 1 Гр) уже приводят к заметному угнетению биомассы и биопродуктивности популяций, а при дозах в несколько греев начинается поочередное (зависящее от радиочувствительности) вымирание популяций отдельных видов. Более радиоустойчивы растения и микроорганизмы, особенно в покоящихся стадиях (семена, споры): при дозах до 1 Гр может иметь место даже некоторое возрастание биомассы и биопродуктивности их популяций. При увеличении дозы облучения реакция растений и микроорганизмов изменяется на противоположную и повторяется все то, что было сказано выше в отношении животных.
Деградация биогеоценозов наблюдается при воздействии как внешних, так и поглощенных радиоизотопов.
В последнем случае (при действии долгоживущих радиоизотопов) хронический характер облучения уменьшает регенерационные возможности сообществ.
Повреждающее действие радиоизотопов усугубляется еще и тем, что они очень медленно и лишь в незначительных количествах выводятся за пределы биогеоценозов. Практически все известные радиоизотопы, попадающие в окружающую среду в низких (в химическом смысле) концентрациях, обладают способностью прочно сорбироваться грунтами и, что самое главное, накапливаться в биомассе. Первые наблюдения о накоплении радия живыми организмами сделаны В.И. Вернадским еще в 20-е годы. Концентрация радиоизотопов в биомассе может в десятки, сотни, а то и сотни тысяч раз превышать их концентрацию в окружающей среде, что существенно повышает интенсивность внутреннего облучения организмов.
Кроме того, аккумулированные в организмах радиоизотопы передаются по трофическим цепям, в том числе попадают в повышенных концентрациях вместе с пищей в тело человека.
Из сказанного видно, что в случае крупномасштабного ядерного конфликта наступят крупномасштабные же (если не глобальные) неблагоприятные перестройки не только отдельных биогеоценозов, но и биосферы в целом, что может поставить под угрозу само ее существование.
В результате многовекового развития цивилизации, экономики, технологии человечество давно уже вышло из первобытного окружения природы. В наше время индустриальная деятельность человека стала особенно ощутимо сказываться на ходе глобальных процессов. Это побудило В.И. Вернадского еще в 1944 г. высказать положение о том, что человечество преобразует биосферу в ноосферу - сферу разума. Теперь же в связи с нарастающей угрозой ядерного конфликта человечество стоит перед выбором - сделать ли ноосферу процветающей, достойной высокого звания Человека разумного - Homo sapiens, или превратить ее в дементосферу - сферу безумия, а может быть, и в некросферу — сферу смерти.
В случае глобального ядерного конфликта существующая система удовлетворения жизненных потребностей людей окажется разрушенной на огромных территориях. Она не может быть быстро восстановлена, потому что одновременно пострадают био- и техносфера. Разрушатся промышленные предприятия, прекратится производство жизненно необходимой для людей продукции (пища, одежда и т.д.), произойдет выброс в окружающую среду большой массы токсических продуктов. Эти последствия, возникнув сразу после взрывов, останутся надолго. Загрязнение вод открытых водоемов, подземных вод, почвы, атмосферного воздуха — только это приведет к повышенной заболеваемости и смертности (даже если не рассматривать глобальные геофизические изменения).
По данным Киевского научно-исследовательского института общей и коммунальной гигиены, хроническое воздействие на организм даже таких "обычных" загрязнителей, как сернистый и угарный газы, окислы азота, при превышении предельно допустимых концентраций их в атмосферном воздухе более чем в 5 раз увеличивают частоту хронических неспецифических заболеваний легких, бронхиальной астмы. На основе известных количественных закономерностей можно оценить показатели здоровья при изменении условий жизни. Такие расчеты показывают, что превышение загрязненности атмосферы обычными продуктами сгорания в 10 раз вызовет катастрофический рост аллергических заболеваний, болезней нервной системы и органов чувств, хронических заболеваний легких.
Трудно сейчас оценить отдаленные гигиенические последствия таких событий, как, например, разрушение дамб водоемов-накопителей, содержащих огромные количества высокотоксичных промышленных стоков. Совершенно очевидно, что полное "выздоровление" почв и водоемов потребует впоследствии десятки лет.
В экстремальных условиях после ядерных взрывов водоснабжение населения может осуществляться преимущественно за счет подземных вод. Между тем в результате серьезных изменений естественных гидрологических условий после атомных взрывов токсические веществ из сточных вод попадут в водоносные горизонты, где сохранятся надолго.
Даже спустя определенный период, когда концентрация токсических химических соединений в воздухе, почве и воде снизится до уровней, не вызывающих острых отравлений, жизнь на затронутых взрывами территориях повлечет за собой ухудшение состояния здоровья и рост заболеваемости.
Не менее вредные гигиенические последствия возникнут в результате разрушения жилищ и коммунального хозяйства. Оставшиеся в живых после ядерных ударов останутся без жилищ, водоснабжения, централизованных источников тепла и света, системы очистки от жидких и твердых отбросов, транспорта и т.д. Примеры последствий подобного рода известны из предыдущих войн, но в неизмеримо меньших масштабах.
Среди самых разнообразных нарушений здоровья людей особое место займут поражения иммунной системы организма. Главную роль в защите человека от бактериальных, вирусных и грибковых инфекций играют специализированные лимфоидные клетки, объединяемые в лимфоидную систему. В нормальных условиях как число клеток разных типов, так и их активность сбалансированы, вследствие чего организм отвечает на внедрение возбудителей инфекций защитной иммунной реакцией — достаточно сильной, но не чрезмерно высокой, направленной на уничтожение болезнетворных агентов. Вне зоны сплошного поражения ионизирующая радиация — один из главных действующих факторов ядерного взрыва, не вызывающий немедленной гибели, но оказывающий сильнейшее влияние на иммунную систему. Наиболее чувствительными к облучению являются Т-клетки (помощники и эффекторы), тогда как Т-супрессоры и В-клетки более устойчивы. В результате облучения страдают все функции иммунной системы, развивается так называемое иммунодефицитное состояние, причем важно отметить, что это происходит как за счет уменьшения абсолютного числа Т-помощников и Т-эффекторов, так и вследствие нарушения баланса между этими типами Т-клеток и Т-клетками-супрессорами. Последние, оказываясь в относительном большинстве, сильнее, чем в норме, угнетают иммунную реакцию (т.е. прямую функцию В-клеток и других Т-клеток), и в результате организм оказывается сильно подверженным инфекционным заболеваниям. Частота вирусных и бактериальных инфекций резко возрастает, и протекают они гораздо тяжелее, чем у необлученных организмов.
Резюмируя, можно заключить, что для тех расчетных 30% людей, которые останутся в живых после ядерного взрыва, в последующем создастся критическая ситуация, и одним из существенных факторов, определяющих ее, будет развитие у людей иммунодефицитного состояния, что при недостаточной медицинской помощи приведет к катастрофическим последствиям. Можно с полным основанием полагать, что эпидемические заболевания, нередко бывшие бичом войн прошлого, примут невиданные размеры, что в конечном итоге может привести к гибели человечества.
К более поздним последствиям облучения, возникающим даже при дозах, не вызывающих лучевую болезнь, относится повышение вероятности злокачественного роста.
Канцерогенность ионизирующей радиации была исследована детально как в условиях эксперимента, так и путем непосредственного наблюдения облученных лиц. С 20-х годов хорошо известны профессиональные раковые заболевания у рентгенологов, которые не подозревали о предательских свойствах ионизирующей радиации. Данные по радиационно-индуцированному раку систематизированы Научным комитетом ООН по атомной радиации, Комиссией по биологическим эффектам радиации и Международным комитетом защиты от радиации.
Подсчет ожидаемых частот раковых заболеваний в результате ядерной войны может быть основан на экспериментальных данных по радиационно-индуцированному раку, наблюдениях по профессиональному раку и суммированных данных по Хиросиме и Нагасаки.
Наблюдения за выжившими после атомных бомбардировок, анализ историй болезней и свидетельств о смерти позволяют сделать объективные выводы о частоте рака, индуцированного радиацией.
ХИРОСИМА И НАГАСАКИ
В обоих городах частота лейкемии начала расти через три года после бомбардировки и достигла пика к 1951-1952 гг. С тех пор у облученных лиц она стала стабильной. Частота лейкемии среди выживших в Нагасаки не превышала частоту в контрольной группе с начала 1970-годов, но в Хиросиме все еще наблюдается небольшой рост лейкемии у облученных. Все формы лейкемии (за исключением хронической лимфоцитарной лейкемии) увеличились у облученных лиц, но среди типов лейкемий существуют комплексные различия в зависимости от возраста в момент бомбардировки города и продолжительности латентного периода после облучения. К 1978 г. общая смертность от лейкемии, возникшей в результате радиации, среди всех переживших атомные бомбардировки приблизительно повысилась на 95%.
Показано, что чем меньше возраст во время бомбардировки, тем больше риск возникновения лейкемии в раннем периоде и более быстрое уменьшение впоследствии. С другой стороны, в возрастной группе 45-летних на момент бомбардировки увеличение риска наблюдалось позднее и сохранялось на протяжении 1960-1971 гг. за счет острых форм лейкемий. Риск возникновения хронической гранулоцитарной лейкемии среди облученных большими дозами был наивысшим спустя 5—10 лет после облучения и постепенно уменьшался независимо от возраста в момент бомбардировки.
Четкая взаимосвязь между частотой лейкемий и дозой радиации обнаружена для обоих городов, но в большей степени для Хиросимы. Самыми низшими дозами с демонстрируемым лейкемическим эффектом являются дозы в пределах 0,2—0,4 Гр в Хиросиме. Отмечаемая разница между Хиросимой и Нагасаки была отнесена за счет нейтронной компоненты облучения в Хиросиме.
Что касается злокачественных солидных опухолей, то могут быть сделаны следующие выводы. Анализ смертности показал значительный выход смертей от злокачественных опухолей. Относительный риск для разных злокачественных опухолей значительно различается. Существенное увеличение очевидно для лейкемии, рака легких, груди и желудка и для множественной миеломы. Если в наблюдения включены также данные по частоте возникновения раковых заболеваний, то относительный риск значителен для рака щитовидной железы. Предполагается, хотя еще и не подтверждено, что существует увеличение риска возникновения рака пищевода, толстой кишки, мочеполового тракта и слюнных желез. Нет данных по увеличению смертности от рака поджелудочной железы, прямой кишки или матки. Другие исследования на той же самой популяции не показали увеличения частоты рака печени, яичников и простаты, внутричерепного рака или остеосарком.
Частота гибели от всех злокачественных заболеваний нарастает с увеличением дозы как в Хиросиме, так и в Нагасаки, в большей степени в Хиросиме. По-видимому, это связано с различиями между городами по дозе нейтронов и за счет их большего биологического эффекта.
Радиационно-индуцированные раки появились только после латентного периода. Как это было ранее упомянуто, лейкемия начала проявляться через три года после облучения, достигла пика спустя 6—7 лет, и в настоящее время уменьшилась почти до контрольного уровня. Более того, длительность латентного периода уменьшается в зависимости от дозы. Злокачественные новообразования (кроме лейкемии) проявляют разные латентные периоды. Радиационно-индуцированные раковые заболевания не становятся очевидными до тех пор, пока не достигается обычный возраст для раковых заболеваний. Даже для тех индивидов, которые уже достигли "ракового" возраста во время бомбардировки, самый краткий латентный период 10— 15 лет; для групп с высокой дозой облучения также не наблюдается сокращения латентного периода.
Общая смертность от радиационно-индуцированного рака в 1978 г. среди всех, переживших атомную бомбардировку, оценивается приблизительно в 340 смертных случаев, исключая лейкемию, по сравнению с более чем 10000 случаями, не связанными с радиацией; увеличение составляет около 3,4%.