Механизм биологического действия радиоактивных излучений сложен и до конца не изучен.
В начале 1940-х гг. исследования А. А. Дробкова, изучавшего рост клубеньковых бактерий вокруг источника радиоактивного излучения, показали как губительное, так и стимулирующее воздействие радиоактивного излучения одновременно. Все зависит от дозовой нагрузки излучения на бактерии.
Многочисленные исследования биологов, медиков, физиков позволили представить механизмы воздействия ионизирующего излучения и установить различие воздействия разных типов ионизирующих частиц на биологические объекты.
Повреждения могут происходить на разных уровнях биологической организации.
Радиочувствительность живых организмов значительно различается. Смертельная доза для бактерий составляет 104 Гр, для насекомых — 103 Гр, для млекопитающих — 10 Гр. Для сельскохозяйственных животных разовые дозы облучения 1,5—2 Гр могут приводить к возникновению лучевой болезни, дозы 0,1 Гр/год — к проявлению генетических эффектов. Для растений радиобиологические повреждения проявляются в следующем: на клеточном уровне в виде цитогенетических повреждений, оцениваемых по снижению митотической активности, увеличению числа хромосомных аберраций и изменению длительности митотического цикла клеток апикальной меристемы. В фитоценозе — это выпадение наиболее радиочувствительных видов растений, изменение числа растений и запасов фитомассы на единице площади, нарушение течения нормальных сукцессионных процессов и т. д. Необходимо отметить, что при воздействии на растения радиационных излучений в интервале невысоких доз (1—5 Гр для растений и 5—10 Гр для семян) происходит явление радиостимуляции, т. е. ускорение темпов роста и развития растений (Агроэкология, 2000).
Специфика радиационного поражения экосистем в зоне аварии на Чернобыльской АЭС проявлялась в следующем: хвойные леса пострадали при дозе облучения в 10 Гр/год (внешние проявления — «рыжий лес»), лиственные — при 30 Гр/год и агроэкосистемы — при 70 Гр/год (Алексахин, 1993).
Доза облучения человека определяется радиоэкологической характеристикой среды его обитания, потребляемых продуктов питания и воды. Максимальная доза излучения, не причиняющая вреда организму человека при многократном действии, равна 0,003 Гр в неделю, а при единовременном действии — 0,025 Гр.
Последствия радиационного воздействия на здоровье населения впервые детально были изучены в Японии после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы (Ревич и др., 2004):
- самое серьезное последствие (исходя из величины дозы на 1 млн жителей) — рак молочной железы у женщин;
- наиболее частый вид нефатального рака — рак щитовидной железы;
- общее число случаев возникновения рака, обусловленного облучением, у женщин на 50 % выше, чем у мужчин.
Исследованиями, проведенными в различных странах после аварии на Чернобыльской АЭС, было показано, что эффект облучения щитовидной железы радиоактивными изотопами йода в несколько раз превосходит эффекты облучения от внешнего источника излучения. На территории России в 1986 г. подверглось облучению радиоизотопами йода более 5 млн человек. Все эти люди имеют повышенную вероятность заболевания радиационно-индуцированным раком щитовидной железы. По расчетам В. К. Иванова, А. Ф. Цыба и др. (2004), только в Брянской области порядка 4000 человек имеют значение индивидуального атрибутивного (т. е. дополнительного) пожизненного риска более 99 %. Для других групп населения эта вероятность ниже.
Последствия радиационного загрязнения могут проявляться не только в возникновении дополнительных случаев заболевания раком щитовидной железы, но и в изменениях ее функции. В отдаленные сроки после воздействия ионизирующего излучения возможно развитие гипотиреоза и другой патологии. Наиболее выражены такие последствия радиационного воздействия (внутреннего облучения щитовидной железы радионуклидами йода) в Уральском регионе, где авария произошла более 50 лет тому назад.