Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

Активность А радиоактивного вещества —число спон­танных (самопроизвольных) ядерных превращений dN в этом веществе за промежуток времени dt:

A = dN / dt.

Единицей измерения активности является беккерель (Бк). 1 Бк равен одному ядерному превращению в се­кунду. Другая применяемая специальная единица активности - Кюри (Ки). 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.

Для характеристики источника излучения по эффек­ту ионизации применяют так называемую экспозицион­ную дозу рентгеновского и гамма-излучения. Экспозици­онная доза Х- —полный заряд dQ ионов одного знака, возникающих в воздухе в данной точке пространства при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха, деленный на массу воздуха dm в этом объеме:

X = dQ / dm.

Единица измерения экспозиционной зоны — кулон на килограмм (Кл/кг). Рентген — специальная единица экс­позиционной зоны (Р). 1Р = 0,285 мКл/кг.

Поглощенная доза Д — средняя энергия dE, передан­ная излучением веществу в некотором элементарном объ­еме, деленная на массу вещества dm в этом объеме:

Д= dE / dm.

Грей — единица поглощенной дозы (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад. Рад — специальная единица погло­щенной дозы. Величина поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды. В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1Р соот­ветствует поглощенная доза в воздухе, равная 0,88 рад.

В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное био­логическое действие, введено понятие эквивалентной до­зы. Эквивалентная доза Н — величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава, и определяемая как произведение поглощенной дозы Д на средний коэффи­циент качества излучения Z в данной точке ткани:

Н = Д· Z .

Безразмерный коэффициент качества излучения Z определяет зависимость неблагоприятных биологических последствий облучения человека в малых дозах от пол­ной линейной передачи энергии (ЛПЭ) излучения. Зиверт — единица эквивалентной дозы (Зв). Специальная единица эквивалентной дозы - Бэр (биологический эквивалент рентгена). Бэр — поглощенная доза любого вида излучения, которая вы­зывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения. 1 Зв = 100 бэр.

При определении эквивалентной дозы различных ви­дов, ионизирующих излучений с неизвестным спектраль­ным составом (неизвестными точными значениями энергии частиц) следует использовать следующие значения коэффициента Z, рекомендуемые Международной комис­сией по радиационной защите (МКРЗ):

Рентгеновское и гамма-излучение... ………………...1

Электроны и позитроны, бета-излучение..….1

Протоны с энергией меньше 10 МэВ ………… ….. 10

Нейтроны с энергией 10 - 20 МэВ………….. 3

Нейтроны с энергией 0,1—10 МэВ.. ……….. 10

Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ…… 20

Тяжелые ядра отдачи..................... ……………… 20

6.3. Биологическое воздействие ионизирующих излучений

Степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зави­сят от величины поглощенной энергии излучения. В настоящее время распрос­транена гипотеза о возможности существования цепных реакций, усиливающих первичное действие ионизирующих излучений.

Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом клетки, в результате которых образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, являются первым этапом развития лучевого поражения. Ионизированные и возбужденные атомы и молекулы в течение 10¯⁶ секунды взаимодействуют между собой, давая начало химически активным центрам (свободные радикалы, ионы, ион-радикалы и др.).

Затем происходят реакции химически активных веществ различными биологическими структурами, при которых отмечается как деструкция, так и образование новых, несвойственных для облучаемого организма соединений.

На следующих этапах развития лучевого поражения проявляются нарушения обмена веществ в биологических системах с изменением соответствующих функций.

Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующему излучению морфологические изменения, то клетки и ткани организма человека по степени возрас­тания чувствительности можно расположить в следующем порядке:

нервная ткань < хрящевая и костная ткань < мышечная ткань < соединительная ткань < щитовидная железа < пищеварительные железы < легкие < кожа < слизистые оболочки < половые железы < лимфоидная ткань < костный мозг.

Эффект воздействия источников ионизирующих излу­чений на организм зависит от ряда причин, главными из которых принято считать уровень поглощенных доз, облучения и мощность дозы, объем тканей и органов, излучения.

Уровень поглощенных доз — один из главных факто­ров, определяющих возможность реакции организма на лучевое воздействие. Однократное облучение собаки γ-излучением в дозе 4—5 Гр (400—500 рад) вызывает у нее ост­рую лучевую болезнь; однократное же облучение дозой 0,5 Гр (50 рад) приводит лишь к временному снижению чис­ла лимфоцитов и нейтрофилов в крови.

Фактор времени в прогнозе возможных последствий облучения занимает важное место в связи с развивающи­мися после лучевого повреждения в тканях и органах про­цессами восстановления.

Важнейшие биологические реакции организма человека на действие ионизирующей радиации условно раз­делены на две группы. К первой относятся острые пораже­ния, ко второй — отдаленные последствия, которые в свою очередь подразделяются на соматические и генетические эффекты.

Острые поражения. В случае одномоментного тоталь­ного облучения человека значительной дозой или распре­деления ее на короткий срок эффект от облучения наблю­дается уже в первые сутки, а степень поражения зависит от величины поглощенной дозы.

При облучении человека дозой менее 100 бэр, как пра­вило, отмечаются лишь легкие реакции организма, прояв­ляющиеся в формуле крови, изменении некоторых вегета­тивных функций. Однако не исключены отдаленные последствия (см. ниже).

При дозах облучения более 100 бэр развивается ост­рая лучевая болезнь, тяжесть течения которой зависит от дозы облучения. Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100—200 бэр, вторая (средней тяжести) - при дозах 200—300 бэр, третья (тяжелая) — при дозах 300—500 бэр, и четвертая (крайне тяжелая) — при дозах более 500 бэр.

Дозы однократного облучения 500—600 бэр при отсут­ствии медицинской помощи считаются абсолютно смертель­ными.

Другая форма острого лучевого поражения проявля­ется в виде лучевых ожогов. В зависимости от поглощенной дозы ионизирующей радиации имеют место поражения I сте­пени (при дозе до 500 бэр), II (до 800 бэр), III (до 1200 бэр) и IV степени (при дозе выше 1200 бэр). Они проявляются в разных формах: от выпадения волос, шелушения и легкой пигментации кожи (I степень ожога) до язвенно-некроти­ческих поражений и образования длительно незаживающих трофических язв (IV степень лучевого поражения).

При длительном повторяющемся внешнем или внутрен­нем облучении человека в малых, но превышающих допус­тимые величины дозах возможно развитие хронической лучевой болезни.

Характерной особенностью острой луче­вой болезни является цикличность ее протекания, в ко­торой схематично можно выделить четыре периода: пер­вичной реакции, видимого благополучия (скрытый пе­риод), разгара болезни и выздоровления (либо леталь­ного исхода).

В период первичной реакции через несколько часов после облучения большими дозами появляются тошнота, рвота, головокружение, вялость, учащенный пульс, иног­да повышается температура на 0,5—1,5° С. Анализ крови показывает увеличение числа белых кровяных телец (лейкоцитоз).

В период видимого благополучия болезнь протекает скрыто. Продолжительность этого периода находится в прямой зависимости от полученной дозы излучения (от нескольких дней до двух недель). Обычно чем короче скрытый период, тем тяжелее исход заболевания.

В период разгара болезни у пострадавшего появля­ются тошнота и рвота, сильное недомогание, поднимает­ся высокая температура (40—41°С). Появляется крово­течение из десен, носа и внутренних органов. Число лей­коцитов резко снижается. Смертельный исход чаще всего наступает между двенадцатым и восемнадцатым днями после облучения.

Период выздоровления наступает через 25—30 дней после облучения. Далеко не всегда происходит полное восстановление организма. Очень часто, вследствие перенесенного облучения, наступает раннее старение, обо­стряются прежние заболевания.

Хронические поражения ионизирующими излучениями бывают как общие, так и местные. Развиваются они всегда в скрытой форме в результате систематического облучения дозами, несколько большими предельно допустимой. Причем, как при внешнем облучении, так и при попада­нии внутрь организма радиоактивных веществ.

Различают три степени хронической лучевой болезни. Для первой, легкой степени лучевой болезни характерны незначительные головные боли, вялость, слабость, нару­шение сна и аппетита. При второй степени болезни ука­занные признаки заболевания усиливаются, возникают нарушения обмена веществ, сосудистые и сердечные из­менения, расстройства пищеварительных органов, крово­точивость и др. Третья степень болезни характеризуется еще более резким проявлением перечисленных симпто­мов. Нарушается деятельность половых желез, проис­ходят изменения центральной нервной системы, наблю­даются кровоизлияния, выпадение волос. Высока вероятность отдаленных последствий лучевой болезни.

Отдаленные последствия. К отдаленным последствиям соматического характера относятся разнообразные биоло­гические эффекты, среди которых наиболее существенны­ми являются лейкемия, злокачественные новообразования, катаракта хрусталика глаз и сокращение продолжительно­сти жизни.

Лейкемия — злокачественное заболевание крови. Согласно данным медицинской статистики, вероятность возник­новения лейкемии составляет 5—7 случаев в год на 100 тысяч населения при облучении всей популяции дозой 10 бэр.

Злокачественные новообразования (раковые опухоли различных органов).

Возможность развития злокачественных новообразований у человека подтверждена медицинской статистикой на основе данных заболеваемости жителей городов Хиросима и Нагасаки, подвергавшихся атомным бомбардировкам (Япония, 1945 г.), жертв радиационных катастроф на радиохимическом заводе «Маяк» (Челябинская область, 1957 г.) и на Чернобыльской АЭС (Украина, 1986 г.). В ряде экспериментальных исследований на животных были получены некоторые количественные характеристики онкогенеза. В настоящее время в радиоэкологии принята беспороговая концепция онкогенного воздействия радиации. В соответствии с этой концепцией вероятность трансформации здоровой ткани в раковую опухоль не равна нулю даже при сколь угодно малых эквивалентных дозах.

Развитие катаракты наблюдалось у лиц, пережив­ших атомные бомбардировки в Хиросиме и Нагасаки, у фи­зиков, работавших на циклотронах; у больных, глаза которых подвергались облучению с лечебной целью. Одномоментная катарактогенная доза ионизирующей радиации составляет около 100 бэр. Скрытый период до появления первых признаков развития поражения хрусталика глаз обычно составляет от 2 до 7 лет.

Сокращение продолжительности жизни в результате воздействия ионизирующей радиации на организм обнару­жено в экспериментах на животных (предполагают, что это явление обусловлено ускорением процессов старения и уве­личением восприимчивости к инфекциям). Продолжитель­ность жизни животных, облученных дозами близкими к ле­тальным, сокращается на 40—-50% по сравнению с контрольной группой. При меньших дозах срок жизни животных уменьшается: а) - на 4—5% при лучевой болезни I степени;

б) - на 7- 10% при лучевой болезни II степени;

в) - на 25- 30% при лучевой болезни II степени.

Достоверных данных о сокращении сроков жизни чело­века при длительном хроническом облучении малыми дозами недостаточно, чтобы однозначно судить о характере такого влияния на здоровье людей. Суть в том, что в радиобиологии ученый мир разделился на два лагеря: последователей пороговой и беспороговой концепций воздействия радиации на живые организмы, в том числе и на человека. Представители первого направления считают, что отрицательные последствия для здоровья людей наступают только при получении определенной, достаточно существенной радиодозы. Малые же дозы радиации, по их мнению, не только безопасны, но и даже благотворно влияют на здоровье человека. Эта гипотеза известна под названием "гормезиса". В нашей стране главным выразителем этой доктрины является директор института биофизики РАН, академик Л.А. Ильин.

Однако существует и другая группа ученых, бьющая тревогу по поводу серьезных последствий для здоровья малых доз радиации. На основе собственных фундаментальных биомедицинских исследований они пришли к убедительному выводу о беспороговости действия радиации на организм человека.

У нас в России наиболее авторитетным представителем этого направления в радиобиологии является председатель научного совета РАН по проблемам радиобиологии, доктор биологических наук Е.Б. Бурлакова. В США беспороговую концепцию действия радиации последовательно утверждают Дж. Гофман, Д. Гулд и Б. Голдман. Все эти ученые убедительно доказали, что не существует некоей "пороговой" дозы, и даже самые минимальные дозы и мощности дозы радиации с низкой линейной передачей энергии могут привести к возникновению раковых заболеваний.

По мнению ряда авторитетных радиобиологов, сокращение продолжительности жизни человека при тотальном облу­чении находится в пределах 15—20 дней на 1 бэр.

Дата добавления: 2014-01-07