Лучевое поражение

Лучевое или радиационное поражение возникает в результате действия на организм различных видов ионизирующих излучений как из внешних, так и из внутренних источников облучения, которые подразделяются на два класса – электромагнитные и корпускулярные. Корпускулярные излучения – это поток ядер, ядерных частиц или компонентов атомов, которые характеризуются определенной энергией, зависящей от массы, заряда и скорости их движения. К легким заряженным частицам относятся электроны и позитроны; к тяжелым заряженным частицам – протоны, альфа-частицы и дейтроны; к нейтральным частицам – нейтроны. Корпускулярные излучения возникают при ядерных реакциях (например, термоядерный синтез в недрах Солнца, Земли), в различных ускорителях, радиоактивном распаде трансурановых элементов, изотопов и т.п.

В отличие от корпускулярного, электромагнитное (волновое) излучение представляют собой периодические электрические и магнитные колебания, отличающиеся друг от друга длиной волны и обладающие высоким уровнем энергии, которые распространяются в вакууме со скоростью света (300000 км/с). К ним относят γ-лучи и рентгеновское излучение (X-лучи). Электромагнитные волны испускаются в виде сгустков энергии (или квантов, фотонов), измеряемой в электрон-вольтах (эВ) и производных от них – тысячах электрон-вольт (килоэлктрон-вольты – КэВ) и миллионах электрон вольт (мегаэлектрон-вольты – МэВ). Чем короче длина волны излучения, тем больше частота его колебаний и, соответственно, выше его энергия и проникающая способность излучения.

Источниками рентгеновских лучей являются космос, электронные трубки рентгеновских аппаратов, бетатроны и другие виды ускорителей. γ-Лучи выделяются в ходе ядерных реакций и при распаде многих радиоактивных веществ. Энергия рентгеновских лучей и гамма-квантов различного происхождения неодинакова и колеблется от десятков тысяч до миллионов эВ. Так, энергия квантов рентгеновских лучей, используемых для диагностики и лечения, равна 30000 эВ, а γ-квантов, испускаемых кобальтом-60, – 1,16-1,33 МэВ.

Рентгеновские и гамма-лучи благодаря малой длине волны и большой энергии обладают глубокой проникающей способностью, измеряемой для водных растворов и жидких тканей десятками сантиметров. Чем меньше энергия фотонов (мягкое излучение), тем больше они поглощаются в поверхностных слоях тканей. Под воздействием очень жестких излучений глубинная доза может быть выше поверхностной.

При воздействии на вещество рентгеновские лучи и гамма-кванты передают свою энергию электрону (фотоэффект) полностью или частично и после взаимодействия изменяют направление своего движении (эффект квантового рассеяния). В результате фотоэффекта и эффекта квантового рассеивания образуются быстрые электроны, расходующие свою энергию на ионизацию молекул вещества. Жесткие гамма-кванты и ультра жесткие рентгеновские лучи при столкновении с ядром атома могут исчезать с образованием пары из электрона и позитрона – аннигиляция.

Бета-частицы по своим физическим свойствам представляют собой электроны, обладающие отрицательным зарядом, и позитроны, несущие положительный заряд. Величина пробега β-частиц в воздухе измеряется десятками сантиметров, а у высокоэнергетических электронных пучков – несколькими метрами. β-Излучения наиболее распространенных источников проникают в живые ткани на глубину 0,2-0,5 см и взаимодействуют в основном с электронами атомов и молекул, вызывая ионизацию или возбуждение последних.

Альфа-частнцы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они образуются при распаде многих радиоактивных веществ (уран, плутоний и др.). Благодаря высокой энергии, относительно большой массе и положительному заряду они обладают высокой ионизирующей способностью. α-Частицы хорошо поглощаются веществом, что обусловливает их малую проникающую способность. В воздухе длина пробега α-частицы близка к 8-10 см, а в воде и тканях организма – сотни микрометров.

Нейтроны – элементарные ядерные частицы, не имеющие заряда. Они вылетают из ядер атомов при ядерных реакциях и распаде ядер трансурановых элементов. Сверхмощный поток нейтронов образуется при термоядерных реакциях синтеза, сопровождающихся повышением температуры до сотен миллионов градусов. В зависимости от уровня энергии и скорости движения выделяют быстрые, медленные и тепловые нейтроны.

Будучи электронейтральными, нейтроны легко проникают в ядро атома и взаимодействуют с ним путем упругого и неупругого соударений, радиационного захвата и ядерной реакции. При соударении нейтроны передают свою энергию ядрам или ядерным частицам, вследствие чего в веществе образуются быстро летящие ядра или протоны отдачи, которые обусловливают ионизацию вещества. В отличие от быстрых медленные нейтроны захватываются ядрами атомов облучаемых тканей (азот, углерод, кислород, натрий), которые превращаются в радиоактивные изотопы, испускающие β-частицы и γ-кванты, формируя наведенную радиоактивность.

Единицы измерения ионизирующих излучений. Повреждающее действие различных видов ионизирующей радиации зависит от величины плотности ионизации в тканях и их проникающей способности. Чем короче путь прохождения фотонов и частиц в тканях, тем больше вызванная ими плотность ионизации и сильнее повреждающее действие. Наибольшей ионизирующей способностью обладают нейтроны, которые проникают в ткани на глубину нескольких десятков сантиметров, наименьшей – γ-лучи, проходящие вглубь ткани на десятки сантиметров (Таблица 1).

Таблица 1

Основные характеристики повреждающего действия различных

видов ионизирующей радиации

Проникающая способность (длина пробега в тканях)	Ионизирующая способность (условные единицы)
Альфа – 1 (десятки микрометров) Бета – 100 (от 50 мкм до 5 см) Гамма – 1000 (десятки сантиметров) Нейтроны – 10000 (десятки сантиметров)	Гамма – 1 Бета – 100 Альфа – 1000 Нейтроны – 10000

Выделяют энергию излучения, падающую на облучаемый организм, и энергию, поглощаемую тканями. Первую называют экспозиционной, вторую – поглощенной дозой. За единицу рентгеновского и γ-излучения принят рентген (Р) – количество излучения, которое образует в I см³ сухого воздуха (0,001293 г) при температуре 0^о C и давлении 760 мм рт.ст. 2,08×10⁹ пар ионов, несущих одну электростатическую единицу электричества каждого знака. Для оценки биологический активности нейтронов (или других корпускулярных излучений) пользуются единицей, называемой биологическим эквивалентом рентгена (БЭР), которой соответствует поток нейтронов с биологическим эффектом, эквивалентным действию одногорентгена γ-излучения.

Единицей измерения поглощенной дозы является рад или его производные – килорад (Крад), равный 10³ рад, миллирад (мрад), равный 10^-3рад, микрорад (мкрад) – 10^-6 рад. Рад определяется как доза поглощения любого ионизирующего излучения, которая сопровождается выделением 100 эрг энергии в 1 г поглощающего материала (один рад равен 100 эрг/г). В международной системе единиц (СИ) единицей поглощенной дозы излучения является грей (Гр), который определяется как 1 Дж/кг. Единицы рад и грей связаны следующим соотношением: 1 рад равен 10^-2 Гр. Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв); 1 Зв равен 1 Гр, деленному на коэффициент качества:

1 Зв = 1 Гр /Q = 100 рад/Q = 100 БЭР

Количество радиоактивных веществ измеряется в единицах кюри. Один кюри является таким количеством радиоактивного продукта, число распадов в котором за одну секунду составляет 3,7×10¹⁰. Один кюри соответствует радиоактивности 1 г радия; 1 мкюри – 1/1000 кюри или 3,7×10⁷ распадов, 1 мккюри равняется 1/1000000 кюри, или 3,7×10⁴распадов.

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

Так, однократное облучение собаки γ-квантами в дозе 4-5 Гр вызывает у нее острую лучевую болезнь тяжелой степени, многократное же облучение дозой 0,5 Гр приводит лишь к временному снижению числа лимфоцитов и нейтрофилов в периферической крови.

Основные реакции организма человека на действие ионизирующих излучений. Наиболее полно изучены однократное и многократное действия поражающих доз, вызывающих острую и хроническую лучевую болезнь человека, а также локальные поражения отдельных органов и стохастические эффекты (злокачественные опухоли и генетические нарушения, Таблица 2).

Таблица 2

Основные клинические эффекты воздействия ионизирующих излучений на человека.

Условия (время) облучения.	Доза накопленная или мощность дозы	Эффект
Однократное, острое, пролонгированное, дробное, хроническое	Любая доза, отличная от 0.	Увеличение риска отдаленных стохастических последствий – рака и генетических нарушений
Хроническое в течение ряда лет	0,1 Зв (10 БЭР) в год и более	Снижение неспецифической резистентности организма, которое не выявляется у отдельных лиц, но может регистрироваться при эпидемиологических обследованиях.
Хроническое в течение ряда лет	0,5 Зв (50 БЭР) в год и более	Специфические проявления лучевого воздействия, снижение иммунологической реактивности, катаракта [при дозах более 0,3 Зв (30 БЭР) в год]
Острое однократное	1,0 Зв (100 БЭР) и более	Острая лучевая болезнь разной степени тяжести
Острое однократное	4,5 Зв (450 БЭР) и более	Острая лучевая болезнь со смертельными исходами у 50% облученных
Различные виды	1,0 Зв (100 БЭР) и более	Стохастические эффекты, реальное возрастание которых может быть выявлено при эпидемиологических исследованиях
Пролонгированное,1-2 мес. на щитовидную железу от ^131I	10,0 Зв (1000 БЭР) и более	Гипофункция щитовидной железы; возрастание риска развития опухолей (аденом и рака)

Все описанные выше эффекты радиационного воздействия, в том числе стохастические, никогда не регистрируются при мощностях доз менее 0,5 Зв в год (за исключением катаракты). Накопленная в течение всей жизни человека доза за счет естественного радиационного фона не должна превышать 0,1 Зв (10 БЭР), а за счет всех основных источников облучения – 0,5 Зв (50 БЭР). Прогнозируемая доза профессионального облучения персонала атомных электростанций за 25 лет работы также не должна превышать 0,25 Зв (25 БЭР). Профессиональное облучение плюс облучение за счет природных источников и в быту в подавляющем большинстве случаев не превышает в течение жизни дозы 1 Зв (100 БЭР). Облучение, ограничивающееся этими пределами, называют малыми дозами. Воздействие таких доз на организм сводятся лишь к возрастанию риска возникновения стохастических эффектов.

Дата добавления: 2015-06-27