Биологическое действие ионизирующих излучений. Механизм биологического действия.Ионизирующее излучение, взаимодействуя с любым веществом (в том числе с биологиче­ской тканью)

Механизм биологического действия.Ионизирующее излучение, взаимодействуя с любым веществом (в том числе с биологиче­ской тканью), вызывает ионизацию его атомов, теряя при этом

свою энергию. Этот процесс потери энергии ИИ называют погло­щением излучения (энергия остается в структурах вещества). Вза­имодействие ИИ с веществом, при котором поглощается энергия излучения, называется облучением.

В результате облучения поглощенная энергия распределяется не равномерно по всему организму человека, а в зависимости от восприимчивости разных органов и систем. Значительное количе­ство энергии ИИ может мгновенно передаваться в те или иные локальные зоны клеточных структур, тогда как другими клетками ИИ практически не поглощается.

Пусковым механизмом действия ИИ является ионизация мо­лекул, входящих в состав клетки. Действие ИИ приводит к иони­зации молекул воды и образованию химически активных форм кислорода, которые довершают разрушение органических моле­кул, приводя к изменению нормального хода биохимических про­цессов (регенерации, обмена веществ, деления) в клетке, что может повлечь и полную ее гибель. Далее события развиваются по схеме: гибель клеток — поражение органа (при гибели значитель­ного количества клеток) — поражение группы органов — пораже­ние организма в целом. Первые эффекты на клеточном уровне проис­ходят за доли и единицы секунд, а последующие процессы — в тече­ние минут, часов и до нескольких лет, что зависит от того, какую общую энергию, излучение оставило в клетках организма.

Общая поглощенная энергия ИИ может быть небольшой, но вследствие неравномерности и мгновенного характера ее распре­деления часть всего числа клеток может быть значительно повреж­дена. Ничтожность поглощенного количества энергии, вызыва­ющего тяжкие последствия облучения ИИ, можно проиллюстри­ровать следующими примерами. Например, количество энергии гамма-, рентгеновского излучения, заведомо смертельное для че­ловека при общем облучении всего организма, можно сравнить с эквивалентной ей тепловой энергией, поглощенной организмом человека с чашкой горячего кофе, или с энергией, расходуемой человеком при подъеме массы около 70 кг на 40 см над уровнем пола.

Тепловая и механическая энергия поглощается (передается) в биологических тканях равномерно и длительно. Поэтому, чтобы вызвать повреждения в живом организме, энергии подобного типа потребуется намного больше, чем энергии ИИ, поглощаемой мгновенно.

Измерение доз радиации.Количественно результаты воздействия ИИ оценивают дозой (от гр. dosis — порция; определенное коли­чество чего-либо). В качестве меры дозы вполне естественно при­нять поглощенную энергию, поэтому количество энергии ИИ, поглощенное в облучаемом веществе, называется поглощенной дозой.

Поглощенная доза — количество энергии ИИ, поглощенной в единице массы облучаемого вещества.

Единицами измерения поглощенной дозы являются:

рад (аббревиатура от англ, radiation absorbed dose) — 1 рад =

= 0,01 Дж/кг;

грей (в честь английского физика А. Грея — 1 Гр = 1 Дж/кг; 1 Гр =

= 100 рад.

Часто используют более мелкие единицы: миллирад, милли-грей; микрорад или микрогрей.

Поглощенная доза — универсальное понятие, применимое при облучении всех веществ живой и неживой природы любыми ИИ. Между поглощенной дозой и результатом облучения существует прямая зависимость: чем больше доза, тем больше проявля­ющийся радиационный эффект. Однако выяснилось, что одина­ковые дозы разных видов ИИ вызывают различные биологиче­ские последствия при облучении одного и того же биологичес­кого объекта. Установлено, что одинаковая с гамма-лучами по­глощенная доза нейтронного излучения вызывает более тяжелые последствия.

Эквивалентная доза (введена для сопоставления радиационных последствий при действии одинаковых доз) — величина погло­щенной дозы (в греях или радах), умноженная на коэффициент качества (КК), отражающий эффективность действия конкретно­го ИИ. Если поглощенная доза измерена в радах, то эквивалентная должна быть в бэрах (бэр — биологический эквивалент рада). Дозе в феях соответствует эквивалентная доза в зивертах (Зв — по имени шведского физика Р. Зиверта).

Рентгеновские и гамма-лучи считаются эталонными, и для них КК равен единице, а следовательно, поглощенная доза гамма-рентгеновского излучения 1 Гр (100 рад) равна их эквивалентной дозе 1 Зв (100 бэр). Нейтроны примерно в 10 раз более эффектив­ны, следовательно, их коэффициент качества равен десяти, а поглощенная доза 1 Гр (100 рад) соответствует эквивалентной дозе 10 Зв (1000 бэр).

Мощность дозы — величина поглощенной или эквивалентной дозы, деленная на время (Р = D/f); характеризует скорость изме­нения дозы, а также имеет важное практическое значение. Зная мощность дозы и продолжительность пребывания под облучени­ем, можно спрогнозировать ожидаемую дозу облучения и при необходимости принять меры по ее снижению.

Последствия облучения.Среди большого числа факторов, от которых зависит биологическое действие ИИ, можно выделить основные:

продолжительность облучения;

характер облучения;

величина общей полученной дозы.

Продолжительность воздействия ИИ определяет тяжесть пора­жения. Чем за большее время организм получает одну и ту же дозу, тем менее выражены эффекты облучения. Известно, что организм человека обладает достаточно эффективными естествен­ными механизмами частичной компенсации последствий лучево­го поражения, благодаря чему становятся заметными восстанови­тельные процессы в нем и повышается способность противосто­яния многократному (рассредоточенному во времени) облучению, суммарная доза которого при разовом (однократном) воздействии оказалась бы смертельной.

Если бы интенсивность восстановительных процессов была равна или превышала интенсивность повреждающего воздействия, то облучение не вызывало бы вредных последствий. К сожалению, это не так, и в действительности компенсация никогда не бывает полной, что приводит со временем к накоплению в организме необратимых повреждений.

Характер и общая доза облучения зависят от расположения ис­точника относительно организма.

Если источник ИИ расположен вне организма, то облучение называют внешним, в противном случае — внутренним.

При одном и том же количестве (одинаковой активности) ра­диоактивных веществ внутреннее облучение во много раз более опасно, чем внешнее облучение. Во-первых, резко увеличивается продолжительность облучения, так как она совпадает со време­нем пребывания радиоактивного вещества в организме. Во-вто­рых, доза внутреннего облучения возрастает из-за непосредствен­ного контакта радиоактивного вещества с облучаемой тканью: невозможна защита расстоянием или экранами. В-третьих, радио­активные вещества, как правило, распределяются по органам не­равномерно, они избирательно концентрируются в отдельных органах, еще более усиливая их локальное облучение (например, радиоактивный йод — в щитовидной железе, стронций, калий, радий — в костях, плутоний — в легких и т.д.).

Предельно допустимое содержание радиоактивных веществ в теле человека определяется исходя из требования непревышения облучения какого-либо участка тела (органа) установленных до-зовых пределов. Численные значения этих пределов приведены в нормах радиационной безопасности (НРБ-99), действующих в России.