Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Радиационная гигиена

Содержание

Введение

1. Понятие радиоактивности и виды ионизирующих излучений

2. Основные закономерности действия ионизирующих излучений на организм человека

3. Механизм развития лучевых поражений организма

4. Принципы нормирования ионизирующего излучения

5. Обеспечение радиационной безопасности в медицинских учреждениях

6. Общие принципы защиты населения от ионизирующих излучений

7. Профилактические вещества для противорадиационной защиты и их механизм действия

8. Перспективные способы защиты от ионизирующих излучений

9. Организация медицинского обслуживания лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Радиационная гигиена - отрасль гигиены, изучающая влияние ионизирующих излучений на здоровье человека и разрабатывающая меры радиационной защиты.

Радиационная гигиена как научная дисциплина возникла в СССР и США примерно в одно и то же время, после массовых испытаний США ядерного оружия в районе атолла Бикини на Тихом океане (1946 г.). В СССР в 1946 году в институте гигиены труда и профессиональных заболеваний под руководством А.А. Летавета было создано биофизическое отделение, занимавшееся вопросами радиационной гигиены, а в 1951 году в этом отделении -- первая лаборатория радиационной гигиены, в 1957 году - первая кафедра при Центральном институте усовершенствования врачей под руководством Ф.Г. Кроткова.

Радиационная гигиена разрабатывает:

- вопросы дозиметрии помещений, оборудования и территории предприятий или учреждений, располагающих источниками ионизирующей радиации;

- вопросы индивидуального дозиметрического контроля работающих на предприятиях и в учреждениях, использующих радиоизотопы, рентгеновские аппараты и гамма-установки промышленного и медицинского назначения;

- проблемы гигиены труда и радиационной безопасности на предприятиях атомной промышленности и на атомных электростанциях, в горнорудной промышленности, при добыче урана и тория, обработке руд и перевозке рудных концентратов на предприятиях чёрной и цветной металлургии, машиностроительной и химической промышленности -- во всех случаях применения источников ионизирующих излучений;

- методы радиационной защиты персонала и больных при использовании всех видов ионизирующей радиации с диагностическими и лечебными целями и противорадиационные мероприятия при радиационных авариях;

- методы санитарной экспертизы пищевых продуктов в случае их загрязнения радиоактивными веществами.

Радиационная гигиена изучает процессы радиоактивного загрязнения внешней среды (воздуха, почвы, воды, растительного покрова) за счёт глобальных осадков и локальных выбросов, влияние повышенного радиоактивного фона на здоровье населения и наследственные изменения, а также накапливает и систематизирует данные для научного обоснования гигиенических нормативов (предельно допустимого содержания радиоактивных веществ в воздухе, воде и пищевых продуктах).

Радиационная гигиена осуществляет санитарный надзор за удалением радиоактивных отходов.

В СССР было создано санитарное законодательство, определяющее гигиенические требования к выбору места, планировке, строительству и эксплуатации предприятий и учреждений, работающих с источниками ионизирующей радиации. Функции гигиенического контроля над использованием источников ионизирующей радиации и радиоактивных изотопов в народном хозяйстве выполняют радиологические группы санитарно-эпидемиологических станций. Они же осуществляют систематическое наблюдение за всеми изменениями радиационной обстановки на территории России.

В Российской Федерации подготовку специалистов по радиационной гигиене проводят на гигиенических кафедрах медицинских институтов и на кафедрах радиационной гигиены Центрального института усовершенствования врачей (г. Москва), а также Санкт-Петербургского и Киевского институтов усовершенствования врачей. Научно-исследовательскую разработку вопросов радиационной гигиены осуществляют в институтах биофизики (г. Москва), радиационной гигиены (г. Санкт-Петербург), медицинской радиологии (г. Обнинск), в ряде институтов гигиены труда и профессиональных заболеваний, питания, общей и коммунальной гигиены.

Радиационная гигиена - особая отрасль гигиенической науки, выделенная по признаку изучения действующего фактора - ионизирующих излучений.

Радиационная гигиена - это самостоятельная медицинская профилактическая наука, изучающая условия, виды и последствия воздействия источников ионизирующих излучений на организм и разрабатывающая меры радиационной безопасности и защиты окружающей среды, направленные на охрану здоровья человека.

Радиационная гигиена делится на:

- Радиационную гигиену труда, изучающую условия труда и разрабатывающую мероприятия по радиационной защите при работе на предприятиях и в учреждениях, в том числе медицинских, с источниками ионизирующих излучений.

- Коммунальную радиационную гигиену, которая рассматривает все вопросы радиационной безопасности населения.

Актуальность рассматриваемых радиационной гигиеной вопросов определяется широчайшим использованием источников ионизирующих излучений в различных отраслях практической деятельности человека.

В медицине ионизирующие излучения и радиоактивные вещества применяются с самыми различными целями:

1. Диагностики (рентгеноскопия, флюорография, сканирование, ренография, компьютерная томография и др.).

2. Лечения (теле-, гамма-терапия, близкофокусная рентгенотерапия, радиоаппликационная терапия, внутриполостная и внутритканевая радиотерапия).

3. Научных исследований (метод авторадиографии, метод радиоактивных меток для прослеживания пути прохождения помеченного вещества в организме).

1. Понятие радиоактивности и виды ионизирующих излучений

Радиоактивность - это свойство ядер атомов определенных элементов самопроизвольно (т.е. без каких-либо внешних воздействий) превращаться в ядра атомов других элементов с испусканием при этом ионизирующих излучений.

Радиоактивные явления, встречающиеся у природных изотопов, называются естественной радиоактивностью, а происходящие в искусственно полученных изотопах химических элементов - искусственной радиоактивностью.

Для понимания явления радиоактивности необходимо вспомнить строение атома. Он состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно зараженных электронов.

Ядро состоит из протонов и нейтронов, которые объединяются общим понятием - нуклоны. В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Нуклоны в ядре непрерывно обмениваются особыми частицами, которые называются ?-мезонами, или квантами ядерного поля.

Атомный номер Z равен числу протонов в ядре, а, следовательно, и заряду ядра. Атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковый атомный номер и массу. Масса нуклона примерно в 1840 раз больше массы электрона. В связи с незначительностью массы электрона его массу принято считать равной нулю, поэтому масса атома фактически определяется массой его ядра. Массовое число атома А равно числу нуклонов в его ядре.

Массовое число атома А указывается вверху слева от символа химического элемента Х. Атомный номер Z (заряд) элемента записывается внизу слева от символа элемента. ^A_ZX

Атомы, ядра которых состоят из одинакового числа протонов, но различного числа нейтронов, называются изотопами. Например, изотопы атомов калия могут быть записаны следующим образом:

⁹₁₉К; ⁴⁰₁₉К; ⁴¹₁₉К

Различают несколько видов радиоактивных превращений ядер, сопровождающихся различными видами ионизирующих излучений:

Альфа-распад. Альфа-распад характерен для ядер тяжелых элементов с малыми энергиями связи. В процессе внутриядерных превращений из ядра атома выбрасывается альфа-частица. Заряд ядра уменьшается на 2 единицы, а атомная масса - на 4 единицы.

Альфа-частица представляет собой ядро атома гелия. Ее атомная масса составляет 4 единицы. Заряд равен +2. При относительно крупных размерах и большом заряде частица обладает высокой энергией (3 - 10 МЭВ), для нее характерны большая линейная передача энергии (ЛПЭ) и значительная линейная плотность ионизации (ЛПИ).

Размер, заряд и энергия альфа-частицы обусловливают ее многочисленные столкновения с атомами вещества. При увеличении плотности и атомной массы вещества повышается ЛПЭ. Одновременно увеличивается сила торможения частиц и повышается ЛПИ. Она максимальна в конце пути пробега частицы. Естественно, обладая большой массой, зарядом и энергией, альфа-частица не может иметь значительной проникающей способности, так как быстро тормозится веществом.

Так, в зависимости от энергии, пробег альфа-частиц в разных средах невелик: в воздухе он составляет 2 - 10 см, в алюминии - 15 - 70 мкм, в воде и биологических тканях - 30 -130 мкм, т.е. в коже альфа-частицы задерживаются эпидермисом, не достигая глубоких слоев эпителия. Обыкновенный лист бумаги является для них абсолютным экраном. Поэтому внешнее воздействие альфа-излучения на человека практически безопасно. Однако поступление альфа-частиц внутрь организма, например, с пищей и, особенно, с воздухом в виде радона - крайне опасно, поскольку значительно повышается риск канцерогенного действия. Альфа-частицы в таких условиях легко проникают через слизистые оболочки и создают внутри тканей и органов высокую плотность ионизации, чем и обусловлен выраженный патогенный эффект.

Электронный бета-распад характерен для превращений естественных и искусственных радионуклидов. При данной схеме распада бета-излучение - это поток электронов. Электронный бета-распад возникает в тех случаях, когда в ядре неустойчивость вызвана превышением количества нейтронов над числом протонов. При этом в ядре появляется электрон, а один из нейтронов превращается в протон. Электрон выбрасывается из ядра, заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число остается без изменения.

Бета-излучение одного и того же элемента содержит электроны различной энергии - от самой малой до некоторой максимальной величины. Поэтому спектр излучения непрерывный или сплошной. Установлено, что вместе с бета-частицей из ядра выбрасываются нейтральные частицы ничтожно малой массы, составляющие с электронами некую постоянную величину. Эти частицы носят название антинейтрино. Возвращение возбужденного ядра в основное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов.

Позитронный fi-распад наблюдается у некоторых искусственных радионуклидов. Позитрон - это элементарная частица, подобная электрону, но обладающая положительным зарядом. При выбросе позитрона один из протонов в ядре превращается в нейтрон. Вместе с позитронами выбрасываются нейтрино, которые вместе с позитроном составляют некоторую постоянную величину энергии. Спектр излучения, как и при электронном распаде, сплошной.

Позитронный бета-распад также сопровождается гамма-излучением. Удельная плотность ионизации для бета-частиц - в сотни раз меньше, чем у альфа-частиц. При этом за счет меньшей массы, заряда и энергии у бета-частиц в 100 и более раз увеличивается длина пробега в веществе. Так, в воздухе она составляет от нескольких метров до нескольких десятков метров, а в биологических тканях - нескольких десятков сантиметров.

Бета-частицы имеют разную энергию, поэтому при защите от внешнего воздействия бета-излучения следует использовать экран, поглощающий бета-частицы с максимальной энергией. Применяются экраны из легких материалов с малым атомным номером, например из стекла, полимерных материалов, алюминия. При изготовлении экранов из тяжелых металлов бета-частицы будут генерировать тормозное рентгеновское излучение, от которого также необходима защита.

Нейтронное излучение возникает при ядерных реакциях (в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах). Обладает высокой ионизирующей способностью, проникающая способность при достаточно упругом взаимодействии невысока; при неупругом взаимодействии поток нейтронов вызывает вторичное излучение в виде других заряженных частиц и гамма-квантов.

Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы, обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейтронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом.

К-захват является еще одним видом радиоактивных превращений. При избытке протонов в ядре атома ядро захватывает электрон с ближней к ядру К-оболочки, а на его место переходит электрон с более дальних оболочек. Образуется частица нейтрино, которая является единственной частицей, вылетающей из ядра атома при К-захвате.

Поскольку энергия генерируется на электронных оболочках при переходах электронов, то возникает характеристическое рентгеновское излучение с дискретным линейчатым спектром, свойственным тем уровням, на которых происходят переходы электронов в атоме данного вещества.

Деление ядер тяжелых элементов. Этот процесс характерен для ядер атомов элементов с большой атомной массой, таких как ²³⁵U, ²³⁹Pu и др. В результате ядерного превращения образуются ядра легких элементов с большими энергиями связи и избыточное количество нейтронов. Новые ядра нестабильны и могут превращаться в ядра более легких элементов. При этом выделяется большое количество энергии.

Образующиеся нейтроны используются в дальнейших повторных превращениях ядер тяжелых элементов. Подобный принцип получения энергии с помощью управляемой цепной реакции деления ядер тяжелых элементов лежит в основе работы энергетических ядерных реакторов. Если же эта реакция становится неуправляемой, то увеличение числа нейтронов и количества энергии происходит в геометрической прогрессии. Такая цепная реакция приводит к ядерному взрыву.

Термоядерные реакции. Кроме естественных ядерных превращений, возможно также искусственное превращение ядер легких элементов (изотопов водорода дейтерия и трития) в ядра более тяжелых элементов. Такая реакция используется при взрыве термоядерной (водородной) бомбы, где роль пускового механизма создания исходной высокой температуры, необходимой для придания большой кинетической энергии и сближения ядер легких элементов, принадлежит плутониевому запалу. После запуска плутониевого запала создаются условия неуправляемой термоядерной реакции. Следует отметить, что и распад ядер тяжелых элементов, и термоядерные реакции сопровождаются выделением мощных потоков гамма-излучения.

Удельная плотность ионизации у гамма-квантов минимальная, заряд и масса отсутствуют, поэтому длина пробега у них довольно большая и может достигать в воздухе нескольких сотен метров. Биологические ткани практически не являются для них экранами. Поэтому гамма-излучение является весьма опасным источником внешнего облучения для человека. В связи с этим экраны для защиты от гамма-излучения должны быть из материалов с высокой плотностью, с большим количеством ядер и большими электронными оболочками атомов.

Количественная характеристика радиоактивности

Изучение скорости радиоактивного распада ядер радионуклидов позволило выявить определенную закономерность. Установлено, что распаду подвергаются не все атомы одновременно, а за каждый промежуток времени распадается строго постоянная доля атомов радиоактивного изотопа. Эта величина индивидуальна и постоянна для каждого радиоактивного элемента. Она называется постоянной распада и обозначается ? (1/сек = сек^-1).

Постоянная распада показывает долю атомов, которые распадаются в массе радиоактивного вещества за единицу времени. Соответственно, закон радиоактивного распада может быть сформулирован следующим образом: за равные промежутки времени происходит превращение равных долей радиоактивных атомов изотопа. Математически его выражение выглядит следующим образом:

N_t = N₀ ^. e- ^?t ,

где N - количество активных атомов в изотопе через промежуток времени t;

N_o - количество активных атомов в изотопе в начальных условиях при t=0;

? - постоянная распада изотопа;

e - основание натуральных логарифмов.

Таким образом, зная постоянную распада, можно рассчитать время, за которое распадется половина атомов изотопа, т.е. период полураспада (Т):

T = 0,693 / ?

Графически эта зависимость выглядит в виде экспоненты, где количество активных атомов через каждый период полураспада уменьшатся вдвое, а сама экспонента бесконечно приближается к горизонтальной линии, но никогда ее не пересекает. В радиационной гигиене принято, что активность радиоактивного элемента становится незначительной через 8-10 периодов полураспада.

Периоды полураспада значительно различаются у разных изотопов. Короткоживущими считаются такие изотопы, у которых период полураспада составляет от долей секунды до нескольких суток, долгоживущими - у которых этот период колеблется от нескольких месяцев до миллиардов лет. Например: Т для ²⁴Na = 15,06 ч, ¹³¹I - 8,06 суток, ⁶⁰Со - 5,3 года, ⁹⁰Sr - 29 лет, ¹²⁹I - 15,7 млн лет.

Активность радиоактивного вещества показывает скорость распада ядер в изотопе за единицу времени. Поэтому активность радиоактивного вещества возрастает с увеличением массы изотопа, а также с уменьшением атомной массы и периода полураспада.

За единицу активности радиоактивного вещества в системе СИ принят беккерель (Бк) - такая активность, при которой в источнике происходит одно превращение ядра за 1 с. Чтобы представить величину данной единицы, следует отметить, что допустимая радиоактивность питьевой воды по бета-излучению составляет 1 Бк/л, а по альфа-излучению - 0,1 Бк/л. Однако исторически сложилось так, что первой установленной единицей активности является кюри (Ки).

Она была впервые предложена Марией Кюри и названа в честь Пьера и Марии Кюри. Кюри - это очень большая единица по величине активности:

1 Ки = 3,7 ^.10¹⁰ Бк.

2. Основные закономерности действия ионизирующих излучений на организм человека

Среди главных закономерностей можно выделить следующие:

1. Все ионизирующие излучения приводят к ионизации биосубстрата любого состава, т.е. все органы, системы и ткани в той или иной степени подвержены разрушающему действию ионизирующего излучения.

2. Отмечается выраженное несоответствие между малой энергией поглощенной субстратом дозы и ее патогенным действием. Так, известно, что 6000 мЗв при остром воздействии является смертельной дозой. Вместе с тем энергии этой дозы хватит лишь для нагрева 1 см³ биологической ткани на 0,002 °С. Этот пример свидетельствует о том, что характеристики поглощенной дозы только с точки зрения ее энергии недостаточно для понимания развития патологических процессов в организме.

3. При большом повреждающем эффекте высоких доз ионизирующего излучения наблюдается незначительное число первично ионизированных молекул. Так, доза 6000 мЗв ионизирует в организме человека всего лишь 0,0001 часть всех молекул.

4. Важным аспектом характеристики биологического действия ионизирующего излучения на организм является отсутствие у человека органов чувств, способных реагировать на воздействие этой энергии. Человек субъективно, органолептически не способен оценить ни время, ни характер, ни степень воздействия ионизирующего излучения, что с учетом конечного выраженного повреждающего действия делает этот вид излучения крайне опасным.

3. Механизм развития лучевых поражений организма

В зависимости от характера и локализации проявлений различают несколько этапов развития лучевых поражений:

Процессы первичных изменений при действии ионизирующих излучений.

В процессе изучения биологических поражений учеными было предложено несколько теорий, объясняющих особенности первичных нарушений с той или иной степенью обоснованности.

Одной из теорий является теория мишени. Сущность теории заключается в разной чувствительности различных биоматериалов и структур организма к радиации. Предполагается, что в клетках организма имеются наиболее чувствительные объемы (мишени). Если в такую мишень попадает ионизирующее излучение, то клетка погибает. Если же в «мишень» излучение не попадает, то клетка остается живой. С точки зрения морфологии такими чувствительными «мишенями» можно считать те или иные важные клеточные структуры: ядро, ядрышко, хромосомы, гены.

Однако впоследствии было показано, что не ко всем биосубстратам применима эта теория. Ее механизм закономерен для быстро размножающихся и растущих клеток: клеток крови, красного костного мозга, половых клеток и в значительно меньшей степени - для соматических клеток. Поэтому данная теория может быть применима лишь для частных условий.

Еще одной теорией, пытающейся объяснить характер развития лучевых поражений, является теория биологически активных веществ. Теория предполагает, что количество незначительных первичных повреждений лавинообразно увеличивается и приводит к тяжелейшим последствиям в результате разрушения некоторых клеток и субклеточных структур, например, макрофагов, лизосом и др., к выходу биологически активных веществ (гистаминоподобных веществ, ферментов и пр.) в межклеточное пространство, последующим проявлениям аутосенсибилизации, аутолизиса, вплоть до гибели организма. В настоящее время совершенно ясно, что указанные проявления являются лишь одним из этапов развития радиобиологических поражений.

Наиболее универсальной и общепринятой теорией механизма развития первичных поражений в биологических тканях является теория непрямого действия (теория «радиолиза воды»). Согласно этой теории, около 50% поглощенной дозы ионизирующего излучения в клетке приходится на воду. При этом происходит «выбивание» электронов из молекул воды с образованием высокоактивных токсичных нейтральных радикалов.

Наиболее высокоактивный радикал НО₂ является очень сильным окислителем. Он образуется при облучении воды в присутствии избытка кислорода: Н + О₂ - НО₂. В связи с этим снижение парциального давления кислорода в тканях во время облучения является профилактическим мероприятием, направленным на уменьшение неблагоприятных проявлений острых лучевых поражений. Эта реакция получила название кислородного эффекта. Вместе с тем снижение парциального давления кислорода в тканях в последующие стадии развития лучевых поражений не имеет значения и никак не влияет на скорость и тяжесть последних.

Таким образом, на данном этапе изменения происходят на уровне физико-химических реакций с образованием первичных высокоактивных радикалов: Н, ОН, НО₂ (гидропероксид), Н₂О₂ (перекись), которые не свойственны организму и очень токсичны. Они дают начало цепным реакциям и вторично-радикальным процессам. Наступает стадия биохимических превращений в клетке, в реакции вступают биологические субстраты. Изменениям подвергаются белки, углеводы, липиды.

Воздействие ионизирующего излучения на белки приводит к снижению уровня незаменимых аминокислот (триптофана, метионина), инактивируются сульфгидрильные группы, снижается активность ферментов, нарушается синтез нуклеиновых кислот. Нуклеопротеиновые комплексы обладают очень высокой чувствительностью к ионизирующему излучению. ДНК клеточного ядра и РНК высвобождаются из нуклеопротеидов и уже через несколько минут после облучения накапливаются в клеточной цитоплазме. Это ведет к необратимым изменениям и даже к гибели клеток.

Значительной чувствительностью в клетке к действию ионизирующего излучения обладает процесс окислительного фосфорилирования: исследования показали, что одно из самых первых нарушений - это повреждение синтеза АТФ, что приводит, в свою очередь, к изменению углеводного обмена и тканевого дыхания. Простые сахара окисляются и переходят в токсичные соединения - органические кислоты, формальдегид. Происходит нарушение свойств полисахаридов. Так, мукополисахарид гиалуроновая кислота снижает свою вязкость, гепарин теряет антикоагулянтные свойства.

Однако, как показали исследования, наиболее важным пусковым механизмом патологических процессов на данном этапе является образование перекисей из липидов: биологический субстрат в тканях соединяется с первичными радикалами, в результате чего образуются стойкие активные нетипичные для организма вторичные радикалы. В свою очередь, каждый из вторичных радикалов нарушает тысячи молекул субстрата липидов.

Действие ионизирующих излучений на клеточном уровне

Рассматривая происходящие процессы с точки зрения целой клетки, следует отметить ряд закономерностей происходящих процессов:

* изменившие свою активность ферменты легко проникают через мембраны клеточных структур (ядро, митохондрии, лизосомы и др.) и разрушают их;

* чем больше структур в клетке, тем больше их устойчивость к ионизирующему излучению. Так, например, диплоидные клетки более устойчивы, чем гаплоидные;

* наиболее чувствительными и быстро разрушаемыми клетками являются клетки, отличающиеся активными обменными процессами, ростом и размножением;

* на уровне клетки при воздействии ионизирующих излучений происходят как процессы повреждения, так и процессы восстановления. Поэтому потенциальные нарушения могут не проявляться при активных репаративных процессах в клетках.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что в связи с разным уровнем организации, активности обменных процессов, скорости роста и деления степень радиочувствительности клеток различна. Наиболее чувствительными и радиопоражаемыми являются клетки кроветворной и лимфатической систем, а также клетки половых желез. Наименее радиопоражаемыми и устойчивыми к действию радиации считаются клетки нервной, костной и хрящевой тканей.

При воздействии ионизирующих излучений важнейшее значение имеют не только структурные нарушения клеток в тканях и органах, проявляющиеся соматическими детерминированными изменениями в организме, но и генетические перестройки. Это в первую очередь генные или точечные мутации (нарушение молекулярной структуры генов) и хромосомные аберрации (структурные и численные нарушения хромосом). В отдельных случаях возможны геномные мутации, т.е. кратные изменения всего гаплоидного набора хромосом. В целом соотношение мутаций, обусловленных воздействием ионизирующих излучений, соответствует спектру спонтанных мутаций.

Исходы мутагенного действия различны в зародышевых и соматических клетках. В зародышевых клетках как генные, так и хромосомные мутации приводят к наследственным уродствам, а впоследствии - к нежизнеспособности особей новых поколений. Мутации в соматических клетках ведут либо к гибели этих клеток, либо к стойкому закреплению этих качеств. Наиболее характерно проявление новых свойств в виде малигнизации и онкологических заболеваний как у объекта воздействия, так и у последующих поколений.

Действие ионизирующих излучений на организм как единое целое

Рассматривая действие ионизирующих излучений на организм как единое целое, выделяют ряд закономерностей в реакции организма:

* чувствительность к ионизирующему излучению увеличивается с повышением уровня организации организма, т.е. рептилии более чувствительны к действию ионизирующих излучений, чем насекомые, а млекопитающие превосходят по своей чувствительности пресмыкающихся;

* у низших организмов малая чувствительность к ионизирующим излучениям обусловлена наличием в организме ряда биохимических веществ и процессов, отсутствующих у млекопитающих и человека;

* у млекопитающих, в том числе и у человека, наиболее чувствительны к воздействию ионизирующих излучений новорожденные (в связи с повышенной митотической активностью) и старые организмы (в связи с ослаблением репаративных процессов).

Эффект воздействия ионизирующих излучений на млекопитающих зависит от целого ряда условий. Это дробность воздействия, вид животного, объем и локализация облучаемых органов и тканей, вид излучения. В связи с этим в радиобиологии вводится понятие относительная биологическая эффективность (ОБЭ), которая учитывает эффект биологического действия различных излучений в определенных условиях. ОБЭ определяют как отношение дозы рентгеновского или гамма-излучения к дозе любого другого вида ионизирующего излучения, вызывающей такой же эффект. При этом ОБЭ рентгеновского и гамма-излучения принимается за 1.

Действие ионизирующих излучений на человека

Эффекты биологического действия ионизирующих излучений можно рассматривать с трёх позиций. Они могут быть:

* детерминированные и стохастические;

* соматические и наследственные;

* острые (ранние) и отдаленные.

Детерминированные эффекты - это проявления, которые характеризуются наличием пороговой дозы воздействия излучения, а тяжесть поражения у конкретного человека увеличивается в зависимости от повышения дозы облучения. Примерами таких проявлений являются острая и хроническая лучевая болезнь, лучевые ожоги, лучевая катаракта, клинически регистрируемые нарушения гемопоэза, половая стерильность и др.

Стохастические эффекты - это проявления, которые не имеют дозового порога. Считается, что сколь угодно малая доза излучения может вызвать в организме изменения любой тяжести, вплоть до смертельного исхода. При этом большие дозы не приводят к увеличению тяжести заболевания, а ведут к повышению статистической вероятности частоты поражений в популяции. Эти нарушения обусловлены генетическими изменениями и проявляются как отдаленные эффекты. К подобным проявлениям относятся онкологические заболевания, лейкозы, а также наследственные нарушения у потомства.

Соматические эффекты - это эффекты, которые проявляются у самого субъекта воздействия. Например, детерминированные соматические эффекты, лучевая болезнь, катаракта, клинически регистрируемые нарушения гемопоэза, половая стерильность, а также онкологические заболевания, стохастические соматические эффекты - лейкозы.

К наследственным проявлениям можно отнести все нарушения у потомства, обусловленные воздействием ионизирующих излучений на предыдущие поколения.

И, наконец, к острым (ранним) следует отнести эффекты, проявляющиеся в течение нескольких часов или суток после острого воздействия дозы ионизирующего излучения. При этом принято считать, что острым является воздействие фактора либо однократно, либо дробно в течение не более 4 суток. Это такие проявления, как острая лучевая болезнь и лучевые ожоги.

Отдаленными эффектами надо считать такие соматические патологические проявления, как хроническая лучевая болезнь, лучевая катаракта, клинически регистрируемые нарушения гемопоэза, половая стерильность, а также стохастические эффекты в виде канцерогенеза, лейкозов и наследственных нарушений.

Рассматривая проявления биологических реакций организма человека на воздействие ионизирующих излучений, необходимо дать характеристику некоторым детерминированным и стохастическим эффектам.

Детерминированные эффекты включают в себя только соматические поражения. Они развиваются на уровне целостного организма и связаны с координирующей деятельностью центральной нервной системы, которая быстро реагирует на воздействие радиации, мобилизует комплекс органов и систем и инициирует защитные функции. Вероятный механизм этого процесса можно представить следующим образом: воздействие ионизирующего излучения на организм «включает» центральную нервную систему, которая, в свою очередь, запускает компенсаторные механизмы, например гуморальные, что ведет к компенсации патологических процессов в организме в целом.

Пределом возможностей компенсаторных процессов, по-видимому, и объясняется наличие порога в детерминированных проявлениях. Превышение порога ведет к поломке компенсаторных механизмов. Нарушаются все виды обменных процессов: белкового, в том числе ферментного, нуклеопротеидного, углеводного (нарушение системы окислительного фосфорилирования), липидного. Особое значение имеет не столько глубина процессов поражения, сколько рассогласование видов обмена и функций организма за счет нарушения координирующей роли центральной нервной системы.

Таким образом, если на уровне клетки любой акт ионизации биологически значим, что проявляется как беспороговость, стохастические эффекты, то на уровне системы, а тем более - всего организма в целом, возможна компенсация, выражающаяся в появлении порогового уровня дозы ионизирующего излучения.

Одним из наиболее известных детерминированных проявлений после воздействия ионизирующего излучения является острая лучевая болезнь (ОЛБ). Она относится к ранним соматическим эффектам. Острая форма лучевой болезни - это общее заболевание, вызываемое кратковременным (от нескольких минут до 4 суток) одномоментным или повторяющимся действием ионизирующего излучения либо поступлением радиоактивных веществ в организм, которые создают в короткий срок общую эквивалентную дозу в тканях свыше 1000 мЗв.

В зависимости от дозы облучения различают следующие степени тяжести ОЛБ:

* I степень (легкая) - доза облучения 1000 - 2000 мЗв;

* II степень (средней тяжести) - 2000 - 3000 мЗв;

* III степень (тяжелая) - 3000 - 5000 мЗв;

* IV степень (крайне тяжелая) - свыше 5000 мЗв.

Еще одним детерминированным ранним соматическим проявлением лучевого поражения являются лучевые ожоги. Они развиваются при локальном остром воздействии достаточно высоких доз ионизирующего излучения на кожные покровы. Выделяют 4 степени тяжести лучевых ожогов.

Ожог I степени развивается при дозе облучения до 5000 мЗв. Проявляется местным легким шелушением эпидермиса, пигментацией, зудом кожи, обратимым выпадением волос.

Ожог II степени возникает после воздействия дозы ионизирующего излучения до 8000 мЗв. В качестве основных симптомов следует назвать развитие эритемы через 10-14 дней после облучения, появление отечности, боли, выпадение волос. Волосяной покров восстанавливается через 3-4 мес.

Ожог III степени (уровень дозы облучения до 12 000 мЗв) характеризуется развитием выраженной эритемы, пузырей и некроза кожи уже через 6 дней после воздействия излучения. Восстановление тканей длительное, вялое.

Ожог IV степени развивается при дозе местного лучевого воздействия свыше 12 000 мЗв и более. Через 3-4 дня появляются выраженная эритема и отечность тканей, переходящие в глубокий некроз кожи и длительно не заживающие трофические язвы.

К общим закономерностям клиники лучевых ожогов следует отнести наличие латентного периода, тем более короткого, чем выше доза облучения; вялое и длительное течение процесса; быстрое изъязвление кожных покровов, плохую регенерацию тканей.

К детерминированным соматическим отдаленным эффектам относится хроническая форма лучевой болезни. Она развивается при длительном повторном воздействии относительно небольших, но превышающих допустимые пределы доз ионизирующего излучения. В зависимости от уровней поглощенных доз степень тяжести течения заболевания может быть легкой, средней тяжести и тяжелой.

Общими симптомами болезни, выраженность которых зависит от степени ее тяжести, являются жалобы астенического характера: головная боль, не поддающаяся лечению, расстройство сна, слабость, подавленное настроение, раздражительность и т.д. В крови отмечается снижение количества лейкоцитов, тромбоцитопения, анемия. Отмечается боль в трубчатых костях и по ходу нервов, нарушение координации движений и походки. В связи с нарушением состояния сосудистой стенки и свертываемости крови на коже возникают петехии, геморрагии, кровоточивость десен, внутренние кровотечения. Возможны трофические нарушения кожи. Из-за ослабления иммунитета повышен риск присоединения вторичной инфекции - в первую очередь респираторной. При этом ослабление иммунитета проявляется следующим образом:

* нарушением барьерных функций организма: снижением бактерицидности слизистых и кожи, резким угнетением фагоцитарной активности лейкоцитов, бактерицидности сыворотки крови, повышением проницаемости клеточных мембран по отношению к микробам;

* повышением вирулентности микроорганизмов в организме облученного;

* резким ослаблением способности выработки антител на введенный антиген, что делает практически невозможным создание искусственного иммунитета.

К детерминированным соматическим отдаленным эффектам относится лучевая катаракта. Показано, что для ее развития достаточно однократного воздействия дозы ионизирующего излучения, равной (0,5 - 2,0) Зв (помутнение хрусталика), либо до 5,0 Зв (выраженная катаракта). Однако заболевание развивается после скрытого периода, составляющего от 2 до 7 лет, что позволяет отнести его к отдаленным последствиям. Другой вариант развития катаракты обусловлен многоразовым хроническим воздействием в течение нескольких лет при ежегодной дозе (0,1-0,15) Зв.

К детерминированным соматическим отдаленным эффектам следует отнести также клинически регистрируемые нарушения гемопоэза и половую стерильность, поскольку эти эффекты проявляются в отдаленные сроки индивидуально у людей или животных, на которых воздействовали дозы, превышающие пороговые.

Все стохастические эффекты при действии ионизирующих излучений являются отдаленными. К этой группе эффектов относятся такие соматические проявления, как повышение количества новообразований и лейкозов, обусловленных воздействием излучений на генетический аппарат соматических клеток и их малигнизацию. Закономерность возникновения новообразований выявляется не в зависимости от повышения индивидуальной дозы, а в связи с воздействием самых минимальных дополнительных к фону доз на большом контингенте людей. То есть чем больше популяция, тем достовернее этот вид отдаленных последствий (популяционная доза).

Важными стохастическими проявлениями являются эффекты от воздействия ионизирующего излучения на ростковые клетки на разных этапах их развития. Подобные воздействия вызывают мутации в этих клетках. Вид мутаций приводит к различным последствиям. Так, при хромосомных мутациях не исключено бесплодие. При точечных мутациях зачатие возможно, но велика вероятность рождения неполноценного ребенка. При этом следует помнить, что мутации могут идти по рецессивному признаку. Поэтому нарушения могут проявиться в 3-4-м поколении. Подобные эффекты относятся к наследственным проявлениям.

Возможно непосредственное действие ионизирующего излучения на эмбрион и плод. Проявления в такой ситуации зависят от периода беременности. Так, яйцеклетка погибает, если действие ионизирующего излучения осуществляется в момент ее прикрепления к стенке матки. Если облучение дозой более 0,1 Зв происходит во время закладки органов на 4-12-й неделях беременности (период органогенеза), то результатом могут быть самые тяжелые уродства у плода и родившегося ребенка. При облучении плода в утробе матери между 8-й и 15-й неделями беременности дозой более 0,2 Зв последствием может быть выраженная умственная отсталость у родившихся детей. Облучение на поздних стадиях имеет последствием гибель плода и мертворождение.

Следует отметить, что особенности и степень выраженности эффектов облучения зависят от трёх видов факторов:

1. От особенностей организма, которые определяются половыми, возрастными и индивидуальными характеристиками, а также чувствительностью органов, подвергшихся облучению. Так, известно, что яйцеклетки более чувствительны, чем сперматозоиды; человек вдвое чувствительнее к ионизирующему излучению, чем белые мыши; а чувствительность детей и стариков выше, чем взрослого организма (первых - в связи с большой митотической активностью клеток, вторых - в связи с нарушением процессов репарации и компенсации).

Установлено также, что индивидуальная чувствительность организма обусловлена в определенной мере состоянием центральной нервной системы и ее координирующей функцией, уровнем здоровья человека, функциональным состоянием эндокринной системы и т.д. Из органов и тканей наиболее чувствительны к облучению гонады, а наименее - костная и хрящевая ткани, клетки нервной системы. Это обусловлено активностью митоза клеток, уровнем биохимических процессов и учитывается соответствующим взвешивающим коэффициентом чувствительности.

Кроме того, различные органы и ткани в связи с особенностями обмена веществ избирательно депонируют те или иные радиоактивные вещества, а, следовательно, наиболее радиопоражаемы. Щитовидная железа накапливает радиоактивный йод, костная ткань - радий и стронций, лимфатическая система - изотопы золота.

2. Сила воздействия обусловлена видом и характером ионизирующего излучения: чем выше проникающая способность и ионизационная активность, а также чем больше доза и энергия излучения, тем сильнее выражен эффект облучения.

3. И, наконец, эффект воздействия при облучении может зависеть от сопутствующих факторов и условий: тяжелой физической нагрузки, высокой температуры окружающей среды, одновременного влияния химических факторов и т.д.

4. Принципы нормирования ионизирующего излучения

Принципиальными задачами обеспечения радиационной безопасности и фундаментальной основой радиационной гигиены являются:

* предотвращение проявления любых детерминированных эффектов путем удержания доз облучения ниже соответствующих порогов;

* использование всех разумных мер и осуществление соответствующих мероприятий для того, чтобы максимально снизить вероятность проявления стохастических эффектов с учетом социальных и экономических условий.

Дозы ионизирующего излучения

При оценке условий радиационной безопасности, кроме характеристики активности источника ионизирующего излучения, необходимо знать, каковы степень и характер его воздействия на окружающую среду и человека.

При этом один и тот же источник может вызывать патологические изменения различной тяжести в зависимости от сопутствующих условий воздействия, например, времени воздействия, расстояния до объекта, наличия защитных экранов, характера среды. В любом случае эффект воздействия определяется той энергией, которая передается от источника рассматриваемому объекту.

Результатом воздействия ионизирующих излучений на облучаемые объекты являются физико-химические или биологические изменения этих объектов. Примерами таких изменений могут служить нагрев тела, фотохимическая реакция рентгеновской пленки, изменение биологических показателей живого организма и т.д.

В связи с этим необходимо рассмотреть ряд энергетических характеристик ионизирующего излучения, которыми определяется эффект действия.

Характер лучевых поражений биологических объектов, в том числе и человека, при воздействии ионизирующих излучений в первую очередь зависит от поглощенной энергии. В связи с этим вводится такое понятие, как поглощенная доза.

Поглощенная доза (H) - это величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу.

Единицами поглощенной дозы в системе СИ является грей (Гр). Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад.

1 Гр = 100 рад.

Однако исторически первой эмпирически предложенной дозой, характеризующей только рентгеновское и гамма-излучение, была экспозиционная доза.

Экспозиционная доза - количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучения по их ионизирующему действию, выраженная электрическим зарядом одного знака, образованным в единице объема воздуха в условиях электронного равновесия.

В международной системе СИ единицей является кулон/кг - экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения, которая создает в 1 килограмме сухого воздуха ионы, несущие заряд величиной в 1 кулон каждого знака. Внесистемной единицей является рентген (Р) - такая экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения, которая создает в 1 см³ сухого воздуха ионы, несущие заряд в 1 электростатическую единицу каждого знака.

1 Р = 0,285 мКл/кг.

Поскольку для ионизации воздуха необходима определенная энергия, то между экспозиционной и поглощенной дозами существует численное соотношение:

1 Р = 0,877 рад,

т.е. для создания в 1 см³ воздуха заряда в 1 электростатическую единицу необходима поглощенная доза в 0,877 рад. Определенное неудобство использования для расчетов экспозиционной дозы обусловлено ограничением ее применения только для рентгеновского и гамма-излучения. Поэтому при расчете доз всех видов ионизирующего излучения используются единицы поглощенной дозы.

Следует также отметить разную степень поражающего действия различных видов излучения на организм человека, обусловленную особенностями их физических свойств и прежде всего различным уровнем линейной передачи энергии (ЛПЭ). В радиационной защите поэтому используется взвешивающий коэффициент.

Взвешивающий коэффициент (W_R) - коэффициент, показывающий во сколько раз надо уменьшить поглощенную дозу любого вида излучения, чтобы получить тот же биологический эффект для человека, что и от такой же поглощенной дозы рентгеновского или гамма-излучения.

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения необходимы при расчете эквивалентной дозы:

* фотоны любых энергий, электроны и мюоны любых энергий - 1;

* нейтроны энергий менее 10 кэВ, нейтроны более 20 МэВ, протоны, кроме протонов отдачи, энергии более 2 МэВ - 5;

* нейтроны энергий от 10 до 100 кэВ и от 2 до 20 МэВ - 10;

* нейтроны энергий от 100 кэВ до 2 МэВ, альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра - 20.

Эквивалентная доза (H_{T R}) - это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения.

Единица поглощенной дозы в системе СИ называется зиверт (Зв).

Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр.

При неравномерном облучении всего тела оценка ущерба здоровью проводится с помощью эффективной дозы.

Эффективная доза (Е) - это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности.

Она представляет собой сумму произведений эквивалентных доз в органах на соответствующие взвешивающие коэффициенты, характеризующие их радиочувствительность:

E = ? W_T ^. H_T ,

Где W_T - взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т, показывающий чувствительность последних к ионизирующему излучению;

Н_Т - эквивалентная доза в органе или ткани Т.

Взвешивающие коэффициенты (W_T) для различных органов и тканей составляют: гонады - 0,20;

печень - 0,05;

костный мозг (красный) - 0,12;

пищевод - 0,05;

толстый кишечник - 0,12;

щитовидная железа - 0,05;

легкие - 0,12;

кожа - 0,01;

желудок - 0,12;

клетки костных поверхностей - 0,01;

мочевой пузырь - 0,05;

грудная железа - 0,05;

остальные - 0,05.

Для оценки стохастических эффектов воздействия ионизирующих излучений на персонал или население используется понятие:

Эффективная коллективная доза, которая определяется как сумма средних эффективных доз в подгруппе людей, умноженных на число людей в соответствующей группе. Единицей коллективной дозы является человеко-зиверт (чел-Зв).

Важной характеристикой влияния ионизирующего излучения на человека является мощность дозы, то есть доза, отнесенная к единице времени.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

1. Принцип нормирования - не превышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения людей от всех источников ионизирующего облучения.

2. Принцип обоснования - запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего облучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением.

3. Принцип оптимизации - поддержание на возможно низком и достижимом уровне индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.

Гигиенические нормативы дифференцированы для разных групп облучаемых лиц. Выделяют следующие категории и группы лиц, подвергающихся облучению:

* категория «персонал»

группа А - лица, работающие с техногенными источниками;

группа Б - лица из персонала, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия техногенных источников;

* категория «все население», включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых предусмотрено три класса нормативов:

* I класс - основные пределы доз ПД - величина годовой эффективной или эквивалентной дозы, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы;

* II класс - допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления внутрь организма или одного вида внешнего излучения), являющиеся производными от основных пределов доз:

пределы годового поступления (ПГП);

допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА);

среднегодовые удельные активности (ДУА) и др.;

* III класс - контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.), которые устанавливает администрация учреждения по согласованию с органами Роспотребнадзора. Это:

предельно-допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ);

предельно-допустимые сбросы жидких отходов (ПДС) и др.

Их численные значения должны учитывать достигнутый в учреждении оптимальный уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого предела доз и не будет повышаться в каждом следующем году по сравнению с предыдущим.

Сотрудники радиологических отделений больниц, работающие непосредственно с источниками ионизирующего излучения, а также рентгенологи относятся к категории «персонал», группа А. Вспомогательный персонал, работающий в сфере воздействия источников ионизирующего излучения, но непосредственно не контактирующий с ними, относится также к категории «персонал», но группа Б. Согласно этой классификации, для персонала группы А допускается предел дозы 20 мЗв в год, для вспомогательного персонала (группа Б) - 5 мЗв в год.

В соответствии с целью медицинского облучения населения принципы контроля и ограничения радиационных воздействий в медицине основаны на получении необходимой и полезной диагностической информации или терапевтического эффекта при минимально возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются пределы доз, но используются принципы обоснования назначения радиологических медицинских процедур и оптимизации мер защиты пациентов.

При проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований практически здоровых лиц годовая эффективная доза облучения этих лиц не должна превышать 1 мЗв.

5. Обеспечение радиационной безопасности в медицинских учреждениях

Работы с использованием источников ионизирующих излучений (ИИИ) независимо от типа источника, объема и характера работ, специфики технологических процессов, средств и методов, используемых для обработки и удаления радиоактивных отходов, рассматриваются как потенциально опасные для здоровья персонала и населения. Обеспечение радиационной и ядерной безопасности осуществляется в соответствии с федеральными законами первого уровня, такими как «Об использовании атомной энергии»; «О радиационной безопасности населения».