Воздействие на организм человека ионизирующего излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Воздействие на организм человека ионизирующего излучения

Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри около ста лет назад было открыто явление радиоактивности. Это открытие положило начало бурному развитию новых направлений в химии и физике, которые, в свою очередь, стали фундаментом для создания атомно-промышленного комплекса.

Недолгое изучение привело к необдуманному сбросу отходов, крупномасштабному загрязнению окружающей среды и росту числа заболеваний у работников атомной промышленности и населения, проживающего в зоне радиоактивного загрязнения, вследствие неверного нормирования доз облучения. Первые предприятия ядерного комплекса формировались в условиях “гонки вооружения”, к тому же эффекты воздействия радиации на организм человека и окружающую среду были мало изучены.

Радиобиология - комплексная научная дисциплина, изучающая действие ионизирующего излучения на биологические системы разных уровней организации. Объектами радиобиологических исследований являются макромолекулы, вирусы, простейшие, клеточные, тканевые и органные культуры, многоклеточные растительные и животные организмы, человек.

При внешнем облучении человека альфа-частицы полностью задерживаются поверхностным слоем кожи; бета-частицы не могут проникнуть в глубь человеческого организма больше, чем на несколько миллиметров; гамма-кванты способны вызвать облучение всего тела. Гамма-лучи, альфа- и бета-частицы обладают различной проникающей способностью. Пробег альфа-частицы в воздухе не превышает нескольких сантиметров; бета-частицы могут пройти в воздухе несколько метров, а гамма-кванты - десятки, сотни метров.

Под радиоактивностью понимается самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида. В другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.

Наиболее употребительной внесистемной международной единицей является кюри: 1Ки=3,7 1010Бк, что соответствует активности 1г радия.Количество радиоактивного вещества измеряется единицами массы и активностью, которая равна числу ядерных превращений (распадов) в единицу времени. Резерфорд: 1резерфорд - такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 106распадов в 1с.Единицей активности в СИ служит распад в секунду: 1Бк=1расп/с.

В настоящее время существует 2 мнения относительно дальнейшего развития атомной промышленности:

Атом - безусловное благо. Наиболее приоритетным путем развития энергетики является создание большого числа АЭС. На здоровье человека влияют исключительно большие дозы; атом настолько полезен, что следует облучать даже продукты питания для более длительного хранения.

Атом не может быть благом для человечества из-за неисключенной вероятности атомно-техногенных глобальных катастроф, его пагубного влияния на ОС и здоровье человека, вплоть до смертельного исхода.

Также применяются: Доли кюри: 1милликюри=0,001кюри;1микрокюри=0,000001кюри.

Рентген: 1рентген - такое количество гамма-излучения (или рентгеновского излучения), которое вызывает образование 2,082 109пар ионов в 1см3воздуха (условия нормальные), или то количество излучения, которое вызывает выделение энергии 0,109эрг/см3воздуха.

В настоящее время атомно-промышленный комплекс представляет собой разветвленную сеть предприятий с различными целями и задачами. В него входят предприятия военно-промышленного комплекса, АЭС, научно-исследовательские центры и институты.

Был введен запрет на испытания и распространение ядерного оружия, а также подписано несколько договоров о сокращении ядерного вооружения. 29 июля 1957 года была учреждена МАГАТЭ - автономная межправительственная организация по вопросам мирного использования ядерной энергии. За последние десятилетия произошла переоценка эффектов влияния атомной радиации на человека и окружающую среду. В боевых целях ядерное оружие было применено 6 и 9 августа 1945 года, когда американцами были взорваны две атомные бомбы над японскими городами Хиросима и Нагасаки.

Первые предприятия атомной промышленности были направлены на создание атомной бомбы, что и было впервые сделано в США. Первым предприятием атомной промышленности, созданным в СССР, стало производственное объединение “Маяк”, предназначенное для получения делящихся ядерных материалов.

Целью ее создания стал контроль за деятельностью стран с развитой атомной промышленностью в соответствии с целями и принципами ООН, направленными на укрепление мира и поощрение международного сотрудничества.

Международные организации, работающие в сфере изучения влияния радиации на человека и ОС, периодически пересматривали степень ее опасности в сторону повышения. С 30-ых годов этот уровень возрос в тысячу раз. Международная комиссия радиационной защиты официально признала концепцию беспорогового действия радиации на здоровье человека.

Ионизирующее излучение и радиоактивность

Ионизирующее излучение - поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.

Все ионизирующие излучения по своей природе делятся на фотонные и корпускулярные. К фотонному ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции частиц.

Тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц, характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома. Рентгеновское излучение, состоящее из тормозного или характеристического излучений. К корпускулярному ионизирующему излучению относят альфа-излучение, электронное, протонное, нейтронное и мезонное излучения.

Корпускулярное излучение, состоящее из потока заряженных частиц (альфа-, бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении, относится к классу непосредственно ионизирующего излучения.

Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят. Соответственно, корпускулярное излучение, состоящее из потока незаряженных частиц, называют косвенно ионизирующим излучением.

Источником ионизирующего излучения называют объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение.

Классификация источников излучения. Современные ядерно-технические установки обычно представляют собой сложные источники излучений.

Источниками излучений действующего ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких реальных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников.

Любой источник излучения характеризуется:Видом излучения - основное внимание уделяется наиболее часто встречающимся на практике источникам g-излучения, нейтронов, a-, b+-, b--частиц.

ПКИ в основном состоит из быстрых протонов, альфа-частиц и небольшого количества ядер углерода, азота, кислорода и более тяжелых ядер. За пределами земной атмосферы в его состав входят также электроны, нейтроны, и, возможно, гамма-лучи. Значительная часть этих частиц задерживается атмосферой и не достигает земной поверхности. Высокоэнергетичные частицы ПКИ, проникая в верхние слои атмосферы, воздействуют на ядра атомов составляющих ее элементов, вызывая ядерные реакции с образованием таких радионуклидов как тритий, бериллий-7,10, натрий -22,23.

При этих реакциях возникают высокоэнергетичные протоны, пионы и каоны, в свою очередь вызывающие ядерные реакции. Нейтроны, теряя свою энергию, частично захватываются атомами азота воздуха, образуя радиоактивный изотоп углерод-14.

Потоки этих частиц образуют так называемые космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающее уже в нижние слои атмосферы и облучающее биосферу. ВКИ состоит из “мягкой” (позитроны, фотоны) и “жесткой” (m-мезоны) компонент.

Мощность ВКИ у земной поверхности неравномерна: чем выше она расположена над уровнем моря, тем меньше слой экранирующей атмосферы и, соответственно, выше мощность ВКИ. Это явление получило название барометрического эффекта.

Протяженные источники представляют суперпозицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными, полубесконечными или бесконечными размерами.

Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и длины свободного пробега в материале источника (ослаблением излучения в источнике можно пренебречь).

Геометрией источника (формой и размерами) - геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Энергетическим составом - энергетический спектр источников может быть моноэнергетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискретным (испускаются моноэнергетические частицы нескольких энергий) или непрерывным (испускаются частицы разных энергий в пределах некоторого энергетического диапазона).

Поверхностные источники имеют толщину много меньшую, чем расстояние до точки детектирования и длина свободного пробега в материале источника. Угловым распределением излучения - среди многообразия угловых распределений излучений источников для решения большинства практических задач достаточно рассматривать следующие: изотропное, косинусоидальное, мононаправленное.

Иногда встречаются угловые распределения, которые можно записать в виде комбинаций изотропных и косинусоидальных угловых распределений излучений. Влияние ионизирующего излучения на вещество характеризуется поглощенной дозой - количеством энергии, переданным единице массы вещества.

Поглощенная доза ионизирующего излучения является основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, т.е. мерой ожидаемых последствий облучения объектов живой и неживой природы. В объемном источнике излучатели распределены в трехмерной области пространства.

Мощностью и ее распределением по источнику - источники излучения наиболее часто распределяются по протяженному излучателю равномерно, экспоненциально, линейно или по косинусоидальному закону.

В системе СИ единицей поглощенной дозы служит грей (Гр) - доза, при которой 1кг вещества передается энергия 1Дж. Иногда используют внесистемную единицу - рад: 1рад=100эрг/г=10-2Гр. Поглощенная доза характеризует не само излучение, а его воздействие на среду.

Однако, для изучения влияния радиации на живые организмы этих единиц недостаточно, поскольку такое влияние зависит не только от плотности поглощенной энергии, но и от ее распределения в пространстве, точнее - от энергии, переданной частицами на единице длины их пробега.

Для альфа-частиц, например, она в 20 раз выше, чем для гамма-квантов, и поэтому, при одинаковой поглощенной дозе облучение этими частицами примерно в 20 раз опаснее гамма-облучения. Чтобы учесть это, вводится понятие эквивалентной дозы, равной произведению поглощенной дозы на коэффициент качества k, который характеризует действие данного вида радиации на живые организмы. Коэффициент качества показывает, во сколько раз ожидаемый биологический эффект больше, чем для излучения с ЛПЭ=3,5кэВ на 1мкм пути в воде. (ЛПЭ (линейная передача энергии) вдоль пути пробега ионизирующей частицы характеризует потерю энергии заряженных частиц на единицу пути вследствие ионизации и возбуждения.) Единица эквивалентной дозы в системе СИ - зиверт (Зв). Внесистемная единица: бэр - биологический эквивалент рентгена; 1Зв=100бэр.

Характерные значения дозы облучения:

-1,0мбэр - одна тысячная доля бэр;

-2,5бэр - доза космического облучения пассажира гражданского самолета, которую он получает за время перелета в одну сторону от Москвы до Новосибирска;

-10мбэр - одно медицинское обследование грудной клетки с использованием

современного флюорографического оборудования;

-10--40мбэр - средняя доза, полученная среднестатистическим жителем, проживающем в зоне влияния ПО “Маяк” от всех факторов внешнего и внутреннего техногенного облучения за 1995 год.

-30мбэр - среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением на равнинной части территории России;

-60-80мбэр - среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением для людей, живущих в горной местности;

-80мбэр - средняя годовая доза для граждан США от искусственных источников радиоактивного излучения;

-160мбэр - средняя годовая доза, получаемая экипажами гражданских самолетов от космического излучения;

-300мбэр - средняя годовая доза населения от всех источников естественного радиоактивного облучения;

-500мбэр - предельно допустимая годовая доза облучения для ограниченной части населения;

-5000мбэр - предельно допустимая годовая доза облучения для персонала работников атомной промышленности.

Космическое излучение. Космическое излучение (космические лучи) было открыто в 1912г. австрийским физиком В. Гессом, установившим, что ионизация воздуха на большой высоте превышает таковую на уровне моря. Он предположил, что причиной этого являются лучи внеземного происхождения. Космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц очень высокой энергии (1010-1020эВ и выше), попадающих на Землю из мирового пространства. В атмосфере Земли эти частицы (первичное космическое излучение - ПКИ), взаимодействуя с ядрами ее атомов, в столкновениях с ними теряют свою большую энергию, и порождают новую группу элементарных частиц, также обладающих высокой энергией и скоростью (вторичное космическое излучение - ВКИ).

Естественная радиоактивность. Биосфера Земли постоянно подвергается действию ионизирующего излучения, в том числе космического, альфа-, бета- и гамма-излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в земных породах, воде подземных источников, рек, морей и океанов, в воздухе, а также входящих в состав живых организмов. Совокупность этих видов ионизирующего излучения получила название природного или естественного радиоактивного фона.

Космогенные радионуклиды. Небольшой вклад в облучение биосферы вносят космогенные радионуклиды - тритий, углерод-14, бериллий-7 и натрий-22. Тритий превращается в тритированную воду, с осадками выпадает на земную поверхность и участвует в круговороте воды. Концентрация трития в тканях живых организмов - в среднем 0,4Бк/кг. Углерод-14 окисляется и через фотосинтез вместе с обычным углекислым газом вовлекается в биотический круговорот. Средняя концентрация углерода-14 в тканях растений и животных составляет 27Бк/кг. Бериллий-7 поступает с дождевой водой в растения, с зелеными овощами - в организм животных и человека в количестве 50Бк/год.

Земная радиация. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах, -калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств берут начало соответственно от урана-238 и тория-232 - долгоживущих изотопов, входящих в состав Земли с момента ее возникновения.

Калий-40 (1,3 млн. лет) - долгоживущий радионуклид; усваивается любым организмом без изменения изотопного состава. Его средняя концентрация в различных органах и тканях человека 20-120Бк/кг. Как правило, он является основным естественным бета - излучателем, содержащимся в теле любого представителя флоры и фауны.

Рубидий-87 (61 млрд. лет) - радионуклид с мягким бета - излучением (с энергией 0,275МэВ); распространен в окружающей среде в микроколичествах.

Торий-232 (14 млрд. лет) является альфа - излучателем (с энергией 3,95-4,05МэВ), однако в зонах его распространения естественный радиоактивный фон повышается за счет электронов (с энергией 0,2 - 2,6 МэВ), испускаемых дочерними продуктами распада.

2. Радиочувствительность

Известно, что дозы излучения, приводящие к заболеванию или смерти различных организмов, различны. Т.е. можно сказать, что каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радиочувствительность. Примером крайне низкой радиочувствительности служат бактерии, обнаруженные в канале ядерного реактора. В этих условиях бактерии не только не погибали, но и размножались.

В качестве интегрального критерия радиочувствительности наиболее часто используют величину ЛД50(летальная доза) - доза, облучение в которой вызывает 50%-ную гибель биообъектов. Величины ЛД50в природе различаются довольно значительно даже в пределах одного вида. Кроме того, даже в одном организме различные ткани и клетки значительно различаются по радиочувствительности, и наряду с чувствительными (костный мозг, лимфоидная ткань, эпителий слизистой тонкого кишечника) имеются относительно устойчивые ткани (мышечная, нервная, костная). Величина радиочувствительности подчиняется следующему закону: чувствительность клеток к излучению прямо зависит от их способности к размножению в данный момент времени.

Ядро клетки более радиочувствительно по сравнению с цитоплазмой. Прямые доказательства этого факта были получены в опытах с прицельным облучением ядра. Оказалось, что попадание уже одной a-частицы в ядро оплодотворенного яйца насекомого вызывает гибель зародыша, тогда как при прохождении частиц через цитоплазму для достижения такого же эффекта необходимо 15млн a-частиц. В опытах на амебах с помощью микрохирургического метода было показано, что пересадка ядер клеток, облученных в дозе 15000рад, в необлученные клетки вызывает такой же эффект (5%-ю выживаемость). Если же облучению подвергали цитоплазму даже в дозе 25000рад, после чего в нее трансплантировали необлученное ядро, то эффекта не наблюдалось: все 100% амеб делились и давали жизнеспособное потомство.

Внутриядерной структурой, ответственной за жизнеспособность клетки, является ДНК. Известно, что ДНК, уложенная в ядрах, представляет собой вещество наследственности, в ее цепях записана огромная по объему генетическая информация. Облучение вызывает различные повреждения ДНК и ее комплексов. К их числу относятся разрывы молекул ДНК, сшивки ДНК-ДНК, ДНК-белок, потеря оснований, изменение состава оснований. Разрывы цепей ДНК являются основной причиной гибели делящихся клеток. В клетке существует система репарации наследственного материала, которая исправляет часть разрывов ДНК, удаляет измененные участки генетического текста, однако не всегда полностью “излечивает молекулу ДНК”.

Критерием для изучения зависимости доза - эффект служит выживаемость клетки или организма. Зависимость выживания клеток описывается следующим уравнением:

N- число выживших клеток, D- любая доза облучения, D0- доза, при которой доля живых клеток уменьшается в ераз. Т.о. можно сделать вывод, что с увеличением дозы излучения увеличивается не только (и не столько) степень поражения всех облученных клеток, сколько доля пораженных, т.е. погибших клеток.

Генетический аспект облучения

Мутации - внезапные естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Классификация мутаций:

Условно мутации делят на спонтанные, возникающие под влиянием природных факторов внешней среды или в результате биохимических изменений в самом организме, и индуцированные, возникающие под влиянием специального воздействия мутагенных факторов, например, ионизирующего излучения химических веществ, в том числе и лекарственных препаратов, пищевых консервантов, пестицидов и т.п. Мутации могут быть прямыми, если их проявление приводит к отклонению от признаков так называемого дикого типа (наиболее распространенного в природе) и обратными(реверсии), если они приводят к восстановлению дикого типа. Мутации в половых клетках - генеративные - передаются следующим поколениям; мутации в любых других клетках организма - соматические - наследуются только дочерними клетками, образовавшимися путем митоза, т.е. оказывают воздействие лишь на тот организм, в котором возникли. Ядерные мутации затрагивают хромосомы ядра, цитоплазматические - генетический материал, заключенный в цитоплазматических органоидах клетки - митохондриях, пластидах. В зависимости от характера изменений в генетическом материале различают точечные мутации, геномные мутации и хромосомные аберрации (перестройки). Точечные мутации (относящиеся к определенному генному участку) представляют собой результат изменения последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, являющейся носителем генетической информации.

Точечные мутации связаны с добавлением (дупликации, вставки), выпадением (делеции) или перестановкой (инверсии) оснований в ДНК. Хромосомные аберрации являются более крупными изменениями структуры хромосом, часто видимыми в световой микроскоп. Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом в клетке, кратным одинарному набору хромосом, а также увеличением или уменьшением числа отдельных хромосом.

Наиболее характерные виды поражений организма при радиационном облучении

Радиоактивные вещества могут воздействовать на организм человека внешне и внутренне. Внешнее облучение характеризуется воздействием ионизирующего излучения извне и обусловлено различной проникающей способностью частиц. Внутреннее облучение связано с попаданием радиоактивного вещества внутрь человеческого организма с пищей (пероральный путь поступления), с вдыхаемым воздухом (ингаляционный путь) или через открытую рану (непосредственно в кровь).

Воздействие радиоактивного излучения на организм человека зависит от многих факторов и определяется:

Скоростью радиоактивного распада радионуклида;

Скоростью выведения РВ из организма;

Типом радиоактивного излучения;

Особенностями накопления РВ в тех или иных внутренних органах человека.

Острые последствия проявляются в первые несколько дней (недель) после облучения. Отдаленные последствия - последствия, которые развиваются не сразу после облучения, а спустя некоторое время.

Острая лучевая болезнь (ОЛБ)

Острая лучевая болезнь возникает после тотального однократного внешнего равномерного облучения. Между величиной поглощенной дозы в организме и средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость.

Было обнаружено, что зависимость времени наступления гибели самых разнообразных объектов от дозы носит ступенчатый характер. Соответствующая кривая для человека, описывающая зависимость средней продолжительности жизни от дозы излучения, состоит из 3-х участков. Начальный участок охватывает диапазон доз от 200 до 800рад, когда средняя продолжительность жизни не превышает 40 суток. На первый план при этих дозах выступает нарушение кроветворения. При дозах до 3000рад (продолжительность жизни около 8 суток) ведущим становится поражение кишечника, а при еще больших дозах (продолжительность жизни 2 суток и менее) смерть наступает от повреждения центральной нервной системы.

Категории:

Если доза облучения основной массы тела достигает 500-1000рад и более, то выживание невозможно, несмотря на медицинский уход и терапию (в Чернобыле - 19 погиб./1 жив.).

При дозах 200-500рад выживание возможно, но необходимо своевременное и квалифицированное лечение (в Чернобыле - 7погиб./14 жив.).

При дозах 100-200рад выживание вполне вероятнобез специального решение, т.к. поражение не столь сильное, чтобы вызвать существенное угнетение костного мозга (в Чернобыле - 1 погиб./31 жив.).

При дозах менее 100рад выживание несомненно, а клиническая симптоматика не требует медицинского вмешательства (40 чел. в Чернобыле).

Дробление дозы снижает эффект облучения.

В таблице 1 Приложения показана зависимость степени тяжести ОЛБ от дозы облучения в Гр.

Таблица 1. Степень тяжести ОЛБ от дозы облучения.

Формы	Доза, Гр	Степень тяжести	Фаза
			Первичная реакция	латентная	Разгар болезни	Раннее восстановление (до 2-3 месяцев)
			Число заболевших, %	Время проявления (после облучения)	длительность
						Степень восстановления	Число выздоровевших, %
Костно-мозговая	1-2	легкая	30	2-3ч	<1сут	4-5 недель	5-7 недель	полное	Как правило, 100% (без лечения)
	2-4	средняя	70-80	1-2ч	1 сут	3-4 недель	4-5 недель	частичное	Возможно 100% (при лечении)
	4-6	тяжелая	100	20-40 мин	2 сут	1,5-3 недель	2-4 недель	слабое	Возможно 50-80 % (при специальном лечении)
	6-10	переходная	100	10-30 мин	3 сут	Выражена слабо	8-12 сут	-	Возможно 30-50 % (при раннем специальном лечении)
Кишечная	10-50	Крайне тяжелая	100	10-20 мин	Быстрый переход в фазу разгара болезни	7-10 сут	Абсолютно летальный исход
Сосудистая	50-100		100	10 мин		4-7 сут
Нервно-церебральная	>100		100	Менее 10 мин		1-3 сут

Хроническая лучевая болезнь (ХЛБ)

ХЛБ развивается в результате продолжительного облучения организма в малых дозах - мощности дозы 0,1-0,5рад/сутки после накопления суммарных доз около 100рад. Своеобразие ХЛБ состоит в том, что в активно размножающихся тканях благодаря интенсивным процессам клеточного обновления длительное время сохраняется возможность структурного восстановления целостности ткани. В то же время такие радиоустойчивые системы, как нервная, сердечно-сосудистая, эндокринная отвечают на хроническое лучевой воздействие сложным комплексом функциональных реакций.

Лейкоз. Одно из наиболее распространенных системных заболеваний крови.

Как своеобразный злокачественный гиперпластически-опухолевый процесс лейкоз характеризуется:

а) гиперплазией - патологическим, безудержным разрастанием кроветворной ткани;

б) метаплазией - развитием патологических, не свойственных данному органу, очагов кроветворения как в самой кроветворной системе (костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), так и вне ее (всюду, где имеется мезенхимная ткань);

в) клеточной анаплазией - омоложением и утратой родоначальными кроветворными клетками способности к дифференцированию в зрелые кровяные элементы.

В настоящее время принято деление лейкозов на острые и хронические. Это деление основано главным образом на гематологических, морфологических признаках. Основной формой острого лейкоза является гемоцитобластоз, хронического - миелолейкоз хронический, лимфолейкоз хронический.

К острым лейкозамотносятся те формы, при которых дифференциация кроветворных элементов обрывается в ранней стадии развития, в связи с чем создается картина “лейкемического зияния”, т.е. отмечается наличие в крови недифференцированных клеток при отсутствии промежуточных форм развития белых клеток и незначительном содержании зрелых лейкоцитов. В связи с прекращением нормального кроветворения возникает тяжелая, быстро прогрессирующая анемия. Клинические варианты острого лейкоза: геморрагический, язвенно-некротический, анемический, типичный. При геморрагическом варианте болезнь характеризуется внезапным появлением кровоизлияний в кожу и слизистые оболочки и кровотечениями из носа, десен, желудочно-кишечного тракта, почек, матки. Язвенно-некротический вариант начинается с дифтерической ангины, принимающей в дальнейшем некротический характер с распространением некротического процесса за пределы миндалин на полость рта и глотки. Анемический вариант клинически протекает подостро с картиной быстро развивающейся и стойкой анемии. Типичный вариант характеризуется наличием всех симптомов, свойственных острому лейкозу: анемии, некрозов, геморрагий, увеличением селезенки, печени и лимфатических узлов. В некоторых случаях острый лейкоз протекает с опухолевидными разрастаниями лимфатических узлов (сарколейкоз). В крови преобладают наименее дифференцированные клетки, количество лейкоцитов варьируется в больших пределах - от резкой лейкопении (малое количество лейкоцитов) до сотен тысяч лейкоцитов в 1мл крови. В течении болезни различают продромальный, или начальный период, продолжающийся 2-3 недели, иногда несколько месяцев; период выраженных явлений длительностью от нескольких недель до нескольких месяцев; конечный период, характеризующийся резким, иногда скачкообразным усилением всех симптомов с повышением температуры за счет самого лейкемического процесса и сопутствующих некротических явлений, продолжительностью 1-2 недели, редко больше. В некоторых случаях, протекающих с лейкопенией, болезнь отличается подострым затяжным течением длительностью до 1-2 лет. Смерть наступает при явлениях резчайшей анемии и кровоточивости. У 15-20% больных непосредственной причиной смерти является кровоизлияние в мозг.

Лимфолейкоз- хроническое генерализованное заболевание, характеризующееся гиперпластически-опухолевыми разрастаниями лимфатической ткани, преимущественно в кроветворной системе - лимфатических узлах, селезенке, печени, костном мозгу, а также в коже в виде характерных инфильтратов - лимфом. В начале болезни отмечается увеличение преимущественно какой-либо одной группы лимфатических узлов; в дальнейшем увеличение лимфатических узлов приобретает генерализованный характер. Лимфатические узлы мягкие, тестоватые, безболезненные, не спаяны с кожей, не изъявляются. Количество лейкоцитов в периферической крови колеблется от нормальных цифр до сотен тысяч. В начальной стадии болезни содержание гемоглобина и количество эритроцитов приближаются к норме. В более поздних стадиях и при лимфатической метаплазии костного мозга развивается тяжелая “метапластическая” анемия. Колоссальное новообразование и распад лимфоцитов нередко сопровождаются лихорадкой и исхуданием. Наблюдаются осложнения в связи с давлением на другие органы - затруднение глотания при гиперплазии миндалин, непроходимость кишечника при лимфомах брюшной полости. Средняя продолжительность жизни больных хроническим лейкозом составляет от 3 до 5 лет. Исключение составляют те больные, у которых отсутствует лимфоидная метаплазия костного мозга; у них длительность жизни достигает 10-15 лет.

Морфологическим субстратом хронического миелолейкозаявляется гиперплазия костномозговых гранулоцитарных клеточных форм наряду с лейкемической инфильтрацией миелоидными клетками селезенки, печени, лимфатических узлов и всей системы активной мезенхимы. В отличие от острого лейкоза дифференциация зрелых клеток крови - лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов - в известной мере сохранена. Ранними симптомами болезни являются прогрессирующая общая слабость, утомляемость, чувство тяжести в левом подреберье, боли в костях. Затем наблюдается исхудание, повышение температуры, кровотечения из десен, носа. Нередко начальными симптомами болезни являются невралгии, вызываемые сдавлением нервных стволов лейкемическими инфильтратами. Также наблюдается прогрессирующее увеличение селезенки. В связи с разрастанием лейкемических элементов по ходу нервов и сосудов возникают болевые симптомы, кровоизлияния, тромбозы, инфаркты различных органов. Средняя продолжительность жизни больных составляет 3-5 лет, но известны случаи продолжительного течения болезни - 10-15 лет.

Болезнь Ходжкина- системный гиперпластически- опухолевый процесс, выражающийся в разрастании лимфоретикулярных пролифератов в лимфатических узлах, селезенке и других органов. Встречаются участки некроза и рубцовой грануляционной ткани, развивающейся реактивно из ретикулярных клеток стромы лимфатических узлов, селезенки и других органов. В зависимости от локализации различают кожный лимфогранулематоз, принимающий характер грибовидных разрастаний; лимфогранулематоз лимфатических узлов - шейных, подмышечных, паховых, забрюшинных; лимфогранулематоз селезенки, костного мозга, костей, желудка, кишечника, легких. Увеличенные лимфатические узлы имеют плотную консистенцию, спаяны между собой в пакеты, не болезненны и малоподвижны. Селезенка и печень обычно увеличены, плотны. Весьма характерными симптомами являются кожный зуд, сильный пот и неправильная, часто волнообразная, лихорадка, продолжающиеся в течение многих месяцев и даже нескольких лет. Картина крови характеризуется либо лейкопенией, либо увеличением числа лейкоцитов с соответствующим омоложением. Больные живут 10-15 лет и больше.

3. Рак щитовидной железы

Это наиболее часто встречающаяся злокачественная опухоль щитовидной железы. Развивается из узлового зоба и протекает без нарушения функции щитовидной железы. Ранние стадии ракового перерождения узла трудно поддаются диагностике, так как протекают бессимптомно. При дальнейшем росте опухоли узел становится плотным, малоподвижным вследствие прорастания в окружающие ткани. Пальпация опухоли вызывает болезненность. При сдавливании растущей опухолью органов шеи или прорастании в них развиваются расстройства дыхания, потеря голоса, отеки лица и шеи. Метастазирование рака щитовидной железы происходит в шейные лимфатические узлы, легкие, кости, печень, другие органы. При наличии опухоли, подозрительной на злокачественную, необходимо удаление всей соответствующей доли и перешейка щитовидной железы. При метастазах и неоперабельном раке щитовидной железы применяют лучевую терапию.

Средства индивидуальной защиты от ионизирующего излучения

Защита от ионизирующего излучения основывается на четырех принципах: количество, время, расстояние, экранирование.

Защита количеством обеспечивается минимальным использованием радиоактивных веществ и других источников ионизирующего излучения. Этот принцип имеет ограниченное применение из-за жестких требований большинства технологических процессов.

Защита временем обуславливается теми же закономерностями. Максимально сократив продолжительность работы с источником ионизирующего излучения, можно значительно уменьшить получаемую дозу.

Защита расстоянием основывается на том, что доза ионизирующего излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения.

Большое значение, особенно при использовании закрытых источников излучения, имеет экранирование, в том числе с применением средств индивидуальной защиты (просвинцованные фартуки, перчатки, щитки и др.) [10, 13, 26].

Статистический анализ влияния инкорпорированных радионуклидов на иммунный статус у профессионалов

Исследование влияния малых доз радиоактивного излучения на здоровье человека продолжает оставаться актуальной задачей вследствие расширения площадей территорий загрязненных радионуклидами [15] . Увеличение количества лиц подвергающихся воздействию малых доз радиации вследствие техногенных факторов требуют исследования зависимостей типа "доза - эффект" в первую очередь именно на таком контингенте [20, 21]. При больших разовых дозах достаточно быстро возникают непосредственные, нестохастические эффекты облучения: острая лучевая болезнь, нарушения кроветворения и т.д. [9,17, 23]. С увеличением дозы возрастает и степень проявления этих нарушений. Эффекты же обусловленные влиянием малых доз проявляются в отдаленные после облучения сроки. Такие эффекты принято называть стохастическими, вероятностными [11]. Стохастическая связь "доза - эффект" означает: чем больше доза облучения, тем больше вероятность или риск появления данного эффекта у облученного человека. Уровень изученности подобных стохастических эффектов значительно ниже по ряду причин. Во-первых, стохастические эффекты проявляют себя не сразу после облучения, а спустя длительный период. Кроме того, сами эффекты проявляются на фоне многочисленных других причин, мешающее действие которых необходимо элиминировать. Наконец сам вероятностный характер последствий излучений в малых дозах требует достаточно грамотного применения аппарата теории вероятностей и математической статистики.

Достаточно большой контингент подверженных хроническому воздействию малых доз в дополнение к этому подвергается и инкорпорированию радионуклидами. К такой категории в первую очередь относится персонал ядерных объектов и население территорий загрязненных радионуклидами. В работе [18] показано, что у работников производственного объединения "Маяк" даже малая степень инкорпорированного плутония вызывает достоверные изменения состояния лимфоцитов крови. Был выполнен статистический анализ влияния уровня инкорпорирования радионуклидов на иммунный статус у работников Сибирского химического комбината (г.Северск). Анализ данных проводился с использованием статистических пакетов SAS 6.04, STATISTICA 5.0 и SPSS 6.0. Выборка состояла из 219 лиц мужского пола и 109 лиц женского пола в возрасте от 23 до 62 лет. Средний возраст и стаж составляли соответственно 45 и 21 год. Уровень инкорпорирования радионуклидов отдельным работником выражался показанием счетчика излучения человека (СИЧ) в нанокюри. Иммунный статус работника был представлен 17 основными иммунологическим показателями, в частности, такими как содержание лейкоцитов, лимфоцитов, фагоцитов, Т-лимфоцитов, Т-хелперов, Т-супрессоров, а также содержание иммуноглобулинов М, G и А и ряд других показателей. Учитывали также такие клинические показатели, как аутоиммунный синдром, инфекционный синдром, аллергический синдром, кожно-аллергические проявления, микозы, вегетососудистая дистония, суставной синдром и ряд других хронических заболеваний. Общая доля пропущенных наблюдений составила не более 0,0005 . В исследовании использовались следующие методы статистического анализа: дисперсионный, корреляционный, регрессионный, кластерный, дискриминантный и факторный, а также анализ таблиц сопряженности. Уровень доверительной вероятности был задан равным 95% , т.о. нулевые гипотезы отвергались в том случае, когда достигнутый уровень значимости Р используемого статистического критерия принимал значения менее 5% .

Исследуемая выборка группировалась по следующим показателям:

- по уровню инкорпорирования радионуклидов: 0-32 нКи; 32-60 нКи; 60 и более нКи;

- стажевые группы: до 5 лет; 5-10 лет; 10-20 лет; 20 и более лет;

- возрастные группы: до 40 лет; 40-50 лет; 50 и более лет;

- синдромальные группы: нет синдромов; 1-2 синдрома; 3 и более синдрома.

Сравнение мужской и женской групп работников показало достоверное различие по уровню инкорпорирования радионуклидов. Среднее значение показаний СИЧ составляло в мужской группе работников 26 нКи против 6,8 нКи в женской группе. Можно предположить, что такие различия были обусловлены профессиональными различиями этих групп.

Ранее большинство авторов исследований считали, что малые дозы радиации могут провоцировать в основном раковые заболевания и заболевания крови. Однако работы последних лет показали, что последствия малых доз излучения и инкорпорирования радионуклидов имеют более сложные клинические проявления. Так в работе [18] отмечается: "Статистически значимое увеличение числа хромосомных аберраций в лимфоцитах обнаружено уже у тех работников, в чьем организме плутоний-239, по данным естественной экскрекции, не был обнаружен (уровень чувствительности метода).

С нарастанием количества депонированного радионуклида отмечено увеличение количества аберраций хромосомного типа как стабильных, как и нестабильных, включая дицентрики". В свою очередь ряд авторов высказывает гипотезу о том, что генетические последствия малых доз облучения на клеточном уровне могут в дальнейшем приводить к разнообразным заболеваниям. В работе [14] делается вывод о том, что "Длительный экологический прессинг на популяцию неизбежно приводит к деформации и области нормы в пространстве параметров, при этом малые воздействия (дозы) не всегда означают слабый эффект. ... Радиация (и другие факторы среды обитания) комплексно воздействуют на живую систему, что требует комплексного (системного) анализа результатов воздействия. ... Через обратные связи осуществляется опосредованное влияние на традиционно "нерадиационные" заболевания". В этой же статье автор приводит данные анализа динамики заболеваемости на загрязненных радионуклидами территориях Тульской области, которые подтверждают его точку зрения. Сравнение двух выборок из женской группы работников в возрастной группе более 50 лет, показало, что у лиц страдающих остеохондрозом, средний уровень активности излучения по СИЧ статистически значимо выше, чем в группе без остеохондроза: 19,17 против 5,6 нКи. В работе [22] экспериментально было показано, что при попадании плутония внутрь организма животных " ... наибольшие дозы обнаруживаются в бедре и позвонках, и значительно меньше - в мягких тканях".

Это видимо и служит объяснением того факта, почему достоверные различия уровня показаний СИЧ были обнаружены и для больных остеохондрозом. Аналогичные статистически значимые различия наблюдались в женской группе и для таких синдромов, как вегето-сосудистая дистония (во всех трех возрастных подгруппах) и кожно-аллергические проявления. Для мужчин наблюдались статистически значимые различия средних показаний СИЧ при сравнении групп больных и здоровых. Так для возрастной группы 41-50 лет у мужчин с аутоиммунным синдромом средний уровень показаний СИЧ составлял 46,46 нКи против 22,8 нКи у здоровых (Р=0,003). У мужчин с возрастом более 50 лет средний уровень показаний СИЧ был равен 133 нКи для группы с аутоиммунным синдромом и 19 нКи у здоровых (Р=0,0003). Подобные же статистически значимые различия наблюдались у мужчин для следующих синдромов: длительная субфебрильная температура, остеохондроз, кожно-аллергические проявления и инфекционный синдром. Аналогичные достоверные различия наблюдались не только в отдельных возрастных подгруппах, но и в отдельных стажевых подгруппах. Однако наиболее сильно влияние уровня инкорпорирования радионуклидов на состояние здоровья работников проявилось при сравнении групп с разным количеством синдромов. Так для группы с 1-2 синдромами среднее значение показаний СИЧ составляло 15,4 нКи. Для группы с 3-4 синдромами - уже 30,8 нКи. А для группы с 5 и более синдромами среднее значение показаний СИЧ достигало уже 108,7 нКи (Р = 0,0001 при сравнении всех трех групп). Подобная же динамика была характерна и для отдельных половых подгрупп. Отмечено, что для мужской группы достоверные различия активности излучения по СИЧ для различных синдромов наблюдались примерно в три раза чаще, нежели для женской группы. Такое различие объясняется тем, что для мужской группы средний уровень показаний СИЧ также достоверно выше, чем для женской: 26 нКи против 6,8 нКи.

Поведены исследования по взаимосвязи между наличием ряда синдромов и таким показателем, как скорость, интенсивность инкорпорирования радионуклидов. Данный показатель представлял собой отношение показаний СИЧ к стажу работника. Такое построение этого показателя опиралось на наличие положительной корреляции между стажем и уровнем показаний СИЧ, что позволяет говорить о доминирующей роли производственной деятельности в процессе инкорпорирования радионуклидов. Для ряда синдромов наблюдались статистически значимые различия не только показаний СИЧ, но и интенсивности инкорпорирования. Так в мужской подгруппе у лиц, страдающих инфекционным синдромом среднее значение такой интенсивности равно 1,5 нКи/год стажа, а для здоровых лиц - 0,8 нКи/год стажа (Р=0,002). Подобное же различие и для аутоиммунного синдрома: есть синдром - среднее значение равно 3,0 нКи/год стажа; нет синдрома - среднее значение равно 0,9 нКи/год стажа. У мужчин с длительной субфебрильной температурой среднее значение такой интенсивности равно 6,8 нКи/год стажа против 1,0 нКи/год стажа (Р=0,0001). Сравнение мужских групп с разным количеством синдромов обнаруживает следующие статистически значимые различия в интенсивности инкорпорирования радионуклидов: нет синдромов - 0,87; 1-2 синдрома - 0,92; 3 и более синдромов - 1,84 нКи/год стажа. Для женских подгрупп обнаруживается аналогичная динамика: 0,53; 0,57 и 1,55 нКи/год стажа.

На наличие достаточно определенной взаимосвязи между уровнем инкорпорирования радионуклидов и системой иммунитета указывают и результаты кластерного и дискриминантного анализов. Так с помощью кластерного анализа, в котором были использованы только иммунологические показатели, были выявлены три кластера. Эти три группы работников статистически значимо отличались по средним значениям иммунологических показателей. До начала кластерного анализа все показатели были предварительно стандартизованы к нулевому среднему и единичной дисперсии. Такое нормирование исключало эффект размерности разных по масштабу иммунологических показателей. Качество кластеризации проверяли с помощью дискриминантного анализа. Процедура переклассификации с помощью полученных дискриминантных функций показала следующие результаты. В первый кластер были отнесены на основании значений иммунологических показателей все 100% наблюдений, во второй кластер - 71% и в третий кластер также все 100% наблюдений. Такие результаты говорят о достаточно высокой локализованности первого и третьего кластеров. Для идентификации взаимосвязи выделенных кластеров и уровня инкорпорирования радионуклидов нами был выполнен анализ таблиц сопряженности. Для признаков "Группа по активности СИЧ" и "Номер кластера" этот анализ показал наличие достоверной связи при достигнутом уровне значимости равном 0,003.

Приведенные результаты статистического анализа позволяют положительно оценить предложения о целесообразности сплошного СИЧ-обследования жителей территорий загрязненных радионуклидами.

1. Установлено статистически значимое увеличение средних значений активности излучения по СИЧ у групп работников СХК страдающих рядом синдромов, по сравнению с лицами, у которых данные синдромы отсутствуют.

2. Увеличение количества синдромов сопровождается статистически значимым увеличением средних значений активности излучения по СИЧ.

3. Для ряда синдромов наблюдается значимая взаимосвязь не только с активностью излучения по СИЧ, но и с отношением показаний СИЧ к стажу работы.

Наблюдаются статистически значимые корреляции между характеристиками иммунитета и активностью излучения по СИЧ.

Клинические аспекты действия малых доз ионизирующего излучения на человека

Нарушение здоровья тесно связано с ростом числа общесоматических заболеваний. Пусть здоровье - это состояние организма, которое можно охарактеризовать соответствующими уровнями физических и умственных способностей, а также возможностями приспособления к меняющимся условиям работы и жизни. В этом случае в понятие “нарушение здоровья” входит снижение функциональных способностей организма. Для оценки нарушения здоровья, а вместе с этим и для прогноза роста заболеваний, применяют критерии изменения гематологических, биохимических и морфологических параметров организма, которые имеют количественные лабораторные оценки, и эти изменения могут быть результатом неблагоприятного воздействия факторов на различные физиологические системы. ионизирующий излучение поражение радионуклид

Рассмотрим клинические проявления, которые возникают у практически здорового человека при действии малых доз ионизирующего излучения на примере медицинских и дозиметрических исследований заболеваемости ликвидаторов аварии на ЧАЭС по данным Российского государственного медико-дозиметрического регистра.

Таблица 2. Показатели заболеваемости на 100 тыс. человек в 1993 году по основным классам болезней среди ликвидаторов различных дозовых групп и населения России в целом

Класс болезней	Население России	Ликвидаторы
		0 - 5 сГр	5 - 20 сГр	Более 20 сГр
Болезни эндокринной системы	327	5170	6120*	6075*
Болезни крови и кроветворных органов	94	213	354*	450*
Психические расстройства	599	5178	5490	5472
Болезни органов кровообращения	1472	5287	6090*	6648**
Болезни органов пищеварения	2535	9106	9743	9515

Примечания:

* - показатели, достоверно отличающиеся от соответствующих показателей в дозовой группе 0 - 5 сГр;

** - те же различия с дозовой группой 5 - 20 сГр.

В таблице представлены показатели заболеваемости на 100 тыс. человек в 1993 г. по основным классам болезней среди ликвидаторов различных дозовых групп и населения России в целом. Из данных таблицы видно, что показатели заболеваемости среди ликвидаторов превышают таковые для населения России. Рост заболеваемости (сумма заболеваний по классам болезней) по группам ликвидаторов составляет соответственно 20; 22,8 и 23,2 %. Эффективная доза Dэфрассчитывалась из предположения, что ликвидаторы на ЧАЭС подвергались равномерному облучению в течение трех - шести месяцев. Мы считаем, что столь высокий рост заболеваний объясняется тем, что уровень, полнота и качество диспансеризации ликвидаторов значительно отличаются от общероссийской практики. Поэтому группу, получившую дозу 0 - 5 сГр (DэфЈ 2 сГр), мы принимаем в качестве контрольной группы сравнения. Из данных таблицы следует, что во второй и третьей группе имеет место достоверный рост заболеваний примерно на 3 %. Этим группам с дозой облучения 20 - 35 сГр Dэфсоответствует 7 - 11 сГр, то есть у части лиц она несколько превышала условный порог (Dэф=8 сГр). Нарушение здоровья есть нестохастический эффект. При достижении пороговой дозы он выявляется у части лиц (до 5 %). На этом основании мы принимаем Dэф=8 сГр за порог нарушения здоровья.

Имеющиеся в литературе клинические данные об изменениях в основных регуляторных системах организма при действии ионизирующего излучения в дозах, не вызывающих острую или хроническую лучевую болезнь, указывают на то, что функциональные изменения деятельности основных физиологических систем чаще всего носят полисиндромный характер. Это проявляется в первичных функциональных отклонениях на уровне многих физиологических систем организма, развитию донозологических состояний, переходящих с ростом дозы к клинической патологии. Как показывает анализ заболеваемости ликвидаторов аварии на ЧАЭС, при дозах более 5 сГр через четыре года имеет место достоверный рост заболеваний по следующим классам болезней: болезни нервной системы, психические расстройства, болезни крови и кроветворных органов, болезни органов пищеварения. По другим классам болезней различия в показателях заболеваемости не выявлены.

Рассмотрим данные о состоянии различных систем организма у лиц, подвергшихся облучению в малых дозах, и на этой основе попытаемся установить, к каким клиническим последствиям приводит облучение в установленных выше диапазонах дозы.

В структуре неврологической заболеваемости особое место занимает синдром вегетативной дистонии. Стойкие и выраженные нарушений вегетативной регуляции выявлены при дозе внешнего облучения выше 25 - 50 сГр. Психологические и психосоциальные скрининговые исследования больших контингентов пострадавших вследствие аварии на ЧАЭС выявили универсальную реакцию в виде повышения тревожности как устойчивой личностной черты, характерной для состояния стресса со всеми его тремя компонентами: соматическим, эмоционально-волевым, поведенческим. При этом отмечается ускорение перехода психофизиологических расстройств в стойкие психосоматические у 30 % обследованных. Анализ клинических данных обследованных лиц с установленными дозовыми нагрузками показывает, что при облучении в диапазоне дозы от 5 - 15 сГр до 25 - 50 сГр психофизиологические и психологические изменения можно рассматривать как функциональный или рефлекторный ответ нервной системы в виде неспецифической ориентировочной реакции при восприятии облучения как раздражителя. При больших дозовых нагрузках (от 60 до 100 - 200 сГр) физиологическая реакция трансформируется в реакцию повреждения. Наблюдаемую реакцию нервной системы на ионизирующее излучение можно оценить как дизрегуляторный синдром, который в свою очередь модифицирует клиническое течение ранее существовавшей патологии, способствует более торпидному ее течению и снижает в ряде случае эффективность терапии.