Особенности действия ионизирующих излучений на организм теплокровных животных

Особенности действия ионизирующих излучений на организм теплокровных животных

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

Уровень поглощенных доз - один из главных факторов, определяющих возможность реакции организма на лучевое воздействие.

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

Фактор времени в прогнозе возможных последствий облучения занимает важное место в связи с развивающимися после лучевого повреждения в тканях и органах процессами восстановления. Например, при однократном облучении собаки дозой 7 Гр самый вероятный исход облучения - гибель животного; облучение же дозой 7,2 Гр, но распределенной на год по 0,6 Гр на месяц, гибели животного не вызовет.

По данным большинства радиобиологических исследований, снижение мощности дозы излучения (при одной и той же по- глощенной дозе) уменьшает биологический эффект, причем для каждого из критериев, которые положены в основу оценки этой закономерности (например, эритемная реакция кожи человека, ЛД50/30 животных, нарушения углеводного обмена у крыс и др.), существуют свои строго определенные диапазоны мощности доз, при которых указанная выше закономерность справедлива. Так, усиление действия излучения по такому показателю, как эритемная реакция кожи человека, обнаружено при сравнении мощности доз, равных 0,7 и 3 мГр/с, а при мощности доз 12,5 и 3 мГр/с эффект оказался равнозначным. Некоторые авторы говорят о так называемых оптимальных мощностях дозы. Так, по наблюдениям Г. Лангендорфа, уменьшение количества ретикулоцитов у мышей при облучении их дозой 2 Гр было наибольшим, мощность дозы соответствовала 0,2 мГр/с. При мощности доз 0,1, 1,3, 8,2 мГр/с был отмечен меньший повреждающий эффект.

Различия в биологическом действии ионизирующего излучения при одинаковых поглощенных дозах, но разных мощностях облучения находят свое объяснение в возможности восстановления поврежденного излучением организма. При малой мощности дозы скорость развития повреждений соизмерима со скоростью восстановительных процессов. С увеличением мощности излучения значимость процессов восстановления уменьшается, что, в свою очередь, приводит к возрастанию биологического эффекта. Уменьшение биологического эффекта при больших мощностях дозы объясняется тем, что при кратковременном воздействии ионизирующих излучений в процессе поглощения части дозы используется

имеющийся в тканях кислород, а последующее облучение происходит уже в условиях недостатка его.

Степень лучевого поражения, развивающегося после облучения, в значительной мере зависит от того, подвергается ли облучению все тело или только какая-то его часть. Например, у собаки при облучении ее смертельной дозой достаточно экранировать область живота, чтобы предупредить летальный исход. Другой пример: при терапии злокачественных новообразований у больных в пораженной опухолью ткани создается поглощенная доза, достигающая десятков грей, т.е. доза, во много раз превышающая абсолютно смертельную для человека в случае тотального облучения.

Многочисленными исследованиями было показано, что эффект лучевого воздействия на организм зависит не только от поглощенной дозы и ее фракционирования во времени, но и в значительной степени от пространственного распределения поглощенной энергии, которое характеризуется линейной передачей энергии.

Для сопоставления биологического действия различных видов излучений в радиобиологии было принято понятие относитель- ная биологическая эффективность (ОБЭ). Под ОБЭ излучения понимают его относительную (по сравнению с рентгеновским или γ-излучением) способность при заданной поглощенной дозе вызывать лучевое поражение определенной степени тяжести. ОБЭ рентгеновского и γ-излучений принимают равной 1. Коэффициент ОБЭ (RBETR) определяется как отношение доз данного и стандартного излучений, необходимое для получения одинакового эффекта:

где DTX - доза рентгеновского излучения (200 кэВ), вызывающая какой-то эффект; DTR - поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, вызывающая такой же эффект.

Величина RBETR в определенной степени зависит не только от ЛПЭ, но и от ряда физических и биологических факторов. Так, на величину коэффициентов ОБЭ влияют:

•  уровни доз (например, коэффициент ОБЭ для быстрых нейтронов при облучении животных дозами, соответствующими ЛД50/30, составляет 4,5, а при более высоких дозах - 2,9);

•  кратность облучения (коэффициент ОБЭ быстрых нейтронов при многократном облучении мышей оказался равным 3,5, а при остром облучении - 3,0);

•  распределение дозы во времени и др.

К факторам биологической природы, влияющим на величину коэффициента ОБЭ, относятся:

•  вид животного (например, при сравнении смертности мышей и кроликов при облучении рентгеновским излучением с энергией 80 кэВ оказалось, что коэффициент ОБЭ для мышей был равен 0,78, а для кроликов - 0,43);

•  критерий, используемый для оценки биологического эффекта, возникающего вслед за облучением (например, коэффициенты ОБЭ по таким критериям, как средняя продолжительность жизни, атрофия яичек, частота «прививок» лейкемии экспериментальным животным и др., неравнозначны) (табл. 3).

Таблица 3. Коэффициент относительной биологической эффективности, принятый для ОБЭ-взвешенной дозы

Окончание табл. 3

В этом случае ОБЭ-взвешенная доза в органе (ADT) предназначена для оценки риска развития детерминированных эффектов излучения с учетом влияния качества излучения и, редко, чувствитель- ности облучаемого органа. Она равна произведению поглощенной дозы излучения R в органе или ткани T на коэффициент относительной биологической эффективности (RBETR) излучения R для развития определенного детерминированного эффекта в органе T:

Единица измерения ОБЭ-взвешенной дозы - Дж/кг, которая называется грей-эквивалент (Гр-экв).

Для учета качества излучения в условиях хронического облучения людей в малых дозых, когда единственным последствием могут быть сохастические эффекты, МКРЗ рекомендует использовать два показателя качества излучения, значения которых зависят от свойств излучения, но одинаковы для всех стохастических эффектов:

•  взвешивающий коэффициент излучения, WR;

•  средний коэффициент качества, -.

Основной областью применения коэффициента качества служит мониторинг полей внешнего излучения, поэтому он определен как функция ЛПЭ:

В табл. 4 представлены установленные МКРЗ значения WR для различных излучений (R).

Таблица 4. Взвешивающие коэффициенты излучения

В табл. 5 приведены сведения о величине и области применения показателей качества излучения.

Таблица 5. Сведения по использованию показателей качества излучения

В случае развития стохастических эффектов относительная биологическая эффективность излучения слабо зависит от свойств облучаемого органа, поэтому вместо RBET R для характеристики этих эффектов применяется соответствующий взвешивающий коэффи- циент излучения WR. Произведение поглощенной дозы облучения органа и взвешивающего коэффициента получило название «эквивалентная доза органа или ткани». Эквивалентная доза предназначена для оценки риска развития стохастических эффектов с учетом влияния качества излучения:

Единица измерения эквивалентной дозы - Дж/кг, которая называется зиверт, Зв [по имени шведского ученого Рольфа Зиверта (1896-1966) - первого председателя МКРЗ].

Основная сфера применения эквивалентной дозы - оценка вероятности развития радиогенных злокачественных новообразований вследствие облучения, хотя в отечественных нормативных актах по охране труда (в отличие, например, от США) отсутствуют требования для определения вероятностной обусловленности профессионального заболевания.

Эффективная доза представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе HT на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани:

где HT - эквивалентная доза в ткани T за время τ; WT - взвешивающий коэффициент для ткани T - зависит от радиочувствительности органа или ткани.

Единица измерения эффективной дозы - Дж/кг, которая имеет специальное название - зиверт, Зв.

В табл. 6 представлены взвешивающие коэффициенты для определения эффективной дозы.

Таблица 6. Взвешивающие коэффициенты органа или ткани для опреде- ления эффективной дозы

Для оценки радиогенного риска МКРЗ рекомендует использовать понятие эквивалентной дозы, а эффективная доза должна служить исключительно для целей регламентирования облучения и демонстрации соответствия пределам (уровням) дозы в области обеспечения радиационной безопасности.

Для контроля радиационной обстановки по внешнему облучению используется амбиентный эквивалент дозы - H(d). Амби- ентная доза - доза в точке, совпадающей с центром шарового фантома Международной комиссии по радиологическим единицам (МКРЕ) - шара диаметром 30 см из тканеэквивалентного материала плотностью 1 г/см3. Результаты контроля используются для расчета дозы внешнего излучения. Единицей амбиентного эквивалента дозы является зиверт, Зв.

При индивидуальном дозиметрическом контроле за значение эффективной дозы внешнего облучения принимают значение опе- рационной величины - индивидуального эквивалента дозы, H (d).

Индивидуальный эквивалент дозы равен эквиваленту дозы в мягких тканях на глубине d, выраженной в миллиметрах, под рассматриваемой точкой на поверхности плоского фантома или на теле взрослого человека. Эквивалент дозы Η равен поглощенной дозе в точке, умноженной на средний коэффициент качества для излучения, воздействующего на ткань в данной точке:

где -- средний коэффициент качества в рассматриваемой точке; Q(L) - зависимость коэффициента качества излучения от ЛПЭ; D(L) - распределение поглощённой дозы в точке по ЛПЭ; D - величина поглощенной дозы в рассматриваемой точке. Единица эквивалента дозы - Дж/кг, которая называется зиверт, Зв.

Облучение человека может быть представлено любыми дозиметрическими величинами. Вместе с тем МКРЗ рекомендует для объективной оценки аварийного облучения использовать значение ОБЭ-взвешенной дозы облучения органа или ткани, а для оценки доз, например, фотонного излучения менее 0,1 Гр (ожидание стохастических эффектов) - эффективную дозу.

Контрольные вопросы

1. Каковы первичные процессы при действии ионизирующих излучений на биологические объекты:?

2. Каковы исходы поражений зародышевых и соматических клеток?

3. Какова чувствительность животного мира к ионизирующему излучению?

4. Сформулируйте понятие «относительная биологическая эффективность».

5. Сформулируйте понятие «эквивалентная доза».

6. Сформулируйте понятие «эффективная доза».

7. Сформулируйте понятие «ОБЭ-взвешенная доза».

8. Сформулируйте понятие «коллективная доза».

YAmedik.org