Биологическое воздействие ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения подчиняются закону радиоактивного распада. Распад большого количества ядер любого радиоактивного изотопа подчиняется закону, который выражается формулой:

(6)

где N – количество ядер, не испытавших распада;

N₀ – начальное количество радиоактивных ядер (при t=0);

T – постоянная величина, зависящая от типа радиоактивного изотопа и определяющая период полураспада.

Через промежуток времени t=T исходное количество радиоактивных ядер убывает в 2 раза, поскольку в формуле цифра 2 становится в –1 степени.

На рисунке представлен график радиоактивного распада изотопа.

Таблица 1

Величина и ее символ	Название и обозначение единиц	Связь между единицами
Единица СИ	Внесистемная единица
Активность А	Беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду (расп./с)	Кюри (Ки)	1 Ки=3,700·1010 расп./с=3,700·1010 Бк; 1 Бк=1 расп./с; 1 Бк=2,703·10-11 Ки
Плотность потока I и JE энергии частиц	Ватт на квадратный метр (Вт/м2), равный одному джоулю на квадратный метр в секунду [Дж/(м2·с)]	Эрг на квадратный сантиметр в секунду [эрг/(см2·с)] или мегаэлектронвольт на квадратный сантиметр в секунду [МэВ/(см2·с)]	1 эрг/(см2·с)=1·10-3 Дж/ (м2·с)= =1·10-3 Вт/м2; 1 Вт/м2=1 Дж/ (м2·с)=1·10-3 эрг/(см2·с); 1 МэВ/(см2·с)=1,602·10-9 Дж/(м2·с)= =1,602·10-9 Вт/м2; 1 Вт/м2=1 Дж/ (м2·с)=6,24·108 МэВ/(см2·с)
Поглощенная доза D	Грэй (Гр), равный одному джоулю на килограмм (Дж/кг)	Рад (рад)	1 рад=100 эрг/г=1·10-2 Дж/кг=1·10-2 Гр; 1 Гр=1 Дж/кг; 1 Гр= 1 Дж/кг=104 эрг/г=100 рад
Мощность поглощенной дозы D	Грэй в секунду (Гр/с), равный одному джоулю на килограмм в секунду [Дж/(кг·с)]	Рад в секунду (рад/с)	1 рад/с=1·10-2 Дж/(кг·с)= 1·10-2 Гр/с; 1 Гр/с=1 Дж/(кг·с)= 1·10-2 рад/с
Эквивалентная доза Н	Зиверт (Зв), равный одному грэю на взвешивающий коэффициент для вида излучения – WR [1Гр/WR=1(Дж/кг)/WR]	Бэр (бэр)
Мощность эквивалентной дозы Н	Зиверт в секунду (Зв/с)	Бэр в секунду (бэр/с)	1бэр/с= 1·10-2Зв/с 1 Зв/с=100 бэр/с
Экспозиционная доза* X	Кулон на килограмм (Кл/кг)	Рентген (Р)	1 Р=2,58·10-4 Кл/кг (точно); 1 Кл/кг=3,88·103 Р (приближенно)
Мощность экспозиционной дозы X	Кулон на килограмм в секунду [Кл/(кг·c)]	Рентген в секунду (Р/с)	1 Р/с=2,58 10-4 Кл/(кг·с) (точно); 1 Кл/(кг·с)=3,88·103 Р/с (приближенно)
Керма** К	Грэй (Гр), равный одному джоулю на килограмм (Дж/кг)	Рад (рад)	1 рад=100 эрг/г=1·10-2 Дж/кг=1·10-2 Гр; 1 Гр=1 Дж/кг; 1 Гр=1 Дж/кг=104 эрг/г=100 рад
Мощность кермы К	Грэй в секунду (Гр/с), равный одному джоулю на килограмм в секунду [Дж/(кг·с)]	Рад в секунду (рад/с)	1 рад/с=1·10-2 Дж/(кг·с)= 1·10-2 Гр/с; 1 Гр/с=1 Дж/(кг·с)= 1·10-2 рад/с

Примечание:

* Используется для гамма-излучения с энергией до 3 МэВ в воздухе. 1Р=0,87 рад=0,87·10^-2 Гр поглощенной в воздухе дозы.

** Для гамма-излучения с энергией до 10 МэВ керма практически не отличается от поглощенной дозы.

 

 

Рис. 1. График радиоактивности распада.

 

Прямое действие радиации приводит к диссоциации – распаду частиц (молекул, радикала, иона) на несколько более простых частиц. Свободные радикалы водорода и гидроксильной группы (ОН) обладают высокой активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биоткани, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. Например, при диссоциации в растворе щелочи имеем:

Na++OH

NaOH

^®

т.е. ион натрия Na⁺ и гидроксильную группу OH.

В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению деятельности отдельных функций и систем организма.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом, вовлекая в процесс сотни и тысячи молекул, не задействованных излучением. Такова специфика воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты. Эти цепные реакции могут развиваться в течение от нескольких секунд до нескольких лет.

Ионизирующая радиация, воздействуя на организм человека, может вызвать два вида аффектов (крайнее напряжение), относимые к болезням: 1) детерминированные пороговые аффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, бесплодие, аномалии в развитии плода и др.); 2) стохастические (вероятностные) беспороговые аффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Острые поражения развиваются при однократном равномерном
g-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,25 Гр. При дозе
0,25-0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются.

В интервале дозы 0,5-1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10% облученных, может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови.

При дозе 1,5-2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30-50 % случаев – рвота в первые сутки после облучения.

Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5-4,0 Гр. При этом в первые сутки после облучения наблюдается тошнота, рвота, резко снижается в крови количество лейкоцитов, появляются подкожные кровоизлияния, в 20% - возможен смертельный исход. Смерть может наступить через 2-6 недель после облучения.

При дозе 4,0-6,0 Гр – развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая к 50% смертельных случаев в течение первого месяца.

При дозах превышающих > 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая приводит почти в 100% случаев к смертельному исходу, вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний.

Все перечисленные данные о лучевых болезнях рассмотрены при полном отсутствии своевременного лечения!

В настоящее время имеются противолучевые средства, позволяющие, при комплексном лечении исключить летальный исход при дозах = 10 Гр!

Хроническая лучевая болезнь может развиваться при дозах значительно ниже указанных выше, если человек длительно и непрерывно подвергается облучению.

Характерными признаками хронической лучевой болезни являются: 1) изменения в крови; 2) ряд симптомов со стороны нервной системы; 3) локальные поражения кожи; 4) поражения хрусталика глаза; 5) пневмосклероз; 6) снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиационных излучений зависит от: 1) является ли облучение внешним; 2) является ли излучение внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма).

Внутреннее облучение происходит при дыхании, заглатывании радиоизотопов, проникновения их в организм контактным путем через поверхность кожи.

Следует помнить, что кальций, радий, стронций и некоторые другие радиоактивные элементы накапливаются в костях, создавая там их высокую локальную дозу. Изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы (недостаток йода в пище). Редкоземельные элементы вызывают опухоли печени. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучения изотопы полония и плутония.

Ионизирующее излучение, воздействуя на организм человек, вызывают следующие отдаленные последствия: 1) лейкозы; 2) злокачественные новообразования; 3) раннее старение.