Лекция (2) (А.Г. Платонов - Лекции в PDF)

Лекция2Основныерадиационныеибиологическиефакторы, определяющиерадиобиологическиеэффектыРадиобиологическийэффектзависитотрадиационныхибиологическихфакторовИонизирующееизлучениевызываетвбиологическихобъектахразличныепатологическиеизменения, крайнимпроявлениемкоторыхявляетсягибельоблученныхорганизмов.Степеньихарактерпроявлениярадиобиологическихэффектовзависятотразличныхрадиационныхфакторов,характеризующихусловияоблучения, иотбиологическихфакторов, характеризующихобъектоблучения.Основныерадиационныефакторы, определяющиерадиобиологическиеэффекты1.

Месторасположенияисточникаизлученияпоотношениюкоблучаемомуорганизму.2. Видионизирующегоизлучения.3. Пространственноераспределениедозыионизирующегоизлученияворганизме.4. Временнóераспределениедозыионизирующегоизлучения.5. Дозаоблучения.1. МесторасположенияисточникаизлученияпоотношениюкоблучаемомуорганизмуВзависимостиотместарасположенияисточникаионизирующегоизлученияпоотношениюкоблучаемомубиологическомуобъектуоблучениеможетбыть:ВНЕШНИМ — когдаисточникизлучениянаходитсявовнешнейсредевнеоблучаемогоорганизма;ВНУТРЕННИМ — когдаоблучениепроисходитврезультатевоздействияизлученияотпопавшихворганизмрадиоактивныхвеществ(радионуклидов);КОМБИНИРОВАННЫМ— вреальнойэкологическойобстановкевстречаетсянаиболеечасто.ПутиинкорпорированиярадионуклидовворганизмПроникновение(инкорпорирование) ворганизмрадиоактивныхвеществможетосуществлятьсяразличнымипутями:1) ингаляционнымпутем(т.е.

свдыхаемымвоздухом);2) алиментарным, илипероральнымпутем(т.е. черезрот–спищейиводой;3) перкутаннымпутем(т.е. черезкожу);4) черезслизистыеоболочкиглаза;5) черезраны.РаспределениерадионуклидовворганизмеИнкорпорированныеворганизмрадионуклидывзависимостиотсвоиххимическихифизико-химическихсвойствмогутраспределятьсяворганизмелибоРАВНОМЕРНО, либонеравномерно— ОРГАНОТРОПНО, т.е. преимущественновопределенныхорганахитканях.Длябольшинстварадионуклидовхарактернаорганотропность,т.е.

неравномерностьраспределенияворганизме.ТипыраспределенияРНворганизмеВзависимостиоттипараспределенияворганизме(т.е. оттоговкакихорганахитканяхонипреимущественнонакапливаются) радионуклидыподразделяютна5 основныхгрупп:ТипраспределенияРавномерныйОстеотропный, илискелетныйГепатотропный, илипеченочныйХарактерныепримерыЦезий(137Cs)Стронций(90Sr), радий(226Ra)Плутоний(239Pu)Нефротропный, илипочечныйУран(238U)Тиреотропный(накоплениевщитовиднойжелезе)Йод(131I)Соответственноорганыиткани, вкоторыхнакапливаетсятотилиинойрадионуклид, подвергаютсябóльшемурадиационномупоражениюприпоступленииворганизмэтихрадионуклидовСнижениесодержанияРНворганизмеУменьшениеколичестварадионуклидовворганизмепроисходитврезультатедвухпроцессов:1) биологическоговыведения;2) радиоактивногораспадаиосуществляетсявовременипоэкспоненциальномузакону:гдеt –этовремяпослепоступлениярадионуклидовворганизм, аλэфф –константаэффективноговыведения, равнаясуммеконстантыбиологическоговыведенияλбиоликонстантырадиоактивногораспадаλрасп.ЭффективныйпериодполувыведенияРНВместоконстантыэффективноговыведенияλэфф частоиспользуютвеличинуэффективногопериодаполувыведенияTэфф.ЭффективныйпериодполувыведенияTэфф представляетсобойвремя, втечениекоторогосодержаниерадионуклидаворганизме(иливоргане) снижаетсявдвое.Константаэффективноговыведенияλэфф иэффективныйпериодполувыведенияTэфф связаныследующимисоотношениями:илиОткудавзялосьэтосоотношение?Приt = Tэфф содержаниерадионуклидаснижаетсяв2 раза, т.е.Отсюдаможнопровестиследующиепреобразования:ЭффективныйпериодполувыведенияРНСоответственно, можнопровестиследующиепреобразования:Изпоследнейформулывидно, чтоTэфф долгоживущихрадионуклидов(т.е.

имеющихбольшойпериодполураспадаTрасп) определяетсявосновномTбиол:аTэфф короткоживущихрадионуклидов(т.е. имеющихнебольшойпериодполураспадаTрасп) определяетсявосновномпериодомполураспадаTрасп:2. ВидионизирующегоизлученияВидионизирующегоизлученияОпасность(эффективность)привнешнемоблучениипривнутреннемоблученииγ-излучение++β-излучение+/-+α-излучение-20+Опасностьα-излученияпривнутреннемоблучениичрезвычайновысока!α-Излучениеиз-занизкойпроникающейспособностипрактическинепредставляетопасностиприВНЕШНЕМоблучениибиологическихобъектов, имеющихразмеры, значительнопревышающиепробегα-частиц–100 мкм.ОднакоприВНУТРЕННЕМоблучениибиологическихобъектов(т.е., когдапроцессα-распадарадионуклидов, попавшихворганизм, осуществляетсявнепосредственнойблизостиотжизненноважныхклетокорганизма) α-излучениеявляетсячрезвычайноопасным, т.к.

являетсяПЛОТНИИОНИЗИРУЮЩИМ.Ввнутреннемоблученииα-излучениеприодинаковойпоглощеннойдозегораздоопаснееγ-излучения— всреднемспособностьαизлученияповреждатьклеткив20 развыше, чемуγизлучения.Опасностьβ-излученияПроникающаяспособностьβизлучениязанимаетпромежуточноеположениемеждуα- иγизлучениями: пробегβчастицсэнергией1 МэВвживойтканинепревышает0,5 см.ПоэтомуприВНЕШНЕМоблученииотносительнокрупныхорганизмов(например, человека) поражающемудействиюβизлученияподверженывосновномтольковнешниеткани—кожаиглаза.Наибольшуюопасностьβизлучениепредставляет(какиαизлучение) приВНУТРЕННЕМоблучении.ПриВНУТРЕННЕМоблученииопасностьβизлучениятакаяже,какуγизлучения(приодинаковойпоглощеннойдозе)3.

ПространственноераспределениедозыионизирующегоизлученияворганизмеВзависимостиоттого, подвергаетсяливоздействиюизлучениявесьорганизмилитолькокакая-либоегочасть, облучениеразделяютнаследующиетипы:–ОБЩЕЕ(илиТОТАЛЬНОЕ) облучение— воздействиюизлученияподвергаетсявсетело;–СУБТОТАЛЬНОЕоблучение— воздействиюизлученияподвергаетсябóльшаячастьтелапризащитномэкранировании(например, свинцовымипластинами)отдельныхегообластейилиорганов(например, головы, областиживота, груднойклетки, конечностей, половыхорганов, ит.д.);–ПАРЦИАЛЬНОЕоблучение— воздействиюизлученияподвергаетсяотдельнаяобластьтела(например, голова, живот, груднаяклеткаит.д.);–ЛОКАЛЬНОЕоблучение— воздействиюузкихпучковизлученияподвергаетсяотдельныйорганилинебольшойучастоктела.Общееоблучение–наиболееопасно!Летальный(т.е. смертельный) исходдляорганизмаприОБЩЕМоблучениинаблюдаетсяобычноприболеенизкихдозахоблучения, чемпридругихтипахоблучения.Поэтомулокальноеилипарциальноеоблучение(особеннотехобластейтела, которыенеиграютопределяющегозначениядлявыживанияорганизма) дажевтакихвысокихдозах, которыезначительнопревышаютсмертельнуюдозу, характернуюдляобщегооблучения, могутнепривестиклетальномуисходу.РавномерноеинеравномерноеоблучениеВажнопонимать, чтоОБЩЕЕоблучениеНЕПОДРАЗУМЕВАЕТналичияРАВНОМЕРНОСТИоблучениявсегоорганизма.Дажевусловияхпомещенияоблучаемогоорганизмавравномерноеполеглубокопроникающегоγ-излученияболееудаленныеотисточникаизлученияобластителаполучаютменьшуюпоглощеннуюдозуизлучениявследствиеэкранированияихменееудаленнымиобластямитела.Вэкспериментальныхисследованияхскрупнымибиологическимиобъектамидлядостижениябóльшейравномерностиоблучениявместорентгеновскихлучейиспользуютγизлучение60Co, обладающееболеевысокойпроникающейспособностью.Бóльшуюравномерностьоблучениякрупныхбиологическихобъектовдостигаюттакжепутемиспользованиядвустороннего, четырехстороннегоилимногостороннегооблучения.Принятосчитать, чтооблучениеявляетсяРАВНОМЕРНЫМ, еслиразличиявраспределениипоглощеннойдозывоблучаемоморганизменепревышает±10%.Равномерноеоблучениевстречаетсяпрактическиисключительнотольковэкспериментальныхусловиях.

Вбольшинствеаварийныхситуацийнаблюдаетсянеравномерноеоблучение.4. ВременнóераспределениедозыионизирующегоизлученияДлябольшинстварадиобиологическихэффектовисключительноважноезначениеимеетвременнóераспределениедозы, т.е.:1) длительностьоблучения, атакже2) наличиеилиотсутствиеперерывоввоблучении.Основнымпоказателем, характеризующимраспределениедозывовремени,являетсямощностьдозы.Например, мощностьпоглощеннойдозы— этоотношениеприращенияпоглощеннойдозыизлученияdD заинтервалвремениdt кэтомуинтервалувремени:Однуитужедозуможнодатьзакороткийинтервалвремени(т.е. свысокоймощностьюдозы) илизадлительныйинтервалвремени(т.е. снизкоймощностьюдозы).ТипывременнóгораспределениядозыВзависимостиотдлительностиоблучения, величиныиспользуемоймощностипоглощеннойдозы, наличияилиотсутствияперерывовмеждуоблучениямиусловноможновыделитьследующие4 основныетипаоблучения:ОСТРОЕ(илиКРАТКОВРЕМЕННОЕ) облучение— лучевоевоздействиеприбольшоймощностидозы(ориентировочноот0,1 Гр/минивыше) длительностьюотнесколькихсекунддо2 часов;ПРОЛОНГИРОВАННОЕ(илиПРОТЯЖЕННОЕ) облучение— лучевоевоздействиеприсравнительнонебольшоймощностидозы(от0,1 Гр/часиниже)длительностьюот2 часовдонесколькихнедель;ДРОБНОЕ(илиФРАКЦИОНИРОВАННОЕ) облучение— многократноелучевоевоздействиеслюбоймощностьюдозы(чащепривысокоймощностидозывкаждойфракции) свременнымиинтерваламимеждуфракциямиоблучения;ХРОНИЧЕСКОЕоблучение— лучевоевоздействиедлительностьюотнесколькихмесяцевдонесколькихлет, осуществляемое:–либопостоянно(т.е.

безперерывов) принизкоймощностидозы(порядка0,01 Гр/сутиниже);–либофракционированно(т.е. сперерывами) внебольшихразовыхдозахприлюбоймощностидозы.МногообразиетиповвременнóгораспределениядозыПеречисленныетипывременнóгораспределениядозынеперекрываютвсегомногообразиявозможныхвариантоввременнóгораспределениядозыилишьусловнообозначаютнаиболеехарактерныеизних.РадиобиологическийэффектснижаетсяприуменьшениимощностидозыиналичииперерывовСнижениемощностидозыиналичиеперерывовмеждуоблучениямиприводиткослаблениюбольшинстварадиобиологическихэффектов(приоднойитойжепоглощеннойдозе), причемэффектможетснижатьсявесьмасущественно— внесколькораз.Эффектослаблениянаблюдаетсятолькопридействииредкоионизирующегоизлученияипрактическиотсутствуетпридействииплотноионизирующегоизлучения(α-излучения).ДиапазоннаиболеевыраженныхизмененийрадиобиологическихэффектовдомощностидозыСильноеослаблениерадиобиологическихэффектовнаблюдаетсяприснижениимощностидозынижедесятыхиособенносотыхдолейГр/мин.УвеличениемощностидозывышенесколькихединицГр/миннеприводиткусилениюрадиобиологическихэффектов.Такимобразом, зависимостьвеличинырадиобиологическогоэффектаотмощностидозынеявляетсялинейной.Почемурадиационныйэффектослабляетсяприснижениимощностидозы?Ослаблениерадиобиологическогоэффектаприснижениимощностидозыилиприфракционированиидозысвязанососуществлениемвклеткевосстановительных(репарационных) процессовповрежденийДНК.Какизвестно, двунитевыеразрывыДНК–наиболеегубительныдляклетки,т.к.