Единицы дозы излучения, радиоактивности

Ионизирующее излучение представляет собой потоки элементарных частиц и квантов электромагнитного излучения, способных вызвать ионизацию атомов и молекул среды, в которой они распространяются.

Ионизирующими свойствами обладают космические лучи. Природными источниками ионизирующих излучений на Земле являются естественно распределенные на ней радиоактивные вещества. Искусственными источниками являются ядерные реакторы, ускорители заряженных частиц, рентгеновские установки, искусственные радиоактивные изотопы.

Различают:

· Альфа излучение – состоящее из α-частиц (ядер гелия). Еα = 4-8,8 МэВольт.

226 4 222

Ra 88 → He 2 → Rn 86

α-частицы обладают малой длиной пробега и их проникновение также мало. Опасно попадание источников α-распада внутрь. Изменения вызванные α-частицами необратимы. α-излучатели – трансурановые элементы.

· Электронный β-распад – характерен для искусственных и естественных радионуклидов.

40 40

K 19 → β^- + Ca 20 + ν, где ν – нитрин

Спектр β-частиц – непрерывный. Е = 0,01 ÷ 3 МэВольт.

Длина пробега в воздухе ~ 10м, в биологических тканях ~ 1см.

Плотность ионизации невысока, поэтому при попадании внутрь они менее опасны,

чем α.

· Позитронный β-распад – характерен для искусственных радионуклидов.

32 32

Р15 → β⁺ +S14

· Гамма-излучение – это поток квантов (частиц) электромагнитного излучения, которые также называют фотонами.

· Рентгеновсие лучи – поток квантов электромагнитного излучения.

Активность – мера радиоактивности, представляет собой число распадов радиоактивных ядер в минуту

А = N/t N – количество распадов, t – время

[Бк] – одно ядерное превращение в секунду

[Cu] – внесистемная единица 1Cu = 3,7 * 10¹⁰ Бк

По активности нельзя определить тип излучения, тип элемента

Объемная активность – отношение А радионуклида, содержащегося в образце, к объему образца.

А об = А/V [Бк/л] [Cu/л]

Поверхностная активность – отношение А радионуклида содержащегося на поверхности к S поверхности, [Бк/км²] [Cu/км²]

Так, зона отселения людей на загрязненных территориях с А = 5-15 Cu/км²

Удельная активность – отношение А радионуклида содержащегося в образце к его массе.

А уд = А/m [Бк/кг] [Cu/кг]

Например, допустимая А уд мяса = 600 [Бк/кг]

Поглощенная доза – энергия ионизирующего излучения поглощенная организмом в пересчете на единицу массы

1Гр = Дж/кг Рад – внесистемная единица 1Гр = 100 Рад

Экспозиционная поглощенная доза (для рентгеновского и гамма-излучения) – энергия фотонного излучения преобразованного в кинетическую энергию в единице массы воздуха 1Кулон/кг = 3.876 Р, где Р - Рентген

Рентген – доза фотонного излучения, при которой возникает корпускулярная эмиссия в 1 см³ воздуха, создает ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу.

Эквивалентная доза – дозиметрическая величина, введенная для оценки возможного ущерба здоровью человека от воздействия ИИ.

Д(экв) = Д (поглащ в данном V) * k качества ИИ

для гамма и рентген. излучения k = 1

для ē, p и мягкого β излучения k = 1

для жесткого β излучения k = 10

для α-излучения k = 20

Эффективная эквивалентная доза – сумма произведения доз полученных каждым органом умножен. на соответствующий весовой коэффициент, который учитывает различную радиочувствительность органов и тканей к излучению.

Доза полная эквивалентная эффективная коллективная – это доза, которую получило поколение людей от какого-либо источника за все время его существования.

(26). Радиочувствительность различных тканей, органов, систем и отдельных фаз клеточного цикла

После открытия ИИ было показано, что это фактор может вызывать и гибель организма. Вскоре было обнаружено, что дозы, вызывающие гибель организмов, сильно различаются, т.е. каждому организму свойственна своя радиочувствительность( РЧ).

Биологические особенности, влияющие на индивидуальную РЧ организмов:

ü Структурная и функциональная организация

ü Различия в адаптационных и регенераторных возможностях

ü Специфика протекания начальных стадий воздействия ИИ. Эти начальные процессы могут усиливаться и наоборот.

ü Различия в метаболических и пролиферативных процессах.

РЧ обозначают величину, обратную отношению величин доз ИИ, вызывающих количественно равные эффекты одного типа в сравнимых биологических системах.

Наиболее распространённым и общим критерием РЧ, который применим к организмам различных уровней сложности, является показатель выживаемости (гибели) организмов. При этом определяется количество хромосомных аберраций, проводится микроядерный тест; ЛД50 и ЛД100- дозы, которые, соответственно вызывают 50 и 100%-ную гибель организма.

Индивидуальная РЧ – это РЧ организмов в пределах одного и того же вида.

Внутренние факторы – физиолого-биохимическое состояние организма в пострадиационный период.

К внутренним факторам относятся:

ü Возраст( на первых этапах онтогенеза повышенная РЧ, т.к. интенсивно идут пролиферативные процессы. В процессе старения нарушаются процессы репарации, регенерации, вновь наблюдается увеличение РЧ. Для одних и тех же организмов РЧ изменяется в течение суток, недели, года). Высокая РЧ на первых этапах обусловлена высокой митотической активностью клеток, они мало дифференцированы( правило Бергонье и Трибондо).

ü Пол(более радиоустойчивы женщины, кроме заболеваний щитовидной железы).

Внешние факторы:

ü Кислородный эффект в момент облучения и после облучения

ü Пищевой фактор( у грызунов в пустыне повышенная РЧ, в крови их повышено содержание серотонина, в растениях, которыми они питаются, повышенное содержание радиопротекторов)

ü Изменение метаболических процессов(влияние температурного фактора, так, животные в момент спячки более резистентны)

РЧ зависит от организации организмов: чем выше уровень организации, тем выше РЧ.

РЧ разных видов клеток варьирует в широких пределах. Наиболее РЧ среди всех клеток организма являются клетки лимфоидного происхождения, для которых обычная величина Д₀ составляет 0,5 Гр. Высокая РЧ характерна и лля опухолевых клеток лимфоидного происхождения.

Говоря о РЧ клеток подразумевают летальные реакции или всего организма, или клеток. Установлено, что на разных стадиях клеточного цикла клетки обладают разной РЧ(разная спирализация ДНК, уровень метаболизма). Наиболее РЧ клетки оказываются в митозе, наиболее радиорезистентны – в фазе S. Также повышенная РЧ клеток на стадии G2(всё уже подготовлено для деления), поздней G1 и ранней S. На поздней S и G1 клетки наиболее чувствительны к облучению, что связано с регуляцией клеточного цикла.

Чем больше доза облучения, тем более выражены различия в РЧ разных стадий клеточного цикла.

В тканях взрослого организма значительная часть клеток находится вне цикла, в фазе покоя G0, потенциально сохраняя способность к пролиферации. При гибели части клеточной популяции такие клетки могут вступить в цикл и служить основой для репопуляции.

РЧ ткани нельзя рассматривать только с позиций составляющих её клеток без учёта морфофизиологических факторов прежде всего клеточного окружения. Так, РЧ эритробластов зависит от места нахождения их в организме – в селезёнке или в костном мозге.

Наблюдается ступенчатая зависимость времени наступления гибели самых разнообразных объектов от дозы, отражающая многосистемность реакции на облучение.

Кожа и её производные: максимально переносимая кожей доза рентг. излучения при однократном внешнем воздействии – 10 Гр.

Семенники: высокая РЧ. Зрелые клетки – сперматозоиды, напротив, крайне резистентны.

Яичники: наиболее РЧ элемент яичника-яйцеклетка.

Органы зрения: катарактогенная доза для человека- около 6 Гр. Воспалительные процессы в конъюктиве и склере- при дозах, близких, к вызывающим поражение кожи.

Органы пищеварения: наиболее РЧ – тонкий кишечник. Далее по убыванию: полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочные кишки, поджелудочная железа и печень.

ССС: Наиб. РЧ – наружный слой сосудистой стенки. Сердце ранее считали радиорезистентным органом, но на данный момент это утверждение опровергнуто.

Органы дыхания: лёгкие взрослых- стабильный орган с крайне низкой пролиферативной активностью в капиллярной системе, последствия облучения лёгких проявляются не сразу.

Головной мозг, спинной мозг, периферические нервы: ткани ЦНС радиорезистентны.

Эндокринные железы: радиорезистентные органы.

Рганы выделения: почки достаточно резистентны.

Кости и сухожилия: в период роста кости и хрящи весьма РЧ, а во взрослом состоянии они становятся значительно резистентнее.

Мышцы: высоко радиорезистентные ткани организма.

РЧ организма наиболее наиболее часто определяется поражением костного мозга, т.к. критической системой, ответственной за выжиыание при дозах до 10 ГР, является кроветворение. Критическим органом в последуещем диапозоне от 10 до 100 Гр оказывается тонкий кишечник.

Для количественного изучения РЧ организма используют кривые выживания или смертности.

Индивидуальная РЧ – колебания РЧ в пределах одного вида.

ИРЧ зависит:

1) внутренние факторы (изменения физиологобиохимического состояния организма).

2) внешние факторы изменяются в момент облучения и в пострадиационный период.

- возраст. У молодых доминируют пролиферативные процессы (рост кл-к, увеличение количества кл-к, 1906 – Бергонье и Трибондо). Старые особи – нарушены процессы à увеличивается РЧ.

- половые различия. Более радиоустойчивы женские особи.

- суточные и сезонные изменения РЧ. В летние месяцы увеличивается ЛД50/30.

-пищевой фактор. Грызуны обладают большей РЧ. Пища способствует увеличению выработки серотонина. Много серотонина в организме – это сосудосужиющий фактор à О2 меньше à сенсабилизирующий эффект О2 меньше.

- температура. 5° угнетает биохимические процессы à увеличивается РУ. В спячке выше устойчивость к ИИ.

- изменения газового состояния воздуха. Увеличение О2 – увеличение РЧ.

По мере усложнения структурно-функциональной организации увеличивается РЧ.