Действие ионизирующей радиации на организм человека
При воздействии на организм человека ионизирующая радиация может вызвать два вида эффектов:
1) детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии развития плода и др.);
2) стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).
В проявлении ранних детерминированных эффектов характерна четкая зависимость от дозы облучения, которая может вызвать радиационные повреждения разной степени тяжести - от скрытых, т. е. незначительных повреждений без клинических проявлений, до смертельных форм лучевой болезни.
Так, клинически значимое подавление кроветворения при остром облучении наблюдается с порогом 0,15 Гр поглощенной дозы во всем красном костном мозге. Пороговая доза для лучевой катаракты - 0,15 Гр/год. Радиационные поражения кожи легкой, средней и тяжелой степени тяжести развиваются при местном облучении соответственно в дозах: 8-10, 10-20, 30 Гр и более. Пороговой дозой, вызывающей острую лучевую болезнь, является доза в 1 Гр. При дозах 3-5 Гр в результате повреждения стволовых клеток костного мозга 50 % облученных могут погибнуть (без лечения) в течение 60 сут. При дозах свыше 15 Гр летальный исход у всех облученных наступает в течение 5 сут.
Эффективность хронического облучения также зависит от мощности дозы. Например, облучение персонала в дозе 5 мЗв/год не позволяет выявить повреждений с помощью современных методов исследования.
Хроническое облучение в течение нескольких лет в дозе 100 мЗв/год вызывает снижение неспецифической резистентности организма, а доза 500 мЗв/год может привести к развитию хронической лучевой болезни.
Таким образом, для детерминированных эффектов доказан и существует дозовый порог, проявления которого, как правило возникают при значительных дозах облучения в основном за счет гибели части клеток в поврежденных органах или тканях.
Для стохастических (вероятностных) эффектов не существует дозового порога. Это означает, что возникновение стохастических эффектов теоретически возможно при сколь угодно малой дозе облучения. Величина дозы ионизирующего излучения влияет на вероятность стохастических эффектов, но не на тяжесть их. Это значит, что чем выше доза облучения, тем больше частота (вероятность) случаев проявления раковых заболеваний или наследственных дефектов в популяции людей и в том числе у каждого индивидуума.
Коллективная доза облучения представляет собой произведение двух величин: средней эффективной индивидуальной дозы в облученной когорте и численности людей, которые подверглись облучению. Обозначается коллективная доза в человеко- зивертах или человеко-греях (чел.-Зв; чел.-Гр).
Из определения коллективной дозы следует, что эта величина возрастает не только при увеличении индивидуальных доз, но и при увеличении числа облученных людей. При этом вероятность риска, частота стохастических эффектов будет также возрастать.
Расчеты показывают, что при коллективной дозе облучения, равной 1∙10-3 чел.-Зв, можно ожидать возникновения 60 злокачественных опухолей (излечимых и со смертельным исходом) в каждой из популяций людей.
Ограничение возникновения именно этих вероятностных эффектов после воздействия радиации является медико-гигиенической основой радиационной защиты и регламентации пределов доз облучения.
Нормирование облучения. Краткая формулировка основных принципов для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников излучения дана в НРБ-99 и звучит так:
1. Принцип нормирования - непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения.
2. Принцип обоснования - запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением.
3. Принцип оптимизации - поддержание на возможно низком и достижимом уровне индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.
Нормами радиационной безопасности устанавливаются следующие группы облучаемых лиц:
группа А - персонал (лица, работающие с техногенными источниками излучения);
группа Б - лица из персонала, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия техногенных источников излучения;
все население, включая лиц из персонала вне сферы и условий их производственной деятельности.
Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:
I класс - основные пределы доз (ПД);
II класс - допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклида или одного вида внешнего излучения), являющиеся производными от пределов доз. Это: пределы годового поступления (ПГП); допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА); среднегодовые удельные активности (ДУА) и др.
III класс - контрольные уровни. Речь идет о предельно-допустимых выбросах в атмосферу (ПДВ), предельно-допустимых выбросах жидких отходов (ПДС) и др.
Предел дозы - это величина годовой эффективной или экивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна повышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне. Следует отметить, что допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам (табл. 30).
Таблица 30
Основные пределы доз (НРБ-99 «Нормы радиационной безопасности.
Ионизирующее излучение, Радиационная безопасность»).
| Нормируемые величины* | Пределы доз | |
| Персонал (группа А)** | Население | |
| Эффективная доза | 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год | 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год |
| Эквивалентная доза за год | ||
| в хрусталике глаза*** | 150м3в | 15м3в |
| коже**** | 500 мЗв | 50м3в |
| кистях и стопах | 500 мЗв | 50м3в |
Примечания:
* Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам.
** Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б. равны 1/4 значений для персонала группы А. Далее в тексте все нормативные значения для категории персонал приводятся только для группы А.
*** Относится к дозе на глубине 300 мг/см2
**** Относится к среднему по площади в 1 см2 значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/м2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2 . На ладонях толщина покровного слоя - 40 мг/см2. Указанным пределом допускается облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усредненного облучения любого 1 см2 площади кожи этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица обеспечивает непревышение предела дозы на хрусталик от бета - частиц.
Важно подчеркнуть, что для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с ионизирующими источниками излучения, вводятся дополнительные ограничения - эквивалентная доза на поверхности нижней части области живота не должна превышать 1 мЗв в месяц, а поступление радионуклидов в организм за 1 год не должно быть более 1/20 предела годового поступления для персонала.
Администрация предприятия обязана перевести беременную женщину на работу, не связанную с источниками ионизирующего излучения, со дня информации ею о факте беременности, на период беременности и грудного вскармливания ребенка.
Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих профессиональное обучение с использованием источников излучения, годовые дозы не должны превышать значений, установленных для персонала группы Б.
К производным нормативам из основных пределов доз относится предел годового поступления (ПГП), который обозначает допустимый уровень поступления данного радионуклида в организм в течение года, который при монофакторном воздействии приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему пределу годовой дозы. Нормируются различные значения ПГП: в зависимости от радионуклида, для персонала (в воздухе рабочих помещений), для населения (в атмосферном воздухе, а также в воде и пище). ПГП выражается в Бк/год.
ПГП зависит, в том числе, от степени опасности радиоактивных элементов при попадании внутрь и определяется их радиотоксичностъю.
Радиотоксичность - это свойство радиоактивных изотопов вызывать большие или меньшие патологические изменения при попадании их в организм.
Допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА) отдельных радионуклидов для воздуха и уровни вмешательства (УВ) для воды и пищи вычисляются как отношение ПГП радионуклида к объему (V) воздуха и массы воды (М), с которыми радионуклид поступает в организм человека на протяжении календарного года. ДОА выражается в Бк/м3, УВ - в Бк/кг.
Дозиметрический контроль. Основным способом проверки достаточности мер радиационной защиты персонала является дозиметрический контроль. Используются следующие принципы измерения радиоактивности и доз излучения.
1. Ионизационный - основан на ионизации воздуха или другого газа между электродами, имеющими разные потенциалы, между которыми под влиянием излучения возникает электрический ток. Этот принцип используется в ионизационных камерах Гейгера - Мюллера и дозиметрах конденсаторного типа.
2. Сцинтилляционный - основан на возбуждении и ионизации атомов и молекул вещества при прохождении через него заряженных частиц, с последующим испусканием светового излучения, которое усиливают с помощь фотоэлектронного умножителя и регистрируют счетным устройством.
3.Люминесцентный - радиофотолюминесцентный и радиотермо-люминсисцентный- основаны на накоплении поглощенной в люминофорах энергии, которая освобождается под воздействием ультрафиолетового излучения определенной длины волны или нагревом, в результате чего наблюдается оптический эффект, адекватный поглощенной энергии.
4. Фотохимический - основан на воздействии ионизирующих излучений на фотоэмульсию фотографической пленки, измеряемому по оптической плотности почернения проявленной и фиксированной пленки.
Дозиметрический контроль включает: определение индивидуальных доз облучения, получаемых каждым работающим; систематический контроль за мощностью дозы облучения непосредственно на рабочих местах и в смежных помещениях; применение приборов, сигнализирующих о превышении допустимой дозы облучения. В соответствии с этим приборы, используемые для дозиметрического контроля, делятся на три группы: дозиметры индивидуального контроля, стационарные или переносные приборы измерения мощности доз излучения на рабочем месте и стационарные установки для регистрации мощности излучения в определенных помещениях. Последние, как правило, оснащены сигнальным устройством превышения мощности излучения.