 |
Ионизирующая радиация и иммунная система
|
|
|
|
КК 1. 0 2, 0 5, 0 10, 0 20, 0
Для промежуточных значений линейной передачи энергии (ЛПЭ) коэффициенты качества находят методом линейного интерполирования.
Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы ( WR ). Применяются (в настоящее время) как множители поглощенной дозы, взамен ранее используемого понятия - " коэффициент качества " излучения, отражая относительную эффективность различных видов излучений в индуцировании биологических эффектов. Представляют собой усредненные значения коэффициентов качества с учетом наиболее распространенных, в практическом использовании значений энергий и относятся к излучению, падающему на тело, а в случае внутреннего облучения - испускаемому при ядерном превращении. WR
Фотоны любых энергий.............................................................................................. 1, 0
Бета излучение, электроны и мюоны любых энергий.............................................. 1, 0
Нейтроны с энергией менее 10 кэВ............................................................................ 5, 0
от 10 кэВ до 100 кэВ 10, 0
от 100 кэВ до 2 МэВ 20, 0
от 2 МэВ до 20 МэВ 10, 0
более 20 МэВ.......................................................................... 5, 0
|
|
|
Протоны с энергией более 2 МэВ (кроме протонов отдачи).. 5, 0
Альфа частицы, осколки деления, тяжелые ядра 20, 0
" Докапываясь до истины - не вырой себе ямы! "
Эквивалентная доза (Н) излучения - мера выраженности биологического эффекта как последствие радиационного воздействия на определенную ткань (орган), подверженные облучению. Понятие введено с целью оценки радиационной опасности (хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава) для отдельных тканей организма (его органов) и рассчитывается как произведение поглощенной дозы (приходящейся на ткань конкретного вида излучения) на взвешивающий коэффициент для этого излучения: Н = D х WR.
Внесистемной единицей (СГС) эквивалентной дозы является " Бэр" - биологический эквивалент поглощенной дозы в 1 Рад, формируемой излучением электромагнитной природы (гамма и рентгеновское).
Основная единица (СИ) эквивалентной дозы -" Зиверт" (биологический эквивалент поглощенной дозы в 1 Гр, формируемой излучением электромагнитной природы. На практике часто пользуются дольными (реже и кратными) значениями единиц (мЗв, мкЗв. . . ).
1 Зв = 100 Бэр.
В случаях смешанного радиационного воздействия (одновременное облучение несколькими видами ионизирующей радиации, с различной биологической эффективностью), эквивалентная доза определяется как сумма произведений поглощенных доз (отдельных видов излучений) на соответствующие им значения взвешивающих коэффициентов.
Обобщенная эквивалентная доза соответственно будет относиться не ко всему телу, а к наблюдаемым эффектам повреждения клеточных структур определенных органов (тканей) или систем организма. Тем не менее, для оценки общего уровня хронического облучения за длительный промежуток времени, допускается суммирование эквивалентных доз, если кратковременное облучение в каждом конкретном случае не превышает 0, 25 Зв (25 бэр).
|
|
|
Обычно понятие эквивалентной дозы используется для оценки хронического воздействия радиационного фактора на все тело в пределах, не превышающих 0, 25 Зв (25 Бэр). Выраженность биологического эффекта в этой области будет зависеть только от поглощенной дозы (D) и взвешивающего коэффициента излучения (WR).
При облучении в больших дозах (радиационные аварии), дозиметрические критерии, устанавливающие связь между уровнями облучения и биологическим эффектом в полной мере не определены, ибо взвешивающие коэффициенты в данной ситуации будут зависеть не только от ЛПЭ, но и от типа клеток, подвергшихся облучению.
Понятие эквивалентная доза не является исчерпывающим и для оценки риска формирования биологических последствий облучения со стороны всего организма человека, представляющего единую, саморегулируемую систему, так как различные его части (органы, ткани) существенно различаются с точки зрения радиочуствительности. А повреждение клеточных структур какой-либо ткани (органа) модифицируется работой других тканей, управляемых центральной нервной системой, эндокринной регуляцией, иммунной системой. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения взрослого человека возникновение рака в легких будет более вероятным, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез будет особенно опасно из-за риска формирования генетических повреждений.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
ФОРМИРУЕМЫЕ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИЕЙ
" На свете есть много вещей, насчет которых
разумный человек мог бы пожелать остаться в неведении. . . "
Острые лучевые поражения. Лучевые повреждения, связанные с воздействием больших доз радиации, обычно проявляются в течение нескольких часов или суток.
Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы лучевого воздействия должны превышать определенный уровень. . ., вообще говоря, подобное действие радиация вызывает, начиная лишь с некоторой минимальной, или " пороговой", дозы облучения.
Многочисленные исследования (в этой области) позволили получить обширную информацию о реакциях тканей, организма человека на радиационное воздействие. Последние оказались весьма неодинаковыми для разных органов и тканей, с довольно большими различиями их проявления.
|
|
|
Актуальность исследований в этой области определяется необходимостью, оценок последствий облучения в условиях ядерных и радиационных аварий (ядерные установки, других устройства), ядерной войны и т. д.
Значение дозы, определяющей тяжесть поражения организма, зависит от: продолжительности радиационного воздействия, от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени восстанавливать радиационные повреждения и поэтому организм легче переносит воздействие отдельных небольших доз, нежели той же суммарной дозы облучения, полученной за один прием.
Разумеется, если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет.
Так, дозы облучения порядка 100 Зв вызывают настолько серьезное поражение центральной нервной системы, что смерть (как правило) наступает в течение нескольких часов.
При дозах облучения от 10 до 50 Зв (при облучении всего тела) поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако, облученный человек скорее всего, все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияние в желудочно-кишечном тракте.
При дозах 4 - 6 Зв может не произойти серьезных повреждений желудочно-кишечного тракта или организм с ними справится, однако, тем не менее, смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения, главным образом, вследствие разрушения клеток красного костного мозга (главного компонента кроветворной системы организма).
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПРИМЕНЯЕМЫМИ НА ПРАКТИКЕ
ЕДИНИЦАМИ ФИЗИЧЕСКИХ И УСЛОВНЫХ ВЕЛИЧИН
(основные и специальные единицы)
| А. Дозы лучевых воздействий:
|
|
|
|
* - используется для фотонного излучения с энергией до 3 МэВ в воздухе времени.
Таким образом, в приводимом диапазоне, большие дозы отличаются от меньших лишь тем, что смерть в первом случае наступает раньше, а во втором - позднее; разумеется, что чаще всего человек умирает в результате одновременного действия всех указанных последствий облучения.
В условиях радиационных или ядерных аварий, как и в военное время (применение ядерного оружия), при оценке суммарной дозы облучения, необходимо учитывать способность организма восстанавливать большую часть радиационного поражения (составляющей примерно 85% общей дозы). Её и принято называть « обратимой частью радиационного поражения » или « обратимой дозой ».
Примерно половина радиационных поражений, соответствующих обратимой дозе восстанавливается через месяц, а полное (возможное) восстановление происходит примерно через 3 месяца (скорость восстановления составляет около 2, 5 % в сутки).
В течение первых 4-6 суток с момента облучения восстановление повреждений не происходит, поэтому лучевое воздействие, приходящееся на данный период времени (независимо от времени формирования дозы - минуты, часы, или неделя), считается " кратковременным " или « однократным ».
Примерно 15% (от всех радиационных поражений) не восстанавливается и представляет собой « остаточную дозу », формирующую отдаленные последствия облучения.
Свойство организма (со временем) восстанавливать большую часть поражений позволяет личному составу формирований (при необходимости) постепенно накапливать значительные дозы ионизирующей радиации, не получая при этом серьезных радиационных поражений.
Чтобы определить, в какой мере организм еще может быть подвержен радиационному воздействию, необходимо суммировать «остаточную дозу» (15%)и ту часть «обратимой дозы», от которой организм (на данный момент времени) еще не освободился. Сумма этих двух частей и носит название « эффективной дозы » (DЭФФ).
|
|
|
Доза эффективная - условная величина (применяемая на период военного времени времени), отражающая общий эффект лучевого воздействия на организм человека, на каждый (конкретный) момент времени. Оценивается значение эффективной дозы в единицах поглощенной энергии (Рад, Грей).
Расчет значений эффективной дозы (DЭФФ) как при однократном облучении, так и при многократном (длительном) облучении производится по специальным формулам, номограммам и таблицам.
Таким образом, в военное время характер и степень лучевого поражения организма (по мере прошествия времени после радиационного воздействия), определяется конкретным значением эффективной дозы на каждый момент времени, и чем больше пройдет времени после облучения, тем меньшее будет ее значение, пока не достигнет значения остаточной (неустранимой) величины.
Допустимыми пороговыми значениями эффективной дозы на период военного времени являются: 20 Рад - для детей и подростков;
50 Рад - для раненых и больных;
100 Рад - для здоровых военнослужащих.
Крайне чувствительными к воздействию радиации являются дети. Даже относительно небольшие дозы облучения могут замедлить или вовсе остановить рост костей, приводя к аномалиям развития скелета и чем меньше возраст ребенка, тем значительнее (при этом) подавляется рост костей и, по-видимому, для такого действия радиации не существует порогового эффекта.
Кости и мозг взрослого человека как и большинство его органов (тканей) относительно менее чувствительны к действию радиации и способны выдерживать гораздо большие дозовые нагрузки. Однако, облучение тканей головного мозга ребенка (лучевая терапия) приводит к выраженным изменениям характера ребенка, к потере памяти, а у очень маленьких детей, даже к развитию слабоумия и идиотии. Особо чувствителен к радиации мозг плода в период между 8-15 неделями беременности (период формирования коры головного мозга), когда существует большой риск появления на свет умственно отсталого ребенка. Однократное облучение женщины, приходящееся на начало беременности (2 - 4 неделя) в дозе более 0, 1 Рад (0, 001 Зв) уже в состоянии привести к повреждению плода.
Говоря о радиочуствительности отдельных органов (тканей) организма, в первую очередь следует остановиться на клетках красного костного мозга, которые, наряду с другими элементами кроветворной системы отличаются наибольшей уязвимостью для радиационного воздействия и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0, 5-1 Зв.
К счастью, они также обладают замечательной способностью к регенерации, и если доза облучения не настолько велика, чтобы вызвать повреждение всех клеток - кроветворная система может полностью восстанавить свои функции. В случаях, когда облучению подвергается не все тело, а какая-то его часть, то уцелевших клеток красного костного мозга зачастую бывает достаточным для полного возмещения поврежденных клеток.
Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению.
Так, однократное облучение семенников дозой в 0, 1 Зв приводит к временной стерильности мужчин, а дозы свыше 2 Зв могут вызвать полную стерильность (лишь через много лет спустя семенники смогут вновь продуцировать полноценную сперму).
Семенники, по-видимому, являются единственным исключением из общего правила: суммарная доза облучения, полученная в несколько приемов, для них более опасна, чем та же доза, полученная за один прием.
Яичники гораздо менее чувствительны к действию радиации, по крайней мере у взрослых женщин. Так однократная доза, превышающая 3 Зв приводит к их полной стерильности, хотя гораздо большие дозы при дробном облучении могут не сказываться на способности к деторождению.
Наиболее уязвимой частью глаз является хрусталик. Погибшие клетки становятся непрозрачными, а разрастание помутневших участков приводит вначале к развитию катаракты, а затем и к полной слепоте. Чем больше доза - тем большая потеря зрения. Помутневшие участки могут образоваться при накопленной дозе облучения в 1, 5-2 Зв. Более тяжелая форма поражения глаз - прогрессирующая катаракта - при дозе около 5 Зв.
Показано, что даже профессиональное облучение, связанное с проведением ряда работ, уже представляет опасность для глаз. Так, дозы от 0, 5 до 2 Зв, накопленные за весь период профессиональной деятельности (25 лет), уже могут приводить к увеличению плотности и помутнению хрусталиков глаз.
" Радиация по самой своей природе вредна для жизни"
Малые дозы облучения могут запустить (не до конца еще установленную цепь событий), приводящую к нарушениям функции системы иммунитета, ЦНС, эндокринной регуляции, кровоснабжения тканей, обменных процессов, способствующих формированию новообразований, генетических изменений.
Действие ионизирующей радиации вызывает изменения всех биофизических и биохимических процессов (протекающих на молекулярном уровне), формируя многочисленные нарушения клеточных структурных элементов, изменяя течение химических процессов в клетках, приводя к подавлению активности ферментных систем, замедлению или полному прекращению роста и развития клеток, вызывая нарушения в репаративных процессах (вплоть до гибели клеточных структур, с последующим замещением их соединительной тканью).
Международная Комиссия по радиологической защите (МКРЗ) опираясь на результаты научных исследований, выполненных под руководством Национальных Комитетов по радиационной защите многих стран (НКРЗ), Научного Комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР), официально утвердила, положив в основу регламентации радиационного фактора концепцию «беспорогового действия ионизирующей радиации», основанную на линейной зависимости между " дозой " - " эффектом ", распространяющей действие и на области малых доз облучений.
В связи с данной концепцией, любую дозу радиационного воздействия, какой бы малой она не была, нельзя считать абсолютно безопасной.
И основной задачей (в области радиационной безопасности), при этом, следует считать не только снижение доз лучевого воздействия до возможно малого уровня, но и, одновременное с этим, максимально возможное ограничение численности людей, подвергающихся дополнительному радиационному воздействию с учетом экономических и социальных возможностей.
В качестве первичных механизмов, положенных в основу повреждающего действия ионизирующей радиации, рассматриваются сложные биофизические и биохимические изменения всех процессов, протекающих в водной среде клеток под влиянием поглощенной энергии воздействующего излучения.
Пусковым механизмом происходящих изменений являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул водной среды (внешней и внутренней среды клеток организма), а также растворенных в ней соединений. Действие ионизирующей радиации на систему " вода" - " растворенные в ней соединения" приводит к:
- образованию и накоплению в ней свободных радикалов (ион, атом, молекула, имеющие непарный электрон);
- последующему образованию и накоплению особо высокотоксичных соединений (озон, перекись водорода, окислы органических и минеральных солей);
- последующему искажению всех биофизических процессов и биохимических реакций протекающих в водной среде, лежащих в основе процессов обменных, синтеза и репарации. . .
Вместе с тем, многочисленные факты, выявленные в ходе наблюдений, неопровержимо свидетельствуют, что наступающие патологические сдвиги в значительной мере обусловливаются общей реакцией организма в целом с особой ролью (в этом отношении) эндокринной и центральной нервной систем, играющих важнейшую роль в управлении и обеспечении адаптационных возможностей организма. Развивающиеся (вследствии радиационного воздействия в данных системах) трофические процессы влекут за собой и нарушения нейро-эндокринной регуляции.
Клинические эффекты ионизирующего излучения определяются не только повреждениями отдельных клеток и тканей, но и многочисленными нарушениями нервно-гуморальных и эндокринных взаимосвязей различных физиологических систем организма, вызывающих (как правило) значительное снижение уровня его адаптационных возможностей. Не меньшее значение играют и компенсаторные возможности клеток облучаемых тканей, а также, возможности процессов регенерации, протекающей на различных уровнях биологических организаций (от субклеточных до физиологических систем).
Чем выше организация биологической формации тем большие возможности развития компенсаторных механизмов и шире диапазон репаративных процессов.
Переход повреждений с одного уровня на другой (более высокий) возможен только при превышении определенного порога дозы, когда репаративные процессы исчерпывают себя. Отсюда, каждому уровню свойственны свои повреждающие дозы. Так, на уровне мелких формаций биологического объекта повреждающие дозы - снижаются, а на молекулярном (субклеточном) уровне их уже нет.
Биологические формации разного уровня имеют и разный инкубационный период развития и реализации повреждений. На уровне молекул - он практически отсутствует, на уровне биологической ткани (кровь и др. ) - он больше, на уровне целостного организма - еще больше и самый большой - на уровне популяции (населения в целом или его части).
Ионизирующая радиация и иммунная система
Иммунная система человека наряду с ЦНС, кроветворной и репродуктивной относится к наиболее радиочувствительным системам организма.
Проведенные за последнее время многочисленные исследования свидетельствуют о стойкости и, даже, необратимости пострадиационных изменений иммунитета.
Нарушения в функции иммунной системы (ответственной за поддержание генетического гомеостаза организма), является одним из важнейших факторов, способствующих развитию целого ряда отдаленных последствий облучения организма - лейкемий, злокачественных новообразований, аутоиммунных заболеваний, преждевременному старению организма, сокращению общей продолжительности жизни человека.
Функциональные сдвиги, наблюдаемые со стороны иммунной, эндокринной, нервной системах, в первую очередь, реализуются в виде истощения адаптационных резервов (возможностей) организма. Со стороны иммунной системы они проявляются в виде снижения активности иммунокомпетентных клеток (вплоть до иммунной депрессии), приводящей в последующем к иммунологическому дисбаллансу и развитию в организме процессов аутоиммунизации.
В свою очередь, все это приводит к понижению барьерных функций, ослаблению фагоцитарной активности, снижению выработки антител, проявляющихся обычно развитием бактериемии (более тяжелое течение простудных и воспалительных заболеваний, осложнения заболеваний, бактерио- и вирусо- носительство. . . ) и понижением напряженности искусственного иммунитета (вызывая сложности и даже невозможность создания стойкого искусственного иммунитета к определенным инфекциям), способствуя, в конечном счете, общей нестабильности эпидемиологической обстановки (рост прослойки населения готового к восприятию таких инфекций, как холера, брюшной тиф, полиомелит и др. . . .
Если ранние изменения в иммунном статусе при дозах 0, 25 - 0, 5 Зв в год и более сводятся в основном к иммуннодепрессии (в значительной степени определяемой альтерацией и гибелью иммунных клеток), то формирование отдаленных эффектов - является более сложным и по своей природе, и по их проявлению (аутоиммунизация организма, понижение функциональной активности иммуннокомпетентных клеток, иммунологический дисбаланс. . . ). Следует отметить при этом, что отдаленные изменения иммунитета определяются не столько дозой и мощностью дозы лучевого воздействия, сколько возрастом, на который оно приходится. Наибольшие отдаленные пострадиационные изменения иммунитета отмечаются у лиц, подвергавшихся облучению в антенатальном и раннем постнатальном периодах своего развития.
|
|
|
