Ионизирующая радиация и наследственность человека

Впервые теоретические основы вопроса, главные выводы в этой области были представлены научными работами Надсона и Филиппова ( 1925), Мёллера (1927), Тимофеева-Рессорского (1930) и целой плеяды других исследовате­лей, получивших неопровержимые доказательства того, что:

1. Ионизирующая радиация способна вызывать все известные виды наслед­ственных перемен (изменений наследственных структур).

2. Спектр мутаций, индуцированных ионизирующей радиацией не отличает­ся от спектра спонтанных мутаций.

3. Частота летальных мутаций в половых клетках возрастает прямо про­порционально дозам ионизирующей радиации.

4. Фракционирование доз не влияет на частоту возникновения мутаций.

5.   Эффекты абберации зависят от ЛПИ и энергии излучений.

6. Общая частота хромосомных перестроек увеличивается пропорционально квадрату дозы, а вероятность одновременного формирования несколь­ких независимых событий равняется произведению вероятностей их возникновения.

7. Мутационные события в соматических клетках выражаются как в гибели клеток, так и в приобретении ими новых наследуемых свойств, выво­дящих их из под контроля организма.

8. Безкислородная атмосфера (гипоксия) является в некотором роде за­щитным элементом.

Эффекты излучения детерминированные - клинически выявляемые патоло­гические изменения формируемые ионизирующей радиацией, в отношении возникновения которых предполагается наличие дозового порога, при облуче­нии ниже которого эффект не проявляется, а выше - тяжесть поражения оп­ределяется дозой.

Такие эффекты являются неизбежным следствием облуче­ния, при котором полученные дозовые нагрузки превышают определенный, (конкретный для каждого вида тканей) порог радиорезистентности.  К ним относятся ближайшие соматические эффекты, возникающие спустя часы, дни, месяцы после облучения (острая лучевая реакция, острая и хроническая лучевая болезнь, лучевые поражения кожи и слизистых оболочек), а также отдаленные соматические эффекты, развивающиеся через года и десятилетия (лучевая катаракта, бесплодие, склеротические и дистрофические измене­ния разных тканей и пр. ).

Характер и тяжесть порогового эффекта находятся в прямой зависимос­ти от величины дозы облучения.  Определенное значение имеют, кроме того, индивидуальные особенности, исходное состояние здоровья человека, под­вергшегося радиационному воздействию, а также, условия облучения: режим сообщения дозы (однократное или протяженное во времени облучение), вид лучевого воздействия (внешнее, внутреннее, сочетанное), масштабы облу­чения (общее генерализованное или локальное, равномерное или неравно­мерное) и пр.

В зависимости от перечисленных факторов детерминирован­ные (пороговые) эффекты выражаются в патологических состояниях разной степени тяжести вплоть до летального исхода.

Осуществляя регламентацию радиационного воздействия, мы исходим из необходимости полного исключения облучения людей в дозах, сопровождаю­щихся развитием детерминированных (пороговых) эффектов.

По различным оценкам, минимальный дозовый порог, превышение которо­го должно рассматриваться как потенциально опасное для здоровья, нахо­дится в диапазоне от 0, 2 Зв до 0, 5 Зв (20-50 Бэр) при однократном облу­чении всего тела, взрослого (старше 18 лет), здорового человека.

Эффекты облучения стохастические - клинически выявляемые патологи­ческие эффекты, вызываемые ионизирующей радиацией, не имеющие дозового порога возникновения, частота формирования которых зависит от коллек­тивной дозы (произведения количества лиц, подвергнутых радиационному воздействию на среднее значение дозовой нагрузки, приходящейся при этом на индивидуум) и для которых тяжесть проявлений от дозы не зависит.

Данная группа эффектов включает в себя: лучевой канцерогенез (фор­мирование злокачественных и доброкачественных опухолей);   наследственные эффекты (летальные и нелетальные); ускорение развития процессов стар­ческой инволюции организма;  общее сокращение продолжительности жизни.

Обычно стохастические эффекты формируются в ходе хронического воз­действия сравнительно малых доз и проявляются иначе чем детерминирован­ные события.

Они не имеют дозового порога возникновения и обнаруживают­ся лишь в ходе эпидемиологических наблюдений за большими группами людей. Вероятность их возникновения лишь несколько возрастает наряду с увели­чением значений коллективной дозы, однако, даже при самых ее значитель­ных величинах, она никогда не достигает 100%.  Не зависит от дозы и сте­пень выраженности (тяжесть проявления) патологического процесса.

Стохастические эффекты являются эффектами отдаленными и вероятность их проявления рассматривается как беспороговая функция дозы. Это озна­чает, что сколь угодно малое облучение индивида в состоянии привести к формированию патологического процесса.

Принципиальным отличием стохастических, эффектов от детерминирован­ных является их вероятностный (необязательный) характер проявления.

Применительно к каждому отдельному человеку подвергнутому облучению, они не могут рассматриваться в качестве фатальных, неотвратимых послед­ствий радиационного воздействия.  Кроме того, возможность их развития и степень тяжести не зависят от величины дозы или от превышения того или иного дозового порога. В частности, это означает, что перенесший острую лучевую болезнь, отнюдь не будет считаться обреченным на гибель от рака спустя много лет после облучения, хотя исключить такую возможность пол­ностью нельзя. Вместе с тем, как свидетельствует клинический опыт, зло­качественные новообразования развиваются и у людей, которые никогда не подвергались повышенному облучению.

Аналогично оценивается и возможность появления генетических дефек­тов в потомстве лиц, подвергавшихся или, не подвергавшихся повышенному радиационному воздействию.

Рассматривая " пользу " и " вред " от облучения даже малыми дозами сле­дует помнить, что облучение людей применимо только в том случае, если польза от него существенно выше, возможного вреда (проявления отдален­ных последствий облучения).

При этом должен соблюдаться еще один очень важный принцип - " принцип оптимизации" радиационного воздействия, суть которого сводится к " поддержанию на возможно низком и достижимом уровне (с учетом экономических и социальных факторов) индивидуальных доз облу­чения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излуче­ния".

С целью оценки, учета и сравнения риска формирования последствий облучения со стороны всего организма человека (единой, саморегулируе­мой системы) и в первую очередь событий стохастических (нормальные ус­ловия эксплуатации источников излучения с достаточным запасом гаранти­руют невозможность возникновения детерминированных эффектов), введено понятие " эффективная эквивалентная доза" (ЭЭД).

Эффективная эквивалентная доза (Ен) определяется как сумма произве­дений тканевых эквивалентных доз на, соответствующие данным тканям (ор­ганам) взвешивающие коэффициенты (Wt), или как сумма эквивалентных доз в органах (тканях), " взвешенных" по относительному риску стохастическо­го радиационного повреждения данных органов или тканей.  

Коэффициенты с помощью которых проводится процедура " взвешивания" доз, носят название " взвешивающих коэффициентов" для данных тканей или органов. Данные коэффициенты позволяют судить об относительном вкладе риска облучения отдельного органа (ткани) в общий риск для всего организма в целом (в условиях его равномерного облучения).

Используемые в радиационной защите (в ходе расчетов значений эффективной эквививалентной дозы) взвешивающие коэффициенты, учитыва­ют  различия в радиочувствительности  разных органов и тканей к возникновению стохастических эффектов, отражая значимость (долю участия) конк­ретного органа (ткани) в формировании стохастических событий, как пос­ледствий облучения со стороны всего организма - единой, целостной само­регулируемой системы.

Так при их общей сумме, равной единице (100%),   для гонад взвешиваю­щий коэффициент (Wt) будет равен 0, 2  (20%); для красного костного моз­га, толстого кишечника, легких и желудка - по 0, 12  (12%); для мочевого пузыря, грудной железы, печени, пищевода и щитовидной железы - по 0, 05 (5%); для кожи и клеток костных поверхностей - по 0, 01 (1%); а для ос­тального, не упомянутых органов и тканей - 0, 05  (5%).

Перемножив значения эквивалентных доз (приходящихся на ткани и ор­ганы), на соответствующие им взвешивающие коэффициенты и, просуммировав результаты вычислений, получают значение эффективной эквивалентной дозы, отражаемой также в «Зивертах»  или в «Бэрах». В сущности, ЭЭД неравномерного облучения - это такая доза равномер­ного облучения, которая вызывает те же отдаленные эффекты, что и имею­щаяся доза неравномерного облучения.  Иначе говоря, неравномерное облу­чение условно заменяется  на эквивалентное ему по риску развития отда­ленных последствий равномерное облучение.

При расчете значения эффективной эквивалентной дозы следует учиты­вать, что рубрика " остальное" включает в себя: надпочечники, головной мозг, экстраторокальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу и матку.

В ряде случаев, когда один их перечисленных органов получает эквивалентную дозу, превышающую самую большую, полученную любым из 12 органов (тканей), для которых определены значения взвешивающих коэф­фициентов, - этому органу следует приписать взвешивающий коэффициент равный 0, 025, а всем остальным (из рубрики " остальное" суммарный коэф­фициент, равный 0, 025.

Полувековая доза. К одной из наиболее важных величин, введенных в практику радиационной защиты (МКРЗ, Публ. 26), является «полувековая» или « ожидаемая эффективная эквивалентная доза » внутреннего облучения. Понятие введено для оценки риска возникновения нежелательных биоло­гических эффектов, линейно зависящих от эквивалентной дозы, усредненной по данному органу или ткани,   вне зависимости от времени, за которое эта доза получена.  Своим происхождением название " полувековая доза" обязано тому, что верхний предел интегрирования был принят равным средней про­должительности периода профессиональной деятельности человека - 50 лет.

Таким образом, « полувековая » или «ожидаемая эффективная эквивалентная доза» - есть значение эффективной эквивалентной дозы, приходящейся на человека, получаемой за определенный промежуток времени, в результате внутреннего облучения его органов (тканей). Если время не определено, то его прини­мают равным 50-ти годам для взрослых и 70-ти годам для детей.  Определя­ется как временной интеграл мощности эквивалентной (или эффективной эк­вивалентной) дозы.

Коллективная эффективная эквивалентная доза (S_Е). Для оценки последствий радиационного воздействия (в виде стохасти­ческих эффектов) со стороны выделяемых контингентов (групп) облучаемых лиц, а также расчета значений потенциального экономического ущерба, связанного с использованием источников излучения, обоснования расходов на радиационную защиту, оценки эффективности принимаемых мер противора­диационной защиты и т. д. используется понятие " коллективная эффективная эквивалентная доза".

Понятие «коллективная эффективная эквивалентная доза» используется в качестве меры коллективно­го риска возникновения стохастических эффектов, являющихся следствием облуче­ния выделяемой группы лиц (персонал,  население …). Её значение равняется произведению числа лиц (N) в выделяемой группе, подвергнутых радиационному воздейст­вию на среднее значение эффективной эквивалентной дозы (Ен), получаемой индивидуумом  S_Е   =  N  х  Е_Н.

Другими словами, значение «коллективной эффективной эквивалентной дозы» может рассматривается, как сумма индивидуальных эффективных эквивалентных доз, полученных выделенной группой лиц в ходе какого либо радиационного воздействия.  В практике контроля радиационной безопасности обычно оценивается ее годовое значение.

Первоначально, при расчете значения коллективной дозы, в оцениваемой выборке выделяют группы лиц с близкими значениями эффективных эквива­лентных доз.  Затем, перемножив численности выделенных групп на средние значения их эффективных эквивалентных доз, определяют значения коллек­тивных доз (для каждой из выделенных групп). Просуммировав полученные значения, находят искомую величину коллективной эффективной эквивалентной дозы (КЭЭД) для всей оцениваемой выборки.  Выражают её значение в « человеко-зивертах » (чел. -Зв) или в « человеко-бэрах » (чел. -Бэр).

Понятие « коллективная доза »  позволяет прослеживать, оценивая динамические изменения опасности облучения, по величине вероятного риска возникнове­ния стохастических событий, сопровождающих (в качестве последствий) данное радиационное воздействие. Так, коллективная доза в 1 млн. чел-Бэр через пять лет влечет за собой 125 случаев смерти от злокачественных образований и 40 случаев генетических эффектов, приводящих к летальным исходам.

Параметры риска и ожидаемое число смертей (от опухолей и нас­ледственных эффектов) как следствие облучения приводятся в специальных таблицах.

Коллективная доза,  обусловленная действием некоторого конкретного источника излучения за все время его существования носит название " пар­циальной коллективной дозы". Слово парциальная отражает тот факт, что доза связана с конкретным источником. При наличии нескольких источников общая коллективная доза равна сумме парциальных.

Парциальная доза накапливается за все время действия источника и в этом смысле выступает как прогнозируемая или ожидаемая доза. В зарубежной литературе, определенная таким образом доза называется «the dose commitment» - коммитментная доза.

Популяционной дозой называется колллективная доза, распространенная на определенную популяцию. Популяционная доза может быть определена и на основании данных о распределении облучаемых лиц по индивидуальным дозам, которые были по­лучены (или будут получены) от какого либо источника радиационного воз­действия.  Такое распределение называется спектром популяционной дозы.

Коллективная доза, распространенная на население определенного ре­гиона носит название региональной дозы.

В случаях, когда радиационное воздействие приходится на населения всего земного шара (от какого либо источника), то создаваемая коллек­тивная доза имеет название - " глобальной".

Расчетная величина, отражающая дозу радиационного воздействия, ко­торую в будущем получит популяция, как следствие поступления (выброса) в окружающую среду определенного количества радиоактивности, носит наз­вание " передаваемой эквивалентной" дозы.

При расчете значения " передаваемой эквивалентной" дозы необходими учитывать как процессы физического распада радиоактивных веществ, так и число людей, которые могут подвергаться в будущем радиационному воздействию, а также скорость проникновения радиоактивных веществ в ор­ганизм человека и скорость их выведения.   Единицы измерения, при этом,  будут такими же,  как и для «коллективной эффективной эквивалентной дозы», т. е. -«человеко-Зиверт» (чел. -Зв)  или «человеко-Бэр» (чел. -Бэр).

 

ПОЛЯ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИ И ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

" Надо много учиться, чтобы знать хоть немногое! "

Испускаемые источниками ионизирующих излучений частицы и кванты формируют вокруг последних поля ионизирующей радиации определенной силы (плотности),  с изменяющимися (в процессе взаимодействия с поглощаемой сре­дой)  энергетическими и пространственно-временны ми характеристиками.

Для выявления основных закономерностей их распространения и погло­щения требуется знание целого ряда терминов, понятий, применяемых на практике, дающих отражение как количественным характеристикам полей (формируемых источника­ми), так и единицам  измерения их энергетических и пространственно-временных характеристик. Таких понятий и терминов как: «поток энергии ионизирующей радиации и излу­чений» (частиц, квантов);  «флюенс» частиц, квантов, энергии излучений;  «плотность потока» энергии излучений, частиц, квантов  –  «мощность флюенса»;  «мощность дозы» излучения и др.

Поток ионизирующих частиц и квантов (F) - отношение числа ионизиру­ющих частиц (квантов), приходящихся на определенную поверхность (произ­вольного размера), за время наблюдения к данному отрезку времени. Понятие отражает интенсивность (скорость) воздействия (регистрируе­мых приборами либо расчетных значений) частиц (квантов) на контролируе­мую поверхность. Единицами измерения потока частиц являются обратные единицы времени. В системе единиц СИ - это « секунда в минус первой сте­пени » (с^-1) - поток ионизирующих частиц, при котором через наблюдаемую поверхность за секунду проходит одна частица.

Поток энергии ионизирующего излучения (Fw) - отношение суммарной энергии (за исключением энергии покоя) всех ионизирующих частиц (кван­тов), проходящих через данную поверхность за определенный интервал вре­мени, к данному отрезку времени. Понятие отражает интенсивность (скорость) воздействия (регистрируе­мых приборами либо расчетных значений) суммарной энергии воздействующих на контролируемую поверхность ионизирующих частиц (квантов). Основной (системной) единицей потока энергии ионизирующего излуче­ния, является « Джоуль в секунду » (Дж/с) или « Ватт » (Вт) - поток энергии ионизирующего излучения при котором через наблюдаемую поверхность каж­дую секунду проходит излучение суммарной энергией в 1 Дж. Специальной (внесистемной) единицей потока энергии ионизирующего излучения служит « электрон-вольт за минуту » (эВ/мин) и ее производные.

Флюенс ионизирующих частиц, либо квантов излучения (Ф) - отношение количества проникающих в элементарную сферу частиц (квантов), к площади центрального сечения данной сферы.  Сам термин " флюенс " означает « перенос » частиц, квантов, энергии.   Данное понятие отражает общую численность частиц или квантов, приходящихся за время наблюдения на единицу площади наблюдаемой поверхности (перпендикулярно расположенной к направлению их движения).  Единицами измерения «флюенса» частиц, квантов являются обрат­ные единицы площади.  В системе единиц СИ – это « метр в минус второй сте­пени » (м^-2)  -  флюенс, при котором в сферу с площадью центрального сече­ния один квадратный метр проникает одна частица.

Флюенс энергии ионизирующих излучений - отношение суммарной энергии ионизирующих излучений (за исключением энергии покоя), проника­ющих в элементарную сферу, к площади центрального сечения этой сферы. Понятие отражает количество энергии ионизирующего излучения, прихо­дящейся на каждую единицу площади оцениваемой поверхности, расположен­ной перпендикулярно к его направлению движения, за все время наблюдения. В качестве основной (системной) единицы флюенса энергии ионизирую­щих излучений используется « Джоуль на квадратный метр » (Дж/м²). Внесистемной (специальной) единицей флюенса энергии служит « электрон-вольт на квадратный метр » (эВ/м²) и ее производные значения.

Плотность потока ионизирующих частиц (J) - отношение потока ионизи­рующих частиц, проникающих в элементарную сферу, к площади центрального сечения данной сферы. Соответствует широко применяемому в настоящее время понятию «мощность флюенса» частиц, квантов излучения. Понятие отражает интенсивность (скорость) воздействия (регистрируе­мых приборами либо расчетных значений) частиц (квантов) на каждую еди­ницу площади контролируемой поверхность.  Единицами измерения плотности потока частиц (квантов) является их количество, приходящееся на каждую единицу площади за единицу времени. В системе единиц СИ - это частицы (кванты) на метр квадратный за секунду (част. /м² х с) или « секунда в ми­нус первой степени на метр в минус второй степени » (с^-1 х м^-2)-равная плотности потока ионизирующих частиц, при которой в сферу с площадью центрального сечения в один квадратный метр за секунду проникает одна частица.

Плотность потока энергии ионизирующего излучения (Jw) - отношение потока суммарной энергии ионизирующего излучения, проникающего в эле­ментарную сферу, к площади центрального сечения данной сферы. Соответ­ствует широко применяемому в настоящее время понятию « мощность флюенса энергии » ионизирующего излучения. Понятие отражает интенсивность (скорость) воздействия (регистрируе­мых приборами либо расчетных значений) энергии ионизирующего излучения на каждую единицу площади контролируемой поверхность. Единицами измерения плотности потока энергии ионизирующего излуче­ния является ее суммарное количество, приходящееся на каждую единицу площади (расположенной нормально к направлению распространения излуче­ния), за единицу времени.  В системе единиц СИ - это « Джоуль на метр квадратный за секунду » (Дж/м² х с) или « Ватт на метр квадратный » (Вт/м²).  В качестве внесистемных (специальных) единиц измерения плотности потока (мощности флюенса) энергии служат: « Эрг на квадратный сантиметр за мину­ту » (Эрг/см² х мин), « Электрон-вольт в минуту на квадратный сантиметр » и кратные значения (эВ/см² х мин).

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: