Характеристика изотопов

Дозы радиационного облучения

Экспозиционная доза излучения - дает общее представление о коли­честве падающей на объект энергии излучения за время облучения. Едини­ца экспозиционной дозы выражается в кулонах, деленных на килограмм (Кл/кг), внесистемная единица- рентген. 1 Р= 2,58х 10^-4 Кл/кг. Экспо­зиционная доза позволяет лишь ориентировочно оценивать степень повреж­дения объекта, поскольку оно может вызываться только поглощенной объ­ектом энергией.

Поглощенная доза излучения- энергия ионизирующего излучения, пог­лощенная облучаемым телом (тканями организма) в пересчете на единицу массы. Единица поглощенной дозы в СИ- грей (Гр), 1 грей равен 1 джоу­лю, поглощенному в 1 кг вещества (1 Гр= 1 Дж/кг). Внесистемная единица поглощенной дозы- рад. 1 Гр = 100 рад.

При оценке радиационной опасности хронического воздействия излу­чения произвольного состава применяют понятие эквивалентная доза.

Эквивалентная доза излучения- поглощенная доза, умноженная на ко­эффициент (коэффициент качества), отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. Коэффициент качества излучения зависит от ЛПЭ (линейной передачи энергии). Коэффициент качества Q при хроническом облучении всего тела для g- и b- излучения равен 1. Едини­ца эквивалентной дозы в СИ- зиверт (Зв). 1 Зв равен 1 Гр, деленному на коэффициент качества (Q): 1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 бэр

Q Q Q

Для оценки эффективности действия радиоактивных изотопов кроме поглощенных доз, создаваемых ими как при внешнем облучении, так и при попадании внутрь организма (инкорпорации), измеряют их активность. За единицу радиоактивности, получившую название беккерель (Бк), принято одно ядерное превращение в секунду. Внесистемная единица- кюри (Ки), 1 Ки= 3,7х1010 Бк. Одному Бк соответствует Т1/2 / Ln2 атомов радионукли­да, при этом Т1/2 (период полураспада) должно быть выражено в секун­дах.

Для характеристики распределения поглощенной дозы во времени ис­пользуют величину мощности поглощенной дозы, или интенсивности облуче­ния. Под этим понимают количество энергии излучения, поглощаемой в единицу времени (1 ч, 1 мин, 1с) единицей массы вещества.

Характеристика изотопов

Цезий - щелочной металл I группы Периодической системы Д.И.Менделеева с порядковым N 55. Открыт в 1860 г. немецкими учеными Кирхгофом и Бунзеном. Название получил от латинского слова caesis- голубой, по характерной яркой линии в синей области спектра. В настоящее время из­вестно несколько изотопов цезия от ¹²⁵Cs до ¹⁴⁵Cs. Наибольшее значение имеет ¹³⁷Cs, один из наиболее долгоживущих продуктов деления урана.

¹³⁷Cs- смешанный b,-g- излучатель, с периодом полураспада (Т 1/2)- 30 лет. Продукт распада ¹³⁷Cs- возбужденный ¹³⁷Ba с Т 1/2- 2,57 мин, испускает g- кванты.

Изотопы цезия при любом пути поступления в организм хорошо резор­бируются. Всасывание ¹³⁷Cs в ЖКТ животных и человека составляет 100%.

В отдельных участках ЖКТ всасывание ¹³⁷Cs происходит в различной скоростью. По данным Moor, Comar, через 1 ч после введения ¹³⁷Cs вса­сывается по отношению к введенной дозе: в желудке- 7%, в двенадцати­перстной кишке- 77%, в тощей- 76%, в подвздошной- 78%, в слепой-13%, в поперечно- ободочной кишке- 39%.

После перорального поступления цезия значительные количества всо­савшегося радионуклида секретируются в кишечник, затем реабсорбируются в нисходящих отделах. Степень реабсорбции цезия может существенно от­личаться у разных видов животных. Попав в кровь, он сравнительно рав­номерно распределяется по органам и тканям.

Выводится ¹³⁷Cs из организма человека с Тб (биологический период полувыведения), равным 70 сут. Выведение из организма происходит, в основном, через почки.

Стронций. Наибольший токсикологический интерес представляют ⁸⁵Sr, ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr. Период полураспада - 29, 12 лет. Продукт распада- ⁹⁰Y.

Величина всасывания стронция у человека равна 0,3. Величина вса­сывания радионуклида из ЖКТ уменьшается: с увеличением возраста, с по­вышением кальция и фосфора в диете, при введении высоких доз тирокси­на. В период лактации всасывание стронция увеличивается в 2 раза. Не­зависимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения радиоактивного стронция избирательно накапливаются в скелете. В кост­ной ткани мужчин ⁹⁰Sr и кальция накапливается больше, чем у женщин. С увеличением возраста, независимо от способа введения и вида животных, понижается величина отложения ⁹⁰Sr в скелете.

Выведение ⁹⁰Sr из организма происходит с калом и мочой. Установ­лено несколько периодов полувыведения ⁹⁰Sr из организма. Короткий пе­риод полувыведения (2,5-8,5 сут) характеризуется выведением стронция из мягких тканей, длинный период (90-154 сут)- преимущественно из кос­тей. При длительном пероральном или парэнтеральном введении в организм ⁹⁰Sr период полувыведения из скелета значительно увеличивается, а на­чальный короткий период полувыведения или отсутствует или очень мал.

Механизмы клеточной гибели.

Действие ионизирующей радиации (квантов электромагнитных колеба­ний или корпускулярных элементарных частиц высоких энергий) является дискретным. Ионы образуются неравномерно. В результате на пути энергии (трека) одни участки получают повреждение, другие - нет.

Поражение клеток может происходить двумя путями: непосредственным попаданием энергии в молекулы клеточных структур (на этом основанана теория мишеней), и попаданием энергии в молекулы воды (теория непрямого действия радиации).

В первом случае наиболее вероятной мишенью попадания энергии бу­дут служить гигантские макромолекулы. К числу таких молекул в первую очередь относятся дезоксирибонуклеопротеиды, входящие в состав клеточ­ного ядра. В результате возникают структурные изменения хромосом, ко­торые могут обусловить мутагенное действие радиации.

Во втором случае энергия излучения вызывает ионизацию и распад молекул воды. В результате возникают активные продукты радиолиза воды и происходит образование так называемых свободных радикалов. Следует отметить, что в сложных радиоационно-химических превращениях большую роль играют процессы окисления и появление различных веществ типа пе­рекисей. Свободные радикалы действуют радиационно- химическим путем на ядро и другие субклеточные структуры, вызывая такие же эффекты, как и при прямом попадании.

Однако оценка действия радиации этим не исчерпывается. Во-первых, клетки обладают ферментативными системами, которые восстанавливают первично возникающие изменения в ДНК, что происходит и без воздействия радиации. Таким образом, результаты действия радиации во многом могут зависеть от активности ферментов репарации.

Во- вторых, поражение клеток зависит не только от воздействия ра­диации на ядро. Несомненную роль играют те изменения, которые возника­ют и в других органеллах клетки, а также в цитоплазме. В частности, вследствие повышения проницаемости внутриклеточных мембран происходит освобождение лизирующих ферментов из лизосом (ДНК- азы, РНК- азы, ка­тепсинов и др.). Нарушение митохондрий вызывает подавление синтеза ос­новного энергетического источника- АТФ. В результате из-за недостатка образования АТФ происходит нарушение синтеза ДНК в ядрах, в рибосомах­белков и т.д.

В- третьих, нарушение обменных процессов в клетке ведет к возник­новению аномальных метаболитов, из которых некоторые обладают высокой биологической активностью. Эти метаболиты представляют собой продукты окисления липидов, фенолов, и, возможно, других веществ. Они получили название радиотоксинов, т.к. эти вещества могут дистанционного вызы­вать изменения, свойственные радиации, например, торможение деления клеток, появление хромосомных аббераций в делящихся клетках и др.

Гибель клеток вне фазы деления получила название интерфазной ги­бели. Механизмы интерфазной гибели: повреждение молекул ДНК, нарушение синтеза нуклеиновых кислот и белков, уменьшение образования энергети­ческих ресурсов, изменение проницаемости мембран клеток и субклеточных структур, повышение активности гидролитических ферментов, угнетение репаративных ферментных систем, способствующих восстановлению молекул ДНК. В зависимости от интенсивности указанных выше нарушений это может закончиться гибелью клеток.

Кроме интерфазной гибели, клетки могут исчезать вследствие подав­ления митотической активности. В результате происходит опустошение ткани из-за того, что не восполняется естественная убыль клеток за счет образования новых. Наконец, возможна генетическая гибель, когда клетки не способны к дальнейшему воспроизведению вследствие необрати­мого нарушения генетического (хромосомного) аппарата клетки.

Наибольшая роль в клеточном опустошении играет временное подавле­ние митотической активности. Однако количественная значимость указан­ных выше возможностей точно не установлена. Возможность репарации и ее быстрота в интенсивно делящихся тканях (костный мозг, эпителий кишечника) в большой мере зависят также от числа сохранившихся стволовых клеток, способных к дальнейшему размножению.

Ионизирующая радиация может вызывать стойкие изменения функцио­нальных свойств без грубых структурных нарушений клеток. Это, в первую очередь, относится к ганглиозным клеткам нервной системы. Подобные яв­ления могут быть обусловлены такими изменениями ДНК, которые ведут к стойким нарушениям выработки молекулярных структур информационной РНК, определяющих синтез тех ферментных систем, от которых зависит реактив­ность клеток. В результате в нервной системе происходит нарушение про­цессов возбуждения или торможения, что ведет к изменению нормальной регуляции функций различных органов и систем.

Действие ионизирующей радиации может быть местным (лучевые ожоги, некрозы, катаракты) и общим (лучевая болезнь).

При внешнем равномерном облучении организма в дозах 1-10 Гр раз­вивается типичная форма острой лучевой болезни. При длительном облуче­нии организма в малых, но превышающих допустимые дозах возникает хро­ническая лучевая болезнь (при интенсивности 0,1- 0,5 сГр/сут после суммарной дозы 0,7-1 Гр).

В диапазоне доз 10-20 Гр возникает кишечная, при дозах 20-80 Гр­токсимическая (сосудистая), при дозах свыше 80 Гр- церебральная формы лучевой болезни.

По тяжести поражения выделяют следующие группы острой лучевой бо­лезни:

I- легкой степени (1-2 Гр)

II- средней степени (2-4 Гр)

III- тяжелой степени (4-6 Гр)

IV- крайне тяжелой степени (свыше 6 Гр).