Величина ОБЭ для рентгеновского и гамма излучений принята равной единице

Значение ОБЭ (как показателя, отражающего в какое число раз данный вид излучения оказывает более выраженное биологическое воздействие, чем рентгеновское в одинаковых поглощенных дозах), зависит от целого ряда физических и биологических факторов.

На её величину оказывают влияние многие факторы (как физического, так и биологического характера) - уровень дозы, кратность облучения, распределение дозы во времени, вид животного, используемый критерий для оценки биологического эффекта (средняя продолжительность жизни, атрофия яичек, частота "прививок" лейкемии) у экспериментальных животных и многое др., но в первую очередь это - пространственное рас­пределение энергии поглощаемой тканями, характеризующейся понятием "ли­нейная передача энергии" (ЛПЭ).

     Для разных видов излучений с одинако­выми величинами ЛПЭ, значения ОБЭ будут примерно одинаковыми.

      Поскольку ОБЭ зависит не только от параметров, характеризующих са­мо излучение (поглощенной дозы, ЛПЭ), но и от ряда радиобиологических параметров, определяющих условия радиационного воздействия, она не яв­ляется чисто физической характеристикой излучения и (по сути дела) ее нельзя использовать для сравнения различных видов ионизирующих излуче­ний по ожидаемому биологическому эффекту.

       Однако, при хроническом облу­чении всего тела в небольших дозах, когда биологический эффект прак­тически не зависит от условий облучения, а значения ОБЭ - не превышают значения  КК  и  могут быть к ним приравнены.

Линейная передача энергии (ЛПЭ) - линейная скорость потери энергии ионизирующими частицами (проходящими через вещество), на каждую единицу длины их пути в поглощаемой среде. Выражается в " килоэлектрон-вольтах " (кэВ) на микрометр (мкм).

Данное понятие (ЛПЭ) не включает в себя по­тери энергии частиц на формирование тормозного излучения.  За единицу относительной биологической эффективности (в ходе сравнения излучений с разными значениями линейной передачи энергии), принимают ЛПЭ, составля­ющую 3,5 кэВ (100 пар ионов) на микрометр пути в воде.

В связи с изложенным, Международная комиссия по радиационным едини­цам предложила термин ОБЭ использовать только для сравнительной оценки воздействия разных видов излучения только в радиобиологии.

Для решения задач радиационной защиты предложены так называемые ко­эффициенты качества излучений (КК) - стандартизированные значения, свя­занные определенным образом с ЛПЭ.  В последующем заменённые " взвешивающими ко­эффициентами " для отдельных видов излучений (Wr),  используемыми при расче­те значений эквивалентных доз (Н).

Линейная плотность ионизации (ЛПИ) - численность пар ионов (положи­тельных и отрицательных), создаваемых на каждой единице пути конкретной частицей (квантом) при ее пробеге в веществе.

Пробег частицы - длина пути частицы (кванта) в определенной среде, на котором она сохраняет свою способность производить ионы.

Коэффициент качества излучения (КК) коэффициент, вводимый для уче­та биологической эффективности разных видов ионизирующего излучения при определении эквивалентной дозы, позволяющий в одной и той же мере выра­зить степень опасности хронического радиационного воздействия, незави­симо от вида излучения. Представляет собой регламентированное значение ОБЭ (касающееся конкретного вида и энергии излучения), устанавливаемое с целью контроля радиационной безопасности. Устанавливаются по догово­ренности, определенной соответствующими правилами, опираясь на значения ОБЭ, полученные в ходе радиобиологических исследований и приводятся в специальных таблицах.

Регламентированная зависимость коэффициента качества (КК)  от ЛПЭ ионизирующего излучения:

L (кэВ/мкм воды)       до 3,5      7,0     23,0    53,0   175 и более

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 (W_R). 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.                                                                                                    W_R

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 W_R.

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 (W_R).

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: Величина и ее символ Единицы «СИ» Внесистемные единицы (специальные) Соотношения между единицами Экспозицион­ная доза, (X) Измеряется Кулон на килограмм, (Кл\кг) Рентген, (Р)  Фэр 1 Р = 0,258 мКл\кг * Поглощенная доза, (Д)  Рассчитывается и измеряется Грей, (Гр) 1Гр = 1Дж\кг Рад 1Рад=100Эрг\ г 1 Гр = 100 Рад в воздухе 1 Р = 0,87 Рад Д = X х fi Керма, (К) Рассчитывается и измеряется Грей, (Гр) 1Гр = 1Дж\кг Рад 1Рад=100Эрг\г   Эффективная доза, (D) Рассчитывается и Измеряется Грей, (Гр) 1Гр = 1Дж\кг Рад 1 Гр = 100 Рад Эквивалентная доза, (Н) Рассчитывается Зиверт, (Зв) Бэр 1 Зв = 100 Бэр Н = Д х Wr Эффективная эквивадентная доза, (Ен) Рассчитывается и Измеряется Зиверт, (Зв) Бэр 1 Зв = 100 Бэр Ен = (Hi х Wt, i) Коллективная доза, (S) Рассчитывается Человеко- -Зиверт, (чел.-Зв) Человеко- -Бэр, (чел.-Бэр) 1 Чел.-Зв = 100 Чел.-Бэр S = N х Ен

 

* - 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» (D_ЭФФ).

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 (D_ЭФФ) 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).