Наталья Иванова - Медицинская экология
– поглощенная доза (D) – энергия любого вида излучения, поглощенная массой любого вещества. Единицы измерения: системная – Грей (Гр), равная 1 джоулю энергии, поглощенному одним килограммом массы; внесистемная – рад (р) (1 Гр = 100 рад).
– эквивалентная доза (Н) – доза любого вида излучения при хроническом облучении биологических объектов, приравниваемая по биологическому эффекту к рентгеновскому или гамма-излучению. Эквивалентная доза равна произведению поглощенной дозы на коэффициент качества или взвешивающий коэффициент (что одно и то же) для любых видов излучения. Взвешивающий коэффициент для β-излучения равен 1 (как у рентгеновского и γ-излучений), для медленных или тепловых нейтронов и протонов равен 5, для α-излучения равен 20. Это значит, что при физически равных дозах рентгеновского и α-излучения от последнего биологический эффект будет в 20 раз больше.
Единицы измерения: системная – Зиверт (Зв), равная Грею, деленному на взвешивающий коэффициент, внесистемная – бэр, равная раду, деленному на взвешивающий коэффициент. Бэр – это поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, которая имеет такую же биологическую эффективность, как 1 рад рентгеновского излучения со средней удельной ионизацией 100 пар ионов на 1 мкм в Н2О (1 Зв = 100 бэр).
Учитывая, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие, для оценки используется также:
– эффективная доза (Е) – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:
Таблица 12
Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов
Е = ∑ (НТ × WТ),
где НТ – эквивалентная доза в органе или ткани; WТ – взвешивающий коэффициент для органа или ткани. Единица эффективной дозы – Зв.
Взвешивающие коэффициенты для ткани и органов при расчете эффективной дозы – множители эквивалентной дозы, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации (табл. 12).
В медицине и радиобиологии эффективная доза рассматривается как показатель риска для здоровья, обусловленный воздействием ионизирующего излучения любой продолжительности, независимо от вида и энергии излучения.
Вышерассмотренные понятия описывают только индивидуально получаемые дозы. Однако для решения экологических и гигиенических задач, связанных с развитием популяций и проведением долгосрочных оценок по формированию здоровья, необходимо использовать показатели, характеризующие эффект воздействия ионизирующих излучений на группы населения:
– эквивалентная, или эффективная, ожидаемая доза при внутреннем облучении – доза за время, прошедшее после поступления радиоактивных веществ в организм, если время не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей;
– эффективная (эквивалентная) годовая доза – сумма эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год. Единицы измерения – Зиверт (Зв);
– эффективная коллективная доза – мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения, равная сумме индивидуальных эффективных доз. Единица измерения – человеко-Зиверт (чел. – Зв).
Биологическое действие ионизирующей радиации характеризуется рядом особенностей, среди которых выделяют:
– отсутствие у млекопитающих специальных анализаторов для восприятия излучения;
– неощутимость воздействия, способность к кумуляции и в связи с этим наличие скрытого периода;
– морфологические и функциональные изменения элементов организма, которые определяются различной чувствительностью отдельных органов и тканей к воздействию ионизирующего излучения (ИИ);
– зависимость степени повреждения от поглощенной дозы.
Учитывая, что человек на протяжении всей жизни подвергается воздействию ионизирующего излучения в той или иной степени, возникает вопрос, оказывает ли это действие на человека отрицательный эффект, и если да, то в какой степени. Большинство ученых придерживается мнения, что ионизирующее излучение не является физиологическим для человека. Об этом свидетельствует, например, отсутствие в организме человека специфических к воздействию излучения рецепторов.
Механизм биологического действия ионизирующих излучений на живой организм очень сложный и, несмотря на большое количество исследований, до конца остается невыясненным. Полученные данные свидетельствуют о том, что у разных видов излучений механизм биологического действия в основном одинаков.
Итак, рассмотрим первичные процессы при действии ионизирующего излучения. При облучении биологических объектов, содержащих в своем составе в основном воду, находящуюся частично в свободном состоянии, частично входящую в состав органелл, принято считать, что 50 % поглощенной дозы в «обычной клетке» приходится на воду, другие 50 % – на ее органеллы и растворенные вещества. В соответствии с локализацией поглощенной энергии (в воде или в основном веществе) выделяют непрямое и прямое действие ионизирующего излучения.
При взаимодействии ионизирующей радиации с водой происходит выбивание электронов из молекул с образованием так называемых молекулярных ионов, несущих положительный и отрицательный заряды. Возникающие ионы воды в свою очередь распадаются с образованием ряда радикалов, которые взаимодействуют между собой. Считается, что основной эффект лучевого воздействия обусловлен такими радикалами, как Н+, ОН— и особенно НО2 (гидропероксид). Возникшие в результате взаимодействия ионизирующего излучения с водой радикалы взаимодействуют с растворенными молекулами различных соединений, давая начало вторично радикальным продуктам. Следует отметить, что в результате прямого и непрямого действия ионизирующей радиации на биосубстрат возникают идентичные «вторичные» радикалы. Дальнейшие этапы развития радиационного поражения молекулярных структур и надмолекулярных образований сводятся к изменениям со стороны белков, липидов и углеводов. Облучение белковых растворов приводит к изменениям структуры белков за счет разрыва дисульфидных связей, разрыва пептидных и углеродных связей, происходит уменьшение содержания сульфгидрильных групп в аминокислотах, то есть в молекулах белков происходят изменения, приводящие к потере ферментативной и иммунной активности. Облучение растворов полисахаридов приводит к образованию простых сахаров (глюкозы, мальтозы и др.), которые в свою очередь окисляются и распадаются до органических кислот и формальдегида.
При действии ионизирующей радиации на липиды образуются свободные радикалы, которые, взаимодействуя с кислородом, образуют перекисные соединения, обладающие высокой химической активностью и играющие важную роль в развитии лучевого поражения. В результате этих процессов, протекающих практически мгновенно, образуются новые химические соединения (радиотоксины), не свойственные организму в норме. Все это приводит к нарушению сложных биохимических процессов обмена веществ и жизнедеятельности клеток и тканей, то есть к развитию лучевой болезни.
Проблема радиочувствительности структур клеток, клеток, тканей, организмов занимает центральное место в радиобиологии. Наиболее чувствительными к облучению структурами клеток организма человека являются: ядро и митохондрии. Повреждение этих структур происходит при достаточно малых дозах, и проявляются они в самые ранние сроки.
В ядрах чувствительных в разной степени клеток почти сразу после облучения угнетаются энергетические процессы, происходит выброс в цитоплазму ионов натрия и калия, нарушается нормальная функция мембран; одновременно возможны перестройки в ДНК, на уровне генов (генные мутации) или хромосом (хромосомные и геномные мутации).
В митохондриях наблюдается: набухание, деструкция крист и просветление матрикса; повреждение мембран митохондрий, эти изменения митохондрий проявляются, прежде всего, в резком угнетении процессов окислительного фосфорилирования (синтезе АТФ).
