«Виды ионизирующих излучений и их влияние на живой организм. Использование ионизирующих излучений в медицинских целях»

XXI век невозможно представить без современного и постоянно совершенствуемого ядерного ору­жия, разбросанных по всей территории Земного шара круп­ных объектов атомной энергетики и многих сложных про­мышленных производств, использующих в технологическом процессе различные радиоактивные вещества. Все это пре­допределило появление, а затем и нарастание интенсивно­сти такого негативного фактора среды обитания, как иони­зирующие излучения, представляющие значительную уг­розу для жизнедеятельности человека и требующие про­ведения надежных мер по обеспечению радиационной безопасности работающих и населения.

Ионизирующее излучение  –  это явление, связанное с радиоактивностью. Радиоактивность – само­произвольное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.[1] 

В зависимости от периода полураспада различают короткоживущие изотопы, период полураспада которых ис­числяется долями секунды, минуты, часами, сутками, и долгоживущие изотопы, период полураспада которых от нескольких месяцев до миллиардов лет. 

При взаимодействии ионизирующих излучений с веще­ством происходит ионизация атомов среды. Обладая отно­сительно большой массой и зарядом, α-частицы имеют не­значительную ионизирующую способность: длина их пробе­га в воздухе составляет 2,5 см, в биологической ткани  –  31 мкм, в алюминии  –  16 мкм. Вместе с тем для α-частиц характерна высокая удельная плотность ионизации биоло­гической ткани. Для β-частиц длина пробега в воздухе со­ставляет 17,8 м, в воде  –  2,6 см, а в алюминии  –  9,8 мм. Удельная плотность ионизации, создаваемая β-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем для α-частиц той же энергии. Рентгеновское и γ-излучения обладают высокой проникающей способностью, и длина пробега их в воздухе достигает сотен метров.

Степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зави­сят от величины поглощенной энергии излучения. Для ха­рактеристики этого показателя используется понятие по­глощенной дозы, т.е. энергии излучения, поглощен­ной в единице массы облучаемого вещества.

Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется так называемая экс­позиционная доза рентгеновского и γ-излучений, вы­раженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице объема воздуха в условиях электронного равновесия.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отне­сенные к единице времени, носят название мощности по­глощенной и экспозиционной доз.

Для оценки биологического действия ионизирующего излучения наряду с поглощенной дозой используют также понятие биологической эквивалентной дозы.

Ионизирующее излучение – уникальное явление окру­жающей среды, последствия от воздействия которого на организм на первый взгляд совершенно неэквивалентны ве­личине поглощенной энергии. В настоящее время распрос­транена гипотеза о возможности существования цепных реакций, усиливающих первичное действие ионизирующих излучений.

Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом клетки, в результате которых образуются иони­зированные и возбужденные атомы и молекулы, являются первым этапом развития лучевого поражения. Ионизирован­ные и возбужденные атомы и молекулы в течение 10^-6 с взаимодействуют между собой, давая начало химически активным центрам (свободные радикалы, ионы, ионы-ра­дикалы и др.).

Затем происходят реакции химически активных веществ с различными биологическими структурами, при которых отмечается как деструкция, так и образование новых, несвойственных для облучаемого организма соединений.

На следующих этапах развития лучевого поражения проявляются нарушения обмена веществ в биологических системах с изменением соответствующих функций.[2]

Однако следует подчеркнуть, что конечный эффект облучения является результатом не только первичного облучения клеток, но и последующих процессов восста­новления. Такое восстановление, как предполагается, свя­зано с ферментативными реакциями и обусловлено энерге­тическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют естественный мутационный процесс.

Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующему излучению морфологические изменения, то клетки и ткани организма человека по степени возрас­тания чувствительности можно расположить в следующем порядке:

·        нервная ткань;

·        хрящевая и костная ткань;

·        мышечная ткань;

·        соединительная ткань;

·        щитовидная железа;

·        пищеварительные железы;

·        легкие;

·        кожа;

·        слизистые оболочки;

·        половые железы;

·        лимфоидная ткань, костный мозг.

 Эффект воздействия источников ионизирующих излу­чений на организм зависит от ряда причин, главными из которых принято считать уровень поглощенных доз, облучения и мощность дозы, объем тканей и органов, вил излучения.

Уровень поглощенных доз  –  один из главных факто­ров, определяющих возможность реакции организма на лу­чевое воздействие. Однократное облучение собаки γ-излучением в дозе 4 – 5 Гр (400 – 500 рад) вызывает у нее ост­рую лучевую болезнь; однократное же облучение дозой 0,5 Гр (50 рад) приводит лишь к временному снижению чис­ла лимфоцитов и нейтрофилов в крови.

Фактор времени в прогнозе возможных последствий облучения занимает важное место в связи с развивающи­мися после лучевого повреждения в тканях и органах про­цессами восстановления.

В настоящее время в медицине широкое распространение для целей диагностики и терапии получили ионизирующие излучения, источниками которых являются рентгеновские и γ-установки а также радиофармацевтические препараты (РФП).

Совершенствование медицинского обслуживания в последние де­сятилетия сопровождалось увеличением количества диагностических и терапевтических процедур. В развитых странах в настоящее время производится от 259 до 1419 рентгеновских процедур на 1000 населения.[3] Как правило, проведение таких процедур дает прямую ося­заемую пользу в виде уточнения диагноза или определенного лечебно­го эффекта, например, при онкологических заболеваниях. Однако, широкое неоправданное применение рентгеновских, γ- и других излу­чений может вызвать иногда больший вред, чем принести пользу для здоровья людей.

Особенно остро эта проблема встала в связи с проживанием людей на радиоактивно загрязненной местности и необходимостью исключения дополнительного необоснованного облучения за счет рентгенодиагностических процедур.

Рентгенологические и радиофармацевтические исследования, а также лечебные процедуры с помощью источников ионизирующе­го излучения ведут к увеличению доз облучения персонала, паци­ентов, а также населения.

В мире насчитывается около 1,6 млн. профессионалов, связан­ных с использованием ионизирующих излучений. Наибольшая до­ля профессионалов – это медицинские работники: врачи-рентгено­логи, техники-рентгенологи, медицинские сестры. Число медицин­ских работников среди профессионалов составляет 65%, а по от­дельным странам колеблется от 29% (США) до 92% (Испания).

Уровни облучения профессионалов, использующих источники излучений в медицинских целях, в различных странах неодинако­вы. Для таких стран, как, например, Канада, Норвегия, Швейца­рия, Великобритания и США при радиологических исследованиях средние дозы облучения ренгенологов колеблются в пределах 0,06-0,27 бэр/год, для рентгенотехников – 0,01-0,04, для стомато­логов – 0,002-0,05 бэр/год. В России средняя про­фессиональная доза облучения у медицинских работников рентгенокабинетов составляет 0,21 бэр/год.

Таким образом, облучение профессионалов дополнительно к естественному фону излучения составляет в среднем 0,22 бэр/год.[4]

Объективная оценка доз облучения пациентов и возможного ущерба для здоровья является весьма затруднительной вследствие значительного количества разнообразных эффектов: это количество и степень вовлечения в поле облучения различных органов (кожа, почки, щитовидная железа и т.д.), вида излучения (β-, γ-, рентге­новское) и других факторов.

В последние десятилетия широкое распространение получили медицинские процедуры с использованием радиофармацевтических препаратов для распознавания и лечения болезней человека. Радиофармацевтические препараты (РФП) – это ничтожно малые в весовом отношении количества радионуклидов и меченных ими соединений, которые при введении в организм отражают состояние органов и функциональных систем человека или используются для проведения апликационной, внутриполостной и внутритканевой те­рапии.

В развитых странах мира только радионуклидные исследова­ния составляют от 0,6 до 49,0 исследований на 1000 человек.

Максимальное количество исследований приходится на Канаду (49), США (32,6) и Швецию (15) на 1000 человек, минимальное – на Китай (0,6), Польшу (2,2) и СНГ (4) на 1000 человек.

Количество процедур с использованием радиофармацевтических препаратов неизменно растет. Например, в США в 1966-1982 гг. количество только диагностических процедур с использованием РФП возросло с 4 до 32 на 1000 человек.

Наиболее часто исследованию с помощью РФП в нашей стране подвергаются почки (41% от всех исследований), щитовидная же­леза (29%), печень и селезенка (11% от всех исследовании). В США, Великобритании, Голландии и Австралии наибольшее количество исследований с помощью РФП приходится на кости (17,7-28,8%).

Общее количество людей, подвергающихся радиофармакологическим исследованиям с помощью РФП, составляет во Франции 478 тыс. человек в год, в Великобритании – 380 тыс. человек в год, в Швеции – 130 тыс. человек в год.[5]

Наиболее частой диагностической процедурой является радиоизотопное сканирование органа с целью выявления опухоли и опреде­ления ее характера (злокачественная пли доброкачественная) по уров­ню обмена н накопления в ней радионуклидов. В мире ежегодно проводится 22 млн. радиоизотопных сканирований, что указывает на высокую вероятность облучения значительного количества людей.

В медицинской практике используется около 60% радионукли­дов и 100 меченных соединений, имеющих относительно короткий эффективный период полувыведения (от 6 часов до 30 дней), оп­ределяемый малым периодом полураспада и достаточно быстрым выведением из организма.

С ростом успехов диагностики с помощью РФП, увеличивают­ся коллективные дозы облучения, повышается опасность для лю­дей. Средняя доза облучения для населения (если общую дозу для больных разделить на все население) составляет 0,014 бэр/год или 6% от ЕРФ, а для профессионалов достигает 0,14 бэр/год или 3% от предельно допустимой дозы для профессионала. Среди населе­ния, главным образом, подвергаются облучению с помощью РФП лица среднего и старшего возрастов: показано, что 70% всех обсле­дований с помощью РФП подвергаются лица старше 45 лет и толь­ко в случае исследований щитовидной железы и почек воздействию подвергаются и пациенты более молодого возраста.

Эффективная коллективная доза за счет использования источ­ников ионизирующих излучений в медицинских целях по последним оценкам составляет 1,58×10⁷ чел.-Зв, несколько больше (на 40%), чем облучение за счет ЕРФ, Только в одной Франции медицинское облучение за счет всех процедур составило в 1987 г. 8,6×10⁴ чел.-Зв, т.е. в 3,5 раза превышало облучение 240 тыс. ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС.

Использование ионизирующих излучений в медицинских це­лях дает наибольший вклад в дозу облучения человека в современ­ных условиях. И, несмотря на то, что проведение диагностических и лечебных процедур с использованием источников ионизирующих излучений дает выраженный эффект для здоровья человека, необ­ходимо предпринимать серьезные меры по контролю за предупре­ждением необоснованного облучения. На первый план здесь выхо­дят организационные меры, ограничивающие частоту профилакти­ческих рентгеновских обследований взрослых, запрещение прове­дения таких процедур для детей и беременных женщин.

В заключение следует обратить внимание, что самый большой вклад в эффективную коллективную дозу облучения населения дает естественный радиационный фон (1,1×10 чел.-Зв/год), затем меди­цинское оборудование, взрывы ядерного оружия (7×10⁵ чел.-Зв/год). Ядерный топливный цикл дает ежегодный вклад в эффективную кол­лективную дозу, равный 5×10³ чел.-Зв/год, что в 2000 раз меньше вклада естественного радиационного фона. Однако, тяжелые аварии могут давать примерно такое же добавление к эффективной коллектив­ной дозе, как годовое функционирование ядерного топливного цикла.