Подготовили студентки 3 курса лечебного факультета группы Л-324 Шацева П.Д., Сарока Е.Г.
Что же такое радиация? Источники радиации. Основное влияние радиации на организм человека. Меры защиты.
Предисловие. Современный этап развития общества, строительство предприятий ядерного топливного цикла, применение новых технологий ( в том числе и в медицине) связаны с возрастающими масштабами применения источников ионизирующего излучения. Эта тенденция увеличивает риск облучения в тех или иных масштабах персонала и населения. Чернобыльская катастрофа по размерам и последствиям загрязнения окружающей среды - крупнейшая в истории ядерной энергетики. Во внешнюю среду поступило радиоактивных веществ общей активностью около 10 ЭБк. Наибольшее их количество (около 70%) выпало на территорию Беларуси. Ущерб, причиненный Республике Беларусь чернобыльской катастрофой, относит территорию республики к зоне экологического бедствия. Значительная коллективная доза, сформированная на жителей Беларуси за счет облучения различными радионуклидами, обуславливает во многом медицинские последствия катастрофы, связанные с ростом заболеваемости и, в частности, с онкологической патологией щитовидной железы у детей и взрослых, увеличением общесоматической заболеваемости и др. Следовательно, совершенно неотъемлемая часть процесса подготовки врачей - подробное рассмотрение механизмов действия ионизирующего излучения на организм человека, а также последствий такого воздействия.
Радиация играет огромную роль в развитии цивилизации на данном историческом этапе. Благодаря явлению радиоактивности был совершен существенный прорыв в области медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику. Но одновременно с этим стали всё отчётливее проявляться негативные стороны свойств радиоактивных элементов: выяснилось, что воздействие радиационного излучения на организм может иметь трагические последствия. Подобный факт не мог пройти мимо внимания общественности. И чем больше становилось известно о действии радиации на человеческий организм и окружающую среду, тем противоречивее становились мнения о том, насколько большую роль должна играть радиация в различных сферах человеческой деятельности.
Радиация существовала всегда. Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности было открыто всего сто лет назад. Радиация (в переводе с английского " radiation ") - это излучение, которое применяется не только в отношении радиоактивности, но и для ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Таким образом, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и правилами радиационной безопасности словосочетание "ионизирующее излучение ". Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое вызывает ионизацию (образование ионов обоих знаков) вещества (среды). Вероятность и количество образованных пар ионов зависит от энергии ионизирующего излучения.
Радиоактивный распад – весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида. Радионуклид – нестабильный нуклид, способный к самопроизвольному распаду. Период полураспада изотопа – время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике. Радиационная активность образца – число распадов в секунду в данном радиоактивном образце; единица измерения – беккерель (Бк). Поглощенная доза 1 – энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом (тканями организма), в пересчете на единицу массы. Эквивалентная доза 2 – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. Эффективная эквивалентная доза 3 – эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению. Коллективная эффективная эквивалентная доза 4 – эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации. Полная коллективная эффективная эквивалентная доза – коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения людей от какого-либо источника за все время его дальнейшего существования ”.
Источники радиационного излучения Теперь, имея представление о воздействии радиационного облучения на живые ткани, необходимо выяснить, в каких ситуациях мы наиболее подвержены этому воздействию. Существует два способа облучения: если радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи, то речь идет о внешнем облучении. Другой способ облучения – при попадании радионуклидов внутрь организма с воздухом, пищей и водой – называют внутренним. Источники радиоактивного излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон.
Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей. Сложность в отслеживании последовательности процессов, вызванных облучением, объясняется тем, что последствия облучения, особенно при небольших дозах, могут проявиться не сразу, и зачастую для развития болезни требуются годы или даже десятилетия.
Орган Допустимая доза Красный костный мозг 0,5-1 Гр. Хрусталик глаза 0,1-3 Гр. Почки 23 Гр. Печень 40 Гр. Мочевой пузырь 55 Гр. Зрелая хрящевая ткань >70 Гр. Примечание: Допустимая доза - суммарная доза, получаемая человеком в течение 5 недель Вероятность повреждения тканей зависит от суммарной дозы и от величины дозировки, так как благодаря репарационным способностям большинство органов имеют возможность восстановиться после серии мелких доз. В таблице 1 приведены крайние значения допустимых доз радиации:
Воздействие различных доз облучения на человеческий организм Доза, Гр Причина и результат воздействия (0.7 - 2) 10 -3 Доза от естественных источников в год 0.05 Предельно допустимая доза профессионального облучения в год 0.1 Уровень удвоения вероятности генных мутаций 0.25 Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах 1.0 Доза возникновения острой лучевой болезни 3- 5 Без лечения 50% облученных умирает в течение 1-2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга 10 - 50 Смерть наступает через 1-2 недели вследствие поражений главным образом желудочно кишечного тракта 100 Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы
Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории (рис. 1): 1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению. 2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению. Радиационные эффекты облучения человека Соматические эффекты Генетические эффекты Лучевая болезнь Генные мутации Локальные лучевые поражения Хромосомные аберрации Лейкозы Опухоли разных органов Рис. 1. Радиационные эффекты облучения человека.
Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей. Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению. Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд: щитовидная железа > печень > скелет > мышцы. Так, в щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода. По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами 99 Мо, 132 Te, 131 I, 132 I, 140 Bа, 140 Lа.
Органы максимального накопления радионуклидов. Элемент Наиболее чувствительный орган или ткань. Масса органа или ткани, кг Доля полной дозы * Водород H Все тело 70 1.0 Углерод C Все тело 70 1.0 Натрий N а Все тело 70 1.0 Калий К Мышечная ткань 30 0.92 Стронций Sr Кость 7 0.7 Йод I Щитовидная железа 0.2 0.2 Цезий С s Мышечная ткань 30 0.45 Барий Ва Кость 7 0.96 Радий R а Кость 7 0.99 Торий Т h Кость 7 0.82 Уран U Почки 0.3 0.065 Плутоний Р u Кость 7 0.75
Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода. Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек. Пути воздействия радиоактивных отходов АЗС на человека.
Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения - один из основных источников попадания радионуклидов к человеку. Исследования, охватившие примерно 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак - наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы
Следует рассмотреть действие излучения на отдельные органы и системы при внешнем облучении. * Семенники. В них постоянно идёт размножение сперматогониев, которые обладают высокой радиочувствительностью. Напротив, сперматозоиды ( зрелые клетки) являются более радиорезистентными. Уже при дозах облучения свыше 0,15 Гр происходит клеточное опустошение семенников. При облучении в дозах 3,5 - 6 Гр возникает постоянная стерильность. При этом не следует смешивать радиационную стерильность с половой потенцией, на которую (как установлено в экспериментах на животных) облучение не оказывает видимого влияния. * Яичники. В яичниках взрослой женщины содержится популяция незаменяемых овоцитов (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения). Воздействие однократного облучения в дозе 1 - 2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращение менструаций на 1 -3 года. При остром облучении в диапазоне доз 2,5 - 6 Гр развивается стойкое бесплодие. * Органы пищеварения. Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень.
* Сердечно-сосудистая система. В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5-10 Гр можно обнаружить изменения миокарда. При дозе 20 Гр отмечается поражение эндокарда. * Органы дыхания. Лёгкие взрослого человека - стабильный орган с низкой пролиферативной активностью. Последствия облучения легких проявляются не сразу. При локальном облучении может развиться радиационный пневмонит, сопровождающийся потерей эпителиальных клеток, воспалением дыхательных путей и легочных альвеол, приводящий к фиброзу. Это часто лимитирует лучевую терапию. При однократном воздействии гамма-излучения LD50 для человека составляет 8-10 Гр, а при фракционировании в течение 6-8 недель - 30-30 Гр. * Органы выделения. Почки достаточно радиорезистентны. Однако облучение почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита.
* Орган зрения. Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах 3 - 8 Гр) и катаракта (при дозах 3 - 10 Гр). У человека катаракта появляется при облучении в дозе 6 Гр. Наиболее опасным является нейтронное облучение. * ЦНС. Эта высоко специализированная ткань человека радиорезистентна. Клеточная гибель наблюдается при дозах свыше 100 Гр. * Эндокринная система. Основной характеристикой данной ткани является относительная радиорезистентность. *Кости, сухожилия. У взрослых они радиорезистентны. В пролиферативном состоянии ( в детском возрасте или при заживлении переломов) радиочувствительность этих тканей повышается. Наибольшая радиочувствительность скелетной ткани характерна для эмбрионального периода, так как особенно интенсивная пролиферация остеобластов и хондробластов у человека происходит на 38-85 сутки эмбрионального развития. * Мышцы. Высокорадиорезистентны.
Следует обратить внимание на на особенностях радиочувствительности во внутриутробном периоде развития. Опасность внутриутробного облучения обусловлена высокой радиочувствительностью малодифференцированных тканей плода, что проявляется врожденными пороками развития, цитогенетическими и сомато -стохастическими эффектами, нарушением физического и умственного развития, снижением адаптационных возможностей организма. Эти эффекты могут выявляются либо сразу после рождения (неонатальная и постнатальная смерть, пороки развития, нарушение роста), либо в отдаленные сроки после облучения (онкологические заболевания, нарушения гомеостаза, умственная отсталость). Из наиболее вероятных эффектов, возникающих у ребенка при внутриутробном облучении, следует отметить: пренатальную смерть, задержку психического и физического развития, микроцефалию, микроофтальмию, тератогенный и мутагенный эффекты. Характер развивающихся отдаленных эффектов будет зависеть от физических характеристик ионизирующего излучения (мощность, вид энергии, характер облучения, пролонгированность во времени) и от возраста плода на момент облучения. Особенно важна стадия внутриутробного развития, потому что дифференцировка систем и органов происходит в определенные сроки развития, и это будет определять тип повреждения.
При облучении беременных женщин выделяют четыре классических эффекта у потомства: 1. эмбриональная, неонатальная и постнатальная гибель плода; 2. врожденные пороки развития; 3. нарушения роста и физического развития; 4. нарушение функции центральной нервной системы.
При облучении страдают все органы и ткани, но ведущим для организма является поражение одного или нескольких критических органов. Критические органы - это жизненно важные органы и системы, которые повреждаются первыми в данном диапазоне доз, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения. В зависимости от критического органа выделяют 3 основных радиационных синдрома: 1. Костно-мозговой - развивается при облучении в диапазоне доз 1 - 10 Гр, средняя продолжительность жизни - не более 40 сут, на первый план выступают нарушения гемопоэза. 2. Желудочно-кишечный - развивается при облучении в диапазоне доз 10 - 80 Гр, средняя продолжительность жизни около 8 сут, ведущим является поражение кишечника. 3. Церебральный - развивается при облучении в дозах более 80 - 100 Гр, продолжительность жизни менее 2 сут, развиваются необратимые изменения в ЦНС. 4. Костно-мозговой синдром. В костном мозге находится два типа клеток: молодые делящиеся клетки и зрелые функциональные клетки периферической крови. В соответствии с правилом Бергонье-Трибондо первые отличаются высокой радиочувствительностью, а зрелые клетки (за исключением лимфоцитов) будут несомненно более резистентны. Уменьшение численности клеток костного мозга начинается тотчас после облучения и постепенно достигает минимума. Основная причина катастрофического опустошения костного мозга на самых ранних стадиях облучения состоит в резком торможении клеточного деления при продолжающемся поступлении зрелых элементов на периферию.
Под лучевой болезнью человека понимают комплекс проявлений поражающего действия ионизирующих излучений на организм. Острая лучевая болезнь при однократном внешнем равномерном облучении - наиболее типичный пример радиационного поражения человека. Данный вариант ОЛБ развивается при облучении в дозе свыше 1 Гр. При дозе менее 1 Гр может возникнуть острая лучевая травма, сопровождающаяся небольшой лейкопенией и тромбоцитопенией без признаков заболевания.
Выделяют четыре основные формы ОЛБ 1. Костно-мозговая (доза 1-10 Гр); 2. Кишечная (доза 10-20 Гр); 3. Токсемическая (доза 20-80 Гр); 4. Церебральная (доза более 80 Гр). В зависимости от поглощённой дозы костно-мозговая форма ОЛБ подразделяется по степеням тяжести: I (лёгкая) - 1-2 Гр; II (средней тяжести) - 2-4 Гр; III (тяжёлая) - 4-6 Гр; IV (крайне тяжёлая) - 6-10 Гр. В течении ОЛБ выделяют 3 периода: 1) период формирования; 2) период восстановления ; 3) период исходов и последствий. Период формирования можно чётко разделить на 4 фазы: 1 - фаза первичной острой реакции; 2 - фаза мнимого благополучия (латентная); 3 - фаза разгара болезни; 4 - фаза раннего восстановления.
1. Фаза первичной острой реакции. В первые минуты и часы после облучения могут появиться следующие симптомы: тошнота, рвота, потеря аппетита, сухость во рту, головная боль, головокружение, слабость, сонливость. При высокой степени тяжести (III-IV) возможно развитие шокоподобного состояния с падением артериального давления, кратковременная потеря сознания, субфебрильная температура, понос. 2. Латентная фаза (фаза мнимого благополучия). Самочувствие больных улучшается, ослабляются симптомы первичной реакции. Может сохраняться неспецифическая неврологическая симптоматика, снижение аппетита, потливость, лабильность пульса и артериального давления. Начинается выпадение волос на участках кожи, облученных в эпиляционной дозе. Поражения кожи вновь проявляются на 8-15 день. На пораженных участках появляется болезненная отечность, развивается интенсивная и стойкая краснота с багрово-синюшным оттенком.
3. Фаза разгара болезни. О переходе в эту фазу болезни судят по развитию агранулоцитоза (уменьшение количества лейкоцитов ниже 1*109/л). Самочувствие больных ухудшается, повышается температура, увеличивается СОЭ, появляется резкая слабость, головная боль, головокружение, нарушается сон. Возобновляются и усугубляются желудочно-кишечные расстройства: усиливается рвота, извращается или исчезает аппетит, развивается понос со слизистыми или кровянистыми выделениями, что приводит к обезвоживанию и потере массы тела. Ведущими в клинической картине являются 2 синдрома: 1) геморрагический - кровоизлияния в кожу, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт, мозг, сердце, легкие; 2) инфекционный, вызванный как присоединением экзогенной инфекции, так и активацией собственной микрофлоры. На слизистых оболочках возникают язвенно-некротические образования, которые осложняются воспалительными процессами - язвенным гингивитом, стоматитом, эзофагитом, гастроэнтеритом, некротической ангиной. Продолжается выпадение волос, начавшееся в латентной фазе. 4. Фаза раннего восстановления. Самочувствие улучшается, появляется аппетит, восстанавливается сон. Температура нормализуется. Прекращается кровоточивость, исчезают или ослабевают диспептические явления. Однако отдельные проявления поражения остаются, например, прогрессирует эпиляция. Происходит постепенное восстановление показателей периферической крови. Средняя продолжительность фазы раннего восстановления — 2-2,5 мес.
Меры защиты направлены на: - предотвращение возникновения детерминированных эффектов путем ограничения облучения дозой ниже порога возникновения этих эффектов (нормирование годовой дозы); - принятие обоснованных мер по снижению вероятности индуцирования отдаленных стохастических последствий (онкологических и генетических) с учетом экономических и социальных факторов. Целью мер защиты является обеспечение высоких показателей здоровья населения, которые включают: продолжительность жизни, интегральные по времени характеристики физической и умственной работоспособности, самочувствие и функцию воспроизводства.
Меры защиты включают: - снижение облучения населения от всех основных источников излучения; - ограничение вредного действия на население нерадиационных факторов физической и химической природы; - повышение резистентности и антиканцерогенной защищенности жителей; - медицинскую защиту населения; - повышение уровня радиационно-гигиенических знаний населения, психологическую помощь населению, помощь в преодолении преувеличенного восприятия опасности радиации; - формирование здорового образа жизни населения; - повышение социальной, экономической и правовой защищенности населения.
В случаях аварийных ситуаций принимаются дополнительные меры защиты, обеспечивающие снижение дозы облучения населения загрязненной территории и включающие: - отселение жителей (временное или постоянное); - отчуждение загрязненной территории или ограничение проживания и функционирования населения на этой территории; - дезактивацию территории, строений и других объектов; - систему мер в цикле сельскохозяйственного производства по снижению содержания радионуклидов в местной растительной и животной пищевой продукции; - нормирование, радиационный контроль и выбраковку сельскохозяйственных и природных пищевых продуктов с последующей переработкой их в радиационно чистые продукты, а также снабжение населения радиационно чистыми пищевыми продуктами; - внедрение в практику специальных правил поведения жителей и ведения ими приусадебного хозяйства. Дополнительные меры также включают оптимизацию медицинского обслуживания населения и снижение доз облучения от других источников, в частности за счет ограничения поступления радона в жилые и производственные помещения.
