Лекции по РБ. Лекция 1 основные представления о радиоактивности строение атома
 Скачать 0.82 Mb.
|
8.2. Внешнее и внутреннее облучениеСуществует два различных пути, при помощи которых излучение достигает ткани организма и воздействует на них. Первый путь – внешнее облучение от источника, расположенного вне организма. Оно вызывается гамма-излучением, рентгеновским излучением, нейтронами, которые глубоко проникают в организм, а также бета-лучами с высокой энергией, способными проникать в поверхностные слои кожи. Источниками фонового внешнего облучения являются космические излучения, гамма-излучающие нуклиды, которые содержатся в породах, почве, строительных материалах (бета-лучи в этом случае можно не учитывать в связи с низкой ионизацией воздуха, большим поглощением бета-активных частиц минералами и строительными конструкциями). Рассчитаем дозу, которую получает человек за счёт внешнего облучения космическими излучениями.
где Дк – поглощённая доза за счёт космических излучений; 1,95 – число пар ионов, возникающих в 1 см3 за счёт космических лучей за 1 с (для средних широт); 3,6•103 - число сек в 1 часе; 24 – число часов в сутках; 365 – число дней в году; 2,08•109 – число пар ионов, возникающих при дозе в 1Р; 103 – коэффициент перевода дозы в мрад; 1,07 – коэффициент перевода дозы из рентген в рад. Таким образом, 28 мрад/год является средней дозой, которую получает человек за счёт космических лучей. Значительная часть от суммарной дозы внешнего облучения обусловлено естественными источниками радиации, она образуется за счёт гамма-излучающих веществ, содержащихся в поверхностном слое пород и почв.Так, мощность поглощённой дозы в воздухе, которая образуется за счёт калия-40 составляет в среднем 16 нГр/час, урана-238- 11 нГр/час, тория –232 – 17 нГр/час. Доза за год составляет для калия 0,06-0,354 мГр, урана – 0,165-0,263 мГр. В некоторых районах Бразилии мощность гамма-излучения достигает 10 мГр в год. Более 95% населения Земли проживает в условиях, где мощность гамма-излучения составляет в воздухе 30-70 нГр/час (в среднем 50 нГр/час). Годовая эквивалентная доза, обусловленная гамма-излучением естественных радионуклидов, содержащихся в почве, оценивается путём умножения средней мощности поглощённой дозы в воздухе на относительное время нахождения человека на открытой местности (равное 0,2) и на коэффициент, равный 0,7 (отношение мощности эквивалентной дозы к поглощённой дозе в воздухе для средних значений гамма-излучения). Д=50 нГр/час х 0,7 3в/Гр х 8760 часов в год х 0,2=61 мк3в/год Доза за счёт облучения внутри помещений составляет 290 мк3в/год. В качестве средней дозы принимается эквивалентная доза в 350 мк3в/год=0,35 м3в/год. Доза внешнего облучения, которая обусловлена бета-частицами естественных радионуклидов, содержащихся в почве и воздухе, составляет 7 мк3в/год=0,007 м3в/год. Второй путь – внутреннее облучение от ионизирующих излучений радиоактивных веществ, находящихся внутри организма (при вдыхании, поступлении с водой и пищей, проникновении через кожу). В организм попадают как естественные, так и искусственные радиоизотопы. Подвергаясь в тканях тела радиоактивному распаду, эти изотопы излучают альфа-, бета-частицы, гамма-лучи. Существует ряд особенностей, которые делают внутреннее облучение во много раз более опасным, чем внешнее (при одних и тех же количествах радионуклидов):
Степень радиационной опасности при внутреннем облучении человека определяют ряд параметров:
Наличие и сочетание этих факторов приведут к большому разнообразию величин, которые характеризуют предельно допустимое количество радиоактивных элементов в воздухе, воде, внутри организма человека, а также характеризуют более общий показатель – предел годового поступления радионуклидов в организм человека. За счёт естественной радиоактивности (фона природных изотопов и космических излучений) индивидуальная эквивалентная доза составляет 2,4 м3в/год, в т.ч. за счёт внешнего облучения 0,8 м3в/год, за счёт внутреннего облучения 1,6 м3в/год. 8.3. Лучевые поражения организма Облучение – это воздействие ионизирующего излучения на объект (организм человека, животного, растения). Облучение может быть внешним и внутренним, общим и местным, острым и хроническим. Внешнее облучение – облучение организма (тела) ионизирующим излучением, приходящим извне; внутреннее – облучение, происходящее от источника облучения, находящегося внутри организма. Общее облучение – облучение всего организма (тела) в целом; местное (локальное) – облучение небольшой части организма (тела). Острое облучение – однократное кратковременное облучение; хроническое – постоянное или прерывистое облучение в течение длительного времени. Лучевое поражение – это обусловленное лучевым воздействием патологические изменения тканей, органов и их функций. Различают острое и хроническое поражение, острое возникает при больших дозах, хроническое – при малых дозах. Различают, например, острую и хроническую лучевую болезнь. Последствия облучения могут быть ближайшими и отдалёнными, соматическими и генетическими, общими и местными. Ближайшие последствия – это первичная реакция и поражение организма, наступившие в течение нескольких недель после острого облучения. Отдалённые последствия – изменения в организме, возникающие в отдалённые сроки (через годы) после облучения (опухоли, лейкозы и т.д.). Соматические последствия – вызванные облучением изменения в самом облучаемом организме, а не в потомстве. Генетические последствия – вызванные облучением генные лучевые повреждения в организме, которые могут привести к изменениям в организме его потомства. К соматическим относится острая и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые поражения (катаракта), поражения кожи, нарушения репродуктивной функции и т.д. К генетическим относятся доминантные и рецессивные генные мутации, хромосомные аберрации. Локальные (местные) лучевые повреждениявключают лучевые ожоги кожи, помутнение хрусталика (лучевую катаракту), выпадение волос (эпиляцию), стерилизацию и др. Кожа отличается относительно высокой радиопоражаемостью. Наибольшей чувствительностью к радиационному воздействию обладают клетки волосяных фолликулов. После облучения дозой 3-4 Гр волосы начинают редеть и выпадают в течение 1-3 недель. Затем рост волос может возобновиться. Однако при облучении дозой порядка 7 Гр происходит полная потеря волос. Затем в убывающем порядке располагаются: эпидермис, сальные железы, подкожная соединительная ткань, эндотелий капилляров. Кожа сильнее поражается при воздействии нейтронного, гамма- и рентгеновского излучений. Проникающая способность бета-излучений, а следовательно и поражающее воздействие их меньшие. Различают следующие степени тяжести поражения кожи ионизирующим излучением: субэритематозную (эпиляционную), эритематозную, буллезную и язвенно-некротическую. Субэритематозная форма поражения возникает при дозе до 300 бэр. Наступает временное выпадение волос и шелушение кожи с последующей лёгкой пигментацией. Примерно через три месяца волосяной покров восстанавливается. Эритематозная форма наблюдается при дозе около 800 бэр. Вначале на месте облучения возникает отёк кожи, появляется ощущение зуда и жара. Примерно через две недели кожа краснеет и начинают выпадать волосы. Буллезная реакция развивается при дозе в 1500 бэр. Через 6-10 суток на месте поражения образуется пузырь, наполненный серозной жидкостью. В последующем процесс может осложниться нагноением. Язвенно-некротическая форма поражения отмечается при дозе облучения 2500 бэр и больше. Уже на 2-3 сутки изменяется цвет кожи. Вскоре на месте поражения появляются пузыри и участки некроза. Некротические процессы часто приводят к возникновению длительно текущих, а иногда и не заживающих трофических язв. Рубцевание и эпителизация идут чрезвычайно медленно. Может развиться хронический лучевой дерматит. Радиация влияет также на зрение. Наиболее уязвимой для радиации частью глаза является хрусталик. Считается, что поражение хрусталика происходит вследствие прямого действия излучения на его эпителий. Чем больше доза, тем больше потеря зрения. Помутневшие участки могут образоваться при дозах облучения 2 Гр и менее. Более тяжёлая форма поражения глаза – прогрессирующая катаракта, которая наблюдается при дозе 5 Гр и выше. Особенно чувствительна к действию ионизирующего излучения периферическая часть хрусталика. Центральная часть хрусталика в два раза менее чувствительна. Помутнение хрусталика при общем облучении носит тот же характер, что и при местном. Катаракта образуется при воздействии всех видов ионизирующего излучения. Клетки половых желез высокочувствительны к ионизирующему излучению. Яичники женщин содержат овоциты, которые гибнут при дозе в 4 Гр, что вызывает стойкое бесплодие. При одноразовом воздействии доз 1-2 Гр может развиться временное бесплодие и прекращение менструаций на 1-3 года. При облучении мужчин дозой 0,1 Гр наблюдается снижение количества сперматозоидов в течение 1 года. Доза в 2,5 Гр вызывает стеризизацию в течение 2-3 лет, а при дозе 4-6 Гр наступает постоянная стерильность. В результате действия излучений подавляется митоз сперматогоний, в результате чего уменьшается количество сперматозоидов вплоть до азооспермии 8.4. Отдалённые последствия облучения человека Одна из характерных особенностей лучевых поражений состоит в том, что у людей через 10-20 лет и более после облучения в «выздоровевшем» и, казалось бы, полностью восстановившемся от лучевого поражения организме вновь возникают различные изменения, которые называют отдалёнными последствиями облучения. Особенностью заболеваний, относящихся к отдалённым последствиям является то, что они возникают как после местного, так и после общего (внутреннего и внешнего) облучения. Различают соматические и генетические отдалённые последствия. Основными соматическими последствиями облучения является сокращение продолжительности жизни, возникновение лейкозов, злокачественных опухолей, катаракты, стерильности. Различают неопухолевые и опухолевые формы отдалённых последствий. Неопухолевые формывключают три вида патологических процессов: 1. Гипопластические состояния – развиваются главным образом в кроветворной ткани, слизистых оболочках органов пищеварения, дыхательных путей, в коже и других органах. Эти нарушения возникают при накоплении высоких доз излучения (3-10 Гр) как при внешнем гамма-облучении, так и поражении инкорпорированными радионуклидами. Основными нарушениями являются: гипо- или гиперхромные анемии, лейкопения, атрофия слизистой оболочки желудка, кишечника, гипо- или анацидный гастрит, атрофия половых желез и бесплодие (стерильность). 2. Склеротические процессы. Происходит обширное и раннее повреждение сосудистой сети облучённых органов, развитие очаговых или диффузных разрастаний соединительной ткани на месте погибших паренхиматозных клеток. Основные нарушения: цирроз печени, нефросклероз, пневмосклероз, атеросклероз, лучевые дерматиты, лучевые катаракты, некрозы костной ткани, поражения нервной системы. 3.Дисгормональные состоянияразвиваются без видимой дозовой зависимости. К проявлениям дисгормональных состояний относятся ожирение, гипофизарная кахексия, несахарный диабет, кистозные изменения яичников, патологические сдвиги в половых циклах, гиперплазия слизистой оболочки матки, паренхимы молочных желез (что может привести к развитию опухолей), поражения щитовидной железы (гипотиреодизм, новообразования), сахарный диабет и др. Опухолевые формы. К ним относятся опухоли, развивающиеся по прямому механизму (возникают чаще при облучении инкорнорированными альфа- и бета-излучателями) – опухоли костей, печени, почек, лёгких, кожи. Другой разновидностью являются дисгормональные опухоли вследствие нарушения равновесия в функции эндокринных желез – опухоли матки, яичников, предстательной желе, самих желез внутренней секреции. И, наконец, имеются опухоли сложного генеза, возникающие в результате сочетания прямого и дисгормонального механизмов – лейкозы, опухоль молочных желез. Рассмотрим основные соматические отдалённые последствия. Самым общим из отдалённых эффектов является сокращение продолжительности жизни. Выявлена прямая пропорциональная зависимость между дозой радиации и степенью укорочения жизненного цикла. Экспериментально доказано, что у человека при однократном облучении сокращение продолжительности жизни составляет 0,1-1,5 суток на каждый миллизиверт. Если радиация действует не одномоментно, а длительно, на протяжении всей жизни, непрерывно, то сокращение жизни удаётся зарегистрировать, начиная с суммарных недельных доз в 10 рад гамма-излучения или 1 рад нейтронного облучения. Укорочение жизни лиц, перенесших атомную бомбардировку в Хиросиме и Нагасаки, относится за счёт увеличения заболеваемости лейкозами и опухолями. В отчёте комиссии ООН за 1964 г. отмечается, что заболеваемость лейкозами в Японии с 1946 по 1960 г. выросла с 10,7 до 28 на 1 млн жителей. При этом вероятность заболевания уменьшалось с увеличением расстояния от эпицентра взрыва, т.е. со снижением дозы. Злокачественные новообразования под влиянием облучения могут возникать практически во всех органах. Наиболее часто наблюдаются лейкозы,развитие которых происходит через 5-25 лет после облучения. Частота лейкозов у облучённых по сравнению с необлучёнными возрастает в 5-10 раз. В диапазоне 3-15 Гр каждому Гр соответствует увеличение заболеваемости на 50 случаев на 1 млн. человек в год. Позже возникают другие раковые заболевания (рак щитовидной железы, молочной железы, яичников, желудка и лёгких), главным образом в результате общего лучевого воздействия. Опухоли кожи и костей являются результатом местного облучения – внешнего (кожа) или внутреннего (кости). При хроническом облучении малыми дозами развитие злокачественных опухолей в 3-10 раз ниже, чем при однократном воздействии той же дозы. Детский организм в силу анатомо-физиологических особенностей и большой чувствительности к действию ионизирующего излучения в большей степени подвергается риску (что видно на примере рака щитовидной железы у детей). Сокращается и время появления раковых новообразований у детей по сравнению со взрослыми. Возникновение катаракты (помутнения) хрусталика – типичное отдалённое последствие тотального облучения организма или местного облучения глаза и хрусталика. Особенно часто катаракты появляются при длительном нейтронном облучении. В Хиросиме катаракты возникали в 25-30% случаев у находившихся в 4 км от эпицентра взрыва (спустя несколько месяцев и до 12 лет и более). Минимальная пороговая доза рентгеновских лучей при однократном воздействии – 2 Гр, при хроническом воздействии в течение нескольких лет облучения катаракта развивается при дозах, превышающих 0,3 Зв в год. К отдалённым последствиям облучения относится также нефросклероз, развивающийся в результате повреждения почечной ткани и замещении её соединительной тканью. Стойкое повышение АД, характерное для лучевого поражения, в значительной степени зависит от развития нефросклероза. Радиобиологические эффекты облучения живого организма делятся на пороговые (нестохастические) и беспороговые (стохастические). Радиационными эффектами нестохастического характера, следует считать, прежде всего, острую лучевую болезнь, местные повреждения кожи (ожоги), лучевую катаракту, стеризизацию, дистрофические повреждения различных тканей. При этом имеется определённое пороговое значение дозы облучения (например, при одноразовом воздействии радиации в 100 рад), ниже которого видимого действия радиации не наблюдается. Такие нарушения, как опухоли различной локализации, лейкозы, генетические эффекты, умственная отсталость, уродства носят стохастический беспороговый характер. Вероятность возникновения этих поражений существует при самых минимальных дозах облучения. |