4. Временнóе распределение дозы ионизирующего излучения
Для большинства радиобиологических
эффектов исключительно важное значение
имеет временнóе распределение поглощенной
дозы, т.е. длительность облучения, а
также наличие или отсутствие перерывов
в облучении. Основным показателем,
характеризующим распределение поглощенной
дозы во времени, является мощность
поглощенной дозы (часто
говорят мощность дозы
облучения). Мощность
поглощенной дозы — это
отношение приращения поглощенной дозы
излучения dD за интервал
времени dt к этому
интервалу времени. Единица мощности
поглощенной дозы
в системе СИ — грей
в секунду (Гр/с). На
практике единицу поглощенной дозы часто
применяют с кратными или дольными
приставками (обычно —
кило, санти, милли и микро), а в качестве
единицы времени используют также минуту,
час, сутки, неделя, год. Поэтому в качестве
внесистемных единиц мощности поглощенной
дозы часто используют Гр/мин, сГр/сут,
кГр/час и т.п. В качестве единицы
поглощенной дозы ранее использовали
внесистемную единицу рад,
а в качестве единицы мощности поглощенной
дозы — рад/мин, рад/час, крад/год и т.п.
(эти внесистемные единицы можно встретить
иногда и в современной литературе).
В зависимости от длительности облучения, величины используемой мощности поглощенной дозы, наличия или отсутствия перерывов между облучениями условно можно выделить следующие 4 основные типа облучения:
ОСТРОЕ (или КРАТКОВРЕМЕННОЕ) облучение — лучевое воздействие при большой мощности дозы (ориентировочно от 0,1 Гр/мин и выше) длительностью от нескольких секунд до 2 часов;
ПРОЛОНГИРОВАННОЕ (или ПРОТЯЖЕННОЕ) облучение — лучевое воздействие при сравнительно небольшой мощности дозы (от 0,1 Гр/час и ниже) длительностью от 2 часов до нескольких недель;
ДРОБНОЕ (или ФРАКЦИОНИРОВАННОЕ) облучение — многократное лучевое воздействие с любой мощностью дозы (чаще при высокой мощности дозы в каждой фракции) с временными интервалами между фракциями облучения;
Хроническое облучение — лучевое воздействие длительностью от нескольких месяцев до нескольких лет, осуществляемое либо
постоянно (т.е. без перерывов) при низкой мощности дозы (порядка 0,01 Гр/сут и ниже) либо
фракционированно (т.е. с некоторыми перерывами) в небольших разовых дозах при любой мощности дозы.
Разумеется, что эти 4 типа облучения не перекрывают всего многообразия возможных вариантов временнóго распределения поглощенной дозы и лишь условно обозначают наиболее характерные из них.
Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют, что фракционирование дозы и снижение мощности дозы (в диапазоне обычно используемых или встречающихся мощностей дозы) приводит обычно к ослаблению большинства биологических эффектов (при одной и той же поглощенной дозе), причем эффект может снижаться весьма существенно — в несколько раз. Наиболее сильное ослабление радиобиологических реакций наблюдается при снижении мощности дозы в диапазоне от нескольких единиц до долей рад/мин. В диапазоне от сотен до десятков рад/мин ослабление менее выражено. Однако, в области сверхвысоких мощностей дозы (выше нескольких тысяч рад/мин) возможна противоположная зависимость величины радиобиологического эффекта от мощности дозы, т.е. наблюдается снижение эффекта с увеличением мощности дозы. Таким образом, в целом зависимость величины радиобиологического эффекта от величины мощности дозы не является линейной, а имеет куполообразный характер.
Ослабление эффекта облучения при снижении мощности дозы или при фракционировании дозы связано с осуществлением в организме восстановительных (репарационных) процессов, в результате которых часть радиационных повреждений клеточных структур к моменту следующего взаимодействия с ними кванта излучения успевает репарироваться. Эта репарация, однако, не успевает произойти при более высокой мощности дозы, т.е., когда попадание квантов излучения в клеточную структуру происходит более часто. В результате этого чаще возникают невосстанавливаемые (нерепарируемые, нерепарабельные) повреждения клеточных структур (пример — двунитиевые повреждения ДНК). По этой же причине ослабление эффекта облучения при снижении мощности дозы выражено отчётливее в случае редкоионизирующих γ- и рентгеновского излучений и может быть значительно слабее или даже полностью отсутствовать при действии плотноионизирующих излучений, вызывающих значительно более тяжелые, невосстанавливаемые повреждения.
Эффект ослабления более характерен также для тех тканей организма, которые обладают высокой пролиферативной активностью и соответственно более высоким уровнем восстановительных (репарационных) процессов. Особенно отчетливо этот эффект наблюдается при лучевом поражении слизистой тонкой кишки.
При лучевом воздействии на ткани с низким уровнем пролиферативной активности и восстановительных процессов (например, на нервную ткань, печень, мышцы) феномен ослабления эффекта облучения при снижении мощности дозы менее выражен или даже отсутствует при воздействии любых видов ионизирующих излучений.