1 Грей дорівнює такій поглинутій дозі випромінювання, за якої 1 кг речовини поглинає 1 Дж енергії йонізуючого випромінювання.

Випромінювання, яке падає на тіло людини, частково поглинається, а частково проходить крізь нього й розсіюється в усіх напрямах, і тому безпосереднє вимірювання поглинутої дози практично неможливе. її визначають за допомогою непрямих вимірювань, виходячи з таких міркувань.

Усі види йонізуючого випромінювання спричинюють йонізацію атомів і молекул речовини, на що витрачається цілком певна кількість енергії. А тому, вимірюючи загальний заряд йонів q, які утворюються йонізуючим випромінюванням у речовині, можна оцінити й кількість променевої енергії, що поглинається нею. Найпростіше такі вимірювання можна виконати в повітрі, опромінюючи його рентгенівськими або γ-променями.

Величина, що вимірюється електричним зарядом одного знака, який виникає під час повної йонізаціії одного кілограма сухого й очищеного від пилу повітря під дією рентгенівських або γ-променів, називається експозиційною дозою випромінювання:

1 – це така експозиційна доза рентгенівського або γ-випромінювання, яка в 1 кг сухого й очищеного від пилу повітря спричинює утворення йонів кожного знака із загальним зарядом у 1 Кл.

Поряд із цим, у медицині ще й понині широко застосовують позасистемну одиницю експозиційної дози випромінювання — 1 рентген (1 Р). 1 Р дорівнює такій експозиційній дозі випромінювання, яка спричинює повну йонізацію 1 см³ сухого й очищеного від пилу повітря під дією рентгенівських або у-променів. Нескладний розрахунок показує, що

1 Р = 2,58 10^-4 Кл/кг.

Поглинута й експозиційна дози випромінювання пов'язані між собою про­стим співвідношенням:

(5)

де ƒ – коефіцієнт пропорційності, який називають енергетичним еквівалентом експозиційної дози випромінювання.

Енергетичний еквівалент експозиційної дози випромінювання в 1Кл/кг:

Енергетичний еквівалент експозиційної дози випромінювання в 1Р:

Дія іонізуючого випромінювання однакової енергії, але різного виду (наприклад, α-, β-, і γ-випромінювання) викликає різний біологічний ефект, так як ці випромінювання різняться своєю іонізуючою дією і проникненість. В радіобіології існує поняття еквівалентної дози, що оцінюється за біологічною дією. Вона дорівнює добутку поглиненої дози D_погл на коефіцієнт якості ви­промінювання k, який характеризує відносну біологічну активність даного випромінювання:

D_екв = k · D_погл

Коефіцієнт якості показує, в скільки разів ефективність біологічної дії даного виду випромінювання більше, ніж рентгенівського або γ-випроміню­вання, при однаковій дозі.

k – безрозмірна величина, тому еквівалентна доза випромінювання має ту ж розмірність, що і поглинена доза, але називається зівертом (Зв), 1Зв еквівалентний 1Гр.

Доза випромінювання, що має такий же біологічний ефект, як і доза в 1Р рентгенівського або γ-випромінювання, називається 1бер (біологічний еквівалент рентгена). Коефіцієнт k експериментально визначений для кожного виду випромінювання.

Коефіцієнти якості різних видів випромінювання:

1. рентгенівське, γ- і β-випромінювання 1

2. теплові нейтрони (~0,01еВ) 3

3. нейтрони (5еВ) 7

4. нейтрони (0,5 МеВ) 10

5. α-промені 20

Взаємодія випромінювання з речовиною починається з процесів іонізації атомів і молекул або їх збудження. Крім того α-частинки можуть взаємодіяти з ядрами, викликаючи ядерні реакції, а при гальмуванні електронів виникає гальмівне рентгенівське випромінювання. При попаданні позитронів в речовину відбувається їх взаємодія з електронами і в результаті анігіляції електрон-позитронної пари утворюється два γ-кванта. В тканинах організму β-частини проходять шлях 10-15мм, а α-частинки – 10-100мкм.

При попаданні γ-випромінювання в речовину можуть виникнути процеси, характерні для рентгенівського випромінювання (когерентне розсіяння, ефект Компотна, фотоефект), а також при великих енергіях γ-кванти – виникнення електрон-позитронної пари.

При взаємодії нейтронів з ядрами утворюються заряджені частинки і γ-кванти.

Наступним етапом будуть хімічні зміни в молекулах, тобто радіаційні пошкодження. Так в нуклеїнових кислотах відбуваються як зміни в окремих нукліотидах (розриви вуглець-вуглецевих зв’язків, окислення спиртових груп, розмикання кілець тощо), так і зміни в спіральній структурі (розриви ланцюгів ДНК, з’єднань ДНК – білок тощо), тому виникають або зміни окремих генів, або хромосомні мутації.

В білках пошкоджуються амінокислоти, тому втрачаються їх біологічні функції.

Пошкодження ліпідів в основному визвані перекісним окисленням ненасичених жирних кислот. Радіаційні пошкодження ліпідних молекул приводять до утворення альдегідів, спиртів, зшивок між молекулами.

Однак, в клітині існують спеціальні репараційні системи, які відновлюють пошкодженні молекули.

На сьогодні відомі репараційні системи для відновлювання ДНК і мембран. Але ці системи не здібні ліквідувати всі порушення, а іноді відбувається репарація, що призводить до пошкодження молекул.

Радіобіологічні ефекти можуть проявлятись як відразу після опромінення, так і через місяці, роки і навіть покоління. Наприклад, у людини з віддаленими наслідками опромінення можуть початись процеси утворення пухлини, ослаблення імунітету, скорочення часу життя, народження дітей з патологіями

Захист від йонізуючого випромінювання.

Небезпека для здоров'я людини, яка зумовлюється йонізуючими випро­мінюваннями, дуже велика й надзвичайно підступна. Патологічні процеси, що ви­никають в організмі людини під дією йонізуючих випромінювань, спочатку про­тікають майже зовсім безсимптомно. Але внаслідок того, що доза випромінювання поступово накопичується в організмі й не зникає сама по собі, патологічні зміни в тканинах організму, зрештою, стають катастрофічними через порівняно тривалий проміжок часу, коли вже сучасна медицина виявляється безсилою. І тому скрізь, де людина має справу з йонізуючими випромінюваннями, слід вживати спеціальних заходів для захисту від їхньої згубної дії. В медицині під час роботи з йонізуючим випромінюванням потрібно захищати від надмірної радіації не лише медичний персонал, а й хворих.

Найпростіший і найдешевший спосіб захисту від радіації є віддалення джере­ла йонізуючого випромінювання на достатньо велику відстань від працюючого персоналу. Доза випромінювання при цьому зменшується обернено пропорційно квадрату відстані до джерела радіації: . Проте такий метод захисту від радіації не завжди можливий. У цих випадках на шляху йонізуючого випроміню­вання установлюють шар речовини, яка інтенсивно його поглинає.

Захист від α-частинок досить простий: аркуш цупкого паперу або шар сухого повітря завтовшки в кілька сантиметрів повністю поглинають α-частинки. Але, працюючи з радіоактивними препаратами, потрібно стежити за тим, щоб α-частинки не потрапляли на слизові оболонки або всередину організму під час вживання їжі.

Для захисту від β-частинок використовують пластини з алюмінію, плексигла­су або скла завтовшки 5 – 6мм. Та справа ускладнюється тим, що при ударі швид­ких β-частинок об екрануючу пластинку виникає гальмівне рентгенівське випро­мінювання.

Захист від рентгенівського й γ-випромінювання, а також від нейтронів най­складніший, оскільки під час їх взаємодії з речовиною виникають вторинні про­цеси, які слід враховувати при розрахунках біологічного захисту від радіації. Для захисту від рентгенівського та γ-випромінювання застосовують речовини, до складу яких входять хімічні елементи з великим атомним номером: залізо, сви­нець, свинцеве скло (скло, яке містить свинець), баритова цегла. Радіоактивні препарати з високою інтенсивністю γ-випромінювання вміщують у спеціальний захисний блок – свинцевий контейнер або камеру.

Для захисту від нейтронів джерело потужного радіоактивного випромінюван­ня (ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок) оточують товстим ша­ром речовин, до складу яких входять елементи з малим атомним номером: вода, бор, кадмій, вуглець та спеціальний бетон, виготовлений із цементу з великим вмістом хімічно зв'язаної води та уламків чавуну і шматочків залізної руди. Бор, кадмій, вуглець та залізо інтенсивно поглинають нейтрони, а вода сповільнює швидкість нейтронів до швидкостей теплового руху її молекул. Нейтрони, які рухаються зі швидкостями теплового руху молекул навколишнього середовища (теплові нейтрони), вже не спричинюють вторинної йонізації атомів.

Під час роботи з радіоактивними препаратами застосовують маніпулятори – складні автоматичні пристрої, за допомогою яких можна дистанційно працювати з препаратом, не торкаючись безпосередньо до нього руками. Щоб зменшити по­глинуту дозу випромінювання до такого рівня, за якого не виникає жодного ризику для здоров'я, установлюється строго обмежений час перебування обслуговуючого персоналу на робочому місці залежно від інтенсивності йонізуючого випроміню­вання. Усі спеціалісти, що працюють з радіоактивними препаратами, проходять постійний медичний контроль. Кожен з них має при собі кишенькові дозиметри, які реєструють поглинуту дозу випромінювання протягом робочого дня або тижня. Якщо поглинута доза випромінювання наближається до гранично допустимої, пра­цівник тимчасово припиняє роботу з радіоактивними речовинами.

Практичне завдання.

1.За наданим вище матеріалом заповніть таблицю:

№з/п	Назва випромінювання	Дія на тканини організму	Захист від випромінювання
1.	Альфа - промені
2.	Рентгенівські та γ- пргамма - промені
3.	Нейтрони
4.	Електрони Позитрони

2.Виміряти дозиметром дозу радіоактивного випромінювання в кабінеті фізики.

Контрольні запитання.

1.Поясніть принципи захисту від ураження йонізуючим випромінюванням.

2.Охарактеризуйте властивості та основні механізми взаємодії різних видів випромінювання з біологічними об,єктами.

3.Як можна захиститись від різних видів випромінювання?

4.Розкажіть про застосування рентгенівського та радіоактивного випромінювання в медицині.

Самостійна робота №18.

Тема: «Радіологія та її застосування в медицині».

Питання.

1.Випишіть означення радіології.

2.Випишіть 5 розділів радіології медичної.

3.Випишіть класифікацію радіологічних методів.

4.Ознайомтесь з матеріалом, наданим нижче, випишіть нові для вас методи томографії.

Теоретичні відомості.

Радіологія — наука про вплив іонізуючого опромінювання на організм людини, застосування його для діагностики і лікування різних захворювань. Радіологія медична включає п'ять розділів: радіобіологію, радіоізотопну діагностику, променеву терапію, клініку і терапію променевих уражень, гігієну радіаційну. Теоретичною основою Р. м. є радіобіологія. У розвитку Р. м. можна простежити два періоди: перший, що тривав бл. сорока років і який характеризується становленням, технічним і методичним освоєнням та удосконаленням рентгенодіагностики, рентгено-кюрітерапії, нагромадженням і систематизацією фактичного матеріалу і розробкою теоретичних знань. Другий період Р. м. стосується досліджень біологічної дії випромінювань на основі точної дозової оцінки променевого впливу, а також діагностичного і терапевтичного використання радіації з врахуванням ступеня впливу і особливостей просторового розподілу опромінювання в органах і тканинах людини. Після відкриття штучної радіоактивності і одержання штучних радіоактивних речовин розширилися межі Р. м. З застосуванням радіоактивного фосфору (32Р) для лікування лейкозів і поліцитемії (1937), а далі — радіоактивного кобальту (60Со), натрію (24Na), йоду (131І), стронцію 85Sr), золота (l98Аu) та ін. виникла радіоізотопна діагностика й з'явилися нові методи кюрітерапії. Ще більшого значення Р. м. набула з розвитком атомної енергетики та використанням радіоактивних ізотопів і випромінювань в різних галузях народного господарства. Використання нових видів випромінювання (нейтронного, протонового і електронного випромінювання великих енергій та ін.) висунуло нові проблеми Р. м. і перш за все проблему відносної біологічної ефективності цих випромінювань. Завдання Р. м. ще більш розширилися у зв'язку з розвитком і формуванням нового розділу медичної науки — космічної медицини. Розвиток Р. м. здійснюється на основі досягнень в галузі фізики, хімії, гістології, фізіології, патофізіології, біохімії, мікробіології, клініки (терапії, хірургії та ін.), гігієни. Методи, що їх розробляє Р. м., широко використовуються в різних розділах мед. науки. Так, радіоізотопний аналіз відкрив нові можливості пізнання закономірностей обміну речовин, що знайшло застосування в біохімії, фармакології, клініці.

Спочатку радіологія була аспектом медичної науки, в якому розглядаються можливості використання електромагнітної енергії, що виділяється рентгенівськими апаратами або іншими подібними пристосуваннями з метою отримання візуальної інформації для медичного дослідження. Радіологія, яка включає в себе використання рентгенівських променів, називається рентгенології. Сьогодні рентгенівська візуалізація більше не обмежується використанням рентгенівських променів, а включає в себе дослідження за допомогою високочастотних хвиль, магнітних полів і інших випромінювань.