книги из ГПНТБ / Биологические эффекты неравномерных лучевых воздействий

но облученным мышам при Di/D2 = 3 оказалась почти столь жё эффективной, как и при равномерном облучении. Следовательно ведущее значение панцитопенического синдрома сохраняется лишь при определенной степени неравномерности.

Результаты опытов на собаках также свидетельствуют о том, что при преимущественном облучении передней половины тела с

Время после облучения, сутки

Рис. 24. Изменение числа лейкоцитов в периферической крови крыс после облучения в равноэффективной ЛДю/зо дозе:

а — равномерное {450 р а д ); б — преимущественное облучение передней половины тела, £>i/£>2—3, Di = 1000pfld; в — то же, D \JD 2> \0, D\ = lS0Q р а д ;

г — преимущественное облучение задней половины тела, D i /D-2>10, D i— =850 р а д .

высокой степенью неравномерности (Di/Z)2~50; D1= 2700 рад) изменение количества клеток периферической крови (табл. 11) весьма незначительно, тогда как при уже упоминавшейся форме фракционированного неравномерного воздействия, степень не­

после равномерного (I группа) и фракционированного неравно­ мерного облучения (II группа), обнаружена гипоплазия кост­ ного мозга, атрофия фолликулов селезенки. Геморрагический Диатез отмечался у всех животных, но был менее выражен у собак II группы; различия в распределении кровоизлияний на участках, получивших большую или меньшую дозу, не были обнаружены. У собак групп I и II не отмечено резких различий в частоте и характере инфекционных осложнений.

61

Таблица ii

Основные показатели периферической крови у собак, облученных равномерно и неравномерно в дозе ЛДЦ0^45

У животных, погибших в результате облучения передней по­ ловины тела (III группа), наблюдались изменения в коже в виде эпиляции, отечности, участков некроза, гнойных язв.

Встречались некрозы слизистой оболочки пищевода, у части собак отмечался язвенный ларингит. Обнаружены множествен­ ные ' абсцессы в почках, миокарде, участки некроза в печени, множественные мелкие очаги геморрагической пневмонии.

Таким образом, при анализе острых лучевых поражений, воз­ никающих при неравномерном облучении в дозе, близкой к ЛД 50, оправдано выделение ведущего звена патологического про­ цесса. Использование представления о критическом органе и сведений о стволовых клетках костного мозга позволило создать для случаев неравномерного облучения математическую модель прогнозирования вероятности смертельного исхода острого луче­ вого поражения, клиника и исход которого определяются панцитопеническим синдромом. Корректность этой модели была экспериментально проверена и подтверждена в опытах на мы­ шах, крысах и собаках, подвергнутых разным видам неравно­ мерного облучения.

Прогнозирование биологических эффектов при неравномерном облучении собак протонами высокой энергии

Природа излучения солнечных вспышек и радиационных поя­ сов Земли, а также особенности конструкции и компоновки кос­ мического корабля обусловливают неравномерный характер пространственного распределения поглощенной дозы в теле кос­ монавта. Были проведены эксперименты с неравномерным вен-

62

тро-дорзалЬНыМ облучением собак протонами с Кп, равными трем, пяти и восьми. Среднетканевая поглощенная доза во всех случаях была одинаковой и составляла 200 рад. Для создания избранных перепадов доз собак облучали последовательно в два приема: протонами с энергией 120 Мэе, создающими резкий перепад поглощенной дозы по телу, а затем — протонами с энер­ гией 240 Мэе, обеспечивающими практически равномерное об-

Распределение костного мозга по телу собаки

Рис. 25. Распределение костного мозга и погло­ щенной дозы в теле собак при облучении в вентродорзальном направлении протонами:

лучение животных. Варьируя длительность этих фракций, полу­ чали заданные Кп. Распределение поглощенной дозы было исследовано в ткапеэквивалентном цилиндрическом фантоме собаки с помощью ионизационных камер (рис. 25). Поглощен­ ные дозы при всех использованных вариантах неравномерного облучения вызывали развитие костномозговой формы лучевого поражения.

Действительно, клинические проявления лучевой болезни, изменения показателей периферической крови и иммунобиоло­ гической реактивности у всех собак были однотипными и харак­ теризовали, по нашему мнению, лучевую болезнь средней сте­ пени тяжести. Кривые фагоцитарной активности нейтрофилов при Кн, равных пяти и восьми, практически совпадают (рис. 26). Аналогично на графике распределяются кривые, отражающие изменение числа лейкоцитов и тромбоцитов (рис. 27). Такие результаты можно объяснить, если проанализировать распре-

63

деление поглощенной дозы в теле животных при различных ус­ ловиях пространственного распределения излучения. Во всех трех вариантах опыта «доза на входе» по величине превосходит минимальную абсолютно смертельную дозу для равномерного облучения и поэтому защитный эффект при неравномерных лучевых воздействиях, очевидно, всецело обязан сохранившейся доле костного мозга в области, более отдаленной от пучка. При

Время после облучения, сутки

чить выживаемость животных, если доза под экраном, защи­ щающем 15% костного мозга, не превышает 120 рад. Отсутствие гибели в группе собак с Кп= 3, очевидно, можно объяснить боль­ шим (более 7з) объемом защищенного костного мозга.

В основу количественной оценки биологических эффектов неравномерных облучений были положены данные об изменении показателей крови у собак, поскольку в наших опытах исполь­ зовались дозы, обусловливающие костномозговой характер лу­ чевого поражения. Сопоставлены три варианта количественной оценки лучевого поражения, которые основаны на расчете экви­ валентной дозы. Суть этого метода состоит в оценке биологи­ ческого эффекта при неравномерном облучении по равноэффек­ тивной дозе тотального равномерного облучения. В качестве критериев для расчета эквивалентной дозы были взяты такие показатели, как число выживших стволовых клеток костного мозга, максимальное снижение числа лейкоцитов и динамика изменения лейкоцитов в процессе наблюдения.

64

В первом варианте, основанном на расчёте числа выживших стволовых клеток, с помощью описанных в работах [18, 121] приемов было изучено распределение активного костного мозга в костях собаки [122], а затем оценено его содержание в трех частях тела (табл. 12).

Время после облучения, сутки

Далее по кривой выживаемости стволовых клеток мышей [113] рассчитаны количество выживших стволовых клеток у со­ бак и эквивалентные дозы при различных Кп-

Во втором варианте количественной оценки эффектов нерав­ номерных облучений была построена градуировочная кривая

доза — эффект (рис. 28) для максимального снижения числа лейкоцитов при равномерном облучении собак протонами. По

этой кривой определены эквивалентные 100,--- дозы (табл. 13).

При третьем варианте количественной оценки эффективности неравномерных облучений использована собственная ма­ тематическая модель для описания про­ цессов поражения и восстановления кро­ ветворной системы. Она дает аналити­ ческое выражение для изменения числа лейкоцитов после острого облучения:

66

Т а б л и ц а 13

Результаты расчетов эквивалентной дозы при различных вариантах неравномерного облучения собак протонами в среднетканевой дозе 200 р а д

1.\Ч

1 при t > I

Параметры уравнения (1) определяли методом наименьших квадратов на электронной вычислительной машине М-220 по

собов имеет свои преимущества и недостатки. Для расчетов, основанных на кривой выживаемости стволовых клеток костно­ го мозга, всегда необходимо знать характер пространственного распределения поглощенной дозы в теле обследуемого орга­ низма. Большим преимуществом этого метода является воз­ можность прогнозирования лучевого поражения по расчетам

5* 67

сохранившейся доли стволовых клеток костного мозга, начинай уже с момента получения дозиметрических данных.

Расчет эквивалентной дозы вторым способом, хотя он доста­ точно прост и точен, может быть использован в полетных усло­ виях и не требует оценки поглощенной дозы в облученном орга­ низме, однако для прогнозирования биологического эффекта не­ обходимо дождаться достижения минимального числа лейкоци­

тов. Математическая мо-

клеток костного мозга у собак. Для этих целей использованы данные по равномерному облучению этих животных протонами высоких энергий в дозе 50, 100, 150 и 250 рад [123]. Расчет про­ веден по методу наименьших квадратов с помощью уравнения

(1). Как видно из рис. 30, расчетная кривая выживания стволо­ вых клеток костного мозга для собак лежит несколько ниже аналогичной экспериментальной кривой, полученной для мышей. Тем не менее, общий ход кривых одинаков, а имеющийся сдвиг наводит на мысль о большей радиочувствительности стволовых клеток костного мозга собак. Расчетная кривая выживания стволовых клеток костного мозга собак была использована для определения эквивалентной дозы в первом и третьем вариантах расчета точно таким же образом, как кривая из работы [113]. Сводные результаты расчета представлены в табл. 14.

68

Видно, что при первом варианте расчета значения эквива­ лентной дозы для мышей и собак совпадают, в то время как при

мозга собак.

Совпадение результатов оценки эквивалентной дозы во всех трех вариантах расчета, несмотря на различие исходных кон­ цепций, свидетельствует о правомерности использования поня­ тия эквивалентной дозы для оценки биологических эффектов неравномерных облучений.

Радиобиологические и гигиенические аспекты проблемы неравномерного внешнего облучения

Вопрос о радиационно-гигиенической оценке неравномерного внешнего облучения является весьма актуальным, поскольку облучение тела человека в производственных условиях, а также в аварийных или чрезвычайных ситуациях всегда в той или иной степени неравномерно. В связи с этим выработка единых кри­ териев для оценки степени риска, вызываемого таким воздейст­ вием, приобретает особую значимость для радиационной ги­ гиены.

Существующие рекомендации МКРЗ не дают ответа на вопрос о том, каковы принципы нормирования и конкретные нормативы неравномерного внешнего облучения. Исключение сделано лишь для IV группы критических органов (кисти, пред­ плечья, ступни, лодыжки, а также кожа).

Согласно расчетным данным, средние поглощенные дозы в критических органах I группы, таких как семенники и костный мозг человека, при вентро-дорзальном рентгеновском или у-об- лучении с энергиями порядка 20—25 кэв (длинноволновое из­ лучение) отличаются приблизительно в 5,5 раза, а поглощенные дозы в отдельных участках таких органов, как тонкий кишечник

69