Радиобиология, радиационная физиология и медицина. Словарь-справочник

Для ретроспективной биологической дозиметрии используется анализ стабильных аберраций хромосом в лимфоцитах с помощью методов флуоресцентной in situ гибридизации клеток (FISH-метод) Á и полного кариотипирования G-дифференциально окрашенных хромосом (G-banding). Учитываются следующие типы стабильных аберраций: реципрокные транслокации, сложные транслокации, инсерции, инверсии перицентрические и парацентрические, делеции терминальные и интерстициальные, сложные обмены (транслокации, сопровождающиеся инверсиями и (или) инсерциями, сложные неидентифицируемые перестройки). Возможно длительное сохранение некоторых нестабильных аберраций (повышенный уровень дицентриков в лимфоцитах облученных людей).

Второй метод ретроспективной биологической дозиметрии — ЭПР-спектроскопия эмали зуба.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕДИЦИНСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ С НИЗКОЙ ЛПЭ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ ДОЗ

–очень малые дозы (менее 10 мГр) — повреждения ДНК (одиночные и двойные разрывы), апоптоз, стимулирующие и гормезисные эффекты. Слабая индукция репарации ДНК и отсутствие регистрируемых цитогенетических повреждений. Стохастические эффекты — рак у детей после облучения in utero в дозах порядка 10 мГр. Детерминированные эффекты не выявляются;

–малые дозы (10 мГр — 10 сГр) — простые и комплексные повреждения ДНК (однонитевые, двунитевые разрывы, повреждение или потеря оснований, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок), подавляющее число повреждений репарируется в течение минут-часов, апоптоз. Индукция репарации ДНК, стимулирующие и гормезисные эффекты, увеличение частоты нестабильных аберраций хромосом и микроядер, радиоадаптивный ответ. Стохастические эффекты не доказаны. Среди детерминистских эффектов возможно временное подавление сперматогенеза у млекопитающих;

–средние дозы (10 сГр — 1 Гр) — отчетливые повреждающие радиобиологические последствия, отсутствие стимулирующих и гормезисных феноменов. Повышенный выход раков и лейкозов. Наследственные генетические эффекты (воспроизводятся в эксперименте). Порог нарушений в хрусталике, временное угнетение сперматогенеза, супрессия в системе кроветворения. Умственная отсталость при облучении in utero. Апоптоз, репродуктивная гибель клеток, немишенные эффекты радиации, наличие всех типов цитогенетических повреждений (хромосомные и хроматидные аберрации, микроядра, нестабильные и стабильные аберрации), увеличение частоты лейкозов и солидных раков. Убедительных данных о трансгенерационных эффектов у человека нет;

21

–большие дозы (1 Гр — 10 Гр) — стохастические эффекты те же, что и при воздействии в средних дозах, но возникают с большей вероятностью. Детерминистские эффекты: острая и хроническая лучевая болезнь, выраженные типичные радиационные синдромы, эритема кожи, облысение. Гибель радиочувствительных тканей обусловлена некрозом и некроптозом (вариант программированной клеточной гибели). Выраженные наследственные генетические дефекты (в т. ч. трансгенерационная передача канцерогенных последствий необлученному потомству, доказанная в эксперименте);

–очень большие дозы (свыше 10 Гр) — в основном детерминистские эффекты (кишечный и церебральный синдромы). Отчетливые лу- чевые ожоги и язвы.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ РАДА (бэр)

Внесистемная единица эквивалентной дозы излучения, относящейся ко всему организму и отражающей величину радиационного риска. 1 бэр соответствует такому облучению живого организма данным видом излучения, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе γ-излучения в 1 рад (1 бэр =

1 рад = 0,01 Дж/кг). В системе СИ величина в 1 бэр = 0,01 Зв.

БИОФИЗИКА РАДИАЦИОННАЯ

Отрасль радиобиологии, исследующая с помощью методов радиационной физики и радиационной химии процессы переноса энергии излучения и структуру треков в биологических объектах, а также ра- диационно-индуцированный выход и реактивность первичных продуктов воздействия излучения.

В задачи биофизики радиационной входит также изучение молекулярных механизмов биологического действия ионизирующих и неионизирующих излучений.

БИОХИМИЧЕСКИЙ ШОК РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЙ

Комплекс биохимических и морфологических сдвигов (ингибирование метаболических реакций, исчезновение крист в митохондриях и размытие матрикса, нарушение проницаемости плазматических мембран и др.), развивающихся при введении в организм радиозащитных агентов различного механизма действия (прежде всего тиолов) и приводящих, предположительно, к состоянию повышенной радиорезистентности таких процессов, как синтез ДНК, ядерное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование в митохондриях.

БИОХИМИЯ РАДИАЦИОННАЯ

Раздел биохимии и радиобиологии, изучающий влияние ионизирующих излучений на обмен веществ в организме.

22

БЛОК МИТОЗОВ РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЙ

Временная задержка первого пострадиационного деления клетки, облученной в диапазоне доз от 1 до 10 Гр. Á

Продолжительность блока митозов в культуре клеток составляет 1 ч на каждый 1 Гр. Она также зависит от фазы клеточного цикла в момент облучения: блок митозов наиболее выражен при облучении клетки в стадии синтеза ДНК или в постсинтетической фазе.

Предполагается, что феномен радиационно-индуцированного блока митозов имеет защитно-приспособительный характер и способствует более успешному протеканию репаративных процессов в облу- ченной клетке.

БОЛЕЗНЬ ВТОРИЧНАЯ

Иммунный конфликт собственного (облученного реципиента) и донорского костного мозга, проявляющийся тяжелыми инфекционными осложнениями, в т. ч. и вирусной этиологии, и приводящий, как правило, к летальному исходу.

Второе название — болезнь отторжения чужеродного трансплантата.

БОМБА ГРЯЗНАЯ

Так называемая «грязная бомба» (Dirty Bomb) — радиоактивное дисперсионное устройство, предназначенное для распространения радиоактивных материалов с намерением загрязнить окружающую среду, вызвать разрушения и панику или убить людей. В качестве «грязной бомбы» могут быть использованы радиоактивные источники и без их диспергирования, а также жидкие и порошкообразные радиоактивные материалы, распыляемые в окружающей среде.

«Грязная бомба» не является истинным ядерным оружием и не обладает такой разрушительной мощью. «Грязная бомба» представляет собой комбинацию обычных взрывчатых веществ, типа динамита, с радиоактивными материалами, упакованными вокруг взрыв- чатого ядра. Идея состоит в том, чтобы распространить радиоактивный материал на территории вокруг взрыва и этим напугать людей. В действительности, основные поражения от «грязной бомбы» будут связаны, в основном, непосредственно с взрывом, в то время как загрязнение радиоактивными материалами людей или окружающей среды, как ожидается, причинит только ограниченный вред здоровью, но создаст мощное психологическое воздействие.

По экспертным оценкам, кроме ущерба, наносимого взрывом, необходимым для рассеивания радиоактивного материала, «грязные бомбы» не обладают значимым радиологическим воздействием, и их вред для здоровья ограничивается стрессом, страхом, паникой и другими социально-психологическими эффектами.

23

БУЛДАКОВ Лев Александрович (1927–2014)

Выдающийся отечественный радиобиолог, токсиколог, доктор медицинских наук, профессор, академик РАМН, лауреат Государственной премии СССР.

Научная деятельность связана с изучением биологического действия ионизирующих излучений при инкорпорации различных радионуклидов, поступающих в биосферу в результате промышленной деятельности, испытаний ядерного оружия и аварийных ситуаций на производстве. Внес значительный вклад в разработку средств и методов профилактики последствий инкорпорации радионуклидов, ускоряющих их выведение из организма. Им предложена методология прогнозирования возможной дозы излучения при различных аварийных ситуациях; установлены пороговые уровни радиационного воздействия, не вызывающие патологических эффектов или обладающие горметическими свойствами; выявлена роль локальных эффектов внутреннего облучения в развитии патологических процессов при инкорпорации различных радионуклидов. Результаты научных исследований обобщены в ряде широко известных монографий, среди которых «Проблемы токсикологии плутония», «Проблемы радиобиологии америция», «Радиоактивные вещества и человек» и др. Принимал непосредственное участие в работах по ликвидации последствий техногенных катастроф, связанных с выбросом радиоактивных веществ (загрязнение радионуклидами реки Теча, Восточно-Уральский радиоактивный след, авария на Чернобыльской АЭС и др.).

БУРЛАКОВА Елена Борисовна (1934–2016)

Известный отечественный радиобиолог, доктор биологических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники.

Основные направления научной деятельности: изучение клеточ- ных мембран и их роли в различных биологических процессах, а также (с 80-х годов ХХ века) исследование эффектов малых и сверхмалых доз химических и физических воздействий, в т. ч. и ионизирующих излучений. Результатом исследований роли биомембран в регуляции клеточного метаболизма явилось открытие регуляторной системы, поддерживающей перекисное окисление липидов на стационарном уровне. Ею получены новые данные о механизмах биологической активности антиоксидантов, внесшие важный вклад в создание нового направления науки — биофизики и биохимии антиоксидантов, создания средств антиоксидантной терапии. Ее исследования в области радиобиологии внесли важный вклад в обоснование роли свободно-радикальных процессов в радиационном поражении клетки. Е. Б. Бурлаковой установлено наличие парадоксальной зависимости «доза-эффект» при облучении биологических объектов в малых и сверхмалых дозах, сформулиро-

24

25

Â

ВАСИЛЕНКО Иван Яковлевич (1920–2009)

Известный отечественный радиобиолог, организатор медицинской службы, доктор медицинских наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР.

Основные направления научных исследований: медицинское обеспечение войск в условиях ядерной войны; оценка поражающих свойств ядерного взрыва и защитных свойств фортификационных сооружений; исследование токсичности продуктов ядерного деления изотопов урана и плутония; экспериментальное обоснование допустимых уровней радиоактивного загрязнения продуктов питания, воды, боевой техники.

ВЕЛИЧИНЫ (единицы) РАДИАЦИОННЫЕ

Физические величины и единицы, используемые для характеристики явлений и процессов, связанных с ионизирующими излучениями и их источниками. В радиобиологии, радиационной гигиене, радиационной медицине и радиационной безопасности обычно применяются:

–радиационные величины физического эффекта облучения: экспозиционная доза и ее мощность, поглощенная доза и ее мощность и пр. Единицы измерения — Кл/кг, Р, Р/мин, Дж/кг, Гр, рад, рад/с, Гр/с;

–радиационные величины радиоактивности: период полураспада, активность и пр. Единицы измерения — Бк, Ки;

–радиационные величины радиационно-гигиенического нормирования: эквивалентная доза и ее мощность, эффективная доза и ее мощность и пр. Единицы измерения — Зв, бэр, Зв/с, бэр/с, чел.-Зв, чел.-Зв/год.

ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ РАДИАЦИОННОГО ПОРАЖЕНИЯ КЛЕТКИ

Сформулирована Ю. Г. Капульцевичем (1978). В соответствии с моделью:

–разные облученные клетки поражаются в различной степени по принципу «попадания», но каждое повреждение проявляется с вероятностью меньше единицы вследствие компенсаторных процессов репарации, поэтому выживаемость облученной клетки определяется степенью ее поражения по вероятностному закону;

–облучение приводит к уменьшению вероятности успешного деления клетки, но эта вероятность неодинакова для разных клеток облученной популяции вследствие тех или иных причин (биологиче- ской изменчивости, неравномерного распределения поглощенной энергии ионизирующего излучения и др.).

26

ВЕЩЕСТВА РАДИОМИМЕТИЧЕСКИЕ (радиомиметики)

Химические соединения, вызывающие в организме изменения, сходные с теми, которые возникают после воздействия ионизирующих из-

лучений. Подобно ионизирующим излучениям, радиомиметики обла- Â дают мутагенным и канцерогенным действием, вызывают острые и хронические дегенеративные изменения в костном мозге, слизистой оболочке кишечника, половых органах, подавляют образование антител, биосинтез белка и т. д.

Среди химических соединений наиболее выраженным радиомиметическим действием обладают алкилирующие вещества (иприт, этиленамин и др.).

ВЗВЕШИВАЮЩИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

(WT)

Применяются при расчете эффективной дозы для учета различной чувствительности органов и тканей к развитию стохастических эффектов облучения. Обозначаются как WT. Значения некоторых взвешивающих коэффициентов для органов и тканей приведены ниже:

ВЗВЕШИВАЮЩИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ (WR)

Применяются при расчете эквивалентной дозы с целью учета относительной биологической эффективности различных видов излуче- ний в индуцировании биологических эффектов. Обозначаются как WR. Значения некоторых взвешивающих коэффициентов для отдельных видов ионизирующих излучений приведены ниже:

27

ВИДЫ ОБЛУЧЕНИЯ (в зависимости от площади облученной поверхности)

В зависимости от распределения поглощенной дозы на площади облученной поверхности выделяют:

–локальное (или местное) облучение — если поглощенная доза распределяется в каком-то одном участке тела;

–тотальное (или общее) облучение — если облучению подвергается все тело или большая его часть.

Вариантами тотального облучения являются равномерное (неравномерность по дозе на отдельные части тела не превышает 10%) и неравномерное облучение.

ВИДЫ ОБЛУЧЕНИЯ (в зависимости от расположения источника ионизирующего излучения)

–внешнее облучение — облучение организма от находящегося вне его источника ионизирующего излучения. Основную опасность в ка- честве источников внешнего облучения представляют γ- и рентге-

новские лучи, быстрые и медленные нейтроны;

–внутреннее облучение — облучение организма от радионуклидов, попавших внутрь тела. Доза излучения, создаваемая попавшим в организм радиоактивным веществом, зависит от его количества, характера излучения (α-, β- èëè γ-излучатель), энергии излучения,

типа распределения и периода полувыведения;

–контактное (или наружное) облучение — развивается при попадании радиоактивных веществ на кожу и слизистые оболочки. Иногда рассматривается в качестве одного из вариантов внешнего облучения. Основные источники контактного облучения — γ- è β-излучающие радионуклиды.

ВИДЫ ОБЛУЧЕНИЯ (по продолжительности набора дозы)

По продолжительности набора дозы различают следующие виды облучения:

28

–острое — непрерывное облучение с высокой мощностью дозы, при котором не менее 80% всей дозы организм человека получает не

более чем за 4 сут;

– пролонгированное — непрерывное облучение с относительно низ- Â кой мощностью дозы (обычно ниже 0,02 Гр/мин), продолжающееся от 4 сут до нескольких недель;

–фракционированное — дробное облучение, в интервалах между которым организм частично успевает компенсировать нанесенный ущерб.

Реже используют термин «кратковременное облучение» — импульсное однократное облучение с высокой мощностью дозы (например, воздействие γ-нейтронного излучения ядерного взрыва).

ВИДЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ НЕЙТРОНОВ ВЕЩЕСТВУ

В отличие от ускоренных заряженных частиц нейтроны не несут электрического заряда и не отклоняются в электрическом поле элементарных частиц. Достигая ядер, они либо поглощаются ими, либо рассеиваются на них.

Атомные ядра при поглощении нейтронов становятся неустойчи- выми и, распадаясь, порождают протоны, α-частицы и фотоны γ-èç-

лучения, также способные производить ионизацию. Таким образом, при нейтронном облучении конечный биологический эффект также связан с ионизацией, производимой опосредовано вторичными частицами или фотонами.

Основные виды передачи энергии нейтронов веществу:

–упругое рассеяние, при котором потерянная нейтронами энергия передается протонам или другим ядрам отдачи, отличающимся высокой способностью к ионизации;

–неупругое рассеяние, при котором после столкновения с ядром часть энергии нейтрона расходуется на его возбуждение; возвращаясь практически мгновенно в основное состояние, ядро испускает γ-квант, а нейтрон теряет часть своей энергии, и замедляет-

ся, как и при упругом рассеянии;

–радиационный захват с испусканием g-кванта, при котором ней-

трон захватывается ядром атома и входит в его состав. При этом ядро переходит в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в основное состояние, испускает γ-квант. В результате этого процес-

са возникает изотоп того же элемента, но с атомной массой на единицу больше;

–радиационный захват с испусканием частицы, при котором, в отли- чие от предыдущего процесса, испускаются протоны, α-частицы

или нейтроны.

29

ВИДЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ВЕЩЕСТВУ

Ускоренная заряженная частица (электрон, протон и др.), с точки зрения объяснения характера ее взаимодействия с веществом, представляет собой перемещающийся в пространстве источник электри- ческого поля, оказывающий возмущающее влияние на электронные оболочки атомов, поблизости от которых он оказывается. При прохождении через вещество ускоренная заряженная частица теряет свою энергию, вызывая ионизацию или возбуждение атомов до тех пор, пока общий запас энергии уменьшится настолько, что частица утратит ионизирующую способность.

Основные виды передачи энергии ускоренных заряженных частиц веществу представлены ниже:

–упругое рассеяние — изменение траектории заряженной частицы в результате притяжения ядер без потери энергии. Чем больше масса частицы, тем меньше ее отклонение от прямого направления. Поэтому траектории α-частиц практически прямолинейны, а траектории электронов всегда изломаны. При этом рассеянные β-части-

цы летят во все стороны, и могут являться источником поражения людей, находящихся вблизи материала, на который падает поток β-частиц, даже если этот поток непосредственно на человека не

попадает;

–неупругое торможение (или неупругое рассеяние) наблюдается при прохождении электронов очень высокой энергии (выше 1 МэВ) вблизи ядра атома. Электрон при этом теряет скорость, и часть его энергии испускается в виде фотонов тормозного излучения, летящих в том же направлении, что и электрон. Таким образом, при прохождении электронов высокой энергии через вещество происходит образование вторичного электромагнитного излучения, в связи с этим даже чистые β-излучатели требуют при хранении и

перевозке достаточно серьезной защиты (например, свинцовой оболочки);

–аннигиляция, которая происходит в веществах с позитронной (β+)

активностью. Сущность этого процесса заключается в том, что при столкновении позитронов с электронами атомной оболочки частицы превращаются в два γ-кванта с энергией 0,51 МэВ каждый.

Поэтому все позитронно-активные изотопы являются одновременно источниками вторичного γ-излучения;

–ионизация и возбуждение атомов, которые происходят в результате непосредственного взаимодействия заряженной частицы с электронами оболочек атомов. Для ускоренных заряженных частиц это основной путь потери энергии в веществе. При этом процессе ускоренная заряженная частица теряет свою энергию на выбива-

30