Раздел 3 (лекции № 5–7) биологическое действие ионизирующего излучения на живые объекты

Основные понятия

Токсичность, линейная передача энергии, линейная плотность ионизации, коэффициент относительной биологической эффективности, критический орган, эффективный период полувыведения, инкорпорированные радионуклиды, радиолиз воды, теории действия радиации, свободнорадикальные процессы, эффект разведения, кислородный эффект, липидные радиотоксины, репарация, мишень, гибель клеток, радиочувствительность, потенциальные повреждения, эффективность восстановления, острая и хроническая лучевая болезнь, полулетальная доза, минимальная абсолютно летальная доза, полулетальная доза, минимальная абсолютно летальная доза.

После изучения данного раздела Вы должны будете

знать:

• причины токсичности радионуклидов;

• особенности действия ионизирующего излучения на различных уровнях организации живой материи;

• понятие радиочувствительности;

• этимологию и стадийность лучевой болезни человека;

• отдалённые последствия облучения.

уметь:

• определять потенциальную опасность различных радионуклидов с точки зрения их токсичности для человека и животных;

• предсказывать последствия облучения с учётом ответных реакций на различных уровнях.

Глава 3.1. Токсичность радионуклидов

3.1.1. Факторы, обуславливающие токсичность радионуклидов

Токсичность радионуклидов зависит от: вида, энергии излучения и периода полураспада; физико-химических свойств веществ, в составе которых радионуклид попадает в организм; типа распределения и скорости выведения.

Энергии излучения и периода полураспада. Чем больше энергия излучения, тем сильнее поражение. Вид излучения является наиболее главной характеристикой, определяющей токсичность радиоизотопа. Степень биологического действия различных видов излучений зависит от их линейной передачи энергии (ЛПЭ). Величина передачи энергии квантом или частицей веществу определяет их линейную плотность ионизации (удельную ионизацию). У тяжёлых частиц она очень высокая, у лёгких – низкая, т. е. чем выше энергия и короче пробег частицы, тем больше у неё ЛПЭ. Излучения, обладающие высокой ЛПЭ имеют большую биологическую эффективность.

Для выражения различий действия излучений с неодинаковыми ЛПЭ принят коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или качества (см. табл.9). ОБЭ показывает, во сколько раз эффективность данного вида излучения больше, чем рентгеновского или гамма- излучения при одинаковой поглощённой дозе в тканях.

Таблица 9

Коэффициенты относительной биологической эффективности (обэ) для разных видов излучения

Вид излучения	Величина ОБЭ
Рентгеновское, гамма-, бета-излучения	1
Альфа-частицы, протоны	10
Нейтроны медленные	3–5
Нейтроны быстрые	10
Тяжёлые ядра отдачи	20

Период полураспада также является важной характеристикой биологической активности нуклида. Наибольшую опасность представляют изотопы с периодом полураспада от нескольких дней до десятков лет. Это связано с тем, что при коротком периоде полураспада основная масса радионуклида распадается, не достигнув тканей организма, и, следовательно, не создаёт опасную концентрацию, например, полоний-212 или радий-220. Радионуклиды же с большим периодом полураспада в естественных условиях не могут создать эффективной дозы, которая бы привела к развитию лучевого заболевания. Однако в некоторых случаях токсичность радиоизотопа усиливается дочерними нуклидами.

Физико-химические свойства веществ, в составе которых радионуклид попадает в организм. При внутреннем поступлении радионуклидов в организм их биологическое действие во многом будет определятся агрегатным состоянием вещества. Наибольшее действие оказывают те радионуклиды, которые легко образуют газ и водорастворимые соединения. Они интенсивно всасываются в кровь, быстро распространяются по всему организму. Биологическое действие малорастворимых или нерастворимых радионуклидов определяется степенью дисперсности аэрозоля или порошка, в форме которого вещество попадает в организм. Радиоактивные частицы, попадая в организм могут адсорбироваться клетками эпителия или задерживаться в ЖКТ и длительное время вызывать местное радиационное поражение. На степень биологического действия радионуклидов оказывают влияние наличие нерадиоактивных изотопов этого элемента или химического элемента- аналога.

Пути поступления радионуклидов в организм. Радиоактивные вещества могут поступать в организм через лёгкие, пищеварительный тракт, неповреждённую кожу, слизистые оболочки и раны. Степень проникновения аэрозоля и задержка его в лёгких зависит от заряда частиц и их размера. Степень всасывания радиоактивных веществ, поступающих с пищей и водой, зависит от характера химического соединения и физиологического состояния организма. Особенно легко всасываются щелочные металлы. Трансурановые и редкоземельные элементы в кишечнике образуют труднорастворимые соединения, поэтому степень всасывания для них очень низкая. На величину и скорость всасывания радиоактивных веществ в ЖКТ существенно влияет количество поступивших веществ. Чем больше поступило, тем меньше всасывается.

Распределение радионуклидов в организме. Поведение всосавшихся в кровь радионуклидов определяется:

• биогенной значимостью для организма стабильных изотопов данных элементов, тропностью их к определённым органам и тканям. Например, кальций выполняет специфическую, роль всегда входит в состав тканей, проявляет большую тропность к костной системе;

• физико-химическими свойствами радионуклидов – положением в периодической системе, валентностью, растворимостью соединений, способностью образовывать коллоиды и другими факторами. Радионуклиды ведут себя так же, как и их стабильные аналоги. Они вступают в те же химические соединения и участвуют в тех же обменных процессах. И аккумулируются они в тех же органах и тканях.

Классификация элементов по типам распределения показана в табл. 10.

Таблица 10