Учебное пособие по «Медицине катастроф, Экстремальной медицине» тема № 2.3

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Новосибирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО НГМУ Минздрава России)

Кафедра мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф

"Утверждаю"

Заведующий кафедрой МПЗ и МК д.м.н. Е. А. Ставский

"___" ____________ 2014 г.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

для студентов лечебного, педиатрического, стоматологического, фармацевтического, медико-профилактического факультетов

по разделу «Медицина катастроф/Экстремальная медицина» дисциплины "Безопасность жизнедеятельности, медицина

катастроф"

тема № 2.3.2 "Медико-санитарное обеспечение населения при

ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций радиационной природы"

Рассмотрено на заседании кафедры МПЗ и МК

"28" 08 2014 г. № протокола 1

Новосибирск-2014

1

СОДЕРЖАНИЕ

2

3

Введение

Развитие науки и техники не привело к снижению числа аварий и катастроф на производстве, вообще, и предприятиях атомной энергетики, в частности. Так, на весь мир прогремела авария на Чернобыльской АЭС, а также АЭС «Фукусима -1» в Японии в 2011 г. Эти и близкие к ним более ранние аварии на АЭС и производствах ядерного цикла повлекли за собой массовые поражения. К массовым (условно) радиационным поражениям относят поражение 10 и более человек. Это может произойти и в условиях боевых действий. Еще большие человеческие жертвы влекут за собой непредвиденные или трудно прогнозируемые природные и экологические катастрофы (ураганы, землетрясения, наводнения и цунами, пожары

ит. д.). Энергетический кризис ставит свои проблемы перед людьми. В экологическом плане АЭС более предпочтительны, нежели ГЭС. Однако последние функционируют, выбрасывая сотни тонн различных вредных веществ. Установлено, что 1 раз в 10 - 15 лет случаются различные аварии на АЭС и ТЭС, а также на заводах радиохимического производства и синтеза. В этих обстоятельствах и соответствующих потенцированию поражения средовых условиях на зараженной местности могут возникнуть значительные санитарные потери. В зависимости от дозы облучения вследствие внешнего и (или) внутреннего облучения, могут развиться лучевые поражения различной степени тяжести, которые потребуют длительных сроков лечения и соответствующего количества медицинских препаратов. Причем, выздоровление в таких случаях может быть не полным. Последнее может негативно сказаться не только на трудо-

ибоеспособности реконвалесцентов, но иметь соматические и генетические последствия.

Массовое поражение личного состава войск, населения может быть вызвано ИИ в короткие сроки. В этих условиях задача войсковой медицины и медицины катастроф сводится к профилактике поражения личного состава и населения, а также лечению лиц, получивших те или иные поражения. Эти мероприятия, проведенные со знанием специфики течения интоксикации (болезни), помогут сохранить жизнь и ее качество в отдаленном периоде.

Учебно-методическое пособие раскрывает современное представление о патологических сдвигах, развивающихся в организме человека, подверженного воздействию ионизирующих излучений, влияющих на пластический обмен человека. Актуальность темы в том, что такие поражения могут встречаться при авариях на предприятиях по переработке и обогащению урановых руд, в ходе аварий на атомных электростанциях, а также вследствие диверсионных актов и в условиях применения противником ядерного оружия. В пособии представлена клиника течения поражений, а также профилактика и специфика лечения лучевых поражений. Настоящее пособие является полезным для студента медицинского университета, который должен знать особенности синдроматики поражения ИИ и специфику лечения пораженных на этапах медицинской эвакуации, а также основы профилактики лучевых поражений личного состава и населения.

4

1. ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ИХ СВОЙСТВА

Ионизирующие излучения получили своё название по способности вызывать ионизацию и возбуждение атомов и молекул в облучаемом веществе. Все ИИ подразделяются на электромагнитные и корпускулярные

1.1.Электромагнитные ионизирующие излучения

Взависимости от источника электромагнитные ИИ подразделяют на тормозное, характеристическое и γ-излучение. Тормозное излучение возникает при замедлении ускоренных заряженных частиц в электрическом поле, например, окружающем атомные ядра. Характеристическое излучение обусловлено энергетическими перестройками внутренних электронных оболочек возбуждённых атомов, при котором электроны не покидают атом, а переходят на соседние орбиты с излучением γ-кванта. А γ-излучение является продуктом ядерных распадов и превращений радиоактивных элементов (радиоизотопов). Совокупность тормозного и характеристического излучений называют рентгеновским излучением или «Х-излучением». Известно жёсткое космическое рентгеновское излучение (РИ), но оно экранировано ионосферой. В земных условиях РИ всегда имеет искусственное происхождение, в то время как γ-излучение может иметь как искусственное, так и естественное происхождение. Наиболее важные свойства электромагнитных ИИ известны с 1895г (табл.1).

Таблица 1 Общие и отличные от видимого света свойства электромагнитных ионизирующих

излучений

Тем не менее, и видимый свет, и рентгеновское излучение тождественны по своей природе, различаясь лишь длиною волн. Самые длинные из волн РИ на порядок короче, чем волны видимого света, что объясняет их разное поведение на зеркальных поверхностях, в линзах и на дифракционных решётках. С этим же связано и наличие у рентгеновских и γ-лучей

5

ионизирующих свойств. Показано, что электромагнитные излучения (ЭМИ), длина волны которых короче 365 нм, обладают ионизирующими свойствами (табл. 2).

Таблица 2

Длина волны у различных видов ЭМИ

Ионизация веществ лежит в основе биологического действия ИИ. Этот же феномен используется для их выявления и количественной оценки (дозиметрии). Взаимодействие ЭМИИ с атомами вещества протекает в формах: 1. фотоэффекта; 2. комптон-эффекта; 3. образования электрон-позитронных пар.

Фотоэффект. Если энергия фотонов ЭМИИ до 0,5 МэВ - преобладает фотоэффект. Это поглощение энергии фотона одним из электронов внешней оболочки атома и его отрыв с орбиты атома (образование положительно заряженного иона). Электрон может присоединиться к орбите другого атома с образованием отрицательно заряженного иона.

Комптон-эффект (эффект Комптона). При больших энергиях (1-2 МэВ) γ- излучений происходит передача электрону лишь части энергии фотона ЭМИИ, вследствие чего электрон может переходить с одной орбиты на другую данного атома. Остальная часть энергии фотона может расходоваться по типу фотоэффекта или опять же комптон-эффекта, вызывая ионизацию уже многих атомов. При энергиях квантов (фотонов) от 0,1 до 2,0МэВ (ИИ ядерного взрыва) на долю комптон-эффекта приходится до 99 – 100% поглощённой энергии γ-излучения.

Электрон-позитронный эффект – это образование электрон-позитронных пар при прохождении γ-излучения (кванта) в непосредственной близости от ядра атома. Это возможно при энергии фотонов более 50 МэВ. Эффект наблюдается только в лабораторных условиях.

Образующиеся при воздействии ЭМИИ заряженные частицы (фотоэлектроны, комптоновские электроны) являются вторичным фактором, но первостепенным фактором по значимости ионизации и возбуждения атомов в облучаемом веществе.

Величина энергия фотонов (квантов) определяет их ионизирующую способность, а также их проникающую способность. Так, высокоэнергетические

6

(«жёсткие») ЭМИИ легко проникают вглубь тела человека и животных, вызывая ионизацию и возбуждение атомов во всех клетках организма. Напротив, «мягкие» рентгеновы лучи, которые получают при напряжении на аноде рентгеновской трубки в несколько кВ, задерживаются кожей, не оказывая существенного прямого действия на глубоко лежащие ткани.

При прохождении ЭМИИ через вещество интенсивность их потока снижается тем выше, чем выше толщина и плотность вещества экрана. Практически удобным показателем экранирующей (ослабляющей) способностью вещества (материала) является толщина слоя, ослабляющего в 2 раза (слой половинного ослабления) поток ЭМИИ. Коэффициент ослабления ЭМИИ растёт с увеличением порядкового номера вещества в таблице Д.И. Менделеева (атомной массы). Поэтому тяжёлые металлы (свинец, барий) эффективно экранируют нас от ЭМИИ («защита экранированием»). Последнее дополняется удалением от ЭМИИ (рассеивание энергии)–«защита расстоянием» и «защита временем» - минимум времени воздействия ЭМИИ на человека, в т. ч. персонала лучевой диагностики.

1.2.Корпускулярные ионизирующие излучения

Ккорпускулярным ИИ относят нейтроны и ускоренные заряженные частицы: бета- (β) и (ά)альфа-частицы или ядра гелия.

Нейтронное излучение возникает при бомбардировке фотоном ядра заряженной частицей или фотоном высокой энергии в лабораторных условиях или при

взрывах атомных боеприпасов, где источником этих частиц служат цепные реакции деления ядер 235U или 239Pu.

Другой путь образования нейтронов – синтез ядер лёгких элементов – дейтерия 1D2, (1T3)трития и (3Li6) лития, происходящий при взрывах термоядерных

(водородных) боеприпасов.

Нейтроны классифицируются по их энергии (табл.3). Большинство нейтронов, образующихся при взрывах атомных боеприпасов, относится

Таблица 3 Классификация нейтронов в зависимости от энергии

К быстрым нейтронам, а при взрывах водородных боеприпасов – к нейтронам очень больших энергий. Так как нейтроны не имеют заряда, они не оказывают непосредственного влияния на электронную оболочку атомов, взаимодействуя

7

только с ядрами. Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются от них (рассеяние), либо поглощаются ими (участие в ядерных перестройках). Ниже дано содержание процессов взаимодействия нейтронов с атомами вещества (упругое и неупругое рассеяние, ядерные перестройки).

Упругое рассеяние. При столкновении с ядрами углерода, азота, кислорода, фосфора нейтроны теряют 10-15%, а при столкновении с ядрами водорода – до 2/3 своей энергии. При этом происходит выброс «ядер отдачи» - положительно заряженных частиц, обладающих высокой ионизирующей способностью. Упругое рассеяние – основной путь потери энергии нейтронами, возникающими при атомных и водородных взрывах.

Неупругое рассеяние. В данном случае энергия передаётся протонам и нейтронам ядра, приводя ядро в состояние колебательного движения. Возвращаясь

висходное состояние, ядро выделяет полученную энергию в виде фотонов γ- излучения.

Ядерные перестройки. При поглощении ядрами нейтронов происходит выброс протонов, ά -частиц, γ –квантов. При упругом рассеянии энергии протоны, выбитые из ядра атома нейтронами, в основном и определяют их биологическое действие. Оставшееся ядро неустойчиво, а его распад приводит к возникновению наведенной активности, т. е. образуются искусственные радиоактивные изотопы.

Одна из важнейших реакций, связанных с захватом быстрых нейтронов, является реакция деления, при которой ядро делится приблизительно на две

равные части. Делятся ядра только тяжёлых элементов, начиная с тория. Деление ядра 238U происходит нейтронами с энергией более 1 МэВ. Развитие цепной

реакции деления имеет место при облучении тепловыми нейтронами у таких тяжёлых элементов как 233U, 235U, 239Pu, 241Pu. Кроме того, образующиеся при взаимодействии нейтронов с ядром вещества т. н. «ядра отдачи» вносят основной вклад в ионизацию и возбуждение атомов вещества. Поэтому нейтроны, как и рентгеновские- и γ-лучи относят к косвенно ионизирующим излучениям.

Проникающая способность нейтронов несколько меньше, чем у γ –излучения,

но существенно выше, чем у ускоренных заряженных частиц, в том числе, β и ά- частиц. При ядерных и водородных взрывах нейтронный поток распространяется на сотни метров, легко проникая через броню и железобетон. Поскольку энергия нейронов наиболее легко передаётся ядрам лёгких атомов, то вещества, богатые атомами водорода, бериллия, углерода применяются для экранирования от нейтронного излучения. В этих условиях тяжёлые металлы, плохо задерживающие нейтроны, применяются для ослабления вторичного γ –излучения, возникающего

влёгких материалах в результате неупругого рассеяния нейтронов и ядерных перестроек.

Ускоренные заряженные частицы – это поток электронов (β-частиц) и ядер атома гелия (ά-частицы). Они являются источниками возникновения и перемещающего в пространстве электромагнитного поля (ЭМП). Существуют природные и искусственные радиоизотопы, а также ускорители заряженных частиц. Ниже даны формы взаимодействия частиц с веществом.

8

Упругое рассеяние – изменение траектории полёта заряженной частицы в результате отталкивания от атомных ядер без потери энергии. Чем меньше частица, тем больше её отклонение от прямого направления. Поэтому траектории β-частиц в среде изломаны, а протонов и ά-частиц – практически прямые.

Неупругое торможение. Электрон при прохождении вблизи ядра атома теряет скорость и энергию. Он может войти в одну из орбит атома, с испусканием γ- кванта (фотона) тормозного излучения, летящего в том же направлении, что и электрон.

Ионизация и возбуждение атомов. Основной путь потери энергии ускоренных заряженных частиц в веществе. При этом, атом может терять 1-2 электрона, становясь положительно заряженным ионом, а присоединение «потерянных» одним атомом электронов к орбитам другого атома способствует образованию отрицательно заряженного иона. Переход же электронов с орбиты на орбиту одного и того ж атома с излучением фотона (γ-кванта) приводит к образованию

возбужденного атома.

Проникающая способность ускоренных заряженных частиц, как правило,

невелика. Она прямо пропорциональна энергии, массе и квадрату скорости частицы. Напротив, связь проникающей способности с абсолютной величиной заряда частиц является отрицательной. Так, пробег β-частиц в воздухе составляет десятки сантиметров, а ά-частиц – миллиметры. Одежда надёжно защищает человека от воздействия этих излучений извне. Однако при поступлении внутрь организма пробег ά и β-частиц превышает размеры клеток, что создает условия для поражения органоидов, РНК и ДНК клеток.

1.3. Плотноионизирующие и редкоионизирующие излучения

Первичные изменения атомов и молекул облучаемого ИИ вещества сводятся к ионизации и возбуждению атомов и молекул, независимо от вида ИИ (прямоили косвенно ионизирующего). Количество пар ионов, образующиеся в среднем на 1 мкм пути частицы ИИ в веществе, называется линейной плотностью ионизации (ЛПИ). Однако одни ИИ в 1 мкм образуют пар ионов существенно выше, чем в этих же условиях другие ИИ

(табл.4).

9

Необходимо различать возможность ИИ редко или плотно ионизировать среду от их проникающей способности в биологическом материале. Например, при высокой ионизирующей способности ά-частиц, их проникающая способность близка к 40 мкм, β-излучения 1,0-2,5 см, нейтронов с ЛПЭ 14 МэВ – 10 см. Гаммаизлучение проходит тело человека полностью. При этом теряется половина их ЛПЭ. С линейной плотностью ионизации (не путать с ЛПЭ) прямо связана относительная биологическая эффективность (ОБЭ) ИИ, о чём сказано ниже.

1.4. Количественная оценка ионизирующих излучений. Основы дозиметрии

Эффекты ИИ на человека в дозах, превышающих предельно допустимые являются вредными. Различают детерминированные и стохастические эффекты. Детерминированные эффекты представляют собой клинически выявляемые вредные биологические эффекты ИИ при воздействии в дозах выше пороговых, а ниже – эти эффекты не возникают. Стохастические эффекты – это вредные радиобиологические эффекты, возникающие после воздействия ИИ, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе, но тяжесть проявления не зависит от дозы радиации. Для прогнозирования тех или иных эффектов необходимо выявление ИИ и количественная оценка уровня радиационных воздействий. Это называется дозиметрией. Для количественной характеристики уровня лучевого воздействия введено понятие дозы излучения. Применяются три вида дозы – экспозиционная, поглощённая, эквивалентная, а также ряд доз, рассчитанных на их основе.

Экспозиционная доза (Х) – мера количества ИИ, физическим смыслом которой является суммарный заряд ионов одного знака, образующихся при облучении воздуха в его единичной массе. В системе СИ это кулон/килограмм (Кл/кг). Однако, чаще применяется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р). ИИ в дозе 1 Р способствует

образованию в 1 см3 воздуха при 0оС и 760 мм рт. ст. 2,1 х109 пар ионов. 1 Кл/кг = 3876 Р, а

1 Р = 2,58 х 10-4 Кл/кг.

Поглощённая доза (D). Количество поглощенной энергии одной и той же массой разных веществ различно. Учесть фактор поглощения энергии можно в единицах поглощенной дозы.

В системе СИ поглощённую дозу выражают в греях (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Часто пользуются внесистемной единицей поглощённой дозы – рад (аббревиатура от « radiation absorbed dose»). Рад равен сантигрею (1 рад = 10-2 Гр); 1Гр =100 рад.

Непосредственно измерить биологически значимые величины поглощенных доз не всегда возможно из-за незначительности соответствующей им энергии. Так, при общем

10