2.4.1.Биологическое действие ионизирующих излучений

Патологические процессы, возникающие под воздействием ионизирующих излучений, могут проявиться в острой или хронической форме лучевой болезни.

Острая лучевая болезнь характеризуется как общетоксическими симптомами (слабость, утомляемость, тошнота), так и специфическими признаками поражения кроветворных органов, жулудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы.

Хроническая лучевая болезнь является результатом длительного внешнего или внутреннего облучения в дозах, превышающих предельно допустимые. В начальной стадии хронической лучевой болезни характерны головные боли, вялость, нарушения сна и аппетита. На второй стадии эти симптомы усиливаются, происходят нарушения обмена веществ, функций желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы. На третьей стадии резко усиливаются все перечисленные признаки, а также нарушается деятельность половых желез, происходят кровоизлияния, выпадение волос. Отдаленными последствиями лучевой болезни являются злокачественные образования и болезни кроветворных органов.

Начальным этапом биологического действия ионизирующих излучений является ионизация атомов и молекул живой материи. Особая роль принадлежит ионизации воды, которая составляет более 70% объема всех органов и тканей.

В результате ионизации молекул воды образуются свободные радикалы Н и ОН, которые могут вступать в реакции с веществами, которые способны как окисляться, так и восстанавливаться. Вступая в реакции с активными структурами ферментных систем - сульфгидрильными группами S-Н, превращают их в неактивные дисульфидные группы S=S, в результате чего нарушается каталитическая активность ферментных систем, имеющих важное значение в жизнедеятельности организма.

В итоге происходит нарушение обменных процессов, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые соединения, не свойственные организму.

Распределение радиоактивных веществ в организме зависит от их физико-химических свойств и функционального состояния организма. Так, например, радиоактивный йод (J¹³¹) накапливается в щитовидной железе, стронций (Sr⁹⁰) - в костях, натрий (Na²⁴) и цезий (Cs¹³⁷) распределяются равномерно. Накопление радиоактивных веществ в отдельных органах и тканях обусловливает патологические изменения в них, например, злокачественные новообразования.

Выделение радиоактивных веществ из организма происходит через почки, желудочно-кишечный тракт, газообразные изотопы выделяются через дыхательные пути. Некоторые вещества могут выделяться слизистой оболочкой рта, кожей, молочными железами. Но многие элементы (стронций, торий, радий) выделяются медленно, надолго задерживаются в организме, депонируясь в нем.

2.4.2. Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

Радиоактивность вещества характеризуется количеством распадов в единицу времени. Скорость радиоактивного распада определяется величиной периода полураспада, т.е. промежутком времени, в течение которого активность радиоактивного элемента уменьшается вдвое.

Единицей измерения активности является беккерель (Бк). Один беккерель равен одному ядерному превращению в секунду. Внесистемная единица активности - кюри (Ки). 1 Ки = 3,7^.10¹⁰ Бк.

Количественной мерой ионизирующего действия служит поглощенная доза Д. Поглощенная доза - это средняя энергия, переданная излучением единице массы вещества. Единица поглощенной дозы - грей (Гр). 1Гр = 1 Дж/кг. Внесистемной единицей является рад. 1 рад = 0,01 Гр =1 10^-2 Дж/кг = 100 эрг/ч.

Поглощенная доза является однозначной характеристикой ионизирующего излучения для альфа- и бета-частиц, так как основным процессом их взаимодействия с веществом является непосредственная ионизация. Для рентгеновского и гамма-излучений поглощенная доза не может служить характеристикой их действия, так как эти виды излучений являются косвенно ионизирующими. В качестве характеристики этих излучений по эффекту ионизации используют экспозиционную дозу Х. Эта доза выражает энергию фотонного излучения, преобразованную в кинетическую энергию вторичных электронов, которые производят ионизацию в единице массы атмосферного воздуха. Единица экспозиционной дозы - кулон на кг (Кл/кг). Это такая доза излучения, при воздействии которой на 1 кг сухого атмосферного воздуха образуются ионы, несущие один кулон электричества каждого знака. Внесистемная единица - рентген (Р). 1 Р = 2,58 10^-4 Кл/кг.

Биологический эффект различных ионизирующих излучений связан не только с количеством поглощенной энергии, но зависит и от пространственного распределения (от линейной плотности ионизации). Чтобы учесть этот эффект введено понятие эквивалентной дозы Н, которая определяется как произведение поглощенной дозы Д на модифицирующий коэффициент качества К, отражающий особенности поглощения энергии. Н = Д К.

Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв). Внесистемная единица - бэр (биологический эквивалент рентгена). Это эквивалентная доза любого вида излучения, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза 1 рад рентгеновского или гамма-излучения.

Для оценки биологического эффекта различного вида излучений руководствуются следующими значениями коэффициента качества:

1. Рентгеновское излучение

Гамма-излучение, бета-излучение,

электроны, позитроны 1

2. Альфа-излучение с энергией

меньше 10 МэВ 20

3. Нейтроны с энергией меньше 20 МэВ 3

4. Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ 10