2.4 Относительная биологическая эффективность

Для сравнения биологических эффектов от разных видов излучения, вводится понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ). ОБЭ излучения, η определяется как отношение поглощенной дозы образцового излучения, вызывающего определённый биологический эффект, к поглощенной дозе данного вида излучения, вызывающего такой же биологический эффект:

,

где η – ОБЭ излучения, и - поглощенные дозы соответственно образцового и данного излучения, при которых наблюдается один и тот же биологический эффект.

В качестве образцового излучения выбрано рентгеновское излучение с граничной энергией фотонов 200 кэВ. Естественно, что для образцового излучения η = 1.

ОБЭ находится в сложной функциональной зависимости от вида излучения, энергии частиц, биологического объекта, изучаемого биологического эффекта, распределения дозы по времени, поглощенной дозы и других факторов, часть из которых недостаточно хорошо изучена. Однако довольно хорошие результаты даёт использование зависимости ОБЭ от ЛПЭ. ОБЭ определяют в конкретных условиях радиобиологического эксперимента. Данные по ОБЭ, полученные в различных радиобиологических исследованиях, служат основой для установления допустимых уровней облучения и норм радиационной безопасности.

Зависимость ОБЭ от ЛПЭ для клеток почки человека в культуре.

η

8

7

6 0.8

5

4 0.1

3

2 0.01

1

10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ L, кэВ/мкм

Числа около кривых - доля сохраненных после облучения клеток

Закономерности – имеет максимум в области .

ОБЭ возрастает при уменьшении дозы.

Лекция №4

2.4 Нормируемые дозиметрические величины

Связь между биологическим эффектом и поглощенной дозой различных видов излучений неоднозначна. Неоднозначность особенно сильно проявляется при неравномерном облучении организма. В этой связи МКРЗ разработала новую концепцию радиационной безопасности (Публикация 60 МКРЗ. 1990 г.) и новые нормируемые величины. Величина нормируемая — величина, являющаяся мерой ущерба (вреда) от воздействия ионизирующего излучен6ия на человека и его потомков. Новые величины призваны устанавливать связь между дозой и стохастическими эффектами: смертельные и не смертельные случаи рака, а также тяжелые наследуемые эффекты. Область применения новых величин не распространяется на диапазон поглощенных доз выше порога детерминированных эффектов. Пределы облучения людей в единицах новых величин установлены из условия не превышения порогов детерминированных эффектов для нормальных условий работы и жизнедеятельности.

В целях организации радиационной защиты и радиационной безопасности используют не конкретные значения ОБЭ, а взвешивающий коэффициент – w_R. Взвешивающий коэффициент является регламентируемой величиной ОБЭ, устанавливаемой специальными научными комиссиями на основании медицинских и радиобиологических данных. По мере накопления и уточнения данных по радиобиологическому действию излучений, эти коэффициенты для разных видов ионизирующего излучения могут быть уточнены и пересмотрены. Принято считать, что разные виды излучения с одинаковым взвешивающим коэффициентом при равных поглощённых дозах и условиях облучения приводят к одинаковому биологическому эффекту.

Произведение поглощённой дозы D данного вида излучения на его взвешивающий коэффициент называется эквивалентной дозой:

H_T,R = w_RD_T,R,

где D_T,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т от излучения вида R, а w_R – взвешивающий коэффициент для этого излучения.

Единицей эквивалентной дозы является Дж/кг, специальная единица – зиверт (Зв). Эквивалентная доза и взвешивающие коэффициенты определены для хронического облучения дозой, не превышающей 250 мЗв за год.

Значения w_R, учитывающие относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов, относятся к излучению, падающему на тело, а в случае внутренних источников – к излучению, испущенному при ядерном превращении.

Фотоны любых энергий 1

Электроны и мюоны любых энергий 1

Нейтроны с энергией:

менее 10 кэВ 5

от 10 кэВ до 100 кэВ 10

от 100 кэВ до 2 МэВ 20

от 2 МэВ до 20 МэВ 10

более 20 МэВ 5

Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи 5

Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра 20

Зависимость коэффициента w_R от ЛПЭ в биологической ткани стандартного состава:

L, кэВ/мкм	wR	L кэВ/мкм	wR
0.45	1.0	81	15
1.5	1.3	137	19
3.0	1.5	290	15
6	2.0	450	10
10	3	1000	4
20	5	10000	0.4
48	10

Если известны спектры заряженных частиц, тогда:

Для конкретного вида заряженных частиц: ; или в общем случае: , если известны спектры ЛПЭ, .

При воздействии различных видов излучения эквивалентная доза в органе или ткани определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения.

Мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности является эффективная доза – E. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы H_T на соответствующие взвешивающие коэффициенты w_T для органа Т.

E = ∑ w_T H_T.

Единицей эффективной дозы также является зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов, w_T, при расчете эффективной дозы есть множители эквивалентной дозы в органах и тканях, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации:

Гонады 0,20

Костный мозг (красный) 0,12

Толстый кишечник 0,12

Легкие 0,12

Желудок 0,12

Мочевой пузырь 0,05

Грудная железа 0,05

Печень 0,05

Пищевод 0,05

Щитовидная железа 0,05

Кожа 0,01

Клетки костных поверхностей 0,01

Остальное 0,05

Ожидаемой эквивалентной дозой в органе, Н_Т () или эффективной дозой, Е(), называется доза внутреннего облучения, которая накопится за время , после поступления радиоактивных веществ в организм.

При облучении группы лиц для определения последствий вводится понятие – коллективная доза:

,

где - распределение облучаемых лиц по эффективной дозе.

При индивидуальном дозиметрическом контроле коллективная доза равна сумме индивидуальных доз. Размерность коллективной дозы – человеко-зиверт (чел.-Зв).

Ожидаемая коллективная доза от источника за все время его существования называется коммитментной дозой (thе dose commitment).

Доза предотвращаемая – прогнозируемая доза вследствие радиационной аварии, которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.