33. Биологическое действие радиации на организм человека

33. Биологическое действие радиации на организм человека

Как Вы уже узнали, ионизирующее излучение действует на клетки тела человека. Если не происходит репарации клеток, стойкий эффект лучевого поражения может быть отмечен в виде биологических изменений в тканях и органах. Эти изменения могут выражаться в медицинских проявлениях, которые разделяют на детерминированные и стохастические эффекты. Так же эти изменения представляют особенный интерес в случае воздействия на развивающийся плод.

3.1 Детерминированные эффекты

Наиболее выраженный результат лучевого поражения – это гибель клетки. Если поражены только несколько клеток, это обычно не проблема, так как в теле существует множество клеток и новые клетки могут заменить погибших. Однако, с ростом поглощенной радиации (т. е. дозы) будет достигнуто значение, при котором погибнет достаточно большое количество клеток, что повлияет на функционирование органа. Результатом этого будет потеря органом своих функций, которая будет становиться всё более серьезной по мере увеличения количества пострадавших клеток.

Различные типы лучевого поражения, результатом которого является потеря функций органа, называется детерминированные эффекты. Такие эффекты характеризуются наличием пороговой дозы (ниже которой эффект не наблюдается), а при превышении которой эффект проявляется, а степень тяжести эффекта возрастает с увеличением дозы излучения.

Примером детерминированного эффекта является эритема или покраснение кожи. Облучение низкими дозами ионизирующего излучения (ниже пороговой дозы) не вызовет покраснения кожи. Если доза возрастает до уровня, большего пороговой дозы, кожа покраснеет, таким же образом, как и у светлокожих людей возникает умеренный солнечный ожог. При дальнейшем увеличении дозы образуются волдыри (как при тяжелом ожоге), а еще большие дозы вызовут отмирание кожи и изъязвление. Другие детерминированные эффекты являются результатом облучения отдельных органов и включают стерильность (временную или постоянную) и катаракту.

Отметим, что эффект от дозы облучения отдельного человека зависит от биологических факторов (например, возраста и общего состояния здоровья), а также от химических факторов (например, содержание кислорода в биологических тканях). Поэтому среди населения существует некоторый диапазон чувствительности к радиации. Следовательно, пороговая доза в заданной ткани будет достигаться при более низких дозах у более чувствительных особей. По мере роста дозы у все большего количества людей будет проявляться эффект воздействия, вплоть до дозы, выше которой у всех облученных людей эффект проявится.

Детерминированные эффекты наиболее часто наблюдаются в случае высоких доз радиации, полученных в короткий период времени (то есть в случае острого облучения). Даже в случае контролируемого медицинского облучения, на рабочем месте высокие дозы не характерны. Следовательно, детерминированные эффекты имеют место только при аварийных ситуациях и не наблюдаются для облучений на рабочем месте.

Детерминированные эффекты обычно не встречаются на рабочем месте. Они являются результатом аварийных ситуаций.

В таблице 3 приведен перечень детерминированных эффектов характерных для определенных органов, возникающих при остром облучении. Отметим, что дозы в таблице приведены в миллизивертах (мЗв). Вам не требуется сейчас понимание этих единиц, поскольку значения даны только для сравнения. Фактическое определение этих дозовых единиц будет детально объяснено в Модуле 2.5 «Индивидуальная дозиметрия».

Таблица 3

Эффекты острого облучения отдельных органов

Доза (мЗв) Орган Эффект
3 500 Яички Постоянная стерильность
3 500 Глаз В дальнейшем образование катаракты
3 000 Яичники Стерильность
2 500+ Кожа Покраснение кожи (эритема) и возможно постоянная потеря волос
500 Костный мозг Сокращение формирования клеток крови
150+ Яички Временная стерильность
60 Плод Вероятно минимальная доза вызовет эффект (возможное уродство)

Большинство эффектов, приведенных в Таблице 3, классифицируются как ранние эффекты облучения, так как они обычно наблюдаются в течении нескольких дней или недель после облучения. Исключением является образование катаракты, вызываемой облучением глаза. Этот эффект развивается несколько лет и поэтому классифицируется как отдаленное последствие. Но это все же детерминированный эффект, потому что существует пороговая доза, ниже которой катаракта не возникает.

Тяжесть детерминированных эффектов, упомянутых в Таблице 3, зависит от величины дозы и периода времени, в течение которого доза получена. В сущности, если доза получена в течении более, чем нескольких недель, а не единовременно, пороговая доза, при которой наблюдается эффект, значительно возрастает, обычно примерно на 100%.

Очень высокие дозы радиации на все тело могут нанести значительные повреждения органам тела, значительно повлияв на их функционирование, а это может в конечном счете привести к смерти. Лучевая болезнь (тошнота, рвотная диарея) – это ранний детерминированный эффект, следующий за острой высокой дозой на все тело. Другие эффекты, вызываемые острым облучением всего тела, приведены в Таблице 4.

Таблица 4

Эффекты острого облучения всего тела

Доза (мЗв) Эффект
50 000+ Серьезное повреждение центральной нервной системы – быстрая смерть.
8 000 – 50 000 Разрушение внутренней оболочки кишечника и белых клеток крови (лейкоцитов) – смерть в течение двух недель.
4 000 Без лечения для половины облученных фатальный исход в течение 30 дней.
2 000 – 8 000 Повреждение белых клеток крови и внутренней оболочки пищеварительного тракта. Смерть в результате вторичной инфекции, но во многих случаях можно избежать при специальном медицинском лечении.
1 000 – 2 000 Возможна лучевая болезнь – тошнота, рвота, диарея – не смертельна.

3.2                  Стохастические эффекты

Иногда эффект облучения не убивает клетку, а изменяет ее определенным образом. В большинстве случаев это изменение не влияет на клетку, и не наблюдается заметных эффектов. Однако, существует вероятность, что повреждения могут затронуть систему управления клетки, вызывая затем более быстрое клеточное деление, чем обычно. Если поврежденная клетка начнет делиться таким образом, то будет образовываться все увеличивающееся количество ненормальных дочерних клеток. Если эти ненормальные клетки поражают нормальную биологическую ткань, они называются раковыми клетками и  их не контролируемое деление вызывает рак.

Вид образовавшегося рака зависит от вида первичной клетки, которая была изменена. Раки не появляются внезапно после облучения, а после латентного периода, в течение которого не наблюдается никаких видимых эффектов. Латентный период зависит от вида рака, и может изменяться от двух лет для лейкемии до тридцати лет или возможно больше для некоторых солидных раков. Поэтому, рак классифицируется как отдаленный эффект.

В отличие от детерминированных эффектов, количество радиоактивного облучения не влияет на тяжесть рака, оно влияет на вероятность его возникновения. Другими словами, облучение более высокими дозами может увеличить риск получения рака, но если рак проявился (безразлично была это высокая или низкая доза) тяжесть рака одинаковая. Это скорее похоже на лотерею, даже один билет может выиграть первый приз, но если Вы купите больше билетов, у Вас больше шансов выиграть. Однако, ценность приза не изменится. Биологические эффекты действия ионизирующего излучения, имеющие вероятностный характер проявления, определяют как стохастические эффекты.

В целях радиационной защиты предполагается, что вероятность стохастического эффекта возрастает линейно с увеличением дозы и что не существует пороговой дозы (смотрите Рисунок 9). Если нет пороговой дозы, тогда предполагается, что даже малые дозы радиации могут вызвать рак.

Вероятность возникновения

Рисунок 9

Зависимость вероятности стохастического эффекта от дозы

Стохастические эффекты – это единственные эффекты, возможные при низких дозах. Риск стохастических эффектов – это основная причина ограничения доз для населения, и лиц работающих с источниками ионизирующего излучения.

Стохастические эффекты – это единственные эффекты, возможные при низких дозах и поэтому основной целью радиационной защиты является предотвратить детерминированные эффекты и снизить вероятность возникновения стохастических эффектов.

3.2.1     Наследственные эффекты

Если одна из половых клеток (сперматозоид или яйцеклетка) повреждена ионизирующим излучением, существует вероятность того, что это повреждение может повлиять непосредственно на ребенка или последующие поколения. Поэтому этот вид эффектов называется наследственным эффектом. Наследственные эффекты имеют вероятностную природу и поэтому являются стохастическими. Однако, риск наследственных эффектов намного ниже, чем риск возникновения онкологических заболеваний.

Экспериментальные исследования растений и животных показали, что наследственные эффекты могут быть вызваны облучением большими дозами радиации. Однако, у людей не было отмечено случаев, когда радиация привела к наследственным эффектам.

Наследственные эффекты облучения ионизирующим излучением не отмечены у людей.

3.2.2     Тканевые весовые множители (или взвешивающие коэффициенты)

Некоторые органы или ткани более чувствительны к радиации, чем другие, и имеют большую вероятность развития стохастических эффектов. Также некоторые раки более вероятно приведут к смерти или серьезным проблемам, чем другие. Следовательно, для определения суммарного действия ионизирующего облучения на человека, применяется тканевый весовой множитель (или взвешивающий коэффициент) (wT). В своей основе этот фактор принимает во внимание различие радиочувствительности органов и тканей и тяжесть возникшего онкологического заболевания.

Значения тканевых весовых множителей, приведенные в Таблице 5, рекомендованы на международном уровне. Чем выше значение тканевого весового множителя, тем больше вероятность проявления серьезных стохастических эффектов в результате определенного облучения. Хотя различные люди реагируют на дозу облучения по-разному, тканевые весовые множители введены так, что они могут быть применимы к каждому. Отметим, что сумма тканевых весовых множителей по всем тканям и органам тела человека соответствует фактору облучения всего тела, равного 1.

Таблица 5

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов тела человека

Ткань или орган Тканевый весовой множитель wT
Гонады 0.20
Красный костный мозг 0.12
Толстая кишка 0.12
Легкие 0.12
Желудок 0.12
Мочевой пузырь 0.05
Молочные железы 0.05
Печень 0.05
Пищевод 0.05
Щитовидная железа 0.05
Кожа 0.01
Bone surfaceПоверхность кости 0.01
Остальные органы и ткани 0.05

Вышеприведенные значения показывают, что легкие почти в два с половиной раза более чувствительны к радиации, чем щитовидная железа (0.12 деленное на 0.05 равняется 2.4). В Модуле 2.5 «Индивидуальная дозиметрия», Вы рассмотрите, как тканевый весовой множитель может быть использован для пересчета дозы на орган в дозу на все тело.