Тема: Острая лучевая болезнь. Апластическая анемия. Хроническая лучевая болезнь.

Общая характеристика радиационных поражений

Радиационные поражения возникают в результате воздействия на организм различных видов ионизирующих излучений, которые подразделяются на два класса: корпускулярные и электромагнитные.

Корпускулярные излучения представляют собой поток атомных и субатомных частиц, движущихся с изменяющимися скоростями, и характеризуются определенной массой и зарядом. К легким заряженным частицам относятся электроны и позитроны; к тяжелым заряженным частицам — протоны, альфа-частицы и дейтроны; к нейтральным частицам—нейтроны.

В отличие от корпускулярных излучений электромагнитные излучения распространяются в вакууме с одинаковой скоростью, равной скорости видимого света — 300 000 км/с, и состоят из периодических электрических и магнитных колебаний, отличающихся одни от других длиной волн.

Чем короче волны излучения, тем больше частота его колебаний и соответственно выше его энергия и проникающая способность. К наиболее коротковолновым и высокочастотным излучениям относятся рентгеновы и гамма-лучи. Они испускаются в виде сгустков энергии (или квантов, фотонов), измеряемой в злектронвольтах (эв) и производных от них—тысячах электронвольт (Кэв) и миллионах электронвольт (Мэв).

Источником рентгеновых лучей являются трубки рентгеновских аппаратов, бетатроны, линейные ускорители. Гамма-кванты выделяются в ходе ядерных реакций и при распаде многих радиоактивных веществ. Энергия рентгеновых лучей и гамма-квантов различного происхождения неодинакова и колеблется от десятков тысяч до миллионов электронвольт. Так, энергия квантов рентгеновых лучей, используемых для диагностики, равна 30000 эв, а гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60, —1,16—1,33 Мэв.

Рентгеновы и гамма-лучи благодаря малой длине волны и большой энергии обладают глубокой проникающей способностью, измеряемой для водных растворов и живой ткани десятками сантиметров. Чем меньше энергия фотонов (мягкие излучения), тем больше они поглощаются в поверхностных слоях тканей. При воздействии очень жестких излучений глубинная доза может быть больше поверхностной.

Рентгеновы лучи и гамма-кванты при воздействии на вещество передают свою энергию электрону (фотоэффект) или полностью, или только часть ее и после соударения изменяют направление своего движения (эффект квантового рассеяния). В результате фотоэффекта и эффекта квантового рассеяния образуются быстро летящие электроны, расходующие свою энергию на ионизацию молекул вещества. Очень богатые энергией фотоны рентгеновых лучей и гамма-квантов (жесткие гамма-лучи и ультражесткие рентгеновы лучи) при столкновении с ядром атома могут исчезать с образованием пары из электрона и позитрона.

Бета-частицы по своим физическим свойствам представляют собой электроны, обладающие отрицательным зарядом, и позитроны, несущие положительный заряд. Величина пробега бета-частиц в воздухе измеряется десятками сантиметров, а у высокоэнергетических электронных пучков — несколькими метрами. Бета-излучения наиболее распространенных источников проникают в живые ткани на глубину 0,2—0,5 см. Бета-частицы, проходя через вещество, взаимодействуют в основном с электронами электронных оболочек атомов и молекул, вызывая при этом ионизацию или возбуждение последних.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они образуются при распаде многих радиоактивных веществ (радий, уран, торий, полоний). Благодаря большой энергии, относительно большой массе и двойному положительному заряду они обладают высокой ионизирующей способностью. Альфа-частицы хорошо поглощаются веществом, что обусловливает их малую проникающую способность. В воздухе пробег альфа-частиц равен 8—10 см, а в воде и тканях организма он составляет сотые доли миллиметров.

Нейтроны— элементарные частицы с массой 1,0089 ат. ед. и зарядом, равным нулю. Они вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, при распаде ядер урана, плутония, америция, особенно большой поток нейтронов образуется при термоядерных реакциях синтеза, возникающих в жидкой смеси дейтерия, трития и лития при повышении температуры в несколько сот миллионов градусов. В зависимости от энергии и скорости движения различают быстрые (с энергией в несколько мегаэлектронвольт), медленные (с энергией до 10 Кэв) и тепловые (с энергией в несколько сот электронвольт) нейтроны.

Нейтроны вследствие отсутствия заряда легко проникают в атомы и взаимодействуют с ядром путем упругого и неупругого соударений, радиационного захвата и ядерной реакции. При соударении нейтроны передают энергию ядрам, при этом в веществе образуются быстро летящие ядра отдачи. Если нейтроны взаимодействуют с водородом, то при столкновении его с протонами возникают вторичные протоны отдачи. Ядра отдачи и вторичные протоны отдачи обусловливают ионизацию вещества. Медленные нейтроны в отличие от быстрых, взаимодействующих с веществом путем соударении, захватываются ядрами атомов. При этом образуются радиоактивные изотопы и возникает так называемая наведенная радиоактивность.

Наведенная радиоактивность облученных нейтронами живых тканей обусловлена возникновением радиоактивных изотопов хлора, азота, углерода, кислорода и в особенности натрия и фосфора. Стабильные ядра и после захвата медленных нейтронов превращаются в радиоактивные изотопы: , испускающий бета-частицы и гамма-кванты, и , испускающий бета-частицы. Наведенная радиоактивность практически не оказывает самостоятельного поражающего действия, но имеет важное диагностическое значение, характеризуя общую дозу нейтронного облучения. Она выявляется в первые часы и сутки после облучения и составляет лишь около 1 % энергии нейтронного потока, воздействующего на организм.

Величина биологического эффекта ионизирующих излучений определяется количеством поглощенной энергии, но зависит также от плотности ионизации излучения. Плотность образуемых ионов при воздействии различных видов излучений неодинакова. Альфа-частицы и нейтроны вызывают возникновение большой плотности ионизации в веществе, а гамма-кванты и бета-частицы создают несравнимо меньшую плотность ионизации.

Единицы измерения ионизирующих излучений. Сразу же после открытия ионизирующих излучений и начала контакта с ними было установлено, что поражающее действие в основном зависит от энергии излучения, поглощенной облученными тканями. Исходя из этого необходимо различать энергию излучения, падающую на облучаемый организм, и энергию, поглощаемую тканями. Первую называют экспозиционной, а вторую—поглощенной дозой. За единицу рентгеновского и гамма-излучения принят рентген (Р) -— количество излучения, которое образует в 1 см³ сухого воздуха (0,001293 г) при температуре 0° и давлении 760 мм рт. ст. 2,0810⁹ пар ионов, несущих одну электростатическую единицу электричества каждого знака. Для оценки биологической активности нейтронов пользуются единицей, называемой биологическим эквивалентом рентгена (бэр), которой соответствует поток нейтронов с биологическим действием, эквивалентным действию 1 Р гамма-излучения.

Единицей измерения поглощенной дозы является рад. Рад определяется как доза поглощения любого ионизирующего излучения, которая сопровождается выделением 100 эрг энергии в 1 г поглощающего материала (1 рад = 100 эрг/г). Производные единицы поглощенной дозы—килорад (крад) = 10³ рад, миллирад (мрад) = 10^-3 рад, микрорад (мкрад) = 10^-6 рад. В международной системе единиц (СИ) единицей поглощенной дозы излучения является грей (Гр), который определяется как 1 Дж/кг. Единицы рад и грей связаны следующим соотношением: 1 рад = 10^-2 Гр.

Биологическое действие ионизирующих излучений.

Классификация острых радиационных поражений.

Прежде чем приступить к существу основного вопроса лекции целесообразно вспомнить отдельные положения общей радиологии. В начале следует отметить, что различные виды излучений, возникающие в результате ядерного взрыва, сопровождаются высвобождением различного количества энергии и обладают различной проникающей способностью. Этим в значительной степени обусловлено неодинаковое воздействие ионизирующего излучения на живой организм.

Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество такой переданной организму энергии называется дозой. Дозы можно рассчитывать по-разному:

Поглощенная доза - это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы облученного организма. Измеряется в системе СИ в греях (Гр). Внесистемная единица поглощенной дозы, наиболее чисто используемая у нас - рад (1 рад = 0,01 Гр). Однако эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- или гамма-излучений.

Если принимать во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Альфа-излучение считается при этом в 20 раз опаснее других видов излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой. Ее измеряют в системе СИ в единицах, называемых зивертами (Зв). Внесистемные единицы эквивалентной дозы - бэр (1 бэр = 0,01 Зв).

Следует также учитывать различную чувствительность тканей и органов к ионизирующему излучению. Поэтому дозу их облучения следует рассчитывать, умножив эквивалентную дозу на соответствующие коэффициенты. Просуммировав полученные значения по всем органам и тканям мы будем знать эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Она также измеряется в зивертах.

Эти три понятия описывают только индивидуально получаемые дозы. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные доза, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе. Международной комиссией по радиационной защите рекомендованы для вычисления эффективной эквивалентной дозы следующие коэффициенты радиационного риска для различных тканей (органов) человека при равномерном облучении всего тела:

1. Организм в целом - 1,0

2. Красный костный мозг - 0,12

3. Яичники и семенники - 0,25

4. Молочная железа - 0,15

5. Легкие - 0,12

6. Щитовидная железа - 0,03

7. Костная ткань - 0.03

8. Другие органы - 0,3

Человек постоянно подвергается воздействию так называемого естественного радиоактивного фона, который складывается из радиоактивности земной коры и атмосферы, пищевых продуктов и самого организма.

Значительное увеличение радиоактивного фона может привести к неблагоприятным последствиям на планете. Так, увеличение радиоактивного фона за счет испытаний ядерного оружия создает реальную опасность тяжелых генетических последствий, резкого увеличения заболеваний крови и злокачественных новообразований.

Переоблучение организма возможно в профессиональных условиях при несоблюдении правил техники безопасности или превышении предельно допустимых уровней облучения. В качестве предельно допустимых уровней приняты такие дозы, которые не вызывают в организме человека патологических изменений и не ведут к развитию соматических и генетических последствий. В качестве предельно допустимой дозы при многократном облучении в профессиональных условиях принята доза 5 бэр в год. Если доза облучения превышает предельно допустимые уровни, могут возникнуть радиационные поражения, которые классифицируют по характеру и тяжести радиационного воздействия. В зависимости от вида радиационного воздействия могут наблюдаться поражения, вызванные внешним рентгеновским, бета-, гамма- или нейтронным излучением, внутренним (при попадании внутрь радиоактивных веществ) и сочетанным (внешним и внутренним) облучением.

По характеру облучения различают острые и хронические радиационные поражения, обусловленные общим равномерным и общим неравномерным облучением. Как крайний вариант неравномерного облучения выделяют местные поражения, возникающие или в результате воздействия проникающих излучений (рентгеновы лучи, бета-частицы, гамма-лучи, нейтроны), или при контактном воздействии на кожу радиоактивных веществ. Учитывают также распределение дозы во времени: кратковременное, пролонгированное, фракционированное облучение.

В зависимости от характера радиационного воздействия развиваются соответствующие клинические формы заболевания:

— острая лучевая болезнь от внешнего (равномерного или неравномерного, кратковременного, пролонгированного или фракционированного) облучения;

— острая лучевая болезнь от внутреннего облучения (от попадания внутрь организма радиоактивных веществ);

— острая лучевая болезнь от сочетанного облучения (внешнее гамма-нейтронное облучение, аппликация на кожу и слизистые и поступление внутрь радиоактивных веществ);

— хроническая лучевая болезнь (от внешнего, внутреннего и сочетанного облучения);

— местные радиационные поражения (при облучении участков тела проникающими излучениями или при контактном воздействии на кожу радиоактивных веществ).

Тяжесть радиационного поражения зависит от общей дозы и мощности излучения. Под мощностью понимают количество рентген в единицу времени. При прочих равных условиях тяжесть поражения возрастает с увеличением дозы и мощности облучения. В зависимости от тяжести клинических проявлений выделяют легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые радиационные заболевания.

В мирное время радиационные поражения могут возникнуть на производствах, связанных с использованием ионизирующих излучений, при несоблюдении правил безопасности, а также при возникновении аварийных ситуаций (аварии реакторов), в том числе на атомных электростанциях (АЭС). В этих условиях наиболее характерны хронические радиационные поражения, местные радиационные поражения и острые радиационные поражения, вызванные внешним неравномерным и сочетанным облучением.

В условиях применения ядерного оружия радиационные поражения вызываются проникающей радиацией ядерного взрыва и излучением от зараженной радиоактивными веществами поверхности земли. Эти поражения комбинируются с термическими ожогами тела и механическими травмами (комбинированные радиационные поражения). Проникающая радиация ядерного взрыва представлена гамма-лучами и потоком нейтронов. Источником гамма-лучей является процесс деления ядер вещества заряда в момент цепной реакции и последующий распад осколков деления этих ядер. Поток нейтронов образуется в основном в момент развития цепной реакции, поэтому на окружающие предметы он воздействует на протяжении десятых долей секунды. Радиоактивное заражение земли вызывается наведенной радиоактивностью, образующейся в результате захвата нейтронов атомами различных элементов почвы, и выпадением радиоактивных продуктов из столба пыли и облака ядерного взрыва по следу его движения. В состав радиоактивных осадков входят в основном радиоактивные продукты деления и в небольшой части непрореагировавшие ядра урана и плутония, а также продукты активации стабильных изотопов. Степень заражения и распределение радиоактивных продуктов взрыва на поверхности зависят от вида и мощности ядерного взрыва, расстояния от эпицентра взрыва и метеорологических условий.

Радиоактивное заражение местности при воздушных взрывах незначительно. Наземный же и подводный взрывы сопровождаются интенсивным радиоактивным заражением как в районе взрыва, так и по следу движения радиоактивного облака. При нахождении на зараженной территории организм подвергается в основном гамма- и в меньшей степени бета-облучению. Степень радиоактивного заражения местности оценивается уровнем радиации, измеряемым в рентгенах в час на расстоянии 70—100 см от поверхности земли.

Среди радиационных поражений, возникающих при воздействии на организм ядерного оружия, наиболее характерными будут острые радиационные поражения от внешнего одномоментного, кратковременного (импульсного) гамма-нейтронного или преимущественно нейтронного (при взрывах нейтронных зарядов) облучения с общим равномерным или более или менее неравномерным поражением тела, острые радиационные поражения, вызванные повторным фракционированным гамма- и бета-облучением, и хронические поражения, возникающие при повторном или длительном воздействии небольших доз гамма-излучений и попадании внутрь радиоактивных веществ.

В настоящее время признаны два возможных пути взаимодействия ионизирующего излучения на уровне органических молекул:

1. Путь прямого непосредственного взаимодействия на радиочувствительные органические вещества с индуцированием в них радиохимических реакций. Согласно одной из наиболее ранних теорий прямого действия (теория "мишени") повреждение и гибель облученной клетки наступает лишь тогда, когда ионизирующий акт поражает определенную радиочувствительную часть или "мишень" клетки. К ним, прежде всего, относятся нуклеопротеиды и некоторые ферменты.

2. Непрямой путь воздействия предполагает изменения органических молекул под влияние различных суперактивных свободных радикалов. Последние образуются при радиолизе воды, активации перекисного окисления липидов.