5.1.5. Ионизирующее излучение

Все живое и неживое на Земле подвергалось и подвергается действию ионизирующего излучения (ИИ), приходящего из космического пространства и обусловленного естественными радионуклидами земной коры, рассеянными в почвах, породах, находящимися в пище, воздухе, воде, а также внутри самих организмов.

Многие такие изменения затрагивают не только ограниченные группы лиц, профессионально связанных с излучением, но и все более возрастающую часть населения Земли в целом. Необходима гигиеническая регламентация радиационного фактора окружающей среды для обеспечения радиационной безопасности населения.

Ионизирующим излучением называют потоки частиц и электромагнитных квантов, в результате воздействия которых на окружающую среду образуются разнозаряженные ионы. Различные виды излучения сопровождаются высвобождением определенного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на организм. Наибольшую опасность для человека представляют радиоактивные излучения, такие как у-излучение, рентгеновское, нейтрон, ное, а- и р-излучения.

Связь понятий и величин, характеризующих радиационную опас ность, приведена на рис. 5.11. Радиационную опасность используе мого радиоактивного вещества оценивают по активности — вели чине, характеризующей число радиоактивных распадов в едини времени.

Для количественной оценки ионизирующего действия поля вве дено понятие экспозиционной дозы, представляющей собой отн шение суммарного заряда всех ионов одного знака, созданного в су хом атмосферном воздухе, к массе воздуха в указанном объеме.

Для перехода от экспозиционной дозы (характеристики поля к поглощенной дозе (характеристике взаимодействия поля и облу чаемой среды) необходимо знать свойства этой среды. Поглощен ная доза, т. е. та энергия, поглощенная единицей массы вещества на которое действует поле излучения, характеризует радиацион ный эффект для всех видов физических и химических тел, кром живых организмов.

Для оценки действий, производимых на живые организмы оди наковой поглощенной дозой различных видов излучения, исполь зуют понятие относительной биологической эффективности излу чения (ОБЭ). Это отношение поглощенной дозы образцового рент геновского излучения, вызывающего определенный биологиче ский эффект, к поглощенной дозе данного рассматриваемого вид излучения, вызывающего тот же биологический эффект. Регламен тированные значения ОБЭ, установленные для контроля степей радиационной опасности при хроническом облучении, называ коэффициентом качества (КК) излучения. Значения КК излуче ния для излучений различных видов приведены ниже:

Рентгеновское и у-излучение........................................................................... 1

Электроны и позитроны, р-излучение............................................................. 1

Протоны с энергией, меньшей 10 МэВ.......................................................... 10

Нейтроны с энергией, меньшей 20 МэВ ....................................................... 3

Нейтроны с энергией 0,1...10 МэВ................................................................ 10

а-Излучение с энергией, меньшей 10 МэВ..................................................... 20

Тяжелые ядра отдачи...................................................................................... 20

Для сравнения биологических эффектов вводится понятие «эк Бивалентная доза», определяемое как результат произведения по глощенной дозы на коэффициент качества излучения в данно' объеме биологической ткани стандартного качества.

Кроме того, следует учитывать, что одни части тела (органы ткани) более чувствительны, чем другие.

живых

объектов

неживых

объектов

Активность Экспозиционная доза

Поглощенная

доза

Эквивалентная

доза

беккерель [Бк] кулон/кг [Кл/кг] грэй [Гр] зиверт [Зв]

(кюри [Ки]) (рентген ]Р]) (рад [рад]) (бэр [бэр])

Рис. 5.11. Связь понятий «доза», «поле», «радиобиологический эффект» и единиц их измерения в системе единиц СИ и вне ее (кюри, рентген, рад, бэр — внесистемные единицы)

этому при оценке дозы облучения органов и тканей также следует применять различные коэффициенты. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав результат по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма (табл. 5.17). Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе.

Любой вид ионизирующего излучения вызывает биологические изменения как при внешнем (источник излучения находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например, ингаляционным путем).

Биологическое действие ионизирующих излучений. Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой. В результате действия ионизирующих излучений на организм человека в тканях происходят сложные процессы. Никакой другой вид энергии, поглощенной в том же количестве, не сопровождается такими тяжелыми поражениями организма, какие вызывает ионизирующее излучение.

Первичные процессы, возникающие при облучении биологической ткани, имеют несколько стадий различной длительности:

• физическая стадия (10 ¹³ с) сводится к поглощению энергии в процессах ионизации и возбуждения, которая запускает сложную цепь реакций;

Нормативы, учитывающие неодинаковую чувствительность различных тканей и органов человека к воздействию ионизирующего облучения

Группа критических органов в порядке убывания радиочувствительности

Ткань, орган

ПД

Коэффициенты радиационного риска при равномерном облучении всего тела

Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения, мЗв

• физико-химическая стадия (10“¹⁵ с), когда происходит пере распределение избыточной энергии возбужденных молекул, в ре зультате чего появляются химически активные продукты (ионы свободные радикалы);

• химическая стадия (10~⁶ с), когда происходит взаимодействи ионов и радикалов друг с другом, а также с окружающими моле кулами, что приводит к стойким структурным повреждениям мо лекул живой клетки.

В результате действия ИИ в организме нарушаются нормальне течение биохимических процессов и обмен веществ. В зависимое! от поглощенной дозы и индивидуальных особенностей организм' вызываемые изменения могут быть обратимыми и необратимым» Особенности биологического действия ИИ.

1. Неощутимость действия на организм человека. У людей отсут ствуют органы чувств, которые воспринимали бы ИИ. Поэтому че ловек может проглотить, вдохнуть радиоактивное вещество без вся ких первичных ощущений и это свойство использовано для обнару жения ИИ различными дозиметрическими приборами.

2. Наличие скрытого (латентного) периода проявления биоло гического эффекта. Видимые поражения кожного покрова, недо могание, характерные для лучевого заболевания, проявляются н сразу, а спустя некоторое время.

3. Наличие эффекта суммирования поглощенных доз, которс происходит скрыто. Если в организм человека систематически по падают радиоактивные вещества, то со временем дозы суммиру ются, что неизбежно приводит к неблагоприятным эффектам.

4. При облучении энергия поглощаемых радиоактивных веществ и наружных источников обладает очень высокой эффективностью, что связано с наличием физического и биологического механизмов усиления эффекта радиации. Физический механизм усиления действия ИИ заключается в миграции и концентрации энергии в определенных функционально активных участках микроструктур (в частности в митохондриях ядра) с последующим их повреждением. Биологические механизмы усиления ИИ связаны с высокой чувствительностью к ним некоторых биомолекул. При облучении наиболее глубокие изменения возникают в клеточных органеллах, богатых высокомолекулярными веществами и нуклеиновыми кислотами.

Последствия воздействия ИИ на человека. Изменения на клеточном уровне не только приводят к нарушению функций отдельных органов и систем в облученном организме и способствуют возникновению злокачественных новообразований, но и вызывают наследственные изменения, отражающиеся на последующих поколениях облученных людей.

1) соматические (неинфекционные): острая и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения (ожоги, катаракты);

2) стохастические (вероятностные): сокращение продолжительности жизни, канцерогенез, нарушение эмбриогенеза;

3) генетические (наследственные): доминантные или рецессивные генные мутации, хромосомные аберрации. Генетические последствия обычно не выявляются у самого пострадавшего, а обнаруживаются при статистическом изучении его потомства. Они выражаются в повышении в потомстве облученных родителей числа новорожденных с пороками развития, в увеличении детской смертности, числа выкидышей и мертворожденных, изменении соотношения рождаемых мальчиков и девочек.

Внешнее облучение. Естественные источники ИИ создают в среднем мощность эквивалентной дозы 2,25 мЗв/год. Интенсивность общего космического излучения несколько изменяется в зависимости от широты, высотных, метеорологических, ландшафтных, сезонных и суточных условий. Космическое излучение в околоземных условиях, благодаря атмосфере, магнитным полям Земли, уменьшающим плотность и жесткость потока элементарных частиц, в отличие от открытого космоса не вызывает лучевой болезни, однако это не исключает других реакций в тканях организма. Поглощенная доза космического излучения всеми органами человека в течение года составляет всего 2,5 —3,5 мкГр, т.е. в 100 раз меньше поглощенной дозы рентгеновского излучения, полученной человеком во время одного рентгенологического обследования.

Годовая эквивалентная доза от природных источников излуче ния составляет в миллизивертах (мЗв): космическое излучение - 0,28; атмосфера — 0,02; почва — 0,47 (в отдельных местах радиоак тивность земных пород может быть значительной). Эквивалента доза космического излучения над уровнем моря составляет в сред них широтах 0,33 мЗв в год, а на высоте 1500 м — 0,70 мЗв в го. В помещениях космическое излучение несколько меньше, но повы шено излучение от строительных материалов.

Некоторые эффекты внешнего воздействия ионизирующих излучений

на человека

Внутреннее облучение. Радиоактивные вещества могут попас внутрь организма при вдыхании загрязненного ими воздуха, с за грязненной пищей или водой, через кожу, а также при загрязне нии открытых ран. При внутреннем облучении опасны все вид'

Таблица 5.1"

* Зв (зиверт) — единица эквивалентной дозы в системе единиц СИ (1 Зв равен 1 Гр, деленному на коэффициент качества); бэр — внесистемная единица.

излучения, так как они действуют непрерывно и практически на все органы. Опасность радиоактивных веществ тем больше, чем выше их активность. Наибольшее поражающее действие оказывают в основном источники a-излучения, а затем р- и у-активные вещества, т.е. наблюдаются обратные по сравнению с действием внешнего облучения последовательности.

Поражающее действие попавших в организм радиоактивных веществ определяется суммарной активностью радиоизотопов в их смеси, физическим периодом полураспада, типом и энергией излучения, характером распределения в организме, величиной накопления в критическом органе, скоростью выведения из организма.

Если радионуклиды, попавшие внутрь организма, однотипны с теми элементами, которые потребляет человек с пищей (натрий, хлор, калий и др.), то они не задерживаются на длительное время, а выделяются из организма вместе с ними. Инертные радиоактивные газы (аргон, криптон, ксенон и др.), попавшие через легкие в кровь, не являются соединениями, входящими в состав тканей. ЕІозтому они со временем полностью удаляются из организма. Некоторые радиоактивные вещества распределяются более или менее равномерно, другие концентрируются в отдельных внутренних органах. Так, в костной ткани откладываются источники а-излучения (радий, уран, плутоний), p-излучения (стронций и иттрий), у-из- лучения (цирконий). Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень плохо выводятся из организма. Например, такие вещества как ²²⁶Ra или ²³⁹Ри из организма практически не выводятся, и облучение длится всю жизнь. Элементы, образующие в организме легко растворимые соли, которые накапливаются в мягких тканях, легко удаляются из организма.

+ Ту₂ Тбиол/7і/2-

На скорость выведения радиоактивного вещества сильно влияет его период полураспада. Если обозначить период биологического полувыведения радионуклида из организма 7_Пнол, то эффективный период полураспада Г_эф, учитывающий радиоактивный распад и биологическое выведение, выразится следующей формулой:

Е_эф — 7j)ii(i;i

Причем Т_Эф может значительно отличаться от Т_]/2 и Г_биол, но если Ту₂ значительно больше 7/_шол, то Г_эф равно 7'_Гшол, и если Т_]/2 значительно меньше 77_иол, то Т.у, равно Ту₂.

Важным фактором при действии ИИ на организм является продолжительность облучения. Степень поражения зависит также от размера облученной поверхности. Организм женщин, детей и подростков является более чувствительным к ионизирующим излучениям, чем мужской организм.

К числу отдаленных последствий относятся лейкозы, анемии, астенические состояния с вегетативными дисфункциями, пониженная сопротивляемость к инфекционным заболеваниям, нов образования, обострение хронических инфекций, дисгормонал ные состояния, изменения половой функции. Рассмотрим некото рые из заболеваний.

Ионизирующее излучение при воздействии на организм чел века прежде всего ведет к снижению иммуннозащитной функци В связи с этим человек становится более ранимым в отношени микробной флоры, обитающей как во внешней среде, так и в са мом организме. Последнее выражается в более частых заболевани ях инфекционного происхождения органов дыхания, ЛОР-орга нов (уха, горла, носа и его пазух). Не исключены и заболевани. других физиологических систем — нервной, сердечно-сосудистой пищеварительной, мочеполовой, эндокринной. Увеличиваются н только количество случаев заболеваний, но и их длительности тяжесть заболеваний и их осложнений. В конечном результате во можна преждевременная смерть. Об этом свидетельствуют много летние наблюдения над пострадавшими в результате чернобыль ской катастрофы на атомной электростанции.

Среди лиц, имеющих производственный контакт с ионизиру ющим излучением, зарегистрированы профессиональные заболе вания лучевой болезнью в хронической и острой формах веет; организма, а также острые и хронические местные лучевые пора жения.

Острая лучевая болезнь развивается после действия кратковре менного (от секунд до трех суток) интенсивного проникающе ИИ, превышающего среднюю поглощенную дозу 1 Гр. В первы трое суток пострадавший жалуется на тошноту, рвоту, общую ела* бость. Наблюдаются изменения в крови, признаки ранних наруше* ний в нервной и сердечно-сосудистой системах. Затем на фон постепенно нарастающих патологических изменений в крови, ки шечнике, на коже (например, выпадение волос и др.) в течени 10 — 35 сут возможно удовлетворительное самочувствие больных: Длительность следующей фазы выздоровления, если приняты лечебные меры, длится 14 — 20 сут, а полное выздоровление насту пает через 3 — 6 лет. Возможны отдаленные последствия в виде катаракты, изменений в крови, астенического состояния, наруше ния детородной функции. Острая лучевая болезнь у работников ИИ считается профессиональным заболеванием.

Острые местные лучевые поражения возникают при местно контактном облучении в дозе более 8 Гр обычно на коже рук. На чальный период характеризуется появлением эритемы (покраснения) уже через несколько часов, что в дальнейшем может закон читься выздоровлением. При непринятии лечебных мер на пора женном месте возникают отек, пузыри, что сопровождается бо лью. Через 1 — 2 мес наблюдаются атрофия кожи, подкожной клет чатки и мышц, язвенные и некротические поражения. Первая доврачебная помощь заключается в изоляции пострадавшего от воздействия ИИ и немедленное обращение к врачу.

Хроническая лучевая болезнь развивается при длительном воздействии повреждающего фактора. В начальной стадии заболевания пострадавший жалуется на повышенное утомление, общую слабость, снижение памяти, расстройство сна, повышенную раздражительность, эмоциональную неустойчивость. Отмечаются неустойчивость пульса, снижение артериального давления, изменения в крови (снижение содержания тромбоцитов, лейкоцитов и пр.), снижение половой потенции, а у женщин — нарушения менструального цикла. У некоторых заболевших появляются жалобы на отсутствие аппетита, боли в области желудка, запоры. Наблюдаются изменения кожи, она становится сухой, истонченной и шелушится. Истончаются ногти, они становятся ломкими и расщепляющимися. Если не принять должных лечебно-профилактические мер, к описанным изменениям состояния здоровья может присоединиться более значимая патология: резкое снижение кровяного давления, пульса и форменных элементов крови, развиваются анемия и кровоточивость десен, поражения желудочно-кишечного тракта (язвенная болезнь и пр.) и нервной системы. У больных учащаются различные инфекционные заболевания — грипп, ангина, воспаление легких и др. Нельзя исключить возникновение катаракты и онкологических заболеваний.

Местные хронические лучевые поражения более часто развиваются на коже рук и стоп с покраснениями и болезненностью. Они могут заканчиваться появлением язвочек и рубцов. При начальной стадии заболевания требуется временное отстранение человека от контакта с ионизирующими излучениями и его лечение, что обычно приводит к выздоровлению. Больных с выраженными признаками лучевой болезни и местных лучевых поражений надо полностью отстранять от выполняемой ими работы и назначать соответствующее лечение.

Профилактические мероприятия. Медицинская профилактика указанных заболеваний состоит в предварительных (перед поступлением на работу) и периодических (раз в год) осмотрах. Лица, имеющие заболевания крови, сердца, сосудов глаз и данные некоторых других заболеваний не должны приниматься на работу или продолжать ее во избежание ухудшения своего здоровья.

Для защиты от вредных воздействий радиации применяют радиопротекторы (антидоты). Это лекарственные препараты, повышающие устойчивость организма к воздействию радиации или снижающие тяжесть клинического течения лучевой болезни. Они действуют эффективно, если введены в организм перед облучением. Защитный эффект, оцениваемый так называемым фактором защиты, зависит от приема антидота относительно начала попадания радиоактивного вещества в организм.

Гигиеническое нормирование ИИ. Законодателем нормирования И стала созданная на Втором международном конгрессе по радиологии (г. Стокгольм) в 1928 г. Международная комиссия по защите от рентгеновского излучения и радия, позднее переименованная в Международную комиссию по радиационной защите (МКРЗ).

Основная цель радиационной защиты — это обеспечение безопасности от ИИ как отдельных лиц и их потомства, так и населения в целом. Кроме того, должны быть созданы условия для практической деятельности человека в сфере использования атомной энергии. Концепция нормирования исходит из того, что всякое воздействие ИИ несет с собой некоторый риск возникновения вероятностных радиоиндуцированных эффектов. Расчетные уровни индивидуального радиационного риска, соответствующие установленным нормам радиационной безопасности, пределам доз облучения, приведены в табл. 5.19. В нашей стране основными нормативными документами, регламентирующими уровни воздействия ИИ, являются: «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-99), утвержденные Главным государственным санитарньг врачом РФ 2 июля 1999 г., и «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРБ-99), утвержденные Главным государственным санитарным врачом РФ 27 декабря 1999 г.

В основе этих документов лежат следующие принципы радиационной безопасности: непревышение установленного дозового предела; исключение всякого необоснованного облучения; снижение излучения до возможно низкого уровня.

В НРБ выделены две категории облучаемых: персонал и населен ние. Для каждой категории облучаемых лиц установлены три клас-» са нормативов: основные дозовые пределы, допустимые уровни контрольные уровни (табл. 5.20).

Таблица 5.Г Уровни индивидуального радиационного риска

В зависимости от группы критических органов в качестве основных дозовых пределов устанавливаются предельно допустимая доза (ПДД) за календарный год или предел дозы (ПД) за календарный год.

ПДД — такое наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы ИИ за календарный год, при котором равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья человека неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

ПД — такое наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы ИИ за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не может вызвать в состоянии их здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Класс нормативов «допустимые уровни» включает величины, которые являются производными дозовых пределов: предельно допустимое годовое поступление радионуклида через органы дыхания; допустимое содержание радионуклида в критическом органе; допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны (атмосферном воздухе, воде); допустимое загрязнение кожи, спецодежды и рабочих поверхностей.

Цель установления контрольных уровней — предотвратить превышение облучения и уменьшить дозовую нагрузку на персонал. Их рекомендуется устанавливать ниже допустимых уровней и настолько низкими, насколько это достижимо на практике, с учетом конкретных условий производства.

Меры технического оздоровительного характера. Радиационная безопасность должна быть обеспечена техническими, санитарно- гигиеническими и медико-профилактическими мероприятиями, о чем свидетельствует Федеральный закон «О радиационной безопасности». В нем указаны предельные допустимые значения ИИ.

Для населения средняя годовая эквивалентная доза равна 0,001 3 или эффективная доза за период жизни (70 лет) — 0,07 Зв. Д- работников установлена средняя годовая доза 0,02 Зв, или за пе риод трудовой деятельности (50 лет) — 1 Зв. Каждая организаци или территория, где имеется радиационная опасность, по закон должна иметь радиационно-гигиенический паспорт. В нем указані методы оценки ИИ, ее фактические уровни и прогноз, а такж меры борьбы с повышением уровней ионизирующего излучения.