что относится к источникам ионизирующего излучения в медицине
Что такое ионизирующее излучение?
Виды, источники и влияние ионизирующего излучения на человека
Ионизирующее излучение – это электромагнитное излучение (рентгеновское, гамма) и излучение частиц (альфа, бета), сопровождающиеся выделением энергии. Ионизирующее излучение появляется только при наличии источника излучения (изотопа радиоактивного элемента или рентгеновской трубки). Оно известно в медицине в форме рентгеновского излучения. Используется при диагностике заболеваний сердца и легких, а также при диагностике травм.
Виды ионизирующего излучения
Ионизирующее излучение можно разделить на два вида:
Электромагнитное ионизирующее излучение используется при проведении радиологических исследований (в просторечии рентгеновских исследований), таких как рентген или КТ (компьютерная томография). С его помощью врач может:
Ионизирующее излучение частиц можно разделить на:
По типу частиц ионизирующее излучение может быть альфа, бета, нейтронное и протонное.
Источники ионизирующего излучения
Источниками ионизирующих излучений являются искусственные и естественные явления, объекты:
Рассматриваемое излучение всегда сопровождало человека. Каждый день население поглощает радиацию, которая приходит из космоса и исходит от камней и почвы. Источником естественного ионизирующего излучения, среди прочего, является космическое пространство.
Космические лучи, которые состоят из ядер высокоэнергетических атомов (в основном протонов), были открыты в начале 20 века. Человечество и все живое на планете частично защищены от космических лучей атмосферой Земли, которая поглощает энергию падающих частиц. В результате столкновений молекул с ядрами газа (азота, кислорода) в атмосферу испускается вторичное излучение.
Чем толще слой атмосферы, через который проходит излучение, тем слабее оно становится. Следовательно, люди получают гораздо меньшую дозу радиации на уровне моря, чем люди, поднимающиеся в высокие горы.
Важно знать! Люди, летающие по трансконтинентальным маршрутам, получат дозу радиации, примерно равную дозе, связанной с рентгеновским снимком легких.
Источником ионизирующего излучения также являются поверхность и внутренние части Земли, которые содержат богатые ресурсы радиоактивных элементов. В частности, во второй половине XX века в разных регионах планеты началась добыча урановых руд.
Помимо естественных источников ионизирующего излучения, существуют также искусственные источники. Техногенное ионизирующее излучение возникает в результате изменений, происходящих внутри атомных ядер. Эти изменения сопровождаются изменением энергии ядер, а часто и числа нуклонов. Этому особенно подвержены изотопы элементов, содержащие несоответствующее количество нейтронов.
Источники искусственного ионизирующего излучения:
Для справки! Искусственные радиоактивные изотопы, являющиеся источником радиации, широко используются в медицине, промышленности и науке.
Влияние ионизирующего излучения на организм человека
Эффект зависит в основном от нескольких факторов:
Действие ионизирующего излучения на организм человека становится причиной специфических биологических эффектов. В силу основных механизмов образования их можно разделить на детерминированные и стохастические.
Детерминированные эффекты являются следствием поглощения человеческим организмом такой большой дозы ионизирующего излучения, что оно вызывает разрушение или необратимое повреждение определенного количества клеток. Проявление детерминированных эффектов – лучевая болезнь.
Стохастические (случайные) эффекты возникают в результате повреждения генетического материала отдельной клетки и проявляются в виде рака или наследственных заболеваний. Доза, вызывающая эти заболевания, может быть сколь угодно низкой, и их начало определяется случайностью.
Если ионизирующее излучение поражает живую ткань, оно может вызвать:
Естественные и искусственные источники ионизирующего излучения могут привести к прямой или косвенной ионизации материальной среды. Чтобы снизить вред, ученные разрабатывают и внедряют разные способы защиты от ионизирующего излучения – от защитных костюмов, правил использования специальной техники, до восстановления озонового слоя. Последний естественным образом защищает планету от космических лучей.
Ионизирующее излучение, последствия для здоровья и защитные меры
Основные факты
Что такое ионизирующее излучение?
Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.
Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.
Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).
Источники излучения
Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.
Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.
На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.
Воздействие ионизирующего излучения
Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.
Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.
Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.
Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.
Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).
Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.
Первый случай — это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.
Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.
Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.
На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.
Последствия ионизирующего излучения для здоровья
Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр).
Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей.
Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год.
Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).
Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.
Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).
Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.
Деятельность ВОЗ
ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.
В соответствии с основной функцией, касающейся «установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля» ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.
Медицинские интернет-конференции
Языки
Проблема радиационной безопасности в современной медицине
Д.В. Кузнецов, О.А.Кондратьева, М.Л. Чехонацкая, И.А.Крючков
Резюме
Целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.
Задачи: Добиться экологически чистой обстановке в стране.
Ключевые слова
Обзор
Ионизирующие излучения способны ионизировать атомы окружающей среды, в том числе атомы, входящие в состав тканей человека.
Каждый человек в течение своей жизни проходит десятки диагностических и, в случае необходимости, терапевтических процедур с использованием источников ионизирующего излучения. Эти процедуры назначаются врачом, выполняются в специальных медицинских учреждениях и чаще всего являются плановыми. Чаще всего человек проходит рентгенологические диагностические обследования.
Минимум одно рентгеновское диагностическое обследование ежегодно проходит каждый человек. Обычно эти процедуры необходимы для постановки правильного диагноза, своевременного диагностирования онкологических заболеваний и, наряду с этим, такие процедуры имеют определенные риски возникновения стохастических эффектов в результате облучения. Особое внимание нужно обращать на избежание необоснованного назначения облучения или необеспечение радиационной защиты пациента во время проведения этих процедур.
Во всем мире уделяется большое внимание исследованию и оптимизации доз облучения пациентов при диагностических процедурах, чтобы предотвратить негативные последствия медицинского диагностического облучения.
Академик РАМН Покровского В.И. (2011) отмечает, что современная медицина широко и успешно использует достижения в области атомной энергетики в лечении различных болезней, таких как злокачественные новообразования и неопухолевые заболевания. При проведении лучевой терапии онкологических заболеваний энергия, возникающая при распаде радионуклидов, используемых в медицине, поражает генетический аппарат трансформированных клеток, тем самым останавливает их рост.
Облучение организма можно подразделить на внешнее и внутреннее (Лукьянов В.Б., Бердоносов С.С., Богатырев И.О. и др., 2007). Внешнее облучение возникает в результате попадания потока частиц в организм извне. Внутреннее облучение вызывается попавшими в организм радиоактивными веществами.
От воздействия радиации ежегодно в России может возникать около 40 тыс. смертельных раков. При этом предполагается, что каждый такой рак уносит в среднем 13-15 лет жизни (П.В. Рамзаев, 2009).
Существуют две основные гипотезы патогенеза отдаленных последствий ионизирующего излучения. Согласно одной из них отдаленные последствия облучения объясняются в основном повреждением кровеносных сосудов, приводящим к дегенерации клеток и тканей и генерализованным поздним фиброзам связанных с ними соединительных тканей.
Обновления и радиочувствительность клеток являются ведущими факторами, определяющими срок развития и тяжесть лучевых поражений. Наиболее радиочувствительны быстроделящиеся клетки, а также недифференцированные клетки. Клетки этого типа определяют острую лучевую реакцию на облучение, в отдаленном периоде обусловливают медленное, необратимое развитие повреждений соединительной ткани и сосудов. Радиочувствительность снижается с уменьшением способности клеток к восстановлению.
Другая гипотеза предполагает, что разнообразие отдаленных последствий, различие во времени их проявления, их тяжести и скорости развития объясняются кинетикой клеток. Эффекты являются отдаленными (поздними), поскольку проявление повреждения в митозе отдаляется вследствие медленного деления клеток.
В основе отдаленной лучевой патологии на клеточном уровне лежат три типа нарушений, возникающих в результате непосредственного воздействия радиации (Москалев Ю.И., 2012). К ним относятся клеточная гибель, консервация наследственных нарушений и нелетальные наследственные изменения, т. е. нарушения, которые стойко репродуцируются при размножении соматических клеток.
По данным Москалева Ю.И. (2013), формы отдаленных последствий облучения подразделяются на стохастические, беспороговые, и детерминированные, пороговые. Тяжесть детерминированных эффектов зависит от числа поврежденных клеток в тканях. Облучение в малых дозах вызывает повреждение небольшой доли клеток, что не имеет значения в большинстве зрелых тканей, хотя представляет потенциальную основу для новообразований.
Стожаров А.Н. (2007) в своих работах указывает, что тяжесть проявления детерминированных эффектов зависит от индивидуальной дозы, которая была получена пострадавшим в результате облучения.
Дозовая зависимость для стохастических эффектов проявляется не в изменении тяжести заболевания, а в увеличении частоты той или иной патологии. При этом значение имеет не индивидуальная, а коллективная доза облучения на определенную популяцию лиц.
К настоящему времени известна вероятность заболевания раком при получении человеком поглощенной дозы в 1 Гр. Известно также, что радиационный риск при полном отсутствии облучения равен нулю. Однако мало что известно о действии промежуточных доз, поэтом следует попытаться экстраполировать известные оценки риска при больших дозах облучения на область малых доз.
М.Б.Ниезмухамедова, И.Э.Халиуллов (2009) отмечают, что чувствительность органов человека также различная. Так, клетки кроветворных органов и половых желез наиболее радиочувствительны и поражаемы, а клетки кожи и костей более устойчивы к облучению. Чувствительность тканей к облучению прямо пропорциональна интенсивности клеточного обмена и обратно пропорциональна их дифференцировке. Тяжесть лучевого поражения зависит от того, какой орган облучается, каково объемное распределение излучения в тканях, от того, облучается ли все тело или только какая-то его часть. Например, доза 6000 мЗв смертельна для человека при тотальном облучении, но та же доза на ограниченном участке тела, например на кисти рук, переносится легче.
Эффект излучения зависит и от особенностей воздействующего агента, т.е. от дозы и времени облучения, вида и энергии излучения. Чем больше поглощенная доза, т. е. чем больше поглощенной энергии в массе биологического объекта, тем выраженнее поражающий эффект. Например, доза 250 мЗв вызывает у человека изменения в крови и обратимые клинические проявления, доза 2000 мЗв способствует развитию лучевой болезни, доза 6000 мЗв смертельна.
Самыми распространенными видами рака, вызванными действием радиации, по мнению А.Н. Стожарова, Л.А. Квиткевича, Г.А. Солодкой и др. (2007), оказались рак щитовидной и молочной железы. Примерно у десяти человек из тысячи облученных отмечается рак щитовидной железы, а у десяти женщин из тысячи – рак молочной железы. Однако обе разновидности рака излечимы, смертность от рака щитовидной железы особенно низка.
Рак других органов и тканей, как оказалось, встречается среди облученных групп населения реже. Вероятностью умереть от рака желудка, печени или толстой кишки составляет примерно 1/1000 на каждый Гр средней индивидуальной дозы облучения, а риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей еще меньше и составляет примерно от 0,2 до 0,5 на каждую тысячу и на каждый Гр средней индивидуальной дозы облучения.
Дети более чувствительны к облучению, чем взрослые, а при облучении плода риск заболевания раком, по-видимому, еще больше.
Л.А. Квиткевич указывает на генетические последствия воздействия радиации. Их можно разделить на 3 группы:
1. Серьезные нарушения развития у потомства облученных родителей.
· Эмбриональная и ранняя постнатальная гибель
· Врожденные пороки и задержка развития
· Изменение морфологических и биохимических признаков
В их основе лежат «крупные» мутации:
2. Физиологическая неполноценность потомства:
· Снижение устойчивости к неблагоприятным воздействиям
· Дестабилизация генетического аппарата
3. Увеличение риска канцерогенеза, поскольку мутагенные воздействия на родителей создают наследственную предрасположенность к бластомогенезу у потомства.
Влияние облучения на желудочно-кишечный тракт.
Так, Hasleton P.S. и др. (2008) полагают, что повреждения кровеносных сосудов толстой кишки следует рассматривать как основную причину радиационной патологии кишечника, а эндотелиальные клетки являются первичными мишениями для радиационного поражения.
Отдаленная радиационная патология пищеварительного тракта может развиться в результате воздействия внешних источников радиации и инкорпорации радионуклидов, для которых желудочно-кишечный тракт является одним из важнейших путей поступления и экскреции из организма. Для слаборастворимых радионуклидов желудочно-кишечный тракт является барьером, препятствующим поступлению их в кровь и внутренние органы. Однако это не исключает радиационного воздействия таких радионуклидов на кишечный эпителий и прилежащие ткани в процессе транзита их по пищеварительному тракту.
Влияние больших доз ионизирующего излучения на желудочно-кишечный тракт изучено в эксперименте на животных, у больных острой лучевой болезнью, а также у лиц, подвергшихся лучевой терапии в связи с онкологическим заболеванием.
Casarett G.W. (2008) указывает, что наиболее серьезные последствия облучения пищевода – это стеноз и окклюзия просвета. Прогрессивная атрофия эпителия с фиброзным утолщением стенок и стенозом, обусловленным субэпителиальным и артериокапиллярным фиброзом, может проявляться через месяцы и годы после окончания радиотерапии.
По степени радиочувствительности отделы желудочно-кишечного тракта располагаются в следующем порядке: прямая и толстая кишка, желудок, пищевод, тонкая кишка.
Согласно данным G. Manigand и соавт. (2007), кишечные осложнения в исходе лучевой терапии при лечении опухолей малого таза встречаются в 10% случаев и в 2% носят тяжелый характер. Кишечные осложнения выражаются в виде тяжелой диареи, нередко с примесью крови, стенозов, некрозов, перфораций, синдрома низкой абсорбции.
Радиоиндуцированные опухоли желудка и кишечника возникают при действии различных видов ионизирующей радиации (Лебедевой Г.А., 2009.). Они локализуются во всех отделах, имеют различную тканевую принадлежность.
Основываясь на литературных данных, можно говорить о многообразии проявления лучевых повреждений, вызванных большими дозами облучения. Причем, клинические симптомы могут носить тяжелый характер, и их развитие значительно растянуто по времени, зависит от дозы облучения и различной радиочувствительности клеток и тканей.
Следует отметить, что для обеспечения радиационной безопасности населения в условиях развития ядерной энергетики необходимо повышение уровня знаний всего населения в вопросах понимания сущности физических и биологических процессов, связанных с ионизирующим излучением, а также знание нормативно-правовых актов и соблюдение норм поведения в области радиационной безопасности.
Литература
Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода: Учебное пособие для ун-тов/Лукьянов В.Б., Бердоносов С.С., Богатырев И.О. и др.; Под ред. Лукьянова В.Б.-3-е изд.-М.: Высш. шк., 2007.
Москалев Ю.И. Отдаленные последствия ионизирующих излучений. – М. – Медицина – 1991. – 464 с.
Стожаров А.Н. «Медицинская экология», 2007.
Стожаров А. Н., Квиткевич Л. А., Солодкая Г. А. «Радиационная медицина» 2009.