Основы радиобиологии
Радиация – фактор современной жизни, который обуславливает необходимость обеспечения радиационной безопасности. Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на земле до зарождения на ней жизни и присутствовали в Космосе до возникновения самой Земли. С момента зарождения Вселенной радиация постоянно наполняет космическое пространство. В любой живой ткани человека присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества. Под радиационной безопасностью понимается состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения. Под ионизирующим излучением понимают любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разного знака. Различают непосредственно и косвенно ионизирующие излучения. Непосредственно ионизирующее излучение (альфа излучение, бета излучение и т. п.) состоит из заряженных частиц. Косвенно ионизирующее излучение (нейтронное, фотонное) состоит из незаряженных частиц, взаимодействие которых со средой приводит к возникновению заряженных частиц, способных вызвать ионизацию. Источники ионизирующего излучения бывают природные (природного происхождения) и техногенные, т.е. специально созданные для полезного применения (например, в медицине или промышленности). Человек живет в условиях постоянного воздействия естественного радиационного фона, который, как температура и свет, является необходимым условием для его жизнедеятельности. В последние годы принципиально изменились представления о реакциях различных биологических систем (от клетки до популяции) на воздействие ионизирующего излучения.
Радиоактивность
– это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие
ядра с испусканием частиц или излучения. Единица измерения активности
радиоактивных веществ являются беккерель
(Бк) и кюри (Ки) = 3,7∙10 10Бк. Беккерель
соответствует одному распаду в секунду для любого ядра, называемого
радионуклидом. Наиболее распространенными видами таких превращений являются альфа – распад (испускание ядер гелия),
бета – распад (испускание электрона,
позитрона или захват ядром орбитального электрона) и спонтанное деление тяжёлых
(в области урана) ядер. Распад с испусканием гамма – излучения, как правило, сопутствует другим видам ядерных
превращений. Все эти виды излучений сопровождаются высвобождением определённого
количества энергии и обладают разной проникающей способностью. Поэтому они
оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа –
излучения, представляют собой поток тяжёлых частиц, задерживается, например,
листом бумаги и практически не проникает через наружные слои кожи. Эти частицы
опасны при попадании в организм через воздух, пищу, кожу. Бета – излучения
проникают в организм на глубину 1 –
Влияние ионизирующего излучения на вещество характеризуется поглощенной дозой – количеством энергии, переданным единице массы вещества. В системе СИ единицей поглощенной дозы служит грей (Гр) – доза, при которой 1кг вещества передается энергия 1Дж. Иногда используют внесистемную единицу – рад: 1рад=100эрг/г=10-2Гр. Поглощенная доза ионизирующего излучения является основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, т.е. мерой ожидаемых последствий облучения объектов живой и неживой природы. Поглощенная доза характеризует не само излучение, а его воздействие на среду.
Однако, для изучения влияния радиации на живые организмы этих единиц недостаточно, поскольку такое влияние зависит не только от плотности поглощенной энергии, но и от ее распределения в пространстве, точнее – от энергии, переданной частицами на единице длины их пробега. Для альфа-частиц, например, она в 20 раз выше, чем для гамма-квантов, и поэтому, при одинаковой поглощенной дозе облучение этими частицами примерно в 20 раз опаснее гамма-облучения. Чтобы учесть это, вводится понятие эквивалентной дозы, равной произведению поглощенной дозы на коэффициент качества k, который характеризует действие данного вида радиации на живые организмы. Коэффициент качества показывает, во сколько раз ожидаемый биологический эффект больше, чем для излучения с ЛПЭ=3,5кэВ на 1мкм пути в воде. (ЛПЭ (линейная передача энергии) вдоль пути пробега ионизирующей частицы характеризует потерю энергии заряженных частиц на единицу пути вследствие ионизации и возбуждения.) Единица эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт (Зв). Внесистемная единица: бэр – биологический эквивалент рентгена; 1Зв=100бэр.
Характерные значения дозы облучения:
1,0мбэр – одна тысячная доля бэр;
2,5бэр – доза космического облучения пассажира гражданского самолета, которую он получает за время перелета в одну сторону от Москвы до Новосибирска;
10мбэр – одно медицинское обследование грудной клетки с использованием современного флюорографического оборудования;
10—40мбэр – средняя доза, полученная среднестатистическим жителем, проживающем в зоне влияния ПО «Маяк» от всех факторов внешнего и внутреннего техногенного облучения за 1995 год.
30мбэр – среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением на равнинной части территории России;
60-80мбэр – среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением для людей, живущих в горной местности;
80мбэр – средняя годовая доза для граждан США от искусственных источников радиоактивного излучения;
160мбэр – средняя годовая доза, получаемая экипажами гражданских самолетов от космического излучения;
300мбэр – средняя годовая доза населения от всех источников естественного радиоактивного облучения;
500мбэр – предельно допустимая годовая доза облучения для ограниченной части населения;
5000мбэр – предельно допустимая годовая доза облучения для персонала работников атомной промышленности.
Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:
- основные пределы доз (ПД);
- допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклеотида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющиеся производными от основных ПД: пределы годового поступления (ПГП), среднегодовые допустимые удельные активности (ДУА) и другие;
- контрольные уровни (дозы, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень РБ и обеспечить условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.
Основную часть облучения человек получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения попадают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре.
Человек
подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться
вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут
оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь
организма. Такой способ облучения называют внутренним.
Облучению от естественных
источников радиации подвергаются все жители Земли, при этом, одни из них
получают большие дозы, чем другие. В зависимости, в частности, от
местожительства. Так уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где
особенно залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего,
в других местах — соответственно, ниже. Доза облучения зависит также от образа
жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа
для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметичность помещений и
даже полеты на самолетах — все это увеличивает уровень облучения за счет
естественных источников радиации. 
Все радиационные источники, на которые распространяются требования федеральных норм и правил по радиационным параметрам, подлежат государственному учету. Учет ведется региональным информационно-аналитическим центром (РИАЦ), созданным на базе областного центра Госсанэпиднадзора. Невостребованные, отработавшие установленный ресурс и непригодные для дальнейшего применения источники переводятся в разряд радиоактивных отходов (РАО) и отправляются для захоронения. Они также подлежат государственному учёту. Спектр применения радиационной техники в народном хозяйстве очень широк. Источники излучения используются в лечебно-диагностических целях, для проверки и калибровки контрольно-измерительных приборов и аппаратуры, в радиоизотопных приборах – толщиномерах, плотномерах и уровнемерах, для проведения радиографического контроля качества сварных соединений, при разведке и добыче полезных ископаемых и т.д.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским ученым Анри Беккерелем. В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиоактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом, в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают негативное воздействие на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих методах защиты.
В массовом сознании населения доминирует настороженное отношение к производствам, деятельность которых приводит к образованию радиоактивных изотопов и в первую очередь к предприятиям ядерного цикла. Этому способствуют как объективные (крупные аварии), так и субъективные (некомпетентность, искаженная картина в средствах массовой информации) факторы. При этом не принимаются во внимание два обстоятельства.
Первое – это необходимость сравнительного подхода. Например, ценой за использование автомобиля являются десятки тысяч людей, ежегодно погибающих в авариях, еще большее количество получает травмы. Происходит загрязнение окружающей среды выхлопными газами автомобилей, особенно в густонаселенных городах. И это далеко не полный перечень негативных последствий от использования автомобильного транспорта.
Второе обстоятельство – это экономическая и технологическая необходимость использования атомной энергии в современном мире. Привлекательность использования атомных электростанций (АЭС) связана с ограниченностью и постоянным ростом стоимости энергоносителей для тепловых электростанций, меньшими радиоактивными и значительно более низкими химическими загрязнениями окружающей среды, гораздо меньшими объемами транспортных перевозок у предприятий ядерного цикла, отнесенными к единице производимой электроэнергии, по сравнению с аналогичными показателями для предприятий топливного цикла. Альтернативы использованию АЭС в глобальной экономике в настоящее время нет, а в обозримом будущем она может появиться только со стороны термоядерных установок.
Работа предприятий ядерного цикла в режиме нормальной эксплуатации не наносит человеку сколько-нибудь заметного вреда и значительно безопаснее последствий других видов деятельности /1/. Аварии на АЭС значительно увеличивают экологическую угрозу, но не в большей степени, чем аварии на крупных химических производствах, бесконтрольное использование пестицидов и минеральных удобрений, аварии на транспорте и т. д.
Следует также иметь в виду, что радиация, связанная с нормальным развитием ядерной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека. Значительно большие дозы мы получаем от других источников, вызывающих меньше нареканий. Применение рентгеновских лучей в медицине, сжигание угля, использование воздушного транспорта, пребывание в хорошо герметизированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения.
Об отрицательных свойствах
радиации говорится много, особенно после печальной аварии на Чернобыльской АЭС
Источники радиации бывают либо природными, либо искусственными, то есть созданными человеком. Естественные источники радиации – это радиоактивные вещества, находящиеся в земной коре (калий-40, рубидий-87, уран-238, торий-232, радон, и др.), космические лучи, радиационные пояса Земли. Искусственные источники радиации бывают двух основных типов. Одни из них содержат радиоактивные вещества, называемые также радиоактивными изотопами, а в других – радиоактивное излучение образуется в результате каких-либо технических процессов. В качестве примера источников, не использующих радиоактивные изотопы, можно привести медицинскую аппаратуру, применяемую для рентгеновских исследований, и даже самый обычный цветной телевизор, тоже являющийся, хотя и в небольшой степени, источником рентгеновского излучения.
Действие радиации на организм человека связано с процессами ионизации атомов и молекул живой материи, в частности, молекул воды, содержащихся в органах и тканях. В результате происходит разрыв молекулярных связей и изменение структуры различных химических соединений. При этом нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме.
Вредные последствия облучения сводятся к трем видам заболеваний:
· онкологическим болезням различных органов;
· генетическим повреждениям, не влияющим на здоровье самого человека, но приводящим к появлению различных болезней или уродств у его потомков, зачатых и рожденных после облучения;
· лучевой болезни.
Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.
Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обычно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее, чем через одно – два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению появляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.
В то время как идентификация быстро проявляющихся («острых») последствий от действия больших доз облучения не составляет труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда оказывается очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждения генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин. Например, причиной рака, кроме радиации, может быть и нерадиоактивное загрязнение окружающей среды, курение, неправильное питание и другие факторы.
Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны превышать определенный уровень, но нет никаких оснований считать, что это правило действует в случае таких последствий, как рак или повреждение генетического аппарата. По крайней мере, теоретически для этого достаточно самой малой дозы. Однако в то же самое время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Точно также любой человек, подвергшийся действию радиации, совсем не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней; однако вероятность, или риск, наступления таких последствий у него больше, чем у человека, который не был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.
Ионизирующие излучения. Термин ионизирующее излучение означает вид излучения, который изменяет физическое состояние атомов или атомных ядер, превращая их в электрически заряженные ионы или продукты ядерных реакций. При определённых обстоятельствах присутствие таких ионов или продуктов ядерных реакций в тканях органов может изменять течение процессов в клетках и молекулах, а при накоплении этих событий может нарушить ход биологических реакций, а организме и таким образом представлять опасность для здоровья человека. Использование ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в медицине для диагностики и радиотерапии является важнейшим источником искусственного облучения человека. Как уже отмечалось в развитых странах, характеризующихся высоким уровнем медицинского обслуживания, с этим источником может быть связано основное дополнительное облучение населения, превышающее воздействие всех других искусственных источников. В этих странах количество диагностических радиологических процедур возрастает ежегодно на 5-15 %, причём предполагается дальнейшее увеличение этого показателя. Число применений радиофармацевтических препаратов в последние 10 лет удвоилось за периоды 3-5 лет. В СССР ежегодный прирост числа рентгенодиагностических процедур за 1968-1978 гг. составлял 2,9% , что опережает темпы роста населения. Ещё быстрее происходит ежегодный рост числа радиоизотопных процедур, составляющий 10 %.
Характерной особенностью медицинских источников излучения является то, что, их применение связано со сравнительно небольшим поступлением радиоактивных веществ в окружающую среду (радиоактивные отходы мед. учреждений.) Другими специфическими чертами облучения при применении источников ионизирующих излучений в медицине является, являются относительно высокие дозовые нагрузки на отдельные ткани и органы
Считается, что большие дозы радиации крайне вредны и могут вызвать, в частности, рак и лейкемию. Доказательством этому служат последствия атомных взрывов, испытаний ядерного оружия, а также аварийных утечек радиации. Однако, по мнению некоторых экспертов, радиация в небольших дозах может оказаться полезной для человека. Они утверждают, что подверженность небольшой дозе радиации, например, при прохождении рентгена и других видов сканирования, кроме помощи в диагностике может оказать на организм благоприятное воздействие. Есть и другое мнение, разделяемое экспертами-советниками британского правительства по вопросу о допустимых уровнях радиации. Они считают, что при воздействии радиации, независимо от дозы, возрастает риск возникновения рака. Их мнение основывается на данных, полученных после атомных взрывов на атомных станциях. По этим данным можно предположить, что теоретически любая доза радиации вредна для человека, и исходить нужно из того, насколько важна в каждом случае диагностика. Группа ученых опубликовала в январе статью в медицинском журнале "Ланцет", в которой утверждают, что, по их подсчетам, дополнительное облучение при рентгене увеличивает у жителя Британии риск возникновения к 75 годам рака на 0,6%. Известно, что радиация разрушает ДНК клеток. Резонно было бы считать, что любая доза вредна, поскольку ДНК разрушается даже в том случае, если облучена только одна клетка. Так что, в общем, это плохо. Однако исследования показывают, что животные, подвергающиеся радиации живут дольше.
Радиобиология. Многолетний опыт, накопленный радиобиологией и, в частности, радиационной медициной, позволил получить обширную информацию о реакции тканей организма на воздействие радиации. При малых дозах возможны ещё не полностью установленные механизмы, приводящие к онкологическим или генетическим последствиям. Взаимодействие излучения с тканями организма инициирует целый ряд физических, химических, биологических. Время протекания от триллионных долей секунды до десятков лет.
Классическая радиобиология, которая как самостоятельная наука начала быстро развиваться с 1896 года, не может объяснить целый ряд феноменов, особенно при действии так называемых «малых» доз радиации. И это вполне естественно, так как классическая радиобиология в основном базировалась на данных, полученных при остром облучении биологических объектов в больших дозах. В основном эти данные были получены в экспериментальных условиях, а также в результате наблюдений за несколькими группами людей, которые подверглись облучению в результате радиационных аварий (авария на Чернобыльской АЭС, ПО «Маяк» и др.), атомных бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки, испытаний ядерного оружия, персонала ядерных предприятий, больных, которые получали лучевую терапию для лечения различных заболеваний. К настоящему времени получены фундаментальные данные о влиянии радиации на разных уровнях биологической организации, от молекулярного до организма в целом.
Считается общепринятым, что при превышении определенного порога дозы облучения могут развиваться так называемые детерминированные (предопределенные) эффекты облучения. К ним относится лучевая болезнь, разнообразные формы лучевого повреждения кожи, лучевая катаракта и другие. Частота и степень тяжести этих патологических состояний определяются, в первую очередь, мощностью дозы облучения. Чем больше мощность дозы и доза облучения, тем больше облученных индивидуумов будут иметь проявления лучевой патологии, и тем тяжелее она будет протекать. Среди множества факторов, вызывающих детерминированные эффекты, главным является гибель клеток (летальные радиационные повреждения).
Другой группой
радиационных эффектов являются стохастические (или вероятные) эффекты. Данные
эффекты не имеют порога дозы, т.е. сколь угодно малое повышение дозы может
приводить к развитию этих эффектов. Имеют длительный латентный период и
проявляются спустя годы после облучения или в последующих поколениях. Предполагается,
что вероятность развития таких эффектов линейно зависит от дозы облучения, т.е.
чем выше доза облучения, тем выше риск развития стохастических эффектов. В
основе развития стохастических эффектов радиации лежат нелетальные мутационные
изменения в облученной клетке, которые не приводят ее к гибели, но которые
могут привести к генетической трансформации клетки. Если такие изменения
развиваются в соматических клетках организма, то у облученного индивидуума в
первую очередь повышается риск развития злокачественных опухолей и лейкоза.
Если подобные изменения имеют место в половых клетках облученных индивидуумов,
то повышается вероятность развития неблагоприятных эффектов у их потомства.
Отдельно рассматриваются эффекты облучения эмбриона и плода, которые
определяются особенностями формирования организма в эти периоды и их высокой
радиочувствительностью. Наиболее важными эффектами внутриутробного облучения
являются антенатальная летальность, развитие врожденных пороков развития,
умственная отсталость, задержка роста и развития организма. Однако важно
отметить, что степень тяжести стохастических эффектов не зависит от дозы
облучения. Более того, стохастические эффекты радиации не отличаются
клинически, морфологически, биохимически, иммунологически от аналогичных
заболеваний нерадиационной природы. Например, невозможно выделить среди
облученного населения опухоли или лейкозы радиационной природы, так как они не
отличаются от спонтанных новообразований. Результаты многолетних
эпидемиологических исследований, проводимых в Японии и на Южном Урале,
показали, что вклад радиационных злокачественных опухолей (атрибутивный риск)
составляет 3-5%. Это значит, что из каждых 100 случаев рака, который
регистрируется среди облученного населения, только 3-5 вызваны радиацией.
Оценки радиационного риска на Южном Урале представляют особый интерес, так как позволили отметить повышение уровня заболеваемости и смертности у хронически облученных индивидуумов (в т.ч. при малых дозах) от канцерогенных эффектов. Принимая во внимание все возрастающее использование различных источников ионизирующего излучения в энергетике, промышленности, медицине, науке, сельском хозяйстве наиболее вероятным является хроническое воздействие на человека малых доз радиации.
Возможность получения прямых оценок радиационного риска стохастических эффектов при хроническом облучении в диапазоне малых доз в эпидемиологических исследованиях методологически ограничена, так как для этого необходимы когорты, насчитывающие миллионы облученных индивидуумов. Предполагалось, что риск малых доз радиации можно оценить, используя фактор мощности дозы (ФМД), путем экстраполяции с величин рисков при больших дозах. Предпосылкой для оценки ФМД стали экспериментальные данные, которые показали, что эффекты хронического облучения могут быть на порядок меньше эффектов острого облучения такой же дозы.
Однако в последние годы в радиобиологии сделан целый ряд открытий, которые показывают, что механизмы биологических эффектов малых и больших доз облучения могут принципиально отличаться. При действии малых доз радиации установлены такие специфические эффекты, как адаптивный ответ, эффект свидетеля, радиационно-индуцированная нестабильность генома, программируемая гибель клеток (апоптоз), эффект сверхчувствительности к малым дозам. Адаптивный ответ является одним из проявлений радиационного гормезиса, который характеризует стимулирующий эффект малых доз радиации. В настоящее время установлено, что адаптивный ответ представляет собой универсальную реакцию клеток на облучение в малых дозах, выражающуюся в приобретении устойчивости к поражающему действию излучения в большой дозе или других агентов нерадиационной природы.
B последние годы установлено, что радиация может привести к мутациям не только в самих облученных клетках, но и в клетках-потомках, что проявляется в их отсроченной репродуктивной гибели, дестабилизации хромосом, в формировании соматических мутаций, амплификации генов. Радиационно-индуцированная нестабильность генома пepeдaeтcя многим поколениям клеток, при этом генетические изменения, наблюдаемые в клетках дочерних поколений, отличаются от возникших в самой облученной клетке. Из этого следует, что радиация увеличивает чacтoтy, c кoтopoй у потомков выживших облученных клеток при нopмaльнoм фyнкциoниpoвaнии вoзникaют cпoнтaнныe гeнeтичecкиe измeнeния. Важно отметить, что в случае облучения половых клеток нестабильность генома может передаваться через плаценту потомству.
Общепринятое мнение, что биологические эффекты ионизирующего излучения связаны с не восстановленными или неправильно восстановленными повреждениями ДНК в облученных клетках. Однако, последние исследования (преимущественно in vitro при б-облучении) показали, что радиация может вызвать повреждения ДНК по механизмам независимым от прохождения трека через ядро или действия активных радикалов. В настоящее время установлено, что клетки соседние к облученным клеткам или клетки находящиеся в питательной среде от облученных клеток также могут реагировать на радиационное воздействие. Они начинают проявлять все признаки радиационного воздействия, словно сами подверглись облучению. Данное явление получило название эффект свидетеля.
Биологическое значение апоптоза, состоит в элиминации из облученного организма клеток, имеющих не восстановленные или неправильно восстановленные повреждения ДНК. Установлено, что малые дозы радиации активируют апоптоз.
Сверхчувствительность к малым дозам радиации определяется первичностью процессов альтерации (повреждений) ДНК и клеточных мембран, по достижении определенного числа и качества которых включаются разнообразные механизмы их репарации (восстановления). При определенных значениях малых доз возникают условия, когда имеющихся повреждений недостаточно для запуска процессов репарации.
Все вышеуказанные эффекты крайне важны для понимания природы радиационных эффектов, так как проясняют механизмы радиационного мутагенеза, канцерогенеза и старения - главных отдаленных последствий действия ионизирующих излучений. К сожалению, вышеуказанные феномены не могут быть уже сегодня учтены при регламентации облучения, так как описывают эффекты преимущественно на клеточном уровне, в то время как действующая концепция радиационной безопасности населения базируется только на оценке клинически значимых биологических эффектов радиации.
Полезная радиация. Относительно недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон. Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответствен примерно за 75% эффективной годовой эквивалентной дозы облучения, получаемой человеком от земных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно отличается для разных точек земного шара. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе.
Радоновые ванны обладают ярко выраженным успокаивающим и болеутоляющим действием. Имеется множество показаний для применения этих ванн. Особенно полезны они при неврастении с преобладающим процессом возбуждения. А это в косметическом смысле оказывает отрицательное воздействие на кожу. На лицах людей такого типа, склонных к эмоциональному выражению своих чувств, обычно рано возникают морщины, складки, что раньше времени старит своего обладателя.
Особенности действия радоновых ванн обусловлены альфа-излучением, возникающим при распаде радона. Концентрация этого вещества в воде в необходимой пропорции, определяемой специалистом, и дает нужный эффект. Ванны эти незаменимы для тех, у кого в силу разных причин нарушен иммунитет.
Концентрация радона на территории Заречного 5-6 микрорентген в час.
На территории России 20 микрорентген в час.
Радионуклиды в медицине. Лучевая терапия – метод лечения опухолевых и ряда неопухолевых заболеваний с помощью ионизирующих излучений. В качестве источников облучения используются ускорители или радиоизотопные установки. Эффект лучевой терапии основан на повышенной чувствительности раковых клеток к ионизирующему излучению. Под действием этого излучения в клетках развивается огромное количество мутаций, и они погибают. При этом нормальные клетки организма не подвергаются таким изменениям, так как более устойчивы к облучению. Гибель опухоли происходит также за счет специальной методики облучения, когда лучи подводятся к опухоли с разных сторон. В результате в опухоли накапливается максимальная доза.
По виду излучения лучевая терапия делится на рентгенотерапию и гамма терапию. Однако некоторые виды опухолей устойчивы к действию данных видов излучений. В связи, с чем для достижения максимальной избирательности противоопухолевого радиационного эффекта предложено применять тяжелые ядерные частицы: протоны, тяжелые ионы, нейтроны.
Радиофармпрепаратами называют специально синтезированные биологически активные вещества, часть молекул которых содержит определенный радионуклид (молекулы как бы «мечены» радионуклидом). Введенные радионуклиды ведут себя в биологических системах так же, как и стабильные изотопы этих элементов. Отслеживая радионуклид по его излучению, которое ничтожно мало с точки зрения воздействия на организм, но при этом надежно измеряется высокочувствительными детекторами, медики получают возможность изучать миграцию, превращения, накопление, выведение «меченого» биологически активного вещества и на основании этого сделать вывод о функционировании исследуемых органов или тканей.
Пациенту вводится препарат – радионуклид. Дождавшись скопления определенного количества препарата у пациента, для этого необходимо примерно 15 минут, его кладут под «головку» «Гамма-камеры». Нуклиды имеют излучение, и под разным углом его испускают. Головка «гамма-камеры», содержащая фотоэлемент, принимает их на себя. Взаимодействуя с фотоэлементами излучения радионуклидов, образуют вспышки, которые в процессе фиксируются компьютером. В результате получается что-то вроде изображения сердца в разных проекциях. По полученным изображениям, как и по рентгеновским снимкам, врач может вынести диагноз. Процедура совершенно безболезненная, не несет за собой никаких побочных эффектов.
Существует еще один прибор, который в свое время совершил прорыв в лечении онкологических заболеваний – бетатрон – индукционный ускоритель электронов, генерирующий высокоэнергетические пучки, электронов и рентгеновского тормозного излучения, является одним из наиболее удобных и эффективных источников ионизирующего излучения, который с успехом используется для изучения биологического эффекта при воздействии излучения на живые организмы. Большое количество из всех имеющихся прототипов было создано у нас в Томской области в НИИ.
На циклотроне Р-7М НИИ ЯФ получают следующие радиофармпрепараты (РФП) /6/:
· РФП «Таллия хлорид, 199Tl, раствор для инъекций» с разовой активностью до 4,0 ГБк и периодом полураспада 7,3 часа;
· РФП «Натрий о-йодгиппурат, 123I, раствор для внутривенного введения» с разовой активностью до 1 ГБк и периодом полураспада 13,3 часа;
· РФП «123I – ФМПК (жирная кислота)» с разовой активностью до 0,9 ГБк и периодом полураспада 13,3 часа.
В качестве примера использования данных радиофармпрепаратов можно привести диагностику и лечение щитовидной железы с помощью йода-123. Именно радиоизотопной диагностике с применением радиоизотопов йода человечество обязано современным представлениям о функциях щитовидной железы и успехам лечения многих заболеваний, с ней связанных. Препараты, содержащие йод, широко используются для изучения обменных процессов во всем организме, диагностики и лечения целого спектра заболеваний, поскольку йод входит в состав многих биологических тканей.
Таллий-199 используется для диагностики перфузии сердца. Перфузное сканирование миокарда позволяет получить информацию о наличии инфаркта миокарда, определить расход крови (кровоток) через коронарные сосуды.
Методы радиоизотопной диагностики дают такую информацию о пациенте, которую невозможно получить никакими другими методами. Такие исследования проводятся в Томске в НИИ кардиологии Томского научного центра Российской академии медицинских наук, НИИ онкологии, клиниках Сибирского государственного медицинского университета, куда и поставляются после получения в НИИ ЯФ при ТПУ вышеназванные радиофармпрепараты /6/.
Радионуклидная терапия имеет долгую историю, начинающуюся с использования йода – 131 для лечения заболеваний щитовидной железы и фосфора – 32 в онкогематологии.
Фундаментальные знания о природе биологического действия ионизирующего излучения привели к созданию технологий, позволяющих перейти от избирательного облучения всей опухоли к избирательному облучению клеток опухоли. Создание препаратов такого класса выводит терапию из рамок локального метода лечения и позволяет применять его как радикальный метод лечения генерализованных опухолей (лейкемии, нейробластомы, меланомы и др.). Внутритканевая радионуклидная терапия имеет преимущества перед другими видами лучевой терапии за счёт:
- Высокой толенарности нормальных тканей;
- Незначительных побочных эффектов;
- Возможности формирования в патологических очагах больших поглощённых доз.
В настоящее время по – прежнему наиболее часто (в Европе более 90000 ГБк ежегодно) используется всё тот же первый изотоп в медицине йод – 131.
По нашим оценкам, в России ежегодно нуждаются в радионуклидной терапии более 50 тысячи больных с заболеваниями щитовидной железы, костными метастазами опухолей различных локализаций с выраженным болевым синдромом, тяжёлыми заболеваниями опорно – двигательного аппарата.
За рубежом в последние годы успешно применяется радиоиммунтерапия В – клеточных лимфом, опухолей желудочно-кишечного тракта, злокачественных глиом, поверхностных опухолей мочевого пузыря, которая проводится с использованием моноклокальных антител, связанных с йодом – 131, иттрием – 90 или индием – 111.
Каковы же перспективы радионуклидной терапии?
Создание вольфрам – рениевого генератора по своей значимости и влиянию на развитие ядерной медицины в области радионкулидной терапии может быть таким же сильным, как генератор технеция для радионуклидной диагностики.
Изотоп рения – 188 имеет оптимальные ядерно-физические характеристики для терапии:
- Короткий период полураспада(17 ч) делает его более безопасным для персонала и окружающей среды.
- Наличие бета – излучения средней энергии 0,7 МэВ позволяет получить необходимые терапевтические дозы патологических очагах;
- Присутствие в суммарном спектре гамма – компонента с энергией 155 кэВ позволят эффективно следить за поведением аппарата в организме пациентов с помощью гамма – камеры;
- Период полураспада материнского радионуклида вольфрама – 188, равный 69,4 суткам, позволяет использовать 1 генератор рения – 188 в течение 6 – 8мес.
- Возможность создания и размещения на базе крупных медицинских или других профильных учреждений стационарного генератора большой активности с приготовлением и поставкой РФП в радиологические клиники.
- Работы с открытыми источниками бета - и гамма – излучений создали базу для биолого-медицинских исследований других видов излучений.