Ионизирующее излучение в медицине

Ионизирующее излучение в медицине

Основные факты

  • Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц.
  • Люди подвергаются воздействию природных источников ионизирующего излучения, таких как почва, вода, растения, и воздействию искусственных источников, таких как рентгеновское излучение и медицинские устройства.
  • Ионизирующее излучение имеет многочисленные полезные виды применения, в том числе в медицине, промышленности, сельском хозяйстве и в научных исследованиях.
  • По мере расширения использования ионизирующего излучения увеличивается и потенциал опасностей для здоровья, если оно используется или ограничивается ненадлежащим образом.
  • Острое воздействие на здоровье, такое как ожог кожи или острый лучевой синдром, может возникнуть, когда доза облучения превышает определенные уровни.
  • Низкие дозы ионизирующего излучения могут увеличить риск более долгосрочных последствий, таких как рак.

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.

Читайте также:  После антибиотиков расстройство кишечника что делать

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.

Информационный ресурс для пациентов и медперсонала

Ионизирующая радиация представляет собой электромагнитные волны, обладающие достаточной энергией для того, чтобы отделить электроны от атомов и молекул по мере прохождения через материю и изменить их структуру — этот процесс известен как ионизация. В результате атомы получают электрический заряд. (См. Рис.1).

В окружающей среде постоянно присутствует воздействие ионизирующей радиации, которому мы подвергаемся как от земных, так и от космических источников. Присутствует также искусственное облучение, связанное с деятельностью человека.

Существует много видов ионизирующей радиации, каждый имеет различную силу проникновения и вызывает различную степень ионизации материи.

Рис. 1. Ионизация — это процесс, при котором электрон отделяется от атомного ядра, а атом получает электрический заряд.

Самый известный вид ионизирующей радиации — это рентгеновские лучи, использующиеся в медицине для диагностики и лечения. Рентгеновские лучи могут возникать совместно с альфа, бета и гамма излучением, причиной является нестабильность атомных ядер.

Читайте также:  Левомеколь после удаления бородавки

Ионизирующая радиация имеет силу проникновения в соответствии со своим видом и энергией. Если для альфа-частиц преградой станет просто лист бумаги, то для бета-частиц потребуется защита в несколько миллиметров алюминиевой фольги, в то время как обладающее мощной энергией гамма-излучение потребует твердых материалов, таких, как свинец или бетон.

Ионизирующая радиация возникает в природе, например, в процессе радиоактивного распада таких веществ, как газ радон. Скорость, с которой радионуклид разрушается (становится менее радиоактивным), называется «полураспад» — это период, который требуется для распада радиоактивного материала на 50%. В зависимости от вида радионуклида этот период колеблется от долей секунды до миллионов лет.

Радиоактивность различных материалов легко измерить, даже при очень низком её уровне, именно по причине ионизации. Радиоактивный материал в такой среде как, как воздух, вода, почва, трава, пища и т.д., может быть легко выделен, а степень радиоактивности выражена в виде концентрации.

В Международной системе единиц измерения (СИ), доза облучения измеряется в единицах под названием зиверт (Sv) и миллизиверт (mSv).

Разработчик

ООО "Салев" — проектный и испытательный центр в области обеспечения радиационной безопасности.

Применение радионуклидов в медицине:

1. Диагностическое и исследовательское использование радиофармпрепаратов (РФП) в качестве индикаторов.

– оценка миграции меченых атомов и активности органов по скорости включения изотопов ( 125 I, 131 I – для оценки состояния щитовидной железы);

– обнаружение метастаз органа по включению характерных изотопов (накопление радиоактивного йода в метастазах щитовидной железы);

– определение объема внутренних жидкостей по величине радиоактивного излучения единицы объема;

– исследование анатомической структуры органа.

РФП должны отвечать следующим критериям:

* служить источником максимальной диагностической информации при минимальной радиационной нагрузке больного;

* обладать коротким периодом полураспада;

* для удобства регистрации обычно используются нуклиды – источники g-излучения;

* биологическая адекватность – избирательное поглощение данного элемента исследуемым органом;

* отсутствие токсичных примесей и веществ, дающих долгоживущие дочерние изотопы.

2. Лечебное применение ионизирующего излучения

– g-излучение 60 Со используют для разрушения глубокорасположенных опухолей (g-лучи оказывают малое воздействие на поверхностные ткани).

– a-терапия – реализуется при непосредственном контакте с организмом или при введении источника излучения внутрь организма;

– радоновая терапия – минеральные воды содержащие 222 Rn используют для воздействия на кожу (ванны), органы пищеварения (питье), органы дыхания (ингаляции).

Изотоп Период полураспада (Т) Вид излучения Применение
131 I 8,1 дня b-, g- излучение Оценка обменных процессов в организме, в том числе в щитовидной железе
1 25 I 60 дней g- излучение Для метки гормонов, определяемых в сыворотке крови больного in vitro
1 32 I 2,3 часа g- излучение Исследование щитовидной железы у детей (радиационная нагрузка в 200 раз меньше, чем для 131 I)
99 Tc 6 часов g- излучение Используют стандартные реагенты, которые доставляют изотоп в определенный орган (кишечник, печень, желчный пузырь)
32 Р 14,2 дня b- излучение Используют в диагностике новообразований глаз, кожи, слизистых оболочек, молочной железы, головного мозга

Физическое воздействие ионизирующей радиации не может быть непосредственной причиной лучевой болезни и смерти человека. Ос­новной механизм биологического воздействия радиации обусловлен химическими процессами, происходящими в клетках после их облу­чения.

Организм млекопитающего состоит примерно на 75% из воды. При дозе 6 Гр происходит ионизация примерно 10 15 молекул воды в 1 см 3 ткани. Эта цифра (миллион миллиардов!) представляется очень большой, но она означает, что ионизируется приблизительно 1 из 10 миллионов молекул воды, т.е. около 5 мг воды во всем организме человека. Если бы такое количество воды удалить из тела, то чело­век не получил бы никакого вреда (при одном выдохе из организма выводится большее количество воды). Однако ионизированные мо­лекулы воды не выводятся из тканей живого организма. Ионы воды нестабильны, каждый из них разлагается , затем ионы рекомбинируют с образованием нейтральной молеку­лы воды. Свободные радикалы ОН — и Н + представляют собой очень активные окислители. В результате реакций окисления они разруша­ют белки живых клеток, вызывают химическую модификацию моле­кул, необходимых для нормального функционирования клеток.

Процессы ионизации и химические взаимодействия продуктов ионизации происходят в клетке за миллионные доли секунды. Биохимические изменения в ней, обусловленные образованием новых, чуждых молекул, начинаются сразу после облучения, но не завершаютсяза короткое время. Одни следствия таких изменений проявляются уже через несколько секунд после облучения, другие могут привести к гибели клетки или ее раковому перерождению через десятилетия. Одним из первых следствий облучения становится нарушение самой сложной функции клетки — деления. В связи с этим в первую очередь нарушаются функции органов и тканей организма, в которых происходит деление, образование новых клеток.

Читайте также:  Российские бады для потенции

Различают 3 основных вида последствий воздействия ионизирующей радиации на живой организм: острое поражение, отдаленные последствия и генетические последствия.

Острое поражение. Таким поражением называют повреждение живого организма, вызванное большими дозами радиации и прояв­ляющееся в течение нескольких часов или дней после облучения.

Первые признаки общего острого поражения организма взрослого человека обнаруживаются при дозе примерно с 0,5-1,0 Зв (50- 100 бэр). Эту эквивалентную дозу можно считать пороговой для общего острого поражения при однократном облучении. Когда человек получает такую дозу, у него начинаются нарушения в работе кроветворной системы. При эквивалентных дозах облучения всего тела 3-5 Зв (300—500 бэр) около 50% облученных умирают в течение 1-2 мес. от лучевой болезни, причем главной причиной смерти становится поражение костного мозга, приводящее к резкому снижению количества лейкоцитов в крови. При дозах облучения 10 -50 Зв (100—5000 бэр) смерть наступает через 1—2 нед. от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте в результате гибели клеток его слизистых оболочек. При дозе 100 Зв (10 000 бэр) человек умирает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы.

При одинаковых дозах облучения биологические последствия их действия на взрослый и растущий организм существенно различаются. Объясняется это тем, что наиболее сложная функция живой клетки — функция размножения — раньше других наруша­ется под действием радиации. Делящиеся клетки гибнут или утра­чивают способность к делению при таких малых дозах облучения, при которых основные жизненные функции обычных клеток су­щественно не нарушаются.

Отдаленные последствия облучения. В опытах на животных и принаблюдении за здоровьем жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки было установлено, что общее облучение живого организма может иметь не только близкие (лучевая болезнь), но и отдаленные последствия. Значительная часть повреждений клеток, вызванных радиацией, необратима, причем эти повреждения увеличивают вероятность возникновения различных заболеваний, в том числе раковых. От момента облучения до смерти от лейкоза проходит в среднем 10 лет.

Вероятность возникновения ракового заболевания растет про порционально дозе облучения. Эквивалентная доза облучения 1 Зв (100 бэр) в среднем приводит к 2 случаям лейкоза, 10 случаям рака щитовидной железы, 10 случаям рака молочной железы у женщин, 5 случаям рака легких на 1000 облученных. Раковые заболевания других органов под действием облучения возникают значительно реже.

На основании приведенных данных можно оценить вероятность ракового заболевания для взрослого человека, получившего эквивалентную дозу облучения 0,01 Зв (1 бэр); она составляет 2-10 -4 —З-10 -4 .

Генетические последствия облучения. Облучение человека может принести вред и его потомкам.

Вся информация о строении организма будущего ребенка и программа его развития записаны в генах двух половых клеток родителей. Гены, представляющие собой молекулы или части молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), входят в сложные структуры, называемые хромосомами. В каждой из родительских клеток, в результате соединения которых зарождается новый организм, имеется по 46 хромосом, содержащих около 100 000 генов. Разрушение 1 молекулы ДНК или утрата какой-то ее части в половой клетке означают потерю части генов, несущих информацию о строение организма будущего человека. Изменение состава генов в клетке организма потомка по сравнению с составом генов в клетках роди­телей называется мутацией. Мутация приводит к тому, что потомок чем-то отличается от своих родителей.

Достоверных количественных данных о генетическом влиянии на человека различных доз облучения пока нет. Риск появления наследственных дефектов у детей при облучении их будущих роди­телей оценивается по результатам экспериментов на животных. Та­кие данные нельзя считать полностью верными в применении к человеку, но их можно принять в качестве оценочных. Согласно этим данным, хроническое облучение родителей с эквивалентной дозой 1 Зв (100 бэр) на поколение (за 30 лет) приведет к появлению 2 случаев серьезных генетических заболеваний на 1000 новорожденных. Если такой уровень облучения будет воздействовать постоянно на родителей на про­тяжении многих поколений, то число генетических жертв увеличится до 15 на 1000 новорожденных.

Этичисла можно сравнить с известными статистическими данными об общем числе детей, рождающихся с генетическими дефектами: такие дефекты имеют около 10% новорожденных, а 2% детей рождаются с серьезными генетическими нарушениями. Следовательно, если несколько поколений людей окажутся облученными эквивалентной дозой 1 Зв за 30 лет, это приведет к существенному уве­личению числа неполноценных детей и поставит человечество под угрозу генетического вырождения.

Дата добавления: 2015-10-19 ; просмотров: 2312 . Нарушение авторских прав

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector