Глава 11. Воздействие ионизирующих излучений на человека. Нормативы. Методы защиты. Генетические аспекты. Лучевая терапия

Наиболее чувствительны к воздействию радиации следующие органы человека: костный мозг, костная ткань, гонады, лёгкие и кожа.

На рис. 15 показана различная чувствительность органов человека к воздействию радиации.

Рисунок 15. Различная чувствительность органов человека к воздействию радиации.

Ионизирующие излучения представляют серьезную опасность для всех живых организмов биосферы, в том числе и для человека.

Энергия ионизирующих излучений достаточна для того, чтобы вызвать деструкцию атомных и молекулярных связей в живой клетке, что приводит к ее гибели. Чем интенсивнее процесс ионизации в живых тканях, тем больше биологическое воздействие этого излучения на живой организм. В результате сложных биофизических процессов, возникающих под воздействием ионизирующих излучений, в организме образуются разного рода радикалы, которые, в свою очередь, могут образовывать различные соединения, не свойственные здоровой ткани. Кроме того, вызванное ионизирующим действием радиоактивности расщепление молекул воды на водород и гидроксильную группу приводит к ряду нарушений в биохимических процессах. Под воздействием ионизирующих излучений в организме могут происходить торможение функций кроветворных органов, подавление иммунной системы и деятельности половых желез, расстройства желудочно-кишечного тракта, нарушения обмена веществ, канцерогенные реакции и др. В таблице 10 представлены последствия радиоактивного облучения человека.

Таблица 10. Основные последствия радиоактивного облучения человека.

При рассмотрении биологического действия радиоактивности различают внешнее и внутреннее облучения. Внешнее облучение представляет собой случай, когда источник радиации находится вне организма и продукты радиоактивности не попадают внутрь организма. При этом наиболее опасны β-, γ-, рентгеновское и нейтронное облучения. Этот случай на практике реализуется при работе на установках, имеющих рентгеновское и γ-излучения, с радиоактивными веществами, запаянными в ампулах и т. п.

Степень проявления отрицательных биологических эффектов находится в прямой зависимости от дозы облучения, времени облучения, его вида, индивидуальной особенности организма. Поражение может быть хроническим и острым.

Первые признаки хронического поражения: сухость кожи рук, появление язв, выпадение волос, ломкость ногтей. При остром лучевом ожоге на покровных тканях появляются пузыри, отёки, некрозы, долго не заживающие язвы, на месте которых могут быть образованы раковые опухоли.

При жестком внешнем рентгеновском облучении возможен летальный исход без видимых изменений кожного покрова, в то время, как α- и β-частицы вызывают только кожные поражения вследствие незначительной проникающей способности.

При попадании радиоактивных продуктов внутрь организма этот случай относят к внутреннему облучению, которое является весьма опасным. При этом происходит поражение большинства органов до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадается или не покинет организм в результате физиологического обмена.

В таблице 11 представлены места накопления различных радионуклидов в организме человека.

Таблица 11. Места накопления радионуклидов в организме человека

Возможные пути попадания продуктов радиоактивного распада внутрь организма следующие: дыхательные пути, при употреблении пищи, курении. В редких случаях внутреннее облучение происходит через кожу.

Как известно, все живые организмы постоянно подвергаются облучению за счет естественного фона (космическое излучение, радиоактивное излучение недр Земли, радионуклиды атмосферы, гидросферы, литосферы).

Средняя годовая эквивалентная доза фонового радиоактивного излучения составляет примерно 240-250 мбэр:

ü Внутреннее облучение - ≈135 мбэр;

ü Источники земного происхождения - ≈35 мбэр;

ü Космическое излучение - ≈30 мбэр;

ü Рентгенодиагностика - ≈35-40 мбэр;

ü Прочие – 2-5 мбэр

Ниже представлены приблизительные дозы облучения, которые человек может получить, и получает в течение жизни от различных источников:

ü 450 бэр - тяжелая степень лучевой болезни (ЛБ)

ü 100 бэр - нижний уровень развития ЛБ

ü 75 бэр - кратковременное незначительное изменение состава крови

ü 30 бэр - облучение при рентгеноскопии желудка (местное)

ü 370 мбэр - облучение при флюорографии

ü 25 бэр - допустимое аварийное облучение персонала (разовое)

ü 10 бэр - допустимое аварийное облучение населения (разовое)

ü 5 бэр - допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год

ü 3 бэр - облучение при рентгенографии зубов (местное)

ü 500 мбэр - допустимое облучение населения за год

ü 100 мбэр - фоновое облучение за год

ü 0,5 мбэр - просмотр в течении года программ по ТВ по 3 часа в день

ü 0,25 мкбэр/час - на расстоянии 250 см от экрана

ü 1 мкбэр/час - на расстоянии 50 см от экрана

ü 1 мкбэр - -просмотр одного хоккейного матча по ТВ

ü 0,1 мкбэр - полет на самолете на расстояние 2400 км

ü 14 - 15 бэр - человек получает за всю жизнь от всех источников облучения

Заболевания, вызванные в результате воздействия ионизирующих излучений, делятся на острые и хронические.

Острое лучевое поражение возникает при облучении большими дозами за короткое время.

Протекание острой лучевой болезни, в основном, происходит по четырем стадиям:

1) Первичная стадия (через несколько часов после облучения появляется тошнота, головокружение, рвота, учащенный пульс, лейкоцитоз, слабость);

2) Скрытая стадия (чем короче эта стадия, тем тяжелее исход болезни, видимое благополучие);

3) Стадия разгара заболевания (тошнота, рвота, сильное недомогание, высокая температура тела (40-41˚ С), кровотечение из десен, носа и внутренних органов, резкое снижение лейкоцитов);

4) Стадия выздоровления или летального исхода.

Хроническая лучевая болезнь возникает при облучении малыми дозами в течение длительного времени и бывает как общей, так и местной. Развитие болезни происходит в скрытой форме.

Различают три степени хронической болезни:

1) Легкая степень (незначительные головные боли, слабость, нарушение аппетита и сна);

2) Вторая степень (усиление симптомов первой степени, нарушение обмена веществ, сердечно-сосудистые изменения, кровоточивость, расстройство пищеварительных органов);

3) Третья степень (нарушение деятельности половых желез, изменения в центральной нервной системе, выпадение волос, кровоизлияния).

При однократном общем облучении могут быть следующие последствия, показанные в таблице 12.

Таблица 12. Последствия от однократного облучения человека

Ориентировочные нормы радиационной безопасности людей представлены в таблице 13.

Таблица 13. Ориентировочные нормы радиационной безопасности людей

Методы регистрации ионизирующих излучений, основы дозиметрии

Существует множество методов, позволяющих фиксировать ионизирующее излучение. Рассмотрим некоторые из них.

Метод фотоэмульсий. Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем по действию ядерных излучений на фотопластинку. Способность ионизирующих излучений действовать на фотоэмульсии применяется в настоящее время при исследованиях в области физики элементарных частиц и космического излучения.

Быстрая заряженная частица при движении в слое фотоэмульсии в результате ионизации создает вдоль траектории своего движения центры скрытого изображения. После проявления появляются изображения следов первичной частицы и всех заряженных частиц, возникших в эмульсии в результате ядерных взаимодействий с первичной частицей. По толщине следа в фотоэмульсии и его длине модно определить заряд частицы и ее энергию. Если приложить фотопленку к образцу, содержащему радиоактивные вещества, и проявить, то обнаруживаются темные пятна против тех мест, где сосредоточены радиоактивные изотопы. Рассматривая фотопленку, можно узнать, сколько радиоактивных веществ содержится в образце и как они распределены в нем.

Сцинтилляционные счетчики. Сцинтилляционные счетчики предназначены для измерения γ- и других типов излучения. Они могут быть твердые или жидкостные. В счетчиках содержится вещество, которое превращает невидимое излучение в видимое, регистрируемое фотоэлектрической системой.

Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки называется сцинтилляцией. В современных сцинтилляционных счетчиках регистрация световых вспышек производится с помощью приборов, в которых за счет использования явления фотоэффекта энергия световой вспышки в веществе преобразуется в импульс электрического тока, который усиливается и затем регистрируется. Исследуя спектр амплитуд электрических импульсов на выходе сцинтилляционного счетчика, можно изучить энергетический спектр исследуемого излучения.

Пузырьковая камера. В камере находится жидкость при температуре, близкой к кипению. Быстрые заряженные частицы проникают в рабочий объем камеры и образуют на своем пути цепочку ионов. В тот момент, когда частицы пронизывают рабочий объем камеры, давление понижают и жидкость переходит в перегретое состояние. Ионы, образующиеся вдоль пути следования частицы, обладают избытком кинетической энергии. За счет этой энергии повышается температура жидкости в микроскопическом объеме вблизи каждого иона, она вскипает, и образуются пузырьки пара вдоль траектории движения быстрой частицы через жидкость. Пузырьки пара создают след частицы.

Для наполнения пузырьковых камер используют жидкий водород, пропан, ксенон и некоторые другие жидкости. Пузырьковую камеру также помещают в постоянное магнитное поле.

Газоразрядные счетчики. Для регистрации быстрых заряженных частиц и γ-квантов применяются счетчики Гейгера-Мюллера. Цилиндрическая трубка служит корпусом счетчика, по ее оси натянута тонкая металлическая нить, нить и корпус разделены изолятором. Рабочий проем заполняется смесью газов, например аргоном с примесью паров метилового спирта, при давлении около 0,1 атмосферного.

Для регистрации ионизирующих частиц между корпусом счетчика и нитью прикладывается высокое постоянное напряжение, нить является анодом. Пролетающая через рабочий объем счетчика заряженная частица производит на своем пути ионизацию атомов газа. Под действием электрического поля свободные электроны движутся к аноду, положительные ионы – к катоду. Напряженность электрического поля вблизи нити анода счетчика настолько велика, что свободные электроны при приближении к нему на пути между соударениями с нейтральными атомами приобретают энергию, достаточную для их ионизации. Освобожденные электроны разгоняются электрическим полем и ионизируют на своем пути новые нейтральные атомы, и процесс ионизации лавинообразно нарастает. В счетчике возникает коронный разряд, который через короткий промежуток времени прекращается.

С включенного последовательно со счетчиком резистора через конденсатор на вход регистрирующего устройства поступает импульс напряжения. По показаниям электронного счетного устройства определяется число заряженных частиц, зарегистрированных счетчиком.

Ионизационная камера. Для измерения доз ионизирующих излучений применяются также ионизационные камеры. Это устройство представляет собой цилиндрический конденсатор, между электродами которого находится воздух или другой газ. С помощью счетчика постоянного напряжения между электродами камеры создается электрическое поле. В обычных условиях в воздухе свободных зарядов очень мало, потому измерительный прибор, включенный в цепь камеры, тока не обнаруживает. При облучении рабочего объема камеры ионизирующими излучениями происходит ионизация воздуха. Положительные и отрицательные ионы под действием электрического поля приходят в движение. Сила ионизационного тока в камере обычно составляет доли микроампера. Для измерения таких слабых токов применяются специальные усилительные схемы.

С помощью ионизационных камер можно регистрировать любые виды ядерных излучений. Для регистрации α- и β-излучений радиоактивный препарат помещается внутри рабочего объема камеры. Для регистрации γ-излучения нет нужды вносить радиоактивный препарат внутрь камеры, так как гаммакванты легко проникают сквозь стенки камеры, выбивают из них вторичные электроны, а вторичные электроны производят ионизацию в наполняющем газе. Сила ионизационного тока пропорциональна мощности дозы излучения.

Для измерения доз гамма-излучения, получаемых человеком, используют карманные дозиметры, по форме и размерам напоминающие обычную авторучку. Внутри такого дозиметра имеется ионизационная камера с рабочим объемом несколько см³. по оси камеры укреплен стержень электрометра. Размеры электрометра настолько малы, что для отсчета показаний шкалу его приходится рассматривать в небольшой микроскоп, вмонтированный в корпус дозиметра. Перед использованием электрометр карманного дозиметра заряжается. Протекающий в камере ионизационный ток разряжает электрометр, при этом нить дозиметра перемещается по шкале, которая отградуирована в единицах дозы облучения.

Нормирование ионизирующих излучений и способы защиты от них

Предельно допустимые уровни ионизирующих излучений устанавливаются «Нормами радиационной безопасности» (НРБ-99) и гигиеническими нормативами ГН 2.6.1.054 – 96. Эти документы являются основными правовыми нормативными актами в области радиационной безопасности нашей страны.

Требования и нормативы, установленные Нормами, являются обязательными для всех юридических лиц, независимо от их подчиненности и формы собственности, в результате деятельности которых возможно облучение людей, а также для администраций субъектов Российской Федерации, местных органов власти, граждан Российской Федерации, иностранных граждан и лиц без гражданства, проживающих на территории Российской Федерации.

Нормы являются основополагающим документом, регламентирующим требования Федерального закона "О радиационной безопасности населения" в форме основных пределов доз, допустимых уровней воздействия ионизирующего излучения и других требований по ограничению облучения человека. Никакие другие нормативные и методические документы не должны противоречить требованиям Норм (6).

НРБ-99 включают в себя определения и термины радиационной безопасности, устанавливают основные дозовые пределы, ПДК радиоактивных веществ в воздушной зоне, в воде открытых водоемов, допустимое содержание радиоактивных веществ в органах и тканях и т. п.

Главной 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.

Основу системы радиационной безопасности, сформулированной в данных Нормах, составляют современные международные научные рекомендации, опыт стран, достигших высокого уровня радиационной защиты населения, и отечественный опыт. Данные мировой науки показывают, что соблюдение Международных основных норм безопасности, которые легли в основу Норм, надежно гарантирует безопасность работающих с источниками излучения и всего населения.

На основании нормативных требований устанавливают порядок проведения работ с источниками ионизирующих излучений и обеспечение ликвидации радиоактивных отходов. Нормы радиационной безопасности относятся только к ионизирующему излучению. В Нормах учтено, что ионизирующее излучение является одним из множества источников риска для здоровья человека, и что риски, связанные с воздействием излучения, не должны соотноситься только с выгодами от его использования, но их следует сопоставлять и с рисками нерадиационного происхождения.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

- запрет превышения допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников излучения (принцип нормирования);

- запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснования);

- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения (принцип оптимизации).

Ответственность за соблюдение Норм устанавливается в соответствии со статьей 55 Закона Российской Федерации "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения".

Установлены следующие категории облучаемых лиц:

ü Категория А (персонал) – лица, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующих излучений;

ü Категория Б – ограниченная часть населения, проживающая рядом с предприятиями, на которых находятся радиоактивные источники;

ü Категория В – остальное население страны.

В таблице 14 представлены дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения для лиц категорий А и Б.

Таблица 14. Дозовые пределы облучения для лиц категорий А и Б

Различные органы человека и животных имеют определенную чувствительность к ионизирующим излучениям. В соответствии с этим установлены три группы критических органов:

I – все тело, гонады и красный костный мозг;

II – мышцы, жировая ткань, щитовидная железа, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы;

III – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Для обеспечения радиационной безопасности следует выполнять следующие общие принципы защиты:

ü Не превышать предельно допустимые дозы (ПДД);

ü Применять метод защиты расстоянием, временем;

ü Применять защитные экраны, ослабляющие ионизирующие излучения;

ü Использовать средства индивидуальной защиты;

ü Применять исправные приборы индивидуального и общего контроля для определения интенсивности радиоактивного облучения;

ü Выполнять технические, санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия.

Источники большой активности, уровни дозы, превышающие предел дозы, закрывают защитными экранами. Выбор материала и толщины защитного экрана зависит от вида излучения, его энергии и активности источника.

Наиболее распространенным методом расчета защиты является метод расчета по необходимой кратности ослабления. Необходимая кратность ослабления определяется отношением дозы излучения в рассматриваемой точке к пределу дозы и показывает во сколько раз необходимо понизить уровень радиации с помощью защитных средств, чтобы обеспечить безопасные условия работы.

Для защиты от α-излучения применяют экраны из стекла, плексигласа толщиной в несколько мм (слой воздуха в несколько см).

В случае β-излучения используют материалы с малой атомной массой (например, алюминий), а чаще комбинированные (со стороны источника – материал с малой, а затем далее от источника – применяют материал с большей атомной массой). При работе с бета - излучением необходимо предусмотреть защиту непосредственно от бета - частиц и защиту от тормозного излучения, возникающего при торможении β - частиц в защитном экране. Тормозное излучение представляет собой кванты энергии, аналогичные Y- квантам. Поэтому для защиты от β - частиц используют комбинированные экраны. В таком экране со стороны источника располагают слой из материалов с малой атомной массой (плексиглас, карболит и т.п.), которые дают низкоэнергетическое тормозное излучение. Толщина этого слоя должна соответствовать длине максимального пробега бета - частиц в данном материале. За ним следует слой из материала с большой атомной массой, обеспечивающий ослабление наведенного тормозного излучения (1.5,3).

Для защиты от γ-излучений применяют материалы с большой атомной массой и высокой плотностью (свинец, вольфрам), а также более дешевые материалы и сплавы (сталь чугун). Стационарные экраны выполняются из бетона: используют свинец, бетон, железо, воду, вольфрам, объединенный уран и осмий. Защита из бетона (r = 2.3 г/см3) прочна, дешева, но весьма громоздка и тяжела. Свинец (r = 11.34 г/см3) эффективен, но имеет плохие механические свойства. Его используют для изготовления контейнеров (в оболочках из железа) для транспортировки изотопов. Вольфрам (r = 19.3 г/см3) и объединенный уран (r = 18.7 г/см3) используют в особо ответственных приборах для обеспечения минимального веса защиты.

Для защиты от нейтронного облучения применяют бериллий, графит и материалы, содержащие водород (парафин и вода). Широко применяются бор и его соединения для защиты от нейтронных потоков с малой энергией: для защиты от нейтронного излучения применяют различные материалы в зависимости от его энергии. Нейтроны с энергией более 0.5 МэВ хорошо ослабляются в результате процессов неупругого рассеяния защитой, состоящей из железа. Нейтроны с энергией менее 0.5 МэВ эффективно ослабляются защитой, содержащей водород (вода, парафин), а также материалы, содержащие бериллий, графит. Наиболее эффективные поглотители тепловых нейтронов - кадмий, бор и железо. Процесс захвата тепловых нейтронов сопровождается испусканием Y - излучения. Для комбинированной защиты от нейтронного и Y - излучения применяют слоевые экраны из тяжелых и легких материалов.

В случае воздействия γ-излучения и нейтронных потоков применяются комбинированные экраны (свинец-вода, свинец-полиэтилен, железо-вода и другие пары комбинаций).

При работе с радионуклидами следует применять средства индивидуальной защиты - спецодежду. В случае загрязнения рабочего помещения радиоактивными изотопами, поверх хлопчатобумажного комбинезона следует надевать пленочную одежду.

Пленочная одежда изготавливается из пластиков или резиновых тканей, легко очищаемых от радиоактивного загрязнения. В случае применения пленочной одежды необходимо предусмотреть возможность подачи воздуха под костюм.

При работе с открытыми источниками с активностью более 10 мкКи применяют перчатки из просвинцованной резины с гибкими нарукавниками. Специальные пневмокостюмы применяются в случае проведения ремонтно-профилактических работ, при которых могут быть большие радиационные загрязнения. Данная спецодежда обеспечивается принудительным поддувом воздуха и является эффективной при работе с радиоактивными веществами.

В комплекты спецодежды входят респираторы, пневмошлемы и другие средства индивидуальной защиты. Для защиты глаз следует применять очки со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец.

Генетические последствия радиооблучения

Генетические последствия радиооблучения – это особенности биологического действия ионизирующего излучения на клетки, которые обу­словлены как специфическими свойствами вида излучения, так и организацией жизнедеятельности клеток. Основным отли­чием ионизирующего излучения от других поражающих факторов (высокой темпера­туры, химических ядов и др.) является его способность ионизировать любые атомы. При ионизации происходит отрыв электро­на от атома и образование ионов. Если при облучении живых клеток ионизируются атомы, входящие в небольшие молекулы (напр. воды, сахаров, аминокислот, вита­минов и др.), эти молекулы могут распадать­ся с образованием вторичных продуктов — свободных радикалов, обладающих боль­шой реакционной способностью. Этот про­цесс называется радиолизом. При иониза­ции атомов макромолекул (белков, фер­ментов, нуклеиновых кислот), они теряют свои биологические функции, т. е. инактивируются.

Различают два пути воздействия на клет­ки ионизирующего излучения: прямой, при котором энергия излучения поглощается непосредственно в самих макромолекулах, и косвенный, при котором энергия излуче­ния поглощается водой и другими низкомо­лекулярными соединениями клетки, а мак­ромолекулы повреждаются продуктами ра­диолиза. Однако большинство наблюдаемых изменений являются временными и не вызывает гибели клетки. И лишь ионизация уникальной для клетки гигантской молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), несущей в себе всю генетическую информацию может привести к потере клеткой способности к неограниченному делению, т. е. репродуктивной гибели клетки. Это происходит в результате разрыва одной или обе их нитей молекулы ДНК, что препятствует дальнейшему воспроизводству нормальных клеток. Конечный поражающий эффект облучения опре­деляется невосстановленной после естественной репарации частью этих повреждений. Доля их в обычных условиях очень невелика и составляет малые доли процента, что и обусловливает относитель­ную устойчивость живых клеток к дейст­вию ионизирующего излучения.

В последнее время особое внимание ис­следователей привлекают некоторые осо­бенности действия на клетки малых доз ионизирующего излучения в связи с обна­руженной его способностью стимулировать пролиферацию (размножение) покоящихся клеток и инициировать адаптивный ответ, т. е. снижение эффекта больших доз при предварительном облучении в малой дозе около 10 рад (0,1 Гр). Механизм этих про­цессов пока окончательно не выяснен.

Способность ионизирующего излучения вызывать генетические (наследственные) изменения была впервые обнаружена совет­скими учеными Г. А. Надсоном и Г. С.

Фи­липповым в 1925 г. при обработке лучами радия клеток дрожжей. В 1927 г. американ­ский генетик Г. Меллер обосновал факт воз­никновения изменений в наследственных структурах под действием рентгеновских лучей, используя методы количественного учета мутаций у мушки дрозофилы. Впослед­ствии исследования Н. В. Тимофеева-Ре­совского, М. Демереца, К. Штерна, Дж. Ли, М. Дельбрюка, А. С. Серебровского и дру­гих ученых позволили выявить основные ра­диобиологические закономерности возник­новения мутаций.

Классификация мутаций.

Мутации - (лат. mutatio — изменение) — это внезапные естественные или вызванные ис­кусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изме­нению тех или иных признаков организма. Организм, несущий в своем генетическом материале мутацию, называют мутантом. Основы учения о мутациях были заложены голландским ботаникомГуго де Фризом в 1901-1903 гг. в его классическом труде «Мутационная теория». Молекулярный механизм мутаций стал выяснятся с развити­ем молекулярной генетики в 1930-е гг.

Условно мутации делят на спонтанные, возникающие под влиянием природных фак­торов внешней среды или в результате биохимических изменений в самом организме, и индуцированные (лат. inductio — наведе­ние), возникающие под влиянием специального воздействия мутагенных факторов, напр. ионизирующего излучения, химиче­ских веществ, в т. ч. лекарственных препа­ратов, пищевых консервантов, пестицидов и т. п.

Мутации могут быть прямыми, если их проявление приводит к отклонению от при­знаков т. н. дикого типа (наиболее распрос­траненного в природе) и обратными (ревер­сии), если они приводят к восстановлению дикого типа. Мутации, возникающие в по­ловых клетках (генеративные), передаются следующим поколениям; происходящие в любых других (соматических) клетках орга­низма (соматические мутации) — наследу­ются только дочерними клетками, образо­вавшимися путем митоза, т. е. оказывают воздействие лишь на тот организм, в кото­ром возникли. Ядерные мутации затрагива­ют хромосомы ядра, цитоплазматические — генетический материал, заключенный в цитоплазматических органоидах клетки — ми­тохондриях, пластидах. В зависимости от характера изменений в генетическом мате­риале различают точечные мутации, геном­ные мутации и хромосомные аберрации (перестройки).

Точечные мутации (относящиеся к опре­деленному генному участку) представляют собой результат изменения последователь­ности нуклеотидов в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), являющейся носителем генетической информации. То­чечные мутации связаны с добавлением (дупликации, вставки), выпадением (делеции) или перестановкой (инверсии) оснований в ДНК.

Хромосомные аберрации, или перестройки, являются более крупными изменения­ми структуры хромосом, часто видимыми в световой микроскоп. Самая простая форма аберрации — это делеция, или нехватка, т. е. утрата хромосомой какого-либо участ­ка — промежуточного или концевого. К хромосомным аберрациям относятся также: инверсия — поворот участка хромосомы на 180°; транслокация — обмен участками между негомологичными хромосомами; транспози­ция — перемещение участка хромосомы либо внутри той же хромосомы, либо в другую хромосому.

Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом в клетке, кратным одинар­ному набору хромосом (полиплоидия, гаплоидия), а также увеличением или умень­шением числа отдельных хромосом (анеуплоидия).

Часть исследователей подразделяет мута­ции на генные и хромосомные.В этом случае к генным мутациям относят все типы точеч­ных мутаций, к хромосомным — изменения числа хромосом и их макроструктуры. Хро­мосомные аберрации могут быть отнесены как к генным, так и к хромосомным мутаци­ям в зависимости от размера участка, затра­гиваемого перестройкой. Все виды мутаций могут иметь фенотипическое (внешнее) про­явление и в зависимости от этого подразде­ляются на морфологические, биохимичес­кие, летальные и т. д., а также могут быть доминантными (подавляющими развитие другого признака) и рецессивными (подав­ляемыми), в зависимости от их проявления у гибридов.

Хромосомные аберрации, а также геном­ные мутации вызывают, как правило, значительные отклонения от нормы у их носи­телей. Например, у человека, имеющего в норме 46 хромосом, в случае трисомии по двадцать первой хромосоме (три двадцать первых хромосомы вместо двух, т. е. один из вариантов анеуплоидии) развивается врожденное заболевание — синдром Дауна, в случае трисомии по тринадцатой хромо­соме — синдром Патау, в случае трисомии по восемнадцатой хромосоме — синдром Эдвардса и т. п.

Генные мутации, составляющие основ­ную долю всех мутаций, вызывают чрезвы­чайно разнообразные изменения признаков. Например, известны мутации в отдельных генах человека, приводящие к наследствен­ным заболеваниям (гемофилия, фенилкетонурия и т. п.), мутации, затрагивающие раз­личные органы и биохимические процессы в организме.

Мутации в соматических клетках (не по­ловых) могут приводить к гибели клеток, а также считаются одной из причин возник­новения онкологических заболеваний у об­лученных людей. Мутации в клетках разви­вающегося эмбриона приводят к различным ненаследуемым порокам развития.

Реже возникают мутации, улучшающие те или иные свойства, но именно они дают основной материал для естественного и ис­кусственного отбора, являясь необходимым условием эволюции в природе и селекции полезных форм растений, животных и мик­роорганизмов.

Возникновение мутаций под влиянием ионизирующего излучения.

Процессы, приводящие к образованию мутаций в результате облучения, сложны и окончательно не выяснены. Как известно, молекула ДНК состоит из мономерных еди­ниц — нуклеотидов.В состав нуклеотида входят пятиуглеродный сахар, азотистое ос­нование и фосфорная кислота. Нуклеотиды составляют длинные молекулы, называе­мые полинуклеотидами, которые закручены в две нити, свитые вместе и образующие двойную спираль. Каждая нить состоит из сахарофосфатного остова, вдоль которого перпендикулярно оси двойной спирали рас­полагаются азотистые основания. Находя­щиеся друг против друга основания проти­воположных нитей связаны между собой во­дородными связями. Сохранность структу­ры молекулы ДНК обеспечивает неизмен­ность наследственной (генетической) ин­формации, закодированной внутри хромо­сом в последовательности азотистых осно­ваний, расположенной вдоль сахарофосфатной нити ДНК. При облучении, в результа­те попадания кванта энергии или частицы в молекулу ДНК, на первом этапе возмож­ны два типа повреждений:

1) потери нуклеотидов или химические изменения азотистых оснований (пуриновых и пиримидиновых);

2) повреждения сахарофосфатных нитей (одиночные и двойные разрывы).

Азотистые основания повреждаются при­мерно в 3 раза чаще, чем сахарофосфатные нити ДНК. Около 80—90 % электронов и свободных радикалов, образующихся при облучении, реагируют с азотистыми осно­ваниями — наиболее нестойкими частями молекулы, и только 10—20 % энергии излу­чения расходуется на разрушение сахарофосфатного остова ДНК.

Под действием ионизирующего излуче­ния чаще повреждается одна нить ДНК (одиночные разрывы). Разрыв обеих нитей ДНК (двойные разрывы) возникает, если одиночные разрывы нитей ДНК располо­жены на расстоянии не более 10 пар нуклеотидов друг от друга. Попадание кванта энер­гии или частицы излучения в ДНК при об­лучении клетки — процесс случайный, од­нако конечное повреждение происходит преимущественно во вполне определенных участках хромосом, т. н. «горячих точках». Это связывают с миграцией энергии или за­ряда излучения вдоль нити хромосомы к на­иболее уязвимым местам.

В дальнейшем первичные повреждения в зависимости от дозы ионизирующего излу­чения и других факторов могут быть репарированы с помощью репарационных систем клетки (лат. reparatio — восстанов­ление), могут привести к образованию то­чечных мутаций либо дать начало цепи про­цессов, приводящих к формированию хро­мосомных аберраций.

Одинаковые дозы различных видов иони­зирующего излучения оказывают разное мутагенное воздействие, т. е. обладают раз­ной относительной генетической эффектив­ностью (ОГЭ). Величина ОГЭ одного вида излучения в сравнении с другим определяет­ся как отношение доз, необходимых для по­лучения одинакового эффекта. Генетическая эффективность ионизирующего излучения в первую очередь определяется величиной линейной передачи энергии в биологиче­ской ткани (ЛПЭ), т. е. количеством энер­гии излучения, поглощенной тканью, на единицу длины пути частицы или кванта. Зависимость ОГЭ от величины ЛПЭ окон­чательно не установлена. Для большинства видов мутаций ОГЭ увеличивается с возрас­танием ЛПЭ до определенного максимума. При очень высоких значениях ЛПЭ величи­на ОГЭ может снова понижаться. При дей­ствии на молекулы ДНК плотно ионизи­рующего излучения, характеризующегося высокой ЛПЭ, количество одиночных раз­рывов нитей снижается, а двойных нерепарируемых разрывов возрастает (по сравне­нию с действием редко ионизирующего из­лучения). Примером может служить нейт­ронное излучение. В мягких тканях ЛПЭ тяжелых заряженных частиц, образующих­ся под действием нейтронов, превышает 500 МэВ/см, что приводит к возникнове­нию повреждений ДНК, вызывающих ги­бель клетки. Величина ОГЭ зависит от ве­личины и мощности дозы, распределения дозы внутри облу­ченного материала, стадии развития половых клеток и др.

В отличие от большинства со­матических эф­фектов, вызываемых ионизирую­щим излучением (лучевая болезнь, смертельный исход), гене­тические изменения являются недетерми­нированными, т. е. случайными. Зависимость возникновения точечных мутаций, разры­вов хромосом и других повреждений от дозы ионизирующего излучения является прямо пропорциональной для относительно невы­соких доз (чем выше доза, тем чаще возни­кают мутации). Эта концепция принята На­учным комитетом ООН по действию атом­ной радиации. В последнее время появились работы, свидетельствующие об иной зави­симости эффектов в области малых доз, со­гласно которым облучение в малых дозах может произвести более разрушительное воздействие на клетки, чем облучение в больших дозах.

Характер радиационного воздействия мо­жет существенно различаться при остром и длительном (хроническом) облучении. Дробление дозы (фракционное облучение) может либо повысить, либо понизить чис­ло мутаций, либо вызвать такой же эффект, как и при однократном облучении. Это за­висит от длительности интервалов между фракциями, диапазона используемых доз и т. д. Так, при дробном облучении в больших дозах, когда вместе с возникновением мутаций происходит устранение значитель­нойчасти несущих мутации клеток, коли­чество мутаций окажется больше, чем при остром облучениив той же дозе (если вре­менной интервал между фракциями будет недостаточным для репарации возникших при облучении мутационных повреждений). При дробном облучении в низких дозах мо­жет возникнуть меньшее количество му­таций, чем при однократном облучении в той же дозе, поскольку часть возникших вследствие облучения потенциальных пред- мутационных повреждений организм успе­вает репарировать до начала следующего воздействия. При дробном облучении в до­зах средней величины эффект может отсут­ствовать, поскольку происходящие при этом процессы репарации нивелируются мень­шим устранением мутаций вследствие бо­лее низкой выборочной гибели клеток.

Генетическая эффективность при остром и хроническом облучении зависит не толь­ко от мощности дозы, но и от вида мута­ций, типа облучаемых клеток. Однако эти факторы оказывают только количествен­ное влияние на результаты. Можно считать установленным, что при хроническом воз­действии излучения с низкой ЛПЭ и низ­кой мощностью доз наблюдается существен­ное снижение числа мутаций по сравнению с острым облучением, поскольку часть предмутационных повреждений успевает восста­новиться. Однако для плотно ионизирую­щего излучения, вызывающего преимущест­венно нерепарируемые повреждения, эф­фект хронического облучения, как правило, выше по сравнению с острым.

Генетический риск.

Способность ионизирующего излучения вызывать мутации используется в послед­нее время в биодозиметрии, т. е. при опре­делении полученной дозы биологическими методами. Один из методов заключается в анализе количества эритроцитов, образо­ванных из клеток, содержащих мутантный белок гликофорин А. В основе второго, бо­лее распространенного метода, лежит ана­лиз хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови человека. В отличие от большинства химических мутагенов об­лучение вызывает различные типы хромо­сомных аберраций (в зависимости от ста­дии клеточного цикла, в котором находится облучаемая клетка). При облучении клетки на стадии, предшествующей синтезу ДНК, образуются аберрации хромосомного типа (в хромосоме повреждены обе хроматиды), облучение на постсинтетической стадии вызывает аберрации хроматидного типа (в хромосоме повреждается одна хроматида). Поскольку 99,8 % лимфоцитов перифери­ческой крови человека находится на нецик­лической предсинтетической стадии, облу­чение вызывает в них аберрации хромосом­ного типа. По количеству аберраций вели­чину полученной дозы можно установить спус­тя много лет после облучения. Для этого используют т.н. калибровочные кривые, позволяющие переносить эксперименталь­ные данные, полученные при облучении лимфоцитов человека в лабораторных ус­ловиях (in vitro), на живой объект (in vivo). Основанием для этого служит одинаковая частота аберраций при облучении лимфо­цитов in vivo и in vitro. Калибровочные кри­вые различны для случаев острого, хрониче­ского, фракционного, равномерного и не­равномерного облучения, разных времен­ных интервалов между облучением и ана­лизом и др.

Закономерности возникновения мутаций лежат в основе определения генетического риска облучения. Поскольку для острого об­лучения общепринятой является линейная зависимость эффекта от дозы, то в данном случае риск пропорционален дозе ионизиру­ющего излучения. Зная число мутаций на единицу дозы, можно вычислить генетиче­ский риск, умножая это число на величину дозы. При этом будет получена величина аб­солютного риска. Однако часто используют показатель относительного генетического риска, т. е. отношение частоты мутаций, вы­званных облучением, к частоте мутаций, воз­никающих спонтанно. Широко использует­ся также понятие удваивающей дозы, т. е. дозы, которая увеличивает в 2 раза (или на 100 %) уровень спонтанных мутаций. Удва­ивающая доза обратно пропорциональна от­носительному мутационному риску. Напр., если доза 1 Зв увеличивает частоту мутаций на 50 % от уровня естественного радиоак­тивного фона (т. е. относительный риск ра­вен 0,5), то удваивающая доза составит 2 Зв (1 Зв/0,5).

С целью вычисления генетического рис­ка облучения для человека проводились об­следования жителей Хиросимы и Нагасаки, переживших атомную бомбардировку. Статистически достоверных ге­нетических отклонений у потомков этой группы в сравнении с контрольной пока не обнаружено. В качестве причин называют следующие факторы: мутации могли быть устранены на ранних этапах развития; ре­продуктивные клетки, получившие высокие дозы и несущие мутации, могли уничто­житься или иметь пониженную жизнеспо­собность; рецессивные мутации могут про­житься в следующих поколениях; не все типы изменений учитывались. Таким обра­зом, окончательные выводы еще не сделаны.

Поскольку данных, полученных при об­следовании жителей Хиросимы и Нагасаки, оказалось недостаточно, а проведение экс­периментальных исследований на человеке невозможно, вычисление генетического рис­ка в данном случае проводят путем экстра­поляции (распространения) на человека дан­ных, полученных в экспериментах на жи­вотных, имеющих наиболее близкую к чело­веку радиочувствительность (мыши, обезья­ны). Согласно имеющимся в настоящее вре­мя данным, величина удваивающей дозы для острого облучения составляет 1,7—2,2 Зв (в среднем 2 Зв), а для хронического облу­чения — около 4 Зв.

Исследования влияния острого облуче­ния на популяции живых организмов пока­зали, что под влиянием ионизирующего из­лучения в них появляется большое коли­чество мутаций, способных понижать жиз­неспособность и плодовитость. После пре­кращения облучения популяции постепенно «очищаются» от вредных мутаций. Быстрее всего из облученных популяций удаляются особи, несущие хромосомные перестройки и доминантные летальные мутации, что связано с гибелью мутантов на разных эта­пах развития. Мутации, меньше влияющие на жизнеспособность их носителей, могут оставаться в популяции на протяжении мно­гих поколений. Полезные мутации (возникающие гораздо реже вредных) сохраняются и могут подхватываться отбором, если дают их носителям какие-то преимущества.

При длительном периодическом или хро­ническом облучении ионизирующее излу­чение становится новым высокомутагенным фактором среды. В этом случае мутации воз­никают с повышенной частотой постоянно, часть из них уничтожается в результате от­бора, остальные накапливаются в виде «ге­нетического груза». Со временем в популя­ции устанавливается равновесие между ско­ростью возникновения и скоростью устра­нения мутаций. В популяциях отмечается новый, более высокий по сравнению с ес­тественным, уровень мутаций. В дальней­шем, в результате гибели более чувстви­тельных организмов, радиоустойчивость по­пуляций несколько повышается, т. е. про­исходит частичная адаптация к облучению. При этом, чем выше плодовитость и чаще смена поколений у данного вида, тем бы­стрее может наступить частичная адаптация. Быстрое размножение выживших особей позволяет заполнить ареал популяцией, ус­тойчивой к данной дозе ионизирующего из­лучения. Явления адаптации широко рас­пространены среди растений и насекомых. Известны примеры частичной адаптации в популяциях грызунов. Возникновение сверх­устойчивых к облучению популяций харак­терно для простейших, вирусов и бактерий.

Влияние облучения на плод и потомство.

Происходящие в половых клетках мутации могут оказывать губительное действие непосредственно на потомство. Так, мутации, происходящие на любой стадии развития яйцеклетки, сперматозоидов или в оплодотворенной яйцеклетке, с большой вероятностью ведут к гибели потомства или появлению потомства с серьезными аномалиями. Мерой генетического действия ионизирующего излучения является доза, удваивающая частоту мутаций по сравнению с их количеством при воздействии естественного радиоактивного фона. Ее значение определяют лишь очень приблизительно: 0,1–1 Грей.

Хроническое облучение в дозе 1 Грей за поколение (для человека – 30 лет) ведет к появлению около 2000 серьезных случаев генетических заболеваний на каждый миллион живых новорожденных из детей лиц, подвергшихся облучению.

Облучение на стадии эмбриогенеза вызывает изменения, способные привести к развитию патологии в отдаленные сроки. Согласно статистическим данным, частота возникновения лейкоза (белокровия) у детей, родившихся от облученных в период беременности матерей, примерно вдвое превышает норму.

Аномалии развития наблюдаются у новорожденных, родители которых проживают в регионах, загрязненных радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС. В этих регионах возросло количество детей с уменьшенной массой тела, признаками нервно–психической неустойчивости. Получены данные об отставании созревания и функциональной незрелости плода у беременных женщин, проживающих на загрязненной территории.

Установлен феномен отягощения радиационных нарушений у потомства обоих облученных родителей по сравнению с облучением только одного из них.

Появились данные о наличии изменений в функционировании иммунной системы у облученных потомков первого поколения профессиональных работников предприятия атомной промышленности ПО “Маяк”.

Таким образом, при длительном периодическом или хро­ническом облучении ионизирующее излу­чение стало новым высокомутагенным фактором среды. В этом случае мутации воз­никают с повышенной частотой постоянно, часть из них уничтожается в результате от­бора, остальные накапливаются в виде «ге­нетического груза».

Лучевая терапия.

Существует несколько видов лучевой терапии. Прежде всего, они делятся по виду излучения — рентгентерапия и гамматерапия. По расположению источника относительно тела человека существует дистанционное облучение (на расстоянии), контактное, внутриполостное. Излучение может подводиться непосредственно к опухоли с помощью тонких игл (внутритканевое облучение).

Лучевая терапия показана и эффективна более чем у 75% больных со злокачественными опухолями.

Впервые рентгеновское излучение было применено для лечения злокачественных новообразований кожи вскоре после открытия его Рентгеном в 1895 г. В самом начале ХХ века некоторые крупные лечебные учреждения уже работали с рентгеновскими установками, специально созданными для облучения. Однако примитивная дозиметрия приводила к сильному разбросу результатов вплоть до 1928 г., когда Второй Международный конгресс радиологов ввел единицу экспозиционной дозы «рентген». Это положило начало научному развитию использования ионизирующих излучений в диагностике и терапии.

Ионизирующие излучения оказывают биологическое действие на живые клетки, ткани, органы и на весь организм в целом, выражающееся как в функциональных, так и в структурных изменениях. Это действие по своему характеру всегда является повреждающим и выражается в функциональных сдвигах и анатомических изменениях в облучаемых органах и организме. Степень повреждений, возникающих в связи с облучением, может быть различной. Небольшие повреждения ведут к усилению регенераторных способностей тканей и к нормализации нарушенных функций, а высокая степень повреждения обусловливает такие изменения, за которыми следуют дистрофические процессы и гибель тканей. Вызывая те или иные функциональные и анатомические преобразования в клетках и тканях, врач-радиолог влияет при лучевой терапии на жизненные процессы в благоприятном для организма направлении, помогая ему преодолеть патологическое состояние.

Основой лучевой терапии является повышенная чувствительность патологически измененных клеток и тканей к ионизирующим излучениям. Патологически измененные ткани и, прежде всего клетки воспалительных инфильтратов и злокачественных опухолей более чувствительны к ионизирующему излучению, чем здоровые ткани. Это означает, что при одной и той же поглощенной дозе излучения повреждение патологической ткани наступает быстрее и выражено сильнее, чем здоровой ткани.

В последние годы методы лучевой терапии приобрели особенно широкое распространение, что объясняется рядом факторов. Во-первых, врачи-радиологи получили в распоряжение многочисленные новые источники ионизирующих излучений и, в частности, искусственные радиоактивные вещества. Во-вторых, радиологи научились с высокой точностью определять распределение энергии ионизирующего излучения в организме больного; для этого создана разнообразная и удобная в обращении электронная дозиметрическая аппаратура. В-третьих, глубокому изучению подверглись проблемы биологического действия излучения. Таким образом, создана теоретическая и техническая база лучевой терапии, что и обусловило ее практические успехи.

Во время сеанса пациент не испытывает боли и каких-либо других ощущений. Облучение проходит в специально оборудованном помещении. С помощью специальных блоков защищают от облучения здоровые органы и ткани. После этого начинается сеанс, который длится от 1 до 5 минут. Врач наблюдает за процедурой из кабинета, имеющего визуальное сообщение с помещением, где проводится облучение.

Процесс лучевой терапии складывается из трех составляющих: 1) повреждения патологически измененной ткани; 2) сохранения окружающих здоровых тканей; 3) укрепления защитных жизненных сил организма.
Повреждение патологически измененной ткани достигается путем передачи ей необходимой дозы ионизирующего излучения, что является главной задачей метода лучевой терапии. Лечебное применение ионизирующих излучений возможно лишь при четкой характеристике пучка излучения от применяемого источника и точной количественной оценки энергии, поглощенной в облучаемых тканях. 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.

Источник гамма-излучения характеризуется экспозиционной дозой излучения, измеряемой в рентгенах (р), а величина дозы за определенное время облучения является мощностью экспозиционной дозы. Так как биологический эффект излучения обусловлен поглощенной энергией излучения, то основной величиной в клинической дозиметрии является поглощенная доза излучения, зависящая от экспозиционной дозы и от характера ткани, расположенной на пути пучка излучения. Единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр).

Для более полной характеристики поглощенной энергии и ее распределения в объекте при лучевой терапии используют еще несколько понятий: 1) дозное поле, т.е. пространственное распределение энергии излучения в облучаемой среде; 2) изодозные кривые, т.е. линии, соединяющие на эскизе облучаемого объекта все точки с одинаковыми значениями поглощенной дозы.

При лучевой терапии основной задачей является оптимальное воздействие на облучаемый патологический очаг при минимальном поглощении энергии в окружающих здоровых тканях и органах.

Рентгеновское излучение низких и средних энергий обусловливает максимум дозы на поверхности тела человека. В глубине тканей доза непрерывно и довольно круто падает, составляя на глубине 10 см всего 20 % от экспозиционной дозы на поверхности объекта облучения. Для этого излучения типично также значительное боковое рассеяние энергии, что ведет к лучевому воздействию на ткани, лежащие за границами облучаемого очага. Лечебное применение рентгеновского излучения целесообразно главным образом для поверхностно расположенных новообразований или при заболеваниях, не требующих подведения больших доз (неопухолевые заболевания).

Гамма-излучение отличается от рентгеновского сдвигом максимума ионизации с поверхности облучаемого тела на 0,3— 0,5 см вглубь (излучение кобальта-60), что уменьшает облучение кожи. Относительные глубинные дозы при гамма-излучении выше, чем при рентгеновском, а поглощение их в мягких и костных тканях мало различается.

Это дает возможность подвести большую дозу излучения к опухоли, расположенной на глубине, с меньшим риском повреждения кожи и окружающих здоровых тканей.

Тормозное рентгеновское излучение высокой энергии дает совершенно иное дозное распределение. При энергии фотонов 25 МэВ максимум ионизации приходится на глубину 4—6 см. Ткани, находящиеся перед указанным максимумом, получают половину дозы и опасность лучевого поражения кожи отсутствует. Резкое ограничение пучка и отсутствие бокового рассеяния излучения является преимуществом его применения для лучевой терапии. Следовательно, тормозное излучение высокой энергии предпочтительнее рентгеновского и гамма-излучения при лечении глубоко расположенных опухолей. Однако недостатком его является медленный спад дозы за максимумом ионизации, в связи с чем ткани, расположенные за опухолью, облучаются также в довольно высокой дозе.

Пучок электронов из ускорителя с энергией 25 МэВ создает ионизацию с максимумом на глубине 1—3 см, после чего доза быстро уменьшается на глубине 10 см до нуля. При меньшей энергии электронов (5—7 МэВ) дозный максимум сдвигается ближе к поверхности тела, а на глубине 3 см воздействие излучения уже ничтожно. Костная ткань вызывает заметное уменьшение пробега электронов и глубины максимума ионизации. Пучки электронов используют для облучения неглубоко залегающих патологических очагов. Гамма-излучение кобальта-60, быстрые электроны и тормозное излучение высокой энергии относятся к числу излучений с низкой линейной передачей энергии (ЛПЭ), которая не остается постоянной вдоль всей траектории движения частицы (фотона). С потерей энергии частицы ЛПЭ возрастает. ЛПЭ различна у разных видов излучения.

Быстрые электроны отдают всю энергию в первых сантиметрах ткани. Протоны и альфа-частицы высокой энергии имеют резкое возрастание ЛПЭ в ткани в конце пути. Довольно равномерно распределяются акты ионизации вдоль пути гамма-фотонов.

Частицы и фотоны исходят при облучении из определенного источника и по мере отдаления от него постепенно теряют свою энергию. Этим объясняется пространственное ослабление излучения, которое происходит по экспоненциальному закону: интенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения (закон обратных квадратов). Это значит, что при увеличении расстояния до источника в 2, 3, 4... раза интенсивность излучения уменьшится соответственно в 4, 9, 16... раз.

Протоны и тяжелые ионы (например, альфа-частицы) существенно отличаются от рассмотренных излучений своими физическими свойствами. Они распространяются в тканях почти прямолинейно до конца пробега.

В начале пути величина дозы почти постоянная, но в конце его резко возрастает. Этот максимум дозы в конце пробега (пик Брегга) позволяет подвести высокую дозу к облучаемому патологическому очагу без существенного облучения окружающих нормальных тканей. Пробег протонов с энергией 120 и 140 МэВ составляет соответственно 11 и 14 см.

Пучки нейтронов с энергией 10—15 МэВ дают дозное распределение, сходное с таковым при рентгеновском излучении: дозный максимум находится непосредственно на поверхности тела пациента.

В кабинетах лучевой терапии для расчета доз при облучении больных используют специальные шаблоны изодозных кривых, показывающих как распределяется энергия излучения в облучаемом объекте и каков темп изменения (конечно, для конкретных условий облучения).

В связи с тем, что в лучевой терапии стали применяться различные квантовые и корпускулярные излучения, а также установки с меняющимся в ходе облучения положением источника задачи дозиметрии значительно усложнились. Поэтому появились специальные атласы, в которых систематизированы схемь изодозного распределения для различных условий облучения, дш разных частей тела и пациентов разного телосложения.

Использование компьютерных технологий сегодня позволяет повысить точность построения анатомо-топографической информации при расчет суммарного дозного распределения, учесть гетерогенность облучаемого объема тканей, минимизировать лучевую нагрузку на здоровые ткани при заданной дозе облучения опухоли. Естественно, предварительным условием является четкое формулирование врачом-радиологом (в зависимости от клинических данных) требований к величине и распределению доз в облучаемоь объеме, которое должно привести к максимальному терапевтиче скому эффекту. Врач-радиолог задает условия задачи и получает ответ об оптимальном способе облучения больного для создания необходимого дозного поля в его организме.

Биологическое действие ионизирующего излучения происходит поэтапно: молекулярный уровень (физические процессы взаимодействия ионизирующего излучения с веществом), клеточный уровень (нарушение биохимии и морфологии клетки, её генетического аппарата), уровень целостного организма (морфологические и функциональные изменения органов и систем).

Для воздействия на организм больного при лучевой терапии применяются различные квантовые и корпускулярные излучения, источниками которых служат либо радиофизические установки, либо радиоактивные вещества. Процесс облучения осуществляют с помощью технических устройств, которые генерируют и формируют лечебный пучок излучения или содержат радиоактивные препараты — источники ионизирующего излучения. Совокупность технических (исполнительных) устройств и приспособлений для получения пучков излучения и их применения в лучевой терапии принято называть радиационной терапевтической техникой.

Существующие методы облучения больного разделены на две основные группы: мето-

ды дистанционного облучения и методы контактного облучения.

При дистанционном облучении источник излучения находится либо на значительном расстоянии от больного, либо на небольшом расстоянии. В обоих случаях пучку излучения придают необходимую форму и направляют его на часть тела, подлежащую облучению. Пучок излучения входит в тело человека всегда через определенный участок поверхности тела, который называется полем облучения.

Вторая группа методов представлена в основном тремя способами лучевого воздействия. Один из них — аппликационный — связан с размещением закрытых радиоактивных препаратов на поверхности облучаемого участка с помощью специальных приспособлений — муляжей, масок, аппликаторов. При втором способе — внутриполостном — источник излучения вводят в одну из полостей тела (полость рта, прямой кишки и т.д.). Третий способ — внутритканевая лучевая терапия — заключается во внутриопухолевом введении радиоактивных препаратов при оперативном вмешательстве.

При некоторых опухолях одновременно или последовательно применяют как дистанционное, так и контактное или внутриполостное облучение — так называемую, сочетанную лучевую терапию.

При дистанционном облучении источник излучения находится на некотором расстоянии от поверхности тела больного. Испускаемый источником пучок излучения формируют с помощью различных устройств — диафрагм, фильтров, коллиматоров и затем наводят на облучаемую часть тела. При этом сам больной не является источником ионизирующего излучения и не требуется никаких особых мер для защиты окружающих его людей. Исключением является только лучевая терапия пучком нейтронов, при которой в организме больного возникает наведенная радиоактивность.

Дистанционное облучение может быть статическим и подвижным. При статическом облучении источник излучения остается в фиксированном положении по отношению к больному, а при подвижном — источник перемещается относительно больного во время облучения.

Статическое облучение производится через одно входное поле на коже или через несколько полей. Чтобы избежать переоблучения кожи применяют многопольное облучение, т.е. через два или более входных полей с направлением пучка на патологический очаг. В результате очаг получает необходимую суммарную дозу, а каждое входное поле лишь часть ее.

Для формирования дозных полей при дистанционной гамма-терапии применяются различные приспособления, одним из которых служит компенсатор (болюс), применяемый для «спрямления» дозного поля. Болюсы изготавливают из ткане-эквивалентных материалов (парафин) и пр

Поиск по сайту: