Материал из учебно-методического пособия по сельскохозяйственной радиоэкологии (стр. 2 )

Dобр и D - поглощенные дозы, соответственно, образцового и данного излучения.

За образцовое излучение принимают рентгеновское излучение с энергией фотонов 200кэВ. Очевидно, что для образцового излучения ή=1 величина ОБЭ зависит в основном от плотности ионизации или размеров потерь энергии на единицу длины пути ионизирующей частицы - показателя линейных потерь энергии (ЛПЭ). С ростом ЛПЭ излучения увеличивается вероятность повреждений биологических тканей и, что немаловажно, снижается способность к самовосстановлению повреждений. ОБЭ проявляет зависимость также и от скорости частиц излучения: чем меньше скорость, тем выше ОБЭ.

Для определения дозы ионизирующего излучения с учетом биологического эффекта на практике используют не относительную биологическую эффективность, а регламентированный ОБЭ-показатель, который называют взвешивающим коэффициентом (WR), а доза в этом случае называется эквивалентной дозой НТ, R, ее рассчитывают следующим образом:

НТ, R = DT, R • WR

где WR - взвешивающий коэффициент для излучения R.

DT, R - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, т. к. эквивалентная доза излучения рассчитывается для «средней» ткани организма человека.

Взвешивающие коэффициенты для расчета эквивалентной дозы (для отдельных видов излучения) в соответствии с Нормами радиационной безопасности -99 приведены в табл.3.

Таблица 3

Взвешивающие коэффициенты (WR) для отдельных видов излучения

при расчете эквивалентной дозы (по НРБ-99)

Фотоны любых энергий	1
Электроны и мюоны любых энергий	1
Нейтроны с энергией менее 10кэВ От 10кэВ до 100кэВ От 100кэВ до 2 МэВ От 2МэВ до 20МэВ Более 20Мэв	5 10 20 10 5
Протоны с энергией более 2МэВ, кроме протонов отдачи	5
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

Примечание: все значения относятся к излучению, падающему на тело, а в случае внутреннего облучения – испускаемому при ядерном превращении

Эквивалентная доза излучения НT,R - это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, т е. коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани. Эквивалентная доза учитывает различия в биологическом действии излучений различного вида в соответствии с их относительной биологической эффективностью. Эквивалентную дозу в СИ выражают в зивертах (Зв). Внесистемная единица измерения - бэр (биологический эквивалент рада), 1 бэр = 0,01Зв. Один зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний взвешивающий коэффициент составляет 1Дж/кг.

В случаях, когда на объект воздействуют разные виды излучений с различными взвешивающими коэффициентами, эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения:

Эффективная эквивалентная доза. Различные органы и ткани живых организмов обладают разной чувствительностью к воздействию ионизирующих излучений (табл. 4).

Таблица 4

Значения взвешивающих коэффициентов (WT) или коэффициентов

радиационного риска для оценки эффективной дозы в

различных органах и тканях (по НРБ-99)

Органы и ткани	WT, Зв/Гр	Органы и ткани	WT, Зв/Гр
Гонады	0,20	Печень	0,05
Костный мозг (красный)	0,12	Пищевод	0,05
Толстый кишечник	0,12	Щитовидная железа	0,05
Легкие	0,12	Кожа	0,01
Желудок	0,12	Клетки костных поверхностей	0,01
Мочевой пузырь	0,05
Грудная железа	0,05	Остальное*	0,05

*Примечание: при расчете учитывать, что «Остальное» включает надпочечники, головной мозг, экстраторокальный отдел (бронхи, дыхательное горло) органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу и матку.

Например, при одной и той же поглощенной дозе вероятность возникновения рака легких больше, чем щитовидной железы, а при облучении половых желез более вероятны генетические отклонения. Для оценки биологического эффекта (или меры риска) при облучении органов, тканей и организма в целом с учетом влияния разных видов излучения и радио-чувствительности отдельных органов вводят эффективную эквивалентную дозу (Е). Для организма в целом она может быть определена как сумма произведений эквивалентной дозы в отдельных органах и тканях на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани (коэффициент радиационного риска).

Эффективная коллективная доза. В тех случаях, когда возникает необходимость оценить меру риска появления стохастических эффектов облучения, используют эффективную коллективную дозу, которая является суммой индивидуальных эффективных доз (рис.8). Единица измерения эффективной коллективной дозы - человеко-зиверт (чел.-Зв).

В настоящее время в связи с появлением новых норм радиационной безопасности (НРБ-99) в системе классификации доз появились новые величины эквивалентных доз.

Введено понятие тканеэквивалентного материала, т. е. материала, взаимодействие излучения высокой энергии с которым эквивалентно таковому с тканью живого организма. Для этого используют шаровой фантом МКРЕ (Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям), который представляет собой шар диаметром 30см, изготовленный из тканеэквивалентного материала, имеющего следующий химический состав (по массе, %): 76,2 - кислород; 11,1 - углерод; 10,1 - водород и 2,6 - азот; плотность материала 1г/см3.

2.2. Радио-чувствительность различных биологических видов

Вскоре после открытия биологического действия ионизирующих излучений было установлено, что любой живой объект может быть убит этим агентом. Однако дозы облучения, приводящие различные объекты к гибели, отличаются в очень широких пределах, даже на несколько порядков. Иными словами, каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радио-чувствительность.

В качестве примера крайне низкой радиочувствительности можно привести бактерии, обнаруженные в канале ядерного реактора. В этих условиях бактерии не только не погибали, но жили и размножались, почему и получили название - микрококк радиорезистентный. Степень радиочувствительности сильно варьирует и в пределах одного вида - индивидуальная радио-чувствительность, а для определенного индивидуума зависит также от его возраста и пола

Кроме того, даже в одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радиочувствительности. К наиболее чувствительным относятся кроветворная система, эпителий слизистой тонкого кишечника. Имеются относительно устойчивые ткани: мышечная, нервная, костная, которые принято называть резистентными (табл.5).

Конечный радиобиологический эффект тесно связан с количеством энергии, поглощенной живой тканью во время облучения, и зависит от радио-чувствительности растений и животных, которая изменяется в довольно широком диапазоне. Причины неодинаковой реакции растений и животных различных видов на ионизирующие излучения полностью не установлены. Однако экспериментально доказано, что степень радио-чувствитёльности организмов тесно связана с размером ядра, числом хромосом, скоростью деления клеток и рядом других факторов.

Таблица 5

Порог детерминированных эффектов у взрослых людей

для наиболее радиочувствительных тканей (НРБ-99)

Ткань и эффект	Порог
Доза одного кратковременного облучения, Зв	Мощность дозы ежегодного фракционированного или протяженного облучения, Зв/год
Семенники Временная стерильность Постоянная стерильность	0,15 3,5-6,0	0,4 2,0
Яичники Стерильность	2,5-6,0	>0,2
Хрусталики Обнаруживаемые помутнения Нарушение зрения (катаракта)	0,5-2,0 5,0	>0,1 >0,15
Красный костный мозг Угнетение кроветворения	0,5	>0,4

Реакция живых организмов на ионизирующую радиацию изменяется в зависимости от вида ионизирующей радиации, времени облучения и мощности дозы. Влияние различных видов ионизирующей радиации на биологические объекты коррелирует с плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации, тем выше биологическое воздействие. Известно, что γ-кванты и β-частицы образуют в биологических тканях до 10 пар ионов на 1 мкм пути, тогда как у α-частиц и быстрых нейтронов ионизация в 10 раз выше. Кроме того, нейтронное излучение вызывает наведенную радиоактивность. Чем выше разовая доза и чем короче время ее воздействия, тем быстрее выявляется поражающее действие ионизирующих излучений на живые организмы.

Одним из критериев оценки биологической эффективности излучений является гибель организмов. Обязательным требованием к используемому критерию является его строгая количественная связь с дозой облучения. Доза ионизирующей радиации, при которой гибнет половина организмов, называется полулетальной (LD50). Минимальная доза, смертельная для всех облученных организмов, называется летальной (LD100). Для сравнения радио-чувствительности и радиорезистентности по величинам LD50 и LD|00 учитывается время, в течение которого облученные организмы погибают (для животных принят период продолжительностью 30 дней). Радио-чувствительность различных организмов неодинакова: полулетальная доза (в Гр) у растений колеблется от 01.01.01, у птиц - от 8 до 20 и у млекопитающих - от 2 до 15 (табл. 6).