ОБЛУЧЕНИЕ

ОБЛУЧЕНИЕ ионизирующим излучением — воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты. Применяется для лучевой терапии и диагностики заболеваний, экспериментального изучения биол, эффективности ионизирующего излучения, а также может возникать при аварийных ситуациях в результате нарушения техники безопасности в процессе изготовления или использования источников ионизирующего излучения.

Различают внешнее и внутреннее О. Внешнее О.— воздействие ионизирующего излучения, источник к-рого находится вне организма. Биол, эффект внешнего О. зависит от дозы, вида и энергии Радиоизотопная диагностика) и для лучевой терапии (используют как открытые радионуклиды, вступающие в обмен веществ в организме, напр. ¹³¹I, так и закрытые радиоактивные источники, напр. 60Со, для внутриполостного и внутритканевого введения).

В зависимости от дозы ионизирующего излучения различают субле-тальное, летальное и сверхлетальное О. Сублетальное О. вызывает в организме патол, изменения, не приводящие к смертельному исходу. Летальное О. приводит к смерти в результате развития костномозговой формы острой лучевой болезни (см.). При сверхлета льном О. смерть наступает в течение 1—3 сут. после воздействия ионизирующего излучения вследствие развития церебральной и кишечной форм лучевой болезни. В зависимости от вида ионизирующего излучения различают бета-, гамма- и рентгеновское О., облучение протонами, нейтронами, пи-мезонамп и др. Физические свойства ионизирующего излучения определяют его проникающую способность, а плотность ионизации, создаваемая им в тканях,— его биол, эффективность.

В результате воздействия ионизирующего излучения может наблюдаться неравномерное распределение поглощенной дозы (см. Дозы ионизирующих излучений). Особенности пространственного распределения дозы обусловлены видом и энергией ионизирующего излучения, геометрией облучения (расстоянием от его источника до облучаемого объекта, положением тела по отношению к источнику ионизирующего излучения). Распределение поглощенной дозы ионизирующего излучения характеризуется коэффициентом неравномерности (Кн), показывающим перепад дозы от ближайшей к источнику ионизирующего излучения поверхности тела до наиболее удаленной от него (при одностороннем О.) или до центра тела (при многостороннем О.).

В зависимости от геометрии О. и объема облучаемой ткани О. может быть равномерным и неравномерным. Равномерное О.— это облучение всего организма, при к-ром различия в распределении поглощенной дозы по телу не превышают +10%. Встречается оно почти исключительно в экспериментальных условиях. Равномерное многостороннее О. осуществляется чаще всего от внешнего источника излучения, но может возникать и в результате попадания внутрь организма радиоактивного нуклида. Неравномерное О. разделяют на общее неравномерное, субто-тальное, парциальное и локальное, а также О. через решетчатые фильтры (растры). При общем неравномерном О. все тело подвергается лучевому воздействию, но в зависимости от геометрии О. возможно неравномерное распределение дозы по малой или большой оси тела (одностороннее О.) или перепад от поверхности к центру тела (двустороннее, четырехстороннее и многостороннее О.). Общее неравномерное О. используют в радиобиологии для изучения особенностей лучевого поражения и восстановительных процессов в организме. Оно наблюдалось также в большинстве аварийных ситуаций. При общем неравномерном воздействии ионизирующего излучения обнаруживается закономерное снижение биол, эффекта по мере увеличения Ки. Особенности клин, картины лучевого поражения в результате неравномерного О. состоят в том, что при этом развиваются как обычно встречающиеся формы лучевой болезни, так и не наблюдаемые при равномерном О. кожная, оральная и легочная формы лучевой болезни. При Кн, приближающемся к 3— 6, поражается не только кроветворная система, но и другие критические системы, при этом развиваются смешанные или переходные формы поражения, обусловленные направлением лучевого воздействия (кроветворно-оральная, кроветворно-кишечная, кроветворно-кожная). При увеличении Кн до 7—10 развиваются преимущественно кожный, кишечный и оральный синдромы. При Кн св. 10 ведущими в клин, картине поражения становятся проявления, свойственные парциальным воздействиям.

Субтотальное О.— облучение большей части тела при защите (экранировании) отдельных его областей, напр, головы, грудной клетки, живота или конечностей. В радиобиологии субтотальное О. используют для изучения значения отдельных непораженных областей тела в развитии лучевого поражения и течении процессов восстановления.

Парциальное О. характеризуется поражением только отдельных областей тела, напр, головы, грудной клетки, живота или конечностей. Его используют в радиобиологии для изучения значения пораженных областей тела, в эффектах равномерного О., а также для выявления особенностей течения процессов лучевого поражения и восстановления. Парциальное О. происходит в процессе рентгенодиагностического исследования, его используют в лучевой терапии, напр., злокачественных опухолей. Имеются наблюдения за людьми, к-рые в аварийных ситуациях или при несчастных случаях вследствие нарушения техники безопасности подвергались парциальному О.

Локальное О.— воздействие на отдельные органы и небольшие участки тела. Его применяют в лучевой терапии для лечения различных заболеваний, гл. обр. злокачественных новообразований, а также в радиобиологии для оценки значения поражения отдельных органов. При проведении лучевой терапии основной задачей О. является концентрация дозы излучения в патологически измененных тканях при максимальном снижении ее в окружающих непораженных тканях и во всем теле. С этой целью прибегают к многопольному О., различным методам подвижного О., используют средства наводки пучка излучения, коллимирующие устройства, фильтры и т. п. Решетчатые фильтры (растры) применяют в лучевой терапии при О. сравнительно больших опухолей без превышения толерантности поверхностных тканей, а также в случаях повторного воздействия через входные поля, ранее подвергавшиеся О. При О. через решетчатые фильтры необлученные промежутки ткани играют защитную роль, что дает возможность подвести к опухоли ионизирующее излучение в достаточно больших дозах и при этом не вызвать существенного лучевого повреждения окружающих тканей. Биол, эффект при воздействии через решетчатые фильтры зависит от соотношения площадей закрытых и открытых участков кожи входного поля.

Влияние фактора времени О. определяется мощностью дозы ионизирующего излучения, фракционированием или дроблением дозы и общим временем О. (см. Фактор времени облучения).

В зависимости от мощности дозы различают: сверхмощное или сверх-интенсивное О.— воздействие одиночным импульсом с мощностью дозы порядка 10⁶—10¹² рад/сек за время менее 1 сек.; интенсивное О.— воздействие с мощностью дозы от 1 — 5 рад/мин и выше за время от 1 сек. до 1—2 час.; О. с малыми мощностями дозы — менее 1 рад/мин за время более 2 час. и до нескольких недель; О. с очень низкими мощностями доз на протяжении от нескольких месяцев и до нескольких лет. О. может происходить с постоянной мощностью дозы или с мощностью дозы, изменяющейся во времени, напр, со спадающей мощностью дозы.

По особенностям дробления дозы различают однократное О. с различной мощностью дозы; фракционированное О., осуществляемое частями суммарной дозы; ультрафракциони-рованное О.— воздействие потока частиц или квантов в виде импульсов продолжительностью менее миллисекунды с интервалами различной длительности в пределах секунды или нескольких секунд. Примером ульт-рафракционированного О. может служить О. электронным или тормозным излучением на бетатроне или линейном ускорителе.

О. с малой мощностью дозы или фракционированное О. оказывают всегда меньший биол, эффект по сравнению с воздействиями с большой мощностью дозы или однократным воздействием. Уменьшение биол, эффекта в этих случаях обусловлено тем, что в условиях протяженного О. уже в ходе его, а при фракционированном воздействии в промежутках между фракциями поврежденные ткани частично успевают восстановиться, что и приводит к снижению биол, эффекта. Фракционированное О. является основным методом в лучевой терапии. Различают крупное фракционирование в разовой дозе 600—1000 рад (6—10 Гр), среднее — 300—500 рад (3—5 Гр), обычное—150—250 рад (1,5—2,5 Гр) и мелкое — менее 150 рад (1,5 Гр). При мелком фракционировании О. обычно проводят 2 раза в сутки. В экспериментальной радиобиологии фракционированные воздействия используют для изучения особенностей течения восстановительных процессов. Метод двукратного О. позволяет, напр., количественно оценить скорость процессов восстановления и определить период полувосстановления радиочувствительности организма.

В зависимости от общего времени О. различают мгновенное О., совершающееся за время менее 1 сек.; кратковременное О. длительностью от нескольких минут до 2 час.; протяженное О.— воздействие, происходящее за время более 2 час. и до нескольких недель со сравнительно небольшой мощностью дозы; хроническое О.— длительное и более или менее постоянное О., происходящее в течение многих месяцев или нескольких лет. Мгновенное О. возможно на импульсных реакторах и других импульсных установках. Кратковременное О. проводят на различных облучателях с постоянной мощностью дозы или на линейном ускорителе или бетатроне. Протяженное О. осуществляют с постоянной или спадающей мощностью дозы, а также в условиях фракционированного воздействия. Хрон. О. может происходить как от внешнего источника ионизирующего излучения, так и при попадании в организм радиоактивных веществ. Оно совершается постоянно с низкими мощностями дозы или (при фракционированном О.) в небольших разовых дозах. Такому облучению х\югут подвергаться врачи — рентгенологи и радиологи, а также другие специалисты, работающие с радиоактивными нуклидами. При нарушении правил техники безопасности и превышении предельно допустимой дозы могут возникнуть нарушения различных функций организма или хрон, лучевая болезнь. При хрон. О. лаб. животных у них снижается сопротивляемость к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды, сокращается продолжительность жизни, обнаруживаются генетические изменения, развиваются опухоли.

Генетический эффект облучения является важным компонентом биол, воздействия ионизирующего излучения. Под генетическим эффектом О. обычно подразумевают действие О. на потомство облученных индивидов. О. вызывает в зародышевых клетках доминантные генные транслокации (см.); анеуплоидии. Хромосомные перестройки и анеуплоидии повышают частоту внутриутробной гибели плода, самопроизвольных абортов и врожденных пороков развития.

Количественная оценка генетических эффектов О. у человека сопряжена с большими трудностями в связи с низкой частотой индуцируемых мутаций и недостаточным объемом изученного материала. Поэтому основным средством для количественной оценки генетического эффекта О. у человека остается экстраполяция результатов опытов на лаб. животных или культурах соматических клеток человека.

Возникновение генетических изменений зависит от стадии развития зародышевых клеток. Практически вся популяция зародышевых клеток в женском организме состоит из незрелых ооцитов, созревание к-рых происходит непосредственно перед овуляцией. Поэтому при оценке генетических эффектов О. для женского организма исходят из радио-чувствительности клеток на стадии незрелых ооцитов. Среди мужских зародышевых клеток такое место занимают сперматогонии.

Частота наследственных изменений при действии рентгеновского и гамма-излучения в значительной степени связана с условиями О. Так, у мышей частота видимых рецессивных мутаций на локус на 1 рад (0,01 Гр) при О. сперматогониев в высоких дозах составляет 1,7 • 10^-7, а при низких дозах, а также хрон, облучении — 0,5 • 10^-7. При воздействии ионизирующего излучения с высокой мощностью дозы на зрелые ооциты выход мутаций при большой [400 рад (4 Гр)] и малой [50 рад (0,5 Гр)] дозах составляют соответственно 5,5 • 10^-7 и 1,8 • 10^-7, а при О. с низкой мощностью дозы и хрон, воздействии — ок. 0,3 • 10^-7.

Значение генетических эффектов О. различно: напр., вероятность врожденной аномалии, равная 0,001, несущественна для индивида, но та же вероятность, умноженная на число рождений в популяции приводит к появлению значительного числа детей с врожденной патологией. Для индивида наиболее тяжелыми являются генетические эффекты О., к-рые вызывают гибель зародыша, выкидыш или раннюю смерть новорожденного и несущественны скрытые наследственные изменения (рецессивные мутации). Для общества наиболее нежелательны генетические эффекты, к-рые приводят к увеличению числа нетрудоспособного населения или увеличивают скрытую генетическую Отягощенность популяции. Наибольшее значение имеют эффекты, возникающие при малых дозах и хрон, облучении. Экспертные оценки этих эффектов периодически пересматриваются по мере получения новых данных. При установлении предельно допустимых доз ионизирующего излучения следует иметь в виду, что генетические эффекты могут быть вызваны облучением в сколь угодно малых дозах и пороговой дозы не существует.

Установленные в СССР предельно допустимые дозы облучения гонад за счет искусственных источников ионизирующего излучения (исключая их мед. применение) совпадают с международными рекомендациями и составляют для лиц профессионально занятых с источниками ионизирующего излучения 5 бэр/год (0,05 Дж/кг/год), для всей популяции 1,5 бэр (0,015 Дж/кг) на индивида в течение репродуктивного периода (30 лет), т. е. 50 мбэр/год (0,0005 Дж/кг i год).

Библиография: Акоев И. Г. Проблемы постлучевого восстановления, М., 1970; Биологические эффекты неравномерных лучевых воздействий, под ред. Н. Г. Да-ренской, М., 1974; Бочков Н. П. Хромосомы человека и облучение, М., 1971; Гуськова А. К. и Б а й с о-голов Г. Д. Лучевая болезнь человека, М., 1971; Относительная биологическая эффективность излучений, Фактор времени облучения, под ред. М. П. Дом-шлака, М., 1968; Случай острой лучевой болезни у человека, под ред. Н. А. Кур-шакова, М., 1962; Ionizing radiation, levels and effects, A report of the United Nations scientific commitee on the effects of atomic radiation to the general assembly, v. 1—2, N. Y., 1972.

H. Г. Даренская; H. В. Лучник (ген.).