Тема 2: биологическое действие ионизирующих излучений

 

МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно подраз­делить на: 1) первичные физико-химические процессы, возникающие в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата; 2) нарушения функций це­лого организма как следствие первичных процессов.

В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникают возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. Поскольку у человека (и млекопитающих) основную часть массы тела состав­ляет вода (около 75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН⁺ или Н⁺ и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка). Это есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды. Прямое действие ионизиру­ющего излучения взывает деструкцию липидов, белков и других биомолекул, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения.

Необходимо заметить, что прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной для человека 6 Гр на все тело, в 1 см³ ткани образуется 10¹⁵ ионов, что составляет одну ионизационную мо­лекулу воды из 10 млн. молекул.

В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни клеток.

Наиболее важные изменения в клетках: а) повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки; б) блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; в) блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.

Наиболее радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т. п.). Изменения на клеточном уровне, гибель клеток приводят к таким нарушениям функций отдельных органов и межорганных взаимосвя­занных процессов в организме, которые вызывают различные последствия для организма или гибель организма.

Таблица 1

ОСНОВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Условия (время) облучения	Доза (накопленная) или мощность дозы	Эффект
Однократное острое; пролонгированное, дробное, хроническое — все виды	Любая доза, отличная от нуля	Увеличение риска отдаленных стохастических последствий — рака и гене­тических нарушений
Хроническое в течение ряда лет	0,1 Зв (10 бэр) в год и более	Снижение неспецифической резистентности организма, которое не выявляется у отдельных лиц, но может регистрироваться при эпидемиологиче­ских исследованиях
То же	0,5 Зв (50 бэр) в год и более	Специфические проявления лучевого воздействия, снижение иммунореактивности, катаракта (при дозе более 0,3 Зв в год)
Острое однократное	1 Зв (100 бэр) и более	Острая лучевая болезнь различной степени тяжести
То же	4,5 Зв (450 бэр) и более	Острая лучевая болезнь со смертельным исходом у 50% облученных
Различные виды	1 Зв (100 бэр) и более	Стохастические эффекты, реальное возрастание которых уже может быть выявлено при эпидемиологических исследованиях

 

Занятие_11

Контрольные вопросы.

1. Общие положении обеспечения радиационной безопасности.

2. Принципы радиационной безопасности.

3. Категории облучаемых лиц.

4. Гигиеническое нормирование облучения техногенными источниками ионизирующего излучения (дозовые пределы облучения персонала и лиц из населения в соответствии с НРБ – 2009).

5. Виды радиационного дозиметрического контроля.

6. Объекты и задачи радиационного дозиметрического контроля.

7. Методы дозиметрии ионизирующих излучений

8. Радиационный фон излучения.

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Радиационная безопасность персонала, населения и окружающей природной среды считается обеспеченной, если соблюдаются основные принципы радиационной безопасности (обоснование, оптимизация, нормирование) и требования радиационной защиты, установленные Федеральным законом «О радиационной безопасности населения», НРБ-99 и действующими санитарными правилами.

НОРМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (НРБ-99).

Нормы радиационной безопасности НРБ-99 применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.

НРБ-99 распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека:

· облучение персонала и населения в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников ионизирующего излучения;

· облучение персонала и населения в условиях радиационной аварии;

· облучение работников промышленных предприятий и населения природными источниками ионизирующего излучения;

· медицинское облучение населения.

Требования Норм радиационной безопасности не распространяется на источники ионизирующего излучения, создающие годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв и коллективную дозу не более 1 чел-Зв при любых условиях их использования, а также на космическое излучение на поверхности Земли и облучение, создаваемое содержащимся в организме человека калием-40, на которые практически невозможно влиять. Автоматически освобождаются от регламентации генераторы излучений, при условии, что при нормальной эксплуатации мощность эквивалентной дозы в любой точке на расстоянии 0,1м от любой доступной поверхности аппаратуры не превышает 1,0 мкЗв/ч.

· Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья людей 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, науке и медицине.

· Нормы радиационной безопасности НРБ-99 относятся только к проблеме защиты человека.

· Нормы радиационной безопасности НРБ-99 относятся только к ионизирующему излучению.

· для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

n непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения (принцип нормирования);

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

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

Принцип обоснования относится к тем видам деятельности, которые сопровождаются или могут сопровождаться облучением людей. К таким видам деятельности относятся атомная энергетика, использование источников ионизирующего излучения для диагностики различных заболеваний и многие другие. Обоснованность таких видов деятельности (превышение пользы над суммарным ущербом от этой деятельности) решается, как правило, на государственном уровне.

Принцип обоснования должен применяться на стадии принятия решения уполномоченными органами при проектировании новых источников излучения и радиационных объектов, выдаче лицензий и утверждении нормативно-технической документации на использование источников излучения, а также при изменении условий их эксплуатации.

В условиях радиационной аварии принцип обоснования относится не к источникам излучения и условиям облучения, а к защитному мероприятию. При этом в качестве величины пользы следует оценивать предотвращенную данным мероприятием дозу. Однако мероприятия, направленные на восстановление контроля над источниками излучения, должны проводиться в обязательном порядке.

Принцип оптимизации предусматривает поддержание на возможно низком и достижимом уровне как индивидуальных (ниже пределов, установленных НРБ-99), так и коллективных доз облучения, с учетом социальных и экономических факторов.

В условиях радиационной аварии, когда вместо пределов доз действуют более высокие уровни вмешательства, принцип оптимизации должен применяться к защитному мероприятию с учетом предотвращаемой дозы облучения и ущерба, связанного с вмешательством.

Принцип нормирования, требующий непревышения установленных Федеральным законом «О радиационной безопасности населения» и НРБ-99 индивидуальных пределов доз и других нормативов радиационной безопасности, должен соблюдаться всеми организациями и лицами, от которых зависит уровень облучения людей.

Наибольшее значение для практики имеют принципы нормирования и оптимизации. Понятие норматива является традиционным для различных областей гигиены, токсикологии и экологии. Обычно норматив рассматривается как граница между «опасным» и «безопасным» уровнем воздействия данного фактора. Такая трактовка норматива является естественной, если предполагается пороговый характер воздействия фактора и норматив установлен несколько ниже порога.

В отличие от этого практически все радиационные нормативы, приведенные в НРБ-99, установлены на уровнях значительно ниже порогов детерминированных эффектов. В этой области доз единственным последствием облучения людей является риск возникновения стохастических эффектов дополнительно к спонтанному уровню. Вероятность последствий облучения пропорциональна значению эффективной дозы у людей. Линейная беспороговая зависимость «доза-эффект» означает, что не существует абсолютно безопасного уровня облучения людей. Последствия облучения отсутствуют только при нулевом значении эффективной дозы, что практически недостижимо. С другой стороны, превышение любого значения в этой области доз не приводит к резкому увеличению последствий облучения.

Краткая формулировка принципа оптимизации это – снижение доз облучения людей до разумно низкого уровня с учетом экономических и социальных факторов.

Для контроля за эффективными и эквивалентными дозами облучения, регламентированными НРБ-99, вводится система дополнительных производных нормативов от пределов доз в виде допустимых уровней. Критериями, по которым контролируется внешнее облучение, являются уровни мощности доз, плотность потока частиц. Критерии внутреннего облучения – предел годового поступления, объемная активность радионуклидов в воздухе, уровень радиоактивного загрязнения и т.д.

Поскольку производные нормативы при техногенном облучении рассчитаны для однофакторного воздействия и каждый из них исчерпывает весь предел дозы, то их использование должно быть основано на условии непревышения единицы суммой отношений всех контролируемых величин к их допустимым значениям.

Ответственность за соблюдение Норм согласно закону РФ о радиационной безопасности населения несут юридические лица, получившие разрешение (лицензию) на использование источников ионизирующего излучения.

Ответственность за соблюдение требований по ограничению облучения населения природными источниками ионизирующего излучения несет администрация территорий и субъектов Российской Федерации.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОГРАНИЧЕНИЮ ТЕХНОГЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ В КОНТРОЛИРУЕМЫХ УСЛОВИЯХ (нормальные условия эксплуатации источников ионизирующего излучения).

Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

n персонал (гр. А и Б)

n все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

n основные пределы доз (ПД), приведенные в табл.2;

n допустимые уровни монофакторного (для одного радионуклида или одного вида внешнего излучения, пути поступления) воздействия, являющиеся производными от основных дозовых пределов: пределы годового поступления, допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА) и удельные активности (ДУА) и т.д.

n контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Таблица 2

ОСНОВНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ДОЗ

Нормируемые величины*	Пределы доз
Персонал (группа А)**	Население
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год: в хрусталике глаза коже кистях и стопах	150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв	15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

Примечания.

* Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам

** Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.

· Основные дозовые пределы облучения лиц из персонала и населения не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ионизирующего излучения и дозу вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

· Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) - 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) - 70 мЗв. Начало периодов вводится с 1 января 2000 года.

· При одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения годовая эффективная доза не должна превышать пределов доз, установленных в табл.2.

Приведенные нормативы и критерии для различных ситуаций значительно различаются между собой. Минимально значимое облучение людей соответствует эффективной дозе, равной 0,01 мЗв/год. Дозовый предел профессионального облучения для персонала группы А равен 20 мЗв/год, для персонала группы Б и облучения природными источниками в производственных условиях – 5 мЗв/год.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ ОТ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИРОДНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Эффективная доза облучения природными источниками излучения всех работников, включая персонал, не должна превышать 5 мЗв в год в производственных условиях (любые профессии и производства). Такой эффективной дозе при продолжительности работы 2000 ч/год соответствует численное значение мощности эффективной дозы гамма-излучения на рабочем месте 2,5 мкЗв/ч.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОГРАНИЧЕНИЮ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ

Дозовый предел облучения населения за счет нормальной эксплуатации техногенных источников равен 1 мЗв/год, за счет потребления питьевой воды, содержащей природные радионуклиды – 0,1 мЗв/год.

· Население подвергается внешнему и внутреннему облучению ионизирующим излучением природных и искусственных источников. К природным источникам относятся космическое излучение и природные радионуклиды, содержащиеся в окружающей среде и поступающие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники излучения разделяются на медицинские (диагностические и радиотерапевтические процедуры) и техногенные (искусственные)

· Радиационная безопасность населения достигается путем ограничения облучения от всех основных источников. Свойства основных источников и возможности регулирования облучения населения их излучением существенно различны. В связи с этим облучение населения излучением природных, техногенных и медицинских источников регламентируется раздельно.

· В отношении всех источников облучения населения следует принимать меры как по снижению дозы излучения отдельных лиц, так и по уменьшению числа лиц, подвергающихся облучению.

· Следует различать техногенные источники, находящиеся под контролем или в процессе нормальной эксплуатации, и источники, находящиеся вне контроля (утерянные, рассеянные в окружающей среде в результате глобальных выпадений и радиационных аварий и др.).