Особенности действия Особенности действия ионизирующих излучений ионизирующих излучений

на человекана человека

Воздействию радиации подвергаются Воздействию радиации подвергаются все без исключения люди, живущие все без исключения люди, живущие

на Земле.на Земле.

На Земле существуют районы, где На Земле существуют районы, где естественный радиационный фон естественный радиационный фон многократно превышает средние многократно превышает средние

значениязначения

Интерес к биологическому Интерес к биологическому действию излучений появился действию излучений появился сразу же после открытия сразу же после открытия рентгеновских лучей и рентгеновских лучей и радиоактивности.радиоактивности.

Основные дозиметрические Основные дозиметрические единицыединицы

Для количественного отражения действия радиации Для количественного отражения действия радиации пользуются понятием пользуются понятием дозадоза. Доза облучения — . Доза облучения — это наиболее важная характеристика для оценки это наиболее важная характеристика для оценки воздействия радиации на здоровье. воздействия радиации на здоровье.

Энергия излучения, поглощенная телом Энергия излучения, поглощенная телом ((поглощенная дозапоглощенная доза), измеряется в ), измеряется в греях (Гр)греях (Гр). .

Разные виды излучения действуют на живые Разные виды излучения действуют на живые организмы с разной эффективностью. Для учета организмы с разной эффективностью. Для учета этого фактора появилось понятие этого фактора появилось понятие эквивалентной эквивалентной дозыдозы; единицей измерения ее является ; единицей измерения ее является зиверт зиверт (Зв)(Зв). .

Последствия облучения разных органов и тканей Последствия облучения разных органов и тканей могут быть различными даже при одинаковой могут быть различными даже при одинаковой поглощенной дозе, поэтому есть понятие поглощенной дозе, поэтому есть понятие эффективной дозыэффективной дозы; она также измеряется в ; она также измеряется в зивертахзивертах. .

Существуют и внесистемные единицы – например, Существуют и внесистемные единицы – например, рентген (Р)рентген (Р). В очень грубом приближении чаще . В очень грубом приближении чаще всего можно принять, что всего можно принять, что

1 Гр=1 Зв= 100 Р1 Гр=1 Зв= 100 Р

Радиочувствительность – степень реакции клеток, Радиочувствительность – степень реакции клеток, тканей, органов или организмов на воздействие тканей, органов или организмов на воздействие

ионизирующего излученияионизирующего излучения

Чаще всего для характеристики радиочувствительности используют Чаще всего для характеристики радиочувствительности используют дозовые зависимости выживаемости, а количественной дозовые зависимости выживаемости, а количественной характеристикой служит величина, обратно пропорциональная ЛДхарактеристикой служит величина, обратно пропорциональная ЛД5050 – – дозе, приводящей к гибели 50% облучаемых объектов.дозе, приводящей к гибели 50% облучаемых объектов.

Значения ЛДЗначения ЛД50 50 некоторых видов:некоторых видов:

Биологический Биологический видвид

Доза, Доза, ГрГр

БиологическиБиологический видй вид

Доза, Доза, ГрГр

ЧеловекЧеловек 2,5-42,5-4 МышьМышь 6-156-15

ОбезьянаОбезьяна 2,5-62,5-6 КрысаКрыса 7-97-9

ОвцаОвца 1,5-31,5-3 ПтицыПтицы 8-208-20

СобакаСобака 2,5-32,5-3 РыбыРыбы 8-208-20

ОселОсел 2-42-4 ЗмеиЗмеи 80-20080-200

КроликКролик 9-109-10 НасекомыеНасекомые 10-10010-100

ХомякХомяк 9-109-10 РастенияРастения 10-150010-1500

Для того, чтобы изучить, как влияет радиация на Для того, чтобы изучить, как влияет радиация на человеческий организм, используются различные человеческий организм, используются различные подходы:подходы:

► эксперименты на животныхэксперименты на животных► наблюдения за пациентами, наблюдения за пациентами,

подвергшимися действию подвергшимися действию терапевтического облучения терапевтического облучения по поводу онкологических по поводу онкологических заболеваний а также за заболеваний а также за больными, облученными в больными, облученными в диагностических целяхдиагностических целях

► наблюдения за людьми, наблюдения за людьми, подвергающиеся подвергающиеся профессиональному профессиональному облучениюоблучению

► эпидемиологические эпидемиологические исследования исследования в районах с повышенным в районах с повышенным уровнем радиацииуровнем радиации

► эксперименты с культурами эксперименты с культурами клеток человека и животныхклеток человека и животных

Результаты онкоэпидемиологического исследования Результаты онкоэпидемиологического исследования в Хиросиме и Нагасаки в Хиросиме и Нагасаки

(когорта 86572 человек,1950-1990 годы наблюдения)(когорта 86572 человек,1950-1990 годы наблюдения)

СМЕРТНОСТЬСМЕРТНОСТЬ

ННаблюдаемыйаблюдаемый ООжидаемыйжидаемый НН - - ОО

ССоолидные ракилидные раки 75787578 72447244 334334

ЛейкозыЛейкозы 249249 162162 8282

Излучение действует на живые Излучение действует на живые объекты на разных уровнях:объекты на разных уровнях:

► молекулы;молекулы;► клетки;клетки;► ткани и органы;ткани и органы;► организмы;организмы;► популяции; популяции; ► экосистемыэкосистемы

► Клетка является той Клетка является той «ареной», где «ареной», где разыгрываются разыгрываются основные события;основные события;

► Главной мишенью Главной мишенью для воздействия для воздействия радиации является радиации является молекула ДНК – молекула ДНК – носитель носитель генетической генетической информацииинформации

А=ТА=Т

ГГ==ЦЦ

Триплетный кодТриплетный код

Амино-Амино-кислотакислота

Соответствующие Соответствующие кодоны (триплеты)кодоны (триплеты)

Амино-Амино-кислотакислота

Соответствующие Соответствующие кодоны (триплеты)кодоны (триплеты)

аланиналанин ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ лейцинлейцин ЦУУ,ЦУЦ,ЦУА,ЦУГ,УУА,ЦУУ,ЦУЦ,ЦУА,ЦУГ,УУА,УУГУУГ

аргининаргинин ЦГУ,ЦГЦ,ЦГА,ЦГГ,АГА,ЦГУ,ЦГЦ,ЦГА,ЦГГ,АГА,АГГАГГ

лизинлизин ААА, ААГААА, ААГ

аспарагиаспарагинн

ААУ, ААЦААУ, ААЦ метионинметионин АУГАУГ

аспараги-аспараги-новая к-новая к-тата

ГАУ, ГАЦГАУ, ГАЦ пролинпролин ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ

валинвалин ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ серинсерин УЦУ,УЦЦ,УЦА,УЦГ,АГУ,УЦУ,УЦЦ,УЦА,УЦГ,АГУ,АГЦАГЦ

гистидингистидин ЦАУ, ЦАЦЦАУ, ЦАЦ тирозинтирозин УАУ, УАЦУАУ, УАЦ

глицинглицин ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ треонинтреонин АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГАЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ

глутаминглутамин ЦАА, ЦАГЦАА, ЦАГ триптофатриптофанн

УГГУГГ

глутами-глутами-новая к-новая к-тата

ГАА, ГАГГАА, ГАГ фенил-фенил-аланиналанин

УУУ, УУЦУУУ, УУЦ

изолейциизолейцинн

АУУ, АУЦ, АУААУУ, АУЦ, АУА цистеинцистеин УГУ, УГЦУГУ, УГЦ

начало начало синтезасинтеза

АУГАУГ СТОП-СТОП-сигналсигнал

УАА, УАГ, УГАУАА, УАГ, УГА

Схема синтеза белкаСхема синтеза белкаСначала Сначала

информацию информацию надо считать. На надо считать. На этом этапе этом этапе двойная двойная молекула ДНК молекула ДНК расплетается, и расплетается, и на одной из ее на одной из ее нитей нитей синтезируется синтезируется нить молекулы нить молекулы РНК. Она РНК. Она выходит из ядра выходит из ядра через мембрану, через мембрану, и на и на специальных специальных клеточных клеточных органеллах органеллах рибосомах рибосомах начинается начинается синтез белка.синтез белка.

Радиобиологический Радиобиологический парадокспарадокс

Прямое и косвенное действие радиацииПрямое и косвенное действие радиации

Когда через клетку проходит частица (или фотон), она повреждает Когда через клетку проходит частица (или фотон), она повреждает биологические важные молекулы. Для клетки такими молекулами-биологические важные молекулы. Для клетки такими молекулами-

мишенями являются молекулы ДНКмишенями являются молекулы ДНК

Прямое действиеПрямое действие – повреждение – повреждение молекул ДНК непосредственно при молекул ДНК непосредственно при взаимодействии с излучением;взаимодействии с излучением;

Косвенное действиеКосвенное действие – повреждение – повреждение ДНК свободными радикалами, ДНК свободными радикалами, образованными при облучении образованными при облучении других молекул, в первую очередь, других молекул, в первую очередь, воды.воды.

Для защиты от косвенного Для защиты от косвенного действия излучения действия излучения применяют химические применяют химические вещества – перехватчики вещества – перехватчики свободных радикалов. свободных радикалов. Антиоксидантами являются Антиоксидантами являются такие очень хорошо такие очень хорошо известные соединения, как известные соединения, как обычные витамины – А, Е. обычные витамины – А, Е.

Репарация ДНКРепарация ДНК

Если произойдут изменения – спонтанно или под действием Если произойдут изменения – спонтанно или под действием повреждающих факторов, синтез белка нарушится: либо он повреждающих факторов, синтез белка нарушится: либо он прекратится, либо будет синтезироваться измененный белок. Такие прекратится, либо будет синтезироваться измененный белок. Такие нарушения называются мутациями. Специальные ферменты нарушения называются мутациями. Специальные ферменты распознают поврежденный участок, вырежут его из «неправильной» распознают поврежденный участок, вырежут его из «неправильной» нити, а на другой нити, как на матрице, синтезируют новый участок нити, а на другой нити, как на матрице, синтезируют новый участок ДНК.ДНК.

Нарушения наследственного Нарушения наследственного материаламатериала

МутацииМутации затрагивают как соматические, затрагивают как соматические, так и половые клетки. так и половые клетки.

Различают геномные, хромосомные Различают геномные, хромосомные аберрации (мутации) и генные мутации аберрации (мутации) и генные мутации

► Генные мутацииГенные мутации - изменением - изменением структуры ДНК в пределах одного гена. структуры ДНК в пределах одного гена. Это приводит к нарушению синтеза Это приводит к нарушению синтеза полипептидных цепей белковых молекул, полипептидных цепей белковых молекул, структурных, транспортных белков или структурных, транспортных белков или белков-ферментов. белков-ферментов.

►Хромосомные аберрацииХромосомные аберрации - это - это изменение структуры хромосом.изменение структуры хромосом.

► Геномные мутацииГеномные мутации - это изменение - это изменение количества наследственного материала.количества наследственного материала.

Генные мутацииГенные мутации

вот лес бук вяз дуб ивы тут был пал дым шел три вот лес бук вяз дуб ивы тут был пал дым шел три днядня

- Сдвиг рамки считывания:- Сдвиг рамки считывания:вот лес бук вяз вот лес бук вяз аа дуб ивы тут был пал дым шел три дня дуб ивы тут был пал дым шел три дня

вот лес бук вяз вот лес бук вяз аду бив ыту тбы лпа лды мше лтр идн яаду бив ыту тбы лпа лды мше лтр идн я

вот лес бук вяз вот лес бук вяз дби выт утб ылп алд ымш елт рид нядби выт утб ылп алд ымш елт рид ня

- Замена оснований:- Замена оснований:вот лес бук ввот лес бук вооз дуб ивы тут бз дуб ивы тут баал пл поол дл доом м ппел три дняел три дня

вот лес бук вявот лес бук вямм дуб ивы тут был пал дуб ивы тут был пал ррым шел три дняым шел три дня

Хромосомные и числовые Хромосомные и числовые мутациимутации

Цитогенетический метод Цитогенетический метод дозиметриидозиметрии

По убыванию радиочувствительности ткани и По убыванию радиочувствительности ткани и органы человека можно расположить в органы человека можно расположить в

следующем порядке:следующем порядке:

► красный костный красный костный мозг и гонады;мозг и гонады;

► толстая кишка, толстая кишка, легкие и легкие и желудок;желудок;

► мочевой пузырь, мочевой пузырь, молочная молочная железа, печень, железа, печень, пищевод, пищевод, щитовидная щитовидная железа;железа;

► кожа и клетки кожа и клетки костных костных поверхностей;поверхностей;

► остальные остальные органы и тканиорганы и ткани

Наиболее чувствительными Наиболее чувствительными являются клетки являются клетки развивающегося организма. развивающегося организма. Вот почему «самое слабое Вот почему «самое слабое звено» - это плод, дети, звено» - это плод, дети, облучающиеся внутриутробно. облучающиеся внутриутробно.

Характер облученияХарактер облучения► Внешнее Внешнее (от источника, (от источника,

находящегося вне теланаходящегося вне тела человека)человека)

► ВнутреннееВнутреннее (от (от радиоактивных изотопов, радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма)попавших внутрь организма)

► Острое Острое (его длительность не (его длительность не превышает нескольких часов)превышает нескольких часов)

► ПролонгированноеПролонгированное (растянутое во времени)(растянутое во времени)

► ХроническоеХроническое (с малой (с малой мощностью дозы)мощностью дозы)

► ОбщееОбщее (тотальное - полностью (тотальное - полностью поражающее организм) поражающее организм)

► ЛокальноеЛокальное (затрагивает (затрагивает отдельные участки тела, органы отдельные участки тела, органы или ткани)или ткани)

равномерное или неравномерноеравномерное или неравномерное

► ОднократноеОднократное► ФракционированнФракционированн

ое ое (многократное)(многократное)

Классификация Классификация последствий облученияпоследствий облучения

► СоматическиеСоматические (развивающиеся у (развивающиеся у облученного человека)облученного человека)

► Генетические Генетические (проявляющиеся в (проявляющиеся в потомстве)потомстве)

►ДетерминистскиеДетерминистские (повреждения органов и тканей) (повреждения органов и тканей) возникают с неизбежностью возникают с неизбежностью после превышения некоторого после превышения некоторого порогового уровня дозы порогового уровня дозы

► Стохастические Стохастические развитие происходит с развитие происходит с определенной вероятностью; определенной вероятностью; теоретически являются теоретически являются беспороговыми, могут беспороговыми, могут возникнуть при любых значениях возникнуть при любых значениях дозыдозы

Основные эффекты облучения Основные эффекты облучения человекачеловека

по книге: С.П.Ярмоненко, А.А.Вайнсон «Радиобиология человека и животных», М.:Высш.шк., 2004по книге: С.П.Ярмоненко, А.А.Вайнсон «Радиобиология человека и животных», М.:Высш.шк., 2004

ДозаДоза Категории эффектов, примерыКатегории эффектов, примеры ПримечанияПримечания

До 0,2 ГрДо 0,2 Гр Незначительные временные изменения в Незначительные временные изменения в показателях крови показателях крови

Клинически незначимы Клинически незначимы

От 0,2 до 5 Гр для ранних и От 0,2 до 5 Гр для ранних и отсроченных эффектов; отсроченных эффектов; десятки Грей — для поздних десятки Грей — для поздних

Детерминированные эффекты:Детерминированные эффекты:

а) ранние, вскоре после облуче ния: а) ранние, вскоре после облуче ния: поражения кожи — эритема, ожог, язва поражения кожи — эритема, ожог, язва

б) отсроченные, спустя месяцы, годы: б) отсроченные, спустя месяцы, годы: стерильность, катаракта, заболевания стерильность, катаракта, заболевания почек, сердцапочек, сердца

в) поздние, спустя годы, при больших в) поздние, спустя годы, при больших дозах: фиброзы, нейропатии, поражения дозах: фиброзы, нейропатии, поражения костей костей

Клинически значи мы, их степень зависит Клинически значи мы, их степень зависит

отот дозы при местном и общем облучениидозы при местном и общем облучении

0,1 - 1 Гр0,1 - 1 Гр Поздние детерминированные эффекты при Поздние детерминированные эффекты при малых дозах: различные функциональные малых дозах: различные функциональные нарушения сердечно-сосудистой, нервной нарушения сердечно-сосудистой, нервной и других систем, отмеченные через 50 лет и других систем, отмеченные через 50 лет среди японцев, переживших атомную среди японцев, переживших атомную бомбардировку бомбардировку

Радиационная природа подобных Радиационная природа подобных эффектов нуждается в подтверждении и эффектов нуждается в подтверждении и изучении изучении

ТеоретическиТеоретически при любой дозе при любой дозе Стохастические эффекты: Стохастические эффекты:

а) злокачественные новообразо вания (ЗНО) а) злокачественные новообразо вания (ЗНО) — рак и лейкозы, регистрируются спустя — рак и лейкозы, регистрируются спустя годы, десятки лет; годы, десятки лет;

б) генетические (наследствен ные) б) генетические (наследствен ные) эффекты в потомстве, обнару живаются эффекты в потомстве, обнару живаются сразу после рождения сразу после рождения

Практически риск ЗНО отмечен после 0,5 Практически риск ЗНО отмечен после 0,5 Гр; генетические эффекты у человека Гр; генетические эффекты у человека пока не зарегистриро ваны пока не зарегистриро ваны

~ ~ 0,1 Гр0,1 Гр ( доза облучения ( доза облучения плода) плода)

Тератогенные эффекты: различные пороки Тератогенные эффекты: различные пороки развития и уродства, возникшие в развития и уродства, возникшие в результате облучения плода на разных результате облучения плода на разных стадиях закладки того или иного органа стадиях закладки того или иного органа

С одной стороны, будучи пороговыми по С одной стороны, будучи пороговыми по дозе, относятся к детерминированным; дозе, относятся к детерминированным;

с другой, по вероятности проявления с другой, по вероятности проявления того или иного эффекта — к того или иного эффекта — к стохастическим стохастическим

Какие дозы считать малыми? Одна и таКакие дозы считать малыми? Одна и та же доза 10 Гр будет же доза 10 Гр будет смертельной длясмертельной для человека, не вызовет никаких поражений у человека, не вызовет никаких поражений у некоторых видов среднеазиатских змей и стимулирует рост и некоторых видов среднеазиатских змей и стимулирует рост и

развитие семян горчицы.развитие семян горчицы.

► Физический подход Физический подход (микродозиметрия) - (микродозиметрия) - 1 1 мГрмГр

► Радиобиологические Радиобиологические эксперименты в культурах эксперименты в культурах клеток - клеток - 2 сГр2 сГр

► Эпидемиологические Эпидемиологические исследования – исследования – 20 сГр20 сГр

Диапазоны доз для человека Диапазоны доз для человека (редкоионизирующие (редкоионизирующие излучения) излучения)

► D < D < 20 сГр - 20 сГр - малыемалые► 2020 сГр сГр < D < 2 < D < 2 Гр – Гр –

промежуточныепромежуточные► D >D > 2 Гр - 2 Гр - высокиевысокие

Действие малых доз не выявляется на Действие малых доз не выявляется на уровне отдельного организма, его уровне отдельного организма, его

можно обнаружить только при можно обнаружить только при сравнении данных обследования сравнении данных обследования

больших групп людейбольших групп людей

Для того, чтобы в эпидемиологических исследованиях Для того, чтобы в эпидемиологических исследованиях с 95%-ной доверительной вероятностью выявить с 95%-ной доверительной вероятностью выявить последствия облучения в дозе последствия облучения в дозе 10 мЗв10 мЗв (т.е. в 10 раз (т.е. в 10 раз превышающей предельно допустимую!), превышающей предельно допустимую!), необходимо обследовать группу в необходимо обследовать группу в 10 млн10 млн человек и человек и подобрать к ней контроль подобрать к ней контроль

Основной предел дозы для населения – Основной предел дозы для населения – 1 мЗв/год1 мЗв/год

► Флюорография – Флюорография – 0,6 мЗв0,6 мЗв

► Компьютерная Компьютерная томография – томография – 3 мЗв3 мЗв

► Просмотр Просмотр телепрограмм телепрограмм по 3 часа в день по 3 часа в день в течение года – в течение года – 0,001 мЗв0,001 мЗв

► Перелет из Москвы в Перелет из Москвы в Нью-Йорк – Нью-Йорк – 0,3 мЗв0,3 мЗв

Человек постоянно подвергается воздействию Человек постоянно подвергается воздействию самых различных источников риска. самых различных источников риска.

Определяется «приемлемый риск», который Определяется «приемлемый риск», который уравновешивает возможность отрицательных уравновешивает возможность отрицательных последствий и пользу от конкретного вида последствий и пользу от конкретного вида деятельности. Когда речь идет о деятельности. Когда речь идет о радиационном риске, то подразумевается радиационном риске, то подразумевается вероятность возникновения у человека и его вероятность возникновения у человека и его потомства какого-либо вредного эффекта. потомства какого-либо вредного эффекта.

Если сравнивать теоретически рассчитанные Если сравнивать теоретически рассчитанные риски от действия излучения в дозах, риски от действия излучения в дозах, соответствующих предельным, с другими соответствующих предельным, с другими рисками, окажется, что они:рисками, окажется, что они:

- примерно в 10 раз меньше риска смертности от - примерно в 10 раз меньше риска смертности от несчастных случаев в быту;несчастных случаев в быту;

- сравнимы с риском гибели от удара молнии. сравнимы с риском гибели от удара молнии.

Если бы в качестве приемлемого был принят риск, Если бы в качестве приемлемого был принят риск, равный таковому от выкуривания 20 сигарет в равный таковому от выкуривания 20 сигарет в сутки, то предел дозы облучения населения сутки, то предел дозы облучения населения составил бы в этом случае 1 Зв, то есть в тысячу составил бы в этом случае 1 Зв, то есть в тысячу раз выше, чем это принято сейчас. раз выше, чем это принято сейчас.

При проведении исследований по действию малых При проведении исследований по действию малых доз радиации на результат могут влиять не доз радиации на результат могут влиять не только конкретные условия эксперимента, но и только конкретные условия эксперимента, но и некоторая непредсказуемая компонента. некоторая непредсказуемая компонента. Исследователь никогда не знает всех возможных Исследователь никогда не знает всех возможных условий – клеточных, организменных и условий – клеточных, организменных и окружающей среды, которые могут изменить окружающей среды, которые могут изменить ответ живых систем на действие малых доз ответ живых систем на действие малых доз радиации. Это обстоятельство необходимо радиации. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание и при изучении реакции принимать во внимание и при изучении реакции на малые дозы больших контингентов населения.на малые дозы больших контингентов населения.

Благодаря зависимости проявления Благодаря зависимости проявления эффектов малых доз от эффектов малых доз от нерадиационных факторов (а на уровне нерадиационных факторов (а на уровне организма эта зависимость проявляется организма эта зависимость проявляется в еще большей степени, чем на в еще большей степени, чем на клеточном) открываются широкие клеточном) открываются широкие возможности для преодоления возможности для преодоления последствий радиационных аварий, последствий радиационных аварий, приводящих к радиоактивному приводящих к радиоактивному загрязнению обширных территорий – за загрязнению обширных территорий – за счет грамотно спланированных и счет грамотно спланированных и надлежащим образом осуществленных надлежащим образом осуществленных мермер..

Выяснилось, что повышенная Выяснилось, что повышенная частота рождения детей с частота рождения детей с синдромом Дауна, отмеченная в синдромом Дауна, отмеченная в Белоруссии в январе 1987 года, Белоруссии в январе 1987 года, не связана с действием не связана с действием радиации.радиации.

Польза или вред?Польза или вред?