Единицы измерения ионизирующих излучений

Доза излучения – это количественная мера воздействия ИИ на среду и биологические ткани. Различают поглощенную, эквивалентную и эффективную, экспозиционную дозы излучения; также применяют понятие мощности дозы, характеризующее интенсивность излучения.

Поглощенной дозой называется количество энергии любого вида, поглощенное единицей массы любого вещества – Дж/кг. В качестве системной единицы измерения поглощенной дозы принят Грей (Гр, Gy), на практике также применяется внесистемная единица – рад:

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Однако поглощенная доза не полностью определяет последствия облучения, т.к. не учитывает различий в повреждающих биологических эффектах разных видов излучения.Известно, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение по своему повреждающему действию считается в 20 раз опасным, чем бета- или гамма-излучения. Поэтому для более реальной оценки последствий облучения поглощенную дозу следует умножать на коэффициент качества излучения, характеризующий степень разрушительного действия каждого отдельного вида ИИ на биологическую ткань. Пересчитанная таким образом доза называется эквивалентной дозой. В качестве системной единицы эквивалентной дозы используется зиверт (Зв). На практике применяется также внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр.

Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений численные значения поглощенной и эквивалентной доз практически совпадают (т.к. коэффициент качества этих излучений примерно равен 1):

1 Гр = 100 рад = 1 Зв = 100 бэр

Эквивалентная доза более адекватно учитывает возможный ущерб здоровью человека от воздействия ионизирующих излучений. Однако при дозиметрии необходимо принимать во внимание тот факт, что органы и ткани обладают различной чувствительностью к воздействию ИИ. В первую очередь поражаются кроветворные клетки костного мозга, половые железы, кишечник. В связи с этим вводится специальная дозовая характеристика – эффективная эквивалентная доза. Учет радиочувствительности органов и тканей производят с помощью взвешивающих коэффициентов R (табл. 11.3).

Каждый орган или ткань имеет свой взвешивающий коэффициент, который и характеризует его радиочувствительность. Умножив эквивалентную дозу на соответствующие взвешивающие коэффициенты и просуммировав по всему организму, получают эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения. Единицы измерения эффективной дозы те же, что и эквивалентной – зиверты (Зв).

Табл.11.3. Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов

Для характеристики энергии фотонных излучений (рентгеновского и гамма-квантов) используют экспозиционную дозу. Экспозиционная доза характеризует способность этих излучений создавать в среде заряжен­ные частицы, выражается отношением суммарного электрического заряда ионов одного знака, образованного излучением в некотором объеме воз­духа.

За единицу экспозиционной дозы принят кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица экспозиционной дозы, которая широко использовалась в дозиметрии, – рентген (Р, R). 1 Кл/кг = 3876 Р.

Отметим, что для мягких тканей человека экспозиционная доза в 1Р соответствует поглощенной дозе в 1 рад (точнее – в 0, 95 рада). Таким образом, для рентгеновского, гамма- и бета-излучений значения поглощенной, эквивалентной и экспозиционной доз практически совпадают:

1 Гр = 100 рад = 1 Зв = 100 бэр = 100Р

Эффекты воздействия ИИ на биологический объект зависят не только от полученной дозы, но и от времени, за которое она получена, поэтому было введено понятие мощности поглощенной дозы.

Мощность поглощенной дозы – это отношение приращения поглощенной дозы за единицу времени. Единицы измерения мощности дозы: рад/с, Гр/с, рад/ч, Гр/ч, т.д. С увеличением мощности дозы поражающее действие ионизирующих излучений возрастает.

На практике часто используют понятие мощности экспозиционной дозы, выражаемой в мР/ч или мкР/ч, и характеризующей интенсивность излучения. Обычные фоновые показатели мощности экспозиционной дозы для территории Беларуси – 18-20 мкР/ч.

Таким образом, согласно концепции порога дозы облучения, эффекты биологического повреждения в организме проявляются при превышении определенной дозы облучения, и для каждого эффекта существует своя пороговая доза. Доза в 8 - 10 Гр для человека абсолютно летальна. При облуче­нии в дозах 3, 5 Гр и более у мужчин формируется постоянная стерильность. Постоянная стерильность у женщин отмечается при дозах в 2, 5-6 Гр.

При облучении человека в дозах менее 1 Гр явных последствий облучения не наблюдается, но со временем может возрасти вероятность онкологических заболеваний и генетических нарушений у потомства.

В целом, тяжесть поражения, тип лучевых реакций, их значимость для организма определяются:

· видом радионуклида, физическими характеристиками ИИ;

· дозой облучения; его интенсивностью (мощностью дозы) – чем меньше время, за которое получена доза, тем больше отрицательный эффект и тяжелее лучевое поражение.

· характером воздействия (внешнее или внутреннее, общее или местное, однократное или дробное);

· общей реактивностью организма и его физиологическим состоянием в момент облучения (усталость, беременность, хронические болезни, травмы и пр.);

· возрастом (наименее чувствительны люди зрелого возраста);

· полом (мужчины более радиочувствительны);

· радиочувствительностью клеток, тканей, органов и систем, существенных для выживания организма;

· повышенной индивидуальной радиочувствительностью (1-2% населения обладают изначально высокой радиочувствительностью вследствие врожденных генетических расстройств).

Радиочувствительность - способность живого объекта отвечать определенной реакцией на воздействие ИИ. Выявлена общая закономерность: чем сложнее живой организм, тем он более чувствителен к воздействию радиации (наиболее радиочувствительными из всех биологических видов являются человек, овца, собака, обезьяна). Для определения сравнительной радиочувствительности различных биологических видов используется понятие летальной дозы облучения, (для человека, собаки и обезьяны летальная доза облучения примерно одинакова и составляет 3-6 Гр, для змей, насекомых – 80-200 Гр).

Клетки и ткани организма также обладают неодинаковой чувствительностью к ИИ. Установлено, что радиочувствительность любой биологической ткани пропорциональна пролиферативной активности её клеток (способности к делению) и обратно пропорциональна степени их дифференцированности (специализации) – правило Бергонье-Трибондо. Таким образом, по чувствительности к облучению различают клетки и ткани:

- радиочувствительные – это активно делящиеся клетки и мало специализированные ткани (кроветворные клетки костного мозга, половые клетки, кишечный и кожный эпителий);

- и радиорезистентные – это мало обновляющиеся клетки и высоко специализированные, дифференцированные ткани (нервная система, почки, печень, хрящевая и мышечная ткань).

Исключение из этого правила составляют лимфоциты, которые, несмотря на их неспособность к делению, обладают высокой чувствительностью к ИИ.

Следует обратить внимание на особенности радиочувствительности во внутриутробном периоде развития. Опасность внутриутробного облучения обусловлена высокой радиочувствительностью малодифференцированных тка­ней плода, что проявляется врожденными пороками, нарушением физического и умственного развития, снижением адаптационных возможностей организма.

Жизненно важные органы с высокой радиочувствительностью, которые в первую очередь повреждаются в исследуемом диапазоне доз, называются критическими. При внешнем облучении по степени поражения органы и ткани можно расположить в следующей последовательности (от большей радиочувствительности к меньшей):

· кроветворные клетки костного мозга, половые железы;

· желудочно-кишечный тракт, печень, органы дыхания, хрусталик глаза;

· железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы); молочные железы;

· органы выделения, кожа, мышечная, хрящевая, нервная ткань.

Таким образом, большинство тканей и органов взрослого человека относительно мало чувствительны к воздействию ИИ. В то же время органы и ткани, резистентные к непосредственному действию ИИ, оказываются весьма уязвимыми в отношении отдаленных последствий облучения.