Заболевания крови, вызванные воздействием ионизирующего излучения

При воздействии ионизирующего излучения может развиваться и поражение кроветворных органов — апластическая анемия, лейкозы и др.

Естественное излучение (космическое и от различных природных источников на Земле) существовало на всех этапах возникновения и развития жизни. Поэтому человеческий организм адаптирован к этому природному уровню радиации, хотя, безусловно, она может наряду с другими факторами среды оказывать определенное влияние на различные физиологические системы организма. Природный уровень радиации составляет 0,024—0,24 рад в год суммарно от всех источников. Очевидно, что профессиональное облучение превосходит природный фон радиации. В качестве возможной величины предельно допустимого уровня (ПДУ) в этих случаях берется некоторое превышение природного фона, не достигающее, однако, значений, способных представлять какую-либо заметную опасность для здоровья человека даже при работе в течение неопределенно длительного срока. Облучение можно нормировать как по уровню его во внешней среде (ПДУ), так и по величине дозы, создающейся в органах и тканях человека. Предельно допустимая доза (ПДД) — это та наибольшая величина дозы профессионального облучения, которая не вызывает существенных изменений в жизнедеятельности основных органов и систем организма. Все нормативы внешней среды рассчитывают таким образом, чтобы пребывание в ней человека на протяжении того или иного отрезка времени его жизни не привело бы к облучению организма внешними и внутренними источниками в дозах, превышающих принятые предельно допустимые. Принятые предельные уровни профессионального облучения были рассчитаны на основании анализа материалов многочисленных экспериментальных исследований и подкреплены в настоящее время многолетними клиническими наблюдениями за состоянием здоровья больших профессиональных групп. Согласно указаниям Международной комиссии по радиационной защите всякое повышение природного фона радиации заключает в себе некоторую опасность, поэтому необходимо стремиться к снижению облучения до размеров, создающих ничтожную вероятность тяжелых соматических или генетических последствий, т.е. практически безопасных. Избранные на данный момент предельно допустимые величины в свете современных знаний представляют лишь некоторое разумное ограничение этой опасности для отдельного человека, определенной профессиональной группы или населения в целом.

Согласно существующим нормам радиационной безопасности принято, что внешнее облучение для лиц различных профессий не должно превышать 100 мбэр в неделю и 5 бэр в год. Суммарная доза за период работы не может быть выше 5 бэр:

(N – 18), где N — возраст человека; 18 (лет) — минимальный возраст начала профессионального облучения.

При всех обстоятельствах суммарная доза к 30 годам не должна быть более 60 бэр. Имеются также и нормативы предельных количеств радиоактивных изотопов, поступающих в организм. При этом создаваемые в организме дозы не должны превышать принятых допустимых для внешнего облучения всего тела (5 бэр) и отдельных групп критических органов (5—15—30 бэр в год).

При расчете предельно допустимых доз внешнего и внутреннего облучения приняты следующие три группы критических органов.

I — все тело, гонады, кроветворные органы, плод беременной женщины.

II — мышцы, жировая ткань, печень, почки, желудочно-кишечный тракт, легкие, поджелудочная и предстательная железы, хрусталик.

III — кожа, щитовидная железа, кости.

Сведения о конкретной величине предельно допустимых потоков от источников внешнего излучения и количестве радиоактивных изотопов при внутреннем поступлении содержатся в соответствующих справочных таблицах и государственных санитарных правилах.

При оценке возможного повреждающего эффекта имевших место уровней доз, помимо сопоставления с общей величиной суммарной поглощенной дозы, большое значение имеют также общий или местный характер облучения, энергия частиц, определяющая во многом пространственное распределение дозы в теле и ее мощность.

Влияние на организм энергии ионизирующих излучений в целом, а также своеобразие реакции на различные виды излучения определяются в основном некоторыми особенностями первичного взаимодействия энергии излучения с веществом. Последующие явления, протекающие на уровне клеток и физиологических систем, не являются специфическими. Данные явления представляют собой общебиологическую форму реакции, присущую различным органам и системам по отношению к другим внешним факторам. Исходным моментом в действии излучений является эффект ионизации, возникающий в структурах, составляющих органы, ткани и внутреннюю среду организма. Энергия, сообщаемая излучением, затрачивается на возбуждение и ионизацию атомов облучаемой среды (ионизационные потери). Наступающее изменение скорости и направления движения частиц в ткани сопровождается испусканием тормозного излучения, убыль кинетической энергии при этом определяют термином “радиационные потери”.

Различают следующие основные виды излучения:

1. a-излучение, представляющее собой поток ядер атомов гелия (заряд одной a-частицы равен 2, массовое число 4);

2. b-излучение, иначе поток электронов или позитронов, с зарядом одной b-частицы, равным 1, и массой, составляющей 1/1040 массы атома водорода;

3. γ-излучение (часть которого составляет и рентгеновское излучение) — поток γ-квантов, или фотонов, обладающих различной энергией.

Своеобразие природы различных видов излучения сказывается в основном на первичном физическом эффекте их взаимодействия со средой.

Особенности первичных реакций создаются различием в проникающей способности тех или иных видов излучения, числом актов ионизации на единицу объема ткани или длины пробега частицы и некоторыми другими факторами (такими как количество энергии, поглощенной единицой массы или объема ткани). Однако конечный результат для всех них принципиально один и тот же — это ионизация и возбуждение атомов облучаемой среды. Вновь образовавшиеся ионы различного знака либо атомы с неустойчивым положением электронов на орбитах являются более химически активными, чем это присуще устойчивым ядерным системам.

В конечном итоге от воздействия ионизирующего излучения вслед за первичным физическим действием в облученной среде возникают интенсивные радиохимические преобразования, представляющие собой вторую фазу процессов, развивающихся при облучении. Следует помнить, что длительность первичных фаз ничтожна (доли секунды), так же как крайне невелика и доля атомов, принимающих участие в этом первоначальном взаимодействии энергии ионизирующего излучения с веществом.

Во втором физико-химическом цикле реакций, развивающихся в подвергшихся облучению тканях, ионизация и возбуждение могут происходить как непосредственно в молекулах живого вещества (прямое действие радиации), так и в молекулах растворителя (в жидкой фазе) с образованием свободных радикалов и промежуточных соединений. Последние в свою очередь взаимодействуют с белковыми молекулами и другими соединениями, входящими в состав облучаемой ткани (непрямое действие). Длительность существования радикалов в тканях крайне невелика и исчисляется тысячными и миллионными долями секунды даже при образовании промежуточных соединений. Также огромное значение для процесса образования радикалов в объекте, кототорый подвергается облучению, принадлежит концентрации кислорода в окружающей среде. Значимость насыщения кислородом облучаемого вещества для эффективности различных видов излучений неодинакова, что обусловлено различием плотности возникающей ионизации и в связи с этим иными возможностями рекомбинации образующихся ионов и радикалов.

Была установлена роль в развитии тяжелой патологии крови от воздействия ионизирующего излучения на дисперсность и вязкость коллоидных растворов (система гиалуронидаза — гиалуроновая кислота). Облучение также приводит к изменению оптической плотности и структуры некоторых важнейших соединений (пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот). Непосредственная денатурация белков сыворотки возникает при более высоких дозах облучения, а при некотором снижении дозы облучения наблюдают лишь изменения в макро- и микроструктуре белковых молекул. Выявляются данные изменения только при помощи специальных методов исследования. Отмечаются также нарушения в процессе окислительного фосфорилирования, что может явиться основой нарушений обмена нуклеиновых кислот при воздействии радиации. Есть данные о нарушениях от воздействия облучения в обмене углеводов, как то: синтез гликогена, изменение активности ферментов, регулирующих обмен углеводов) и о сдвигах в синтезе ненасыщенных и насыщенных жирных кислот в костном мозге, увеличении содержания жиров и липидов в печени. Обнаружены, особенно при воздействии излучения в больших дозах, изменения в минеральном обмене, лежащие в основе нарушения включения железа в эритроциты. Выявлены отклонения в интенсивности окислительных процессов, активности некоторых ферментативных систем. Хотя данные о всех вышеперечисленных изменениях уже доказаны, до конца весь механизм воздействия ионизирующего излучения не ясен. Однако определенно известно о затрагивании ионизирующим излучением в первую очередь субмикроскопических структур, имеющих огромное значение для жизнедеятельности организма. В общем отмечается усложнение действия на организм всех физико-химических процессов. Ионизирующее излучение выступает в роли и повреждающего агента, и своеобразного неспецифического раздражения. Ответные физиологические реакции на облучение протекают в течение значительных промежутков времени и отличаются большим многообразием: от сдвигов, лежащих в границах физиологической вариабельности реактивности, до развитых форм патологических состояний.

Характер и выраженность патологических нарушений физиологических систем и целостного организма во многом определяются дозой излучения (количеством энергии, поглощенной тканями при облучении). Эту энергию измеряют в электрон-вольтах или в эргах. При этом считают, что поглощение 1 г вещества энергии в 100 эргов означает, что поглощенная доза облучения составляет величину, равную 1 раду. Как правило, определить поглощенную дозу ионизированного облучения трудно, поэтому сопоставляют действие на ткань с ионизационным эффектом во внешней среде, отнесенным к определенному объему вещества и отрезку времени. Ионизационный эффект от источников внешнего излучения в воздухе определяют в рентгенах. При дозе 1 рентген поглощенная энергия в воздухе составляет 87 эрг/г (расчет проводится по количеству энергии, расходуемой на образование одной пары ионов), а поглощенная доза — 0,87 рад. Поглощенная энергия в тканях человеческого тела незначительно (на 4—10 %) отличается от таковой в воздухе. Помимо рентгена, для определения дозы от внешнего излучения пользуются также аналогичной по смыслу единицей измерения — биологическим эквивалентом рентгена (бэр); 1 р = 1 бэр в случаях, когда доза в рентгенах измерена в условиях, создающих известную однозначность эффекта ионизации и поглощенной энергии, как это имеет место для внешнего γ-излучения.

В связи со своеобразием первичных эффектов в тканях в зависимости от вида излучения, кроме определения количества поглощенной энергии, пользуются понятием “относительная биологическая эффективность” (ОБЭ), а также “фактор качества”.

Для a-частиц, ядер отдачи и нейтронов ОБЭ принимается 2—30, для b-излучения она остается равной 1. Исходя из количества радиоактивного изотопа, находящегося в организме, рассчитывают и дозы облучения отдельных органов и тканей.

Доказана большая чувствительность к прямому действию излучения относительно менее зрелых клеточных элементов или систем с высоким уровнем обмена, находящихся в состоянии активного органогенеза и дифференцировки. В целом в организме, особенно при низком уровне доз, происходит нарушение нервно-эндокринной регуляции. Зависимость биологического эффекта от дозы учитывает всю сложность соотношений, а именно пространственное (общее и местное облучение) и временное (мощность и длительность облучения) распределение дозы.

Получить дозу ионизирующего облучения возможно на следующих видах работ.

Работа с рентгеновскими и γ-лучами. Проведение диагностических рентгенологических исследований в медицинских учреждениях. Облучение медицинского персонала, исходящее от внешнего рентгеновского излучения трубки, носит неравномерный характер (преимущественно голова, грудь и руки). У части персонала (санитарок, поддерживающих больных детей, врачей-рентгенологов при торакоскопии) преимущественному облучению подвергаются другие участки тела (таз, область живота). Однако облучение большей силы имеет место при некоторых специальных процедурах и при работе на отдельных типах аппаратов (переносной аппаратуре, урографических исследованиях и др.). Превышение предельных уровней возможно при недостаточной защите трубки, неиспользовании средств индивидуальной защиты, увеличении принятых нормативов нагрузки.

При работе на рентгеновских терапевтических установках дозы облучения значительно ниже допустимых, так как γ-излучение проникает в комнату медицинского персонала только при недостаточной ее изоляции.

Работа с a-, b-, γ-источниками при ручных манипуляциях в медицинских учреждениях сопровождается преимущественным облучением верхних конечностей по сравнению с другими областями тела. Суммарные дозы внешнего облучения на различные участки тела (грудь, голову, нижние конечности) в 2—3 раза отличаются друг от друга при многообразных лечебных процедурах, что следует учитывать при оценке показателей индивидуального фотоконтроля и суждении о возможности тех или иных отклонений в состоянии здоровья. Поступление в организм радиоактивных веществ возможно только при случайном нарушении целостности укрытия источников (ампул).

При работе по рентгеноструктурному анализу создается возможность локальных облучений (рук, глаз, головы) от интенсивного рабочего пучка низких энергий. Мощность дозы в связи с малым расстоянием от антикатода трубки и слабой фильтрацией лучей может достигать таких размеров, что нескольких секунд облучения достаточно для развития местных острых лучевых поражений, чаще кистей рук.

Промышленная дефектоскопия и гаммаграфия, внешнее неравномерное γ- и рентгеновское облучение (руки, отдельные части тела). При нарушении целости ампул возможны поступление в воздух радиоактивных изотопов, а также радона и торона и загрязнение кожных покровов радиоактивным препаратом. Наиболее радиционно опасными операциями являются перезарядка и ремонт контейнеров, требующие строгого хронометража работы и защиты расстоянием.

Зарядка и монтаж γ-источников в медицинских, промышленных и некоторых научно-исследовательских учреждениях. Облучение возможно только в случае нарушений мер безопасности при работе с этими установками. Особенность радиационного воздействия заключается в эпизодическом контакте с излучением. При сохранении ручных операций остается возможность локального облучения с развитием клинических проявлений местных острых лучевых поражений.

Работа на ускорителях заряженных частиц.

Лица, занятые обслуживанием ускорительных установок, подвергаются комбинированному общему и местному воздействию γ-, b-излучения и нейтронов в дозах, как правило, не превышающих принятые предельно допустимые уровни (5 бэр за год работы). Средние дневные дозы в период ремонта для некоторых профессий близки к предельно допустимым.

Обслуживание ядерных реакторов и энергетических установок, использующих ядерное горючее.

Основным радиационным фактором, связанным преимущественно с активной зоной реактора, является внешнее γ-излучение. Однако при некоторых условиях (плановом или аварийном нарушении целостности технологических коммуникаций) существенное значение может приобретать внешнее b-излучение, облучение нейтронами, поступление в окружающую среду радиоактивных аэрозолей. В условиях нормальной эксплуатации уровни облучения, как правило, близки к предельно допустимым. При периодических медицинских осмотрах лиц, обслуживающих ядерные реакторы и энергетические установки, необходим систематический контроль за общим соматическим состоянием, причем особое внимание надо обращать на нервную и сердечно-сосудистую системы, органы пищеварения и в первую очередь систему крови.

Работа с открытыми (естественными) радиоактивными препаратами.

Производство светосоставов постоянного действия и работа со светящимися красками и пастами, содержащими радий, торий (стронций, тритий).

Внешнее γ-излучение от люминесцирующего вещества (в 1 г светящейся краски содержится 50—300 мккюри радия).

a-излучение происходит вследствие поступления в организм из внешней среды радия и мезотория.

b-, γ-облучение кожных покровов происходят при непосредственном соприкосновении с радиоактивным веществом.

Облучение органов дыхания от поступающей в организм с вдыхаемым воздухом эманации радия и тория и их дочерних продуктов (в основном γ- и b- активных).

Критическими органами у лиц данной профессиональной группы являются костные структуры с заключенными в них кроветворными органами и легкие. При непосредственной работе по приготовлению светосоставов и несоблюдении правил безопасности возможно возникновение изменений на участках соприкосновения с изотопом (на кожных покровах, слизистой оболочке полости рта). Постоянное же неравномерное γ-облучение делает возможным появление общих лучевых реакций, заболеваний легких, костей и крови.

Работа с ураном и его соединениями. Органами преимущественного депонирования растворимых соединений урана являются почки, кости, печень; при ингаляционном поступлении, особенно малорастворимых соединений, — легкие. Период полувыведения урана из организма человека составляет 70—140 дней. При работе с природными урансодержащими минералами и особенно богатыми ураном рудами возможен радиационный компонент воздействия за счет γ- и b-излучения от продуктов распада радия. Внешнее γ-излучение урана не представляет существенной опасности — при депонировании количество активности внутри организма даже при инкорпорации обогащенных соединений не превышает, как правило, предельной дозы на критический орган у рабочих с большим стажем. Острая форма урановой интоксикации может возникнуть при аварийной ситуации и характеризуется клиническим синдромом с поражением печени, тяжелой токсической нефропатией вплоть до развития уремии.

Разведка полезных ископаемых может проводиться с использованием источников эталонов γ-излучения либо путем внесения искусственных радиоактивных изотопов в скважины и определением γ-излучения пород, облученных потоком нейтронов (нейтронный каротаж). Данные работы сопровождаются непосредственным контактом с γ-источниками и нейтронными источниками ионизирующих излучений. Основным радиационным фактором является внешнее излучение от нейтронных источников и γ-источников, размеры которого становятся существенными лишь при нарушении правил хранения, транспортировки и эксплуатации. Возможность поступления в организм двух этих высокотоксичных элементов, особенно a-активного полония, возникает при нарушении целостности ампул. При учете распределения и закономерностей выведения полония из организма (с мочой, калом) может быть ориентировочно определена поглощенная доза в различных органах и во всем организме. Когда путь поступления ингаляционный, поражение других органов вторично — поражаются печень, селезенка, лимфатические узлы, почки. Поражение крови при этом тяжелое в связи с постоянной циркуляцией радиоактивного вещества в кровяном русле.

Работа с открытыми искусственными радиоактивными изотопами.

Их широко применяют для терапевтических целей, диагностики и научных исследований. Опасность внешнего излучения невелика, более вероятна возможность поступления веществ внутрь при загрязнении ими воздушной среды, рабочих поверхностей лаборатории и тела работающих.

Для непосредственного определения степени опасности от дозы излучения пользуются специальными таблицами, а также можно проводить измерения на самом биологическом объекте. Наибольшее практическое применение получило сужение о возможной дозе облучения по показателям наличия радиоактивных изотопов в некоторых доступных исследованию биосубстратах (зубах, удаленных при операции, и при проведении биопсии ткани) и в естественных выделениях (моче, кале, слюне, желудочном соке, выдыхаемом воздухе). На настоящий момент имеется возможность измерения содержания и распределения в организме некоторых радиоактивных изотопов, обладающих относительно жестким b- и γ-излучением, с помощью специальных счетчиков.