Как работать с материалом
В первом модуле мы разобрали, что рентгеновские лучи ионизируют атомы. Теперь посмотрим, что эта ионизация делает с живой клеткой и с человеком. Материал идёт от истории к механизмам и дальше к практике, поэтому читайте по порядку.
Блоки с пометкой «Для интересующихся» содержат формулы и подробности. Их можно пропустить: основной текст понятен и без них.
После изучения вы должны уметь:
- объяснить, в чём состоит радиобиологический парадокс;
- рассказать, что предложил Дессауэр, что в его модели оказалось верным и что от неё отбросили;
- читать кривую выживания: что такое D37, «плечо» и почему кривая — экспонента;
- отличить прямое действие излучения от косвенного;
- назвать самые радиочувствительные ткани и объяснить почему;
- отличить детерминированные эффекты от стохастических и привести примеры;
- объяснить, почему беременных и детей облучают с особой осторожностью.
1С чего всё началось
Опасность излучения обнаружили почти сразу после его открытия, и заплатили за это сами первооткрыватели.
| Год | Событие |
|---|---|
| 1896 | Первые сообщения о покраснении кожи (эритеме) у людей, работавших с рентгеновскими трубками |
| 1902 | Описан первый рак кожи, развившийся на месте лучевого поражения |
| 1911 | Описан первый случай лейкоза, вызванного облучением |
| 1925 | Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов в Ленинградском рентгенологическом и радиологическом институте получили после облучения дрожжи с изменёнными наследуемыми свойствами |
| 1927 | Г. Мёллер доказал, что рентгеновские лучи вызывают мутации у дрозофилы. Нобелевская премия 1946 года |
| 1936 | В Гамбурге открыт мемориал врачам и учёным разных стран, погибшим от облучения: 169 имён, к 1959 году — 359 |
Эпоха беспечности: 1895–1900
В первые годы после открытия рентгеновские трубки делали все, у кого были стеклодув и индукционная катушка: физики, врачи, электротехники, фотографы. Конструкций было множество, и вели они себя непредсказуемо: разрежение в газовой трубке менялось прямо во время работы, излучение то «мягчало», то «жёстко» пробивало всё насквозь. Измерять дозу было нечем — первый прибор для этого появился только в 1902 году. Облучали всех подряд и без всякой меры.
- Трубку проверяли на своей руке. Чтобы понять, хорошо ли работает трубка, оператор ставил под пучок собственную кисть и смотрел на кости на экране. Так годами поступал и ассистент Эдисона Кларенс Дэлли.
- Экспозиции длились десятки минут и часы. В 1896 году первый снимок зубов потребовал 25 минут. Профессор Дадли из Университета Вандербильта сидел под трубкой час — через три недели в этом месте выпали волосы. Снимок пальца ноги у Густава Кайзера шёл полтора-два часа; позже сам Кайзер лишился нескольких пальцев.
- Облучали и пациентов, и публику. Пациенту, у которого искали пулю, давали облучение целый день — у него появились язвы и выпали волосы. На выставках всем желающим предлагали посмотреть на кости своих рук.
- Счёт пострадавшим пошёл сразу. К 1902 году в литературе описали 88 лучевых травм, из них 55 — за один 1896 год.
- Предупреждения игнорировали. Уже в 1896 году советовали сокращать экспозицию и держаться дальше от трубки. В 1901 году американский стоматолог Уильям Роллинс предложил свинцовые фартуки, очки из свинцового стекла и кожух для трубки, но к нему годами не прислушивались.
Беспечность длилась ещё десятилетия. Дэлли лишился обеих рук и умер в 1904 году. В 1920-х в салонах рентгеном удаляли волосы с лица и рук женщин. До середины XX века стригущий лишай у детей лечили облучением головы. А с 1920-х по 1950-е в обувных магазинах стояли рентгеновские аппараты для примерки обуви, рассчитанные на детей, — только в США их было около 10 тысяч.
Каждое правило радиационной безопасности, которое вы будете соблюдать, появилось потому, что кто-то уже пострадал без него.
Так возникла радиобиология — наука о действии излучения на живые организмы. Георгий Надсон, один из её основателей, был репрессирован и расстрелян в 1939 году; Мёллер получил Нобелевскую премию через семь лет.
2Радиобиологический парадокс
Главная загадка радиобиологии: энергия, которую несёт смертельная доза, ничтожна. Посчитаем.
Доза измеряется в греях (Гр): 1 Гр — это 1 джоуль энергии, поглощённый 1 килограммом вещества. Подробно единицы доз разберём в модуле 3. Доза около 4 Гр, полученная всем телом за короткое время, без лечения смертельна для половины облучённых.
≈ 280 Дж
получит человек массой 70 кг при дозе 4 Гр
≈ 67 калорий
столько тепла в чайной ложке горячего кофе
0,001 °C
на столько нагреется тело от этой энергии
Глоток кофе не убивает, а та же энергия в виде излучения смертельна. Вывод: дело не в количестве энергии, а в том, куда и как она попадает. Ионизирующее излучение поражает управляющие системы клетки, и небольшая энергия запускает несоразмерно большие последствия.
3Модель Дессауэра — первая попытка объяснения
В 1922 году немецкий биофизик Фридрих Дессауэр предложил теорию «точечного тепла». Он рассуждал так:
- Излучение отдаёт энергию не равномерно, а отдельными порциями.
- Каждая порция выделяется в крошечном объёме и нагревает эту «точку» до очень высокой температуры.
- В перегретой точке свёртываются белки, как при варке яйца. Если такая точка попала в жизненно важное место, клетка гибнет.
Модель объясняла парадокс: в среднем тело почти не нагревается, но в отдельных точках энергия сконцентрирована.
Что оказалось верным, а что — нет
Сохранили
Энергия действительно поступает дискретными порциями, и исход зависит от того, попала ли порция в чувствительное место — мишень. Эта идея легла в основу всей дальнейшей радиобиологии.
Отбросили
Нагрев как причину гибели. Тепло из микрообъёма рассеивается мгновенно. Повреждение вызывают не температура, а ионизация и химические реакции, которые она запускает. Мишенью оказались не любые белки, а ДНК в ядре клетки.
От модели Дессауэра ушли постепенно: сначала математически описали «попадания», затем нашли мишень, а потом выяснили, что клетка умеет чинить повреждения.
4Теория мишеней и принцип попадания
Ученики и последователи Дессауэра — Блау и Альтенбургер (1922), Кроузер (1924) — оставили от его модели самое ценное: идею порций и попаданий — и описали её математически. Окончательно теорию мишеней сформулировали Д. Ли в Англии и К. Циммер с Н. В. Тимофеевым-Ресовским в Германии в 1946–1947 годах. Её три положения:
- Излучение передаёт энергию порциями — «попаданиями».
- Попадания случайны и независимы друг от друга, как капли дождя на асфальте.
- Эффект (например, гибель клетки) наступает, когда в чувствительную область — мишень — пришлось определённое число попаданий.
Что является мишенью
Опыты с тончайшими пучками частиц, которыми облучали отдельно ядро и отдельно цитоплазму, дали ясный ответ: ядро примерно в 100 раз чувствительнее цитоплазмы, а облучение хромосом в сотни раз эффективнее облучения цитоплазмы. Мишень — ДНК, носитель наследственной информации, по которой клетка строит свои белки и делится.
ДНК — это две цепочки, закрученные в спираль и соединённые парами оснований. У человека около 20 тысяч генов, кодирующих белки. Повреждение даже одного важного участка может нарушить работу клетки или её деление.
Ещё в 1935 году Тимофеев-Ресовский, Циммер и Дельбрюк, анализируя кривые выживания, оценили размер гена — задолго до открытия двойной спирали ДНК. Как кривые могут рассказать о размере мишени, разберём в следующем разделе.
5Кривые выживания
Кривая выживания показывает, какая доля клеток остаётся живой после облучения разной дозой. Её получают в опыте: культуру клеток облучают, затем считают, сколько клеток сохранили способность делиться и дать колонию. Это главный инструмент радиобиологии, и именно кривые выживания привели к теории мишеней.
Яд и излучение убивают по-разному
Сравним, как гибнут клетки от яда и от излучения.
Кривая для яда S-образная: пока концентрация мала, клетки справляются, а потом гибнут почти все разом. Кривая для излучения — экспонента: она падает сразу, с самых малых доз. Почему так?
Экспонента — признак «случайных попаданий»
Отвлечёмся от доз и представим две группы.
Люди стареют, и риск умереть в следующем году растёт с возрастом, поэтому кривая долго держится высоко, а потом резко падает. Теперь представим бессмертных, единственная причина смерти которых — попасть под автомобиль. Риск такой гибели одинаков в 20 лет и в 2000 лет: случай «не помнит», сколько вы уже прожили. Кривая дожития таких бессмертных — экспонента. Средняя продолжительность жизни при этом может быть огромной, скажем 4000 лет, но кто-то погибнет в первый же год.
С клетками при облучении происходит то же самое. Каждая следующая порция дозы убивает одну и ту же долю ещё живых клеток, независимо от того, сколько дозы уже получено. Значит, гибель вызывают случайные, независимые попадания — ровно то, что утверждает теория мишеней.
Сто клеток и случайные попадания
Пусть клетка гибнет от первого же попадания в её мишень. Облучим 100 клеток. Попадания распределяются случайно: в одни клетки попадёт два-три раза, в другие — ни разу.
Обратите внимание на среднюю картинку. Попаданий столько же, сколько клеток, но выжили не ноль, а 37 %: некоторые клетки получили по два-три попадания, а другим не досталось ни одного. Поэтому дозу, при которой в среднем приходится одно попадание на мишень, называют D37 — после неё выживает 37 % клеток.
Каждая следующая D37 снова оставляет 37 % от оставшихся: 100 → 37 → 14 → 5 → 2 клетки.
Полулогарифмический масштаб
На обычном графике экспонента — кривая. Радиобиологи откладывают выживаемость по логарифмической шкале, где одинаковые шаги означают одинаковые доли (100 %, 10 %, 1 %). Тогда экспонента становится прямой линией.
Наклон прямой показывает чувствительность: чем круче линия, тем меньше D37 и тем чувствительнее объект. Для клеток млекопитающих D37 составляет 1–2 Гр, для вирусов — около 500 Гр. Чем больше мишень, тем легче в неё попасть и тем меньше D37. Так по кривой выживания и оценили размер гена.
«Плечо»: когда мишеней несколько
У клеток млекопитающих кривая выживания при малых дозах не сразу идёт прямо вниз: сначала она пологая, а потом выпрямляется. Этот начальный пологий участок называют «плечом».
Теория мишеней объясняла плечо так: в клетке несколько мишеней, и гибель наступает, только когда поражены все. Первые попадания лишь «накапливают» повреждения. Продолжение прямого участка пересекает ось выживаемости в точке, равной числу мишеней, — его называют экстраполяционным числом.
Позже выяснилось, что плечо говорит ещё и о другом: клетка успевает чинить часть повреждений. Об этом — в разделе 6.
Для интересующихся: формулы кривых выживания
Распределение Пуассона. Если попадания случайны и независимы, а в среднем на мишень приходится a попаданий, то вероятность получить ровно k попаданий:
Так же распределяются, например, изюминки в кексе или число рыб, пойманных за час. Среднее число попаданий пропорционально дозе: a = αD, где α зависит от размера мишени.
Одна мишень, одно попадание. Клетка выживает, если попаданий ноль:
При D = D37 выживаемость равна e−1 ≈ 0,37 — отсюда название.
Несколько мишеней. Если в клетке m одинаковых мишеней и гибель наступает при поражении всех:
Как сравнивать чувствительность. В радиобиологии используют D37, в токсикологии — D50 (гибнет половина). Есть и третья мера — средняя смертельная доза, равная площади под кривой выживания в обычном масштабе. Её удобно считать, когда точки опыта сильно разбросаны.
6Репарация и мощность дозы
Теория мишеней считала каждое попадание окончательным. Но опыты показали: если ту же дозу дать медленно или частями, клеток гибнет меньше. Значит, между попаданиями клетка успевает восстановить часть повреждений. Восстановление ДНК называют репарацией.
Для нейтронов и альфа-частиц мощность дозы почти не важна: они повреждают ДНК так сильно, что починить её клетка не может, и кривая — крутая прямая.
Линейно-квадратичная модель
Сегодня кривые выживания описывают линейно-квадратичной моделью. В ней два слагаемых: гибель от одного «удара», который сразу разрывает обе цепи ДНК, и гибель от двух независимых «ударов», повреждения от которых сложились раньше, чем клетка успела их исправить. При малых дозах преобладает первое, при больших — второе. Второе слагаемое и создаёт «плечо», а репарация его уменьшает.
Для интересующихся: формула и биодозиметрия
αD — однократные летальные события, βD2 — сочетание двух сублетальных. Тот же принцип «один удар + два удара» виден в хромосомах. Дицентрик — хромосома с двумя центромерами — образуется, когда разорваны две разные хромосомы. Число дицентриков в лимфоцитах крови растёт с дозой как D + D2, и по нему можно восстановить дозу, полученную человеком, начиная примерно с 0,1–0,2 Гр. Этот метод называют биодозиметрией.
7Прямое и косвенное действие
Мишень — ДНК, но добраться до неё излучение может двумя путями.
Прямое действие — излучение ионизирует атомы самой ДНК. Оно преобладает у плотноионизирующих излучений: альфа-частиц и нейтронов, которые на коротком пути оставляют много ионизаций.
Косвенное действие — клетка на 70–80 % состоит из воды. Излучение расщепляет молекулы воды (это называют радиолизом), и образуются свободные радикалы, прежде всего •OH. Радикал — частица с неспаренным электроном, крайне активная химически. Он живёт меньше миллиардной доли секунды, но успевает повредить ДНК, если оказался рядом. Для рентгеновского и гамма-излучения косвенным путём возникает около двух третей повреждений ДНК.
Какие бывают повреждения
Доза 1 Гр создаёт в каждой клетке примерно такие повреждения ДНК:
| Повреждение | Число на клетку на 1 Гр | Опасность |
|---|---|---|
| Однонитевые разрывы | около 1000 | низкая: вторая цепь служит образцом для починки |
| Повреждения оснований | около 500 | низкая, хорошо чинятся |
| Сшивки ДНК с белком | около 150 | изучена меньше |
| Двунитевые разрывы | около 40 | высокая: главная причина гибели клеток и мутаций |
Цифры ориентировочные и в разных учебниках различаются. Главное — число повреждений растёт пропорционально дозе: при 10 мГр их в сто раз меньше, при 4 Гр — вчетверо больше.
Облучение происходит постоянно: природный фон дает каждой клетке тела примерно одну ионизацию в ДНК в год. Мы не видим лавины мутаций только потому, что системы репарации исправляют почти все повреждения.
8Судьба клетки после облучения
Каждое попадание запускает своего рода лотерею. От её исхода зависит, какой эффект мы потом увидим.
Клетка может погибнуть двумя способами:
- Интерфазная гибель — клетка разрушается сразу, не дожидаясь деления. Для большинства клеток требует очень больших доз, десятков грей. Исключение — лимфоциты: они гибнут в интерфазе уже от долей грея (см. раздел 9).
- Репродуктивная гибель — клетка живёт и работает, но при попытке поделиться погибает. Это основной путь при дозах в несколько грей.
Отсюда важное следствие: от облучения прежде всего страдают ткани, где клетки постоянно делятся.
9Радиочувствительность
Радиочувствительность — вероятность повреждения клетки, ткани или органа при одном и том же облучении. Ещё в 1906 году французские учёные Бергонье и Трибондо сформулировали правило: клетка тем чувствительнее, чем чаще она делится и чем менее она специализирована. Делящейся клетке нужно скопировать всю ДНК, и любое повреждение сразу даёт о себе знать.
| Чувствительность | Ткани и органы |
|---|---|
| Высокая | костный мозг, лимфоидная ткань (лимфоузлы, селезёнка, вилочковая железа), половые железы, хрусталик глаза, эпителий кишечника |
| Средняя | кожа, печень, лёгкие, почки, сердце |
| Низкая | мышцы, кости и хрящи взрослого человека, нервная ткань |
Лимфоциты — исключение из правила: они почти не делятся, но очень чувствительны. По снижению их числа в крови врачи в первые дни оценивают тяжесть облучения.
Разные организмы
Чувствительность различается и между видами — на три порядка.
Даже у одного вида чувствительность меняется с возрастом: у дрозофилы яйца гибнут от нескольких грей, а взрослая муха выдерживает сотни. Это то же правило Бергонье — Трибондо: в яйце клетки делятся очень активно.
10Два типа эффектов
Все последствия облучения для человека делят на две группы. Это главное различие, на котором построена радиационная безопасность. В новых документах МКРЗ детерминированные эффекты называют тканевыми реакциями; в НРБ-99/2009 остался прежний термин.
| Детерминированные | Стохастические | |
|---|---|---|
| Причина | гибель большого числа клеток в органе | мутация в одной клетке |
| Порог | есть: ниже порога эффекта нет | считается, что нет |
| От дозы зависит | тяжесть поражения | вероятность, но не тяжесть |
| Когда проявляются | от часов до недель, иногда месяцев | через годы и десятилетия |
| Примеры | лучевой ожог, лучевая болезнь, катаракта, бесплодие | рак, лейкоз, наследственные эффекты |
Из этого вытекают две задачи защиты: не допускать детерминированных эффектов, держа дозы ниже порогов, и свести к разумному минимуму вероятность стохастических. Подробно — в модуле «Радиационная безопасность».
Соматические и наследственные эффекты
В отечественных учебниках и на экзаменах вы встретите и другое, более старое деление — по тому, у кого проявляется эффект:
- соматические (от греч. сома — тело) — у самого облучённого человека: ожог, лучевая болезнь, катаракта, рак, лейкоз;
- наследственные (генетические) — у его потомков, из-за мутаций в половых клетках.
Это деление не заменяет первое, а пересекается с ним. Соматические эффекты бывают и детерминированными, и стохастическими. Рак и лейкоз у облучённого называют соматико-стохастическими эффектами. Наследственные эффекты всегда стохастические.
| Детерминированные | Стохастические | |
|---|---|---|
| Соматические (у облучённого) | лучевой ожог, лучевая болезнь, катаракта, бесплодие | рак, лейкоз — соматико-стохастические |
| Наследственные (у потомков) | не бывает | генные и хромосомные болезни потомства |
Обратите внимание: бесплодие — соматический эффект, хотя затрагивает половые железы. Оно поражает самого облучённого, а не его детей. Соматические эффекты делят ещё и по времени: ранние (от часов до нескольких месяцев) и отдалённые (через годы).
11Детерминированные эффекты
Кожа
Для рентгенолаборанта это самый практический раздел. При длительной рентгеноскопии и особенно при ангиографии и других вмешательствах под рентгеновским контролем кожа пациента в зоне входа пучка может получить дозу в несколько грей.
| Доза на кожу за одно облучение | Эффект | Когда появляется |
|---|---|---|
| от 2 Гр | преходящее покраснение (эритема) | часы |
| от 3 Гр | временное выпадение волос | около 3 недель |
| около 6 Гр | выраженная эритема | около 10 дней |
| около 7 Гр | стойкое выпадение волос | около 3 недель |
| 10–15 Гр | сухое шелушение | около 4 недель |
| выше 18–20 Гр | влажное шелушение, язвы, омертвение ткани | недели и месяцы |
Лучевой ожог коварен: сразу после процедуры его не видно, а язва может открыться через несколько месяцев.
Хрусталик глаза
Хрусталик очень чувствителен, а помутнение (катаракта) развивается спустя годы. Раньше порог считали равным 2–10 Гр. В 2011 году Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) снизила его до 0,5 Гр. В России предел для хрусталика персонала группы А — 150 мЗв в год (НРБ-99/2009, подробнее — модуль 4). Поэтому при работе рядом с пучком так важны защитные очки.
Для интересующихся: рекомендация МКРЗ по хрусталику
В 2011 году МКРЗ рекомендовала снизить предел для хрусталика персонала до 20 мЗв в год (в среднем за 5 лет, не более 50 мЗв в одном году) — в 7,5 раза ниже действующего российского. В НРБ-99/2009 эта рекомендация пока не внесена.
Половые железы
Временное снижение плодовитости у мужчин возможно уже от 0,15 Гр однократно. Стойкое бесплодие — от 3,5–6 Гр у мужчин и от 2,5–6 Гр у женщин.
Острая лучевая болезнь
При однократном облучении всего тела дозой больше 1 Гр развивается острая лучевая болезнь (ОЛБ). Её форма зависит от того, какая ткань выходит из строя первой.
| Доза, Гр | Форма | Что поражено |
|---|---|---|
| 1–10 | костномозговая: лёгкая (1–2), средняя (2–4), тяжёлая (4–6), крайне тяжёлая (больше 6) | кроветворение: падает число клеток крови, развиваются инфекции и кровотечения |
| 10–20 | кишечная | слизистая кишечника |
| 20–80 | токсемическая | сосуды, обмен веществ, тяжёлое отравление продуктами распада |
| больше 80 | церебральная | нервная система; гибель за часы или дни |
Без лечения половина облучённых погибает примерно при 4 Гр. Эту дозу называют ЛД50 — полулетальной. При интенсивном лечении выжить можно и после большей дозы.
Пороги детерминированных эффектов не постоянны. Если дозу получить по частям или с малой мощностью, порог заметно выше: ткани успевают восстановиться. Кроме того, пороги различаются у разных людей.
12Беременность и дети
По правилу Бергонье — Трибондо самые чувствительные — организмы, которые быстро растут. Поэтому к облучению беременных и детей подходят с особой осторожностью.
Эмбрион и плод
| Срок беременности | Возможный эффект при значительной дозе |
|---|---|
| первые 2 недели | «всё или ничего»: эмбрион либо гибнет, либо развивается нормально |
| 3–8 недели | закладка органов: риск пороков развития |
| 8–25 недели | развитие мозга: риск нарушения умственного развития |
| весь срок | небольшое увеличение риска рака в детстве |
Пороки развития и нарушения умственного развития — детерминированные эффекты с порогом около 100 мГр на плод (0,1 Гр). По оценке МКРЗ, правильно проведённые диагностические исследования почти всегда дают плоду дозу намного меньше. Доза ниже 100 мГр сама по себе не считается поводом для прерывания беременности.
Дети
У детей ткани растут, а впереди долгая жизнь, за которую отдалённые эффекты успевают проявиться. Поэтому для ряда опухолей — лейкоза, рака щитовидной и молочной железы, опухолей мозга — риск на единицу дозы у детей заметно выше, чем у взрослых (НКДАР ООН, 2013). Детям режимы исследования подбирают отдельно.
13Стохастические эффекты
Стохастические — значит случайные. Одна клетка с неисправленной мутацией может через годы дать начало опухоли, а может и не дать. Доза определяет только вероятность.
Рак
- Хиросима и Нагасаки. Наблюдение за выжившими с 1950 года — главный источник знаний о радиационном риске. Лейкозы стали учащаться через несколько лет после бомбардировки, солидные опухоли — через десятилетия.
- Чернобыль. У детей, живших на загрязнённых территориях Беларуси, России и Украины, резко выросло число случаев рака щитовидной железы. Причина — радиоактивный йод, который накапливался в щитовидной железе с молоком.
Наследственные эффекты
У растений и животных излучение вызывает наследуемые мутации. В крупнейшем опыте супругов Расселов на 7 миллионах мышей частота мутаций в потомстве удваивалась примерно при 1 Гр. Но у людей, несмотря на изучение более 70 тысяч детей выживших в Хиросиме и Нагасаки, достоверного роста наследственных нарушений обнаружить не удалось. Тем не менее риск учитывают из осторожности.
Что происходит при малых дозах
Риск рака надёжно измерен при дозах выше примерно 100 мГр. Для меньших доз эффект слишком мал, чтобы выделить его среди обычной заболеваемости. Как продолжить кривую к нулю, учёные спорят до сих пор.
Есть даже наблюдения, что малые дозы стимулируют рост растений (это называют гормезисом). Однако для защиты людей принята осторожная линейная беспороговая гипотеза: риск пропорционален дозе, безопасной дозы нет. Из неё следует принцип ALARA (as low as reasonably achievable) — облучение должно быть настолько низким, насколько это разумно достижимо.
Числовой коэффициент риска, по которому в НРБ-99/2009 рассчитаны пределы доз, разобран в модуле 4.
Для интересующихся: новые данные о малых дозах
В 2023 году исследование INWORKS на 310 тысячах работников атомной отрасли Франции, Великобритании и США нашло рост смертности от рака и при накопленных дозах ниже 100 мГр. Это довод в пользу линейной беспороговой гипотезы.
Итог
- Смертельная доза несёт ничтожную энергию: важно не сколько энергии, а куда она попала.
- Дессауэр верно понял, что энергия приходит порциями, но ошибся с нагревом. Его идея попаданий выросла в теорию мишеней.
- Мишень — ДНК в ядре клетки. Экспоненциальная кривая выживания говорит о случайных независимых попаданиях, «плечо» — о накоплении повреждений и репарации.
- Рентгеновское излучение повреждает ДНК в основном косвенно, через радикалы воды. Самое опасное повреждение — двунитевой разрыв.
- Чем чаще делятся клетки, тем они чувствительнее. Плод и дети особенно уязвимы.
- Детерминированные эффекты имеют порог, стохастические — нет. Первые предотвращают, вероятность вторых снижают.
- По тому, у кого проявляется эффект, различают соматические (у самого облучённого) и наследственные (у потомков). Рак и лейкоз — соматико-стохастические эффекты.
Словарь терминов
| Термин | Значение |
|---|---|
| Радиобиология | наука о действии излучения на живые организмы |
| Грей (Гр) | единица поглощённой дозы: 1 Дж энергии на 1 кг вещества |
| Радиобиологический парадокс | несоответствие ничтожной энергии излучения тяжести биологического эффекта |
| Теория мишеней | эффект наступает при случайных попаданиях порций энергии в чувствительную область клетки |
| Кривая выживания | зависимость доли выживших клеток от дозы |
| D37 | доза, после которой выживает 37 % клеток; в среднем одно попадание на мишень |
| Плечо кривой | пологий начальный участок: малые дозы убивают мало клеток |
| Репарация | восстановление повреждённой ДНК клеткой |
| Радиолиз | разложение воды под действием излучения |
| Свободный радикал | химически активная частица с неспаренным электроном, например •OH |
| Радиочувствительность | вероятность повреждения клетки или ткани при одинаковом облучении |
| ЛД50 | доза, от которой погибает половина облучённых; для человека около 4 Гр |
| Детерминированный эффект | эффект с порогом, тяжесть которого растёт с дозой; в новых документах МКРЗ — тканевая реакция |
| Стохастический эффект | эффект без порога, вероятность которого растёт с дозой |
| Соматический эффект | эффект у самого облучённого человека |
| Наследственный (генетический) эффект | эффект у потомков облучённого из-за мутаций в половых клетках |
| ALARA | принцип: облучение настолько низкое, насколько разумно достижимо |
Вопросы для самопроверки
Сначала ответьте сами, письменно. Затем нажмите на вопрос и сверьтесь.
Уровень 1 — основы
1. В чём состоит радиобиологический парадокс?
2. Что является главной мишенью излучения в клетке?
3. Чем детерминированные эффекты отличаются от стохастических?
4. Какие ткани наиболее радиочувствительны?
5. Что означает принцип ALARA?
Уровень 2 — понимание
6. Что предложил Дессауэр, что в его модели сохранили и что отбросили?
7. Почему после дозы D37 выживает 37 % клеток, хотя попаданий в среднем столько же, сколько мишеней?
8. Почему кривая выживания при облучении — экспонента, а не S-образная кривая, как у яда?
9. Чем прямое действие излучения отличается от косвенного? Какое преобладает при рентгеновском облучении?
10. Почему одна и та же доза, полученная медленно, убивает меньше клеток?
Уровень 3 — применение
11. Почему после длительной ангиографии нужно наблюдать за кожей пациента в зоне облучения?
12. Почему персоналу важно защищать глаза при работе рядом с пучком?
13. Почему перед исследованием области таза женщину спрашивают о беременности?
14. Почему для защиты людей приняли линейную беспороговую гипотезу, хотя при малых дозах риск не измерен?
15. Почему у ребёнка риск рака от той же дозы выше, чем у взрослого?
Источники
- Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных. М.: Высшая школа, 1988.
- Рубанович А. В. Индуцированный мутагенез (количественные аспекты). Лекция, ИОГен им. Н. И. Вавилова РАН.
- МКРЗ. Публикация 84: Беременность и медицинское облучение, 2000. Публикация 103: Рекомендации, 2007. Публикация 118: Тканевые реакции, 2011.
- НКДАР ООН. Доклады Генеральной Ассамблее 2000 и 2008 годов.
← Модуль 1. Строение атома и рентгеновское излучение · Следующий модуль: Дозиметрия → · Все модули
Автор и составитель курса — М. В. Зайвый. Материалы подготовлены с помощью ИИ-ассистента Claude (Anthropic), проверены и отредактированы автором.