Медицинские средства противорадиационной защиты Ионизирующие излучения

Медицинские средства противорадиационной защиты

Ионизирующие излучения – неотъемлемый фактор существования нашей Вселенной

Открытие X-лучей (1895) Wilhelm Conrad Roentgen

Открытие естественной радиоактивности (1896) α Antoine Henri Becquerel

Получение полония и радия (1898) Marie Curie

После открытия радиоактивности на рынке появилось множество новых товаров с волшебными свойствами: с радием выпускалось мороженое, чай, губная помада, зубная паста, кремы для волос, соли для ванн, костюмы, светящиеся 6 в темноте. . .

7

Radithor - средство для лечения желудка, психических заболеваний, для восстановления сексуальной энергии. . . Американский бизнесмен Байерс, выпивавший по одному пузырьку в день в течение четырех лет, умер от рака челюсти /почти полный распад лицевых костей/ 8

Открытие вредных эффектов радиации • Первые сообщения о местных лучевых поражениях (1896) и лучевом раке кожи (1902) • Первые сообщения о радиационной стерильности (1903) и лучевых лейкозах (1911) • 1920 -е: случаи саркомы среди художников • 1930 -е: рак печени и лейкозы от инкорпорации радионуклидов • 1940 -е: появление лейкозов среди пионеров радиобиологии

Применение атомного оружия в Японии (1945) Хиросима, 6. 08. 1945 Нагасаки, 9. 08. 1945

Радиационные аварии и катастрофы Гойания, Бразилия (1987) Чернобыль, СССР (1986)

Радиационные поражения от инкорпорации радионуклидов Гойания, Бразилия (1987) Зараженная РВ территория – 4 000 м 2 249 пораженных (137 Cs) людей, 129 – с инкорпорацией РВ, 4 – погибли 12

АЭС Фукусима 11 марта 2011 года 13

Опасность использования радиоактивных веществ в террористических целях After September 11 th, growing apprehension that by shrouding a core of conventional explosives around a radioactive source….

Свойства ионизирующих излучений

Что такое ионизирующие излучения? ионизирующие излучения Косми Гамма Рентген ческое Ультра- Видимый Инфрафиолет свет красный Увеличение частоты Уменьшение длины волны Микро- Радиоволны Уменьшение частоты Увеличение длины волны

Какова природа ионизирующих излучений ? Энергия испускается из атома в виде волны или частицы

Физические основы действия ионизирующих излучений Возбуждение: Ионизация: энергия ~ 10 -12 э. В энергия > 34 э. В

Типы и виды ионизирующих излучений Корпускулярные излучения электроны и позитроны (β-частицы), мезоны, протоны, дейтроны, ядра гелия (α -частицы), тяжелые ионы – ускоренные заряженные частицы, имеющие массу и большую кинетическую энергию нейтроны – электрически нейтральные частицы с большой кинетической энергией Электромагнитные излучения рентгеновское и гамма-излучение – энергия электромагнитного поля, которая распространяется в пространстве со скоростью света

Проникающая способность ионизирующих излучений альфа бета гамма

Возможные виды радиационного воздействия

Подходы к измерению ионизирующих излучений

Экспозиционная доза (Х) – это суммарный заряд частиц с электрическим зарядом одного знака, образовавшихся в единичном объеме воздуха вследствие его ионизации излучением: Х = d. Q / dm где: d. Q – суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образованных фотонами излучения в малом объеме пространства, dm – масса воздуха в этом объеме 1 Кл/кг = 3876 Р 1 Р = 2, 58 10 -4 Кл/кг

Поглощенная доза (D) – это количество энергии, переданной излучением единичной массе вещества: D = d. E / dm, dm 0 1 Гр = 1 Дж/кг; 1 рад = 10 -2 Гр Если поглощенная доза распределяется в каком-то одном участке тела – локальное (или местном) облучение. Если облучению подвергается все тело или большая его часть – тотальное (или общее) облучение. Вариантами тотального облучения являются равномерное (неравномерность по дозе на отдельные части тела не превышает 10 %) и неравномерное облучение

Эквивалентная доза (H) – это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения: H=D Q где: D – поглощенная доза в данной точке ткани, а Q – средний коэффициент качества излучения, который устанавливается для каждого вида излучения в зависимости от его коэффициента ЛПЭ 1 Зв = 100 бэр Для рентгеновского, - и -излучений 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Гр При кратковременных лучевых воздействиях: H = D ОБЭ где: Н – эквивалентная доза, бэр; D – поглощенная доза, рад; ОБЭ – коэффициент относительной биологической эффективности

Относительная биологическая эффективность различных видов ионизирующих излучений для клеток Вид ионизирующего излучения Рентгеновское (180 -250 к. В) Коэффициент ОБЭ 1 Гамма кванты 1 β-частицы 1 Нейтроны медленные 3 Нейтроны быстрые 10 α-частицы 20

Доза эффективная Эффективная доза (E) – это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности, Зв Коллективная эффективная доза (E) – это мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения, равная сумме индивидуальных эффективных доз, чел. -Зв

Мощность дозы (P) (экспозиционную, поглощенную или регистрируемая за единицу времени. – это доза эквивалентную), Непосредственно измеряют, как правило, мощность экспозиционной дозы. Ее единицей в системе СИ является Кл/(кг с). Весьма часто пользуются внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы – Р/час и ее производными (м. Р/час, мк. Р/час)

Количество радиоактивных веществ В основу измерения количеств радиоактивных веществ положено свойство радиоактивности, то есть способности к испусканию ионизирующих излучений. В системе СИ за единицу радиоактивности принят 1 распад в секунду (Бк), а традиционной единицей является кюри (Ки). Активность, отнесенная к единице объема или единице массы зараженного радионуклидами вещества, называется удельной активностью вещества, Бк/кг или Бк/м 3. Активность, приходящаяся на единицу площади зараженной радионуклидами поверхности, называется плотностью поверхностного заражения Бк/м 2 (Ки/м 2 или расп. /мин. см 2)

Источники радиационного воздействия на человека

Основные источники ионизирующих излучений 1 3 4 5 Естественный радиационный фон (70%) 2 3 2 1 Облучение в медицинских целях (29%) Испытательные ядерные взрывы (0, 3%) 4 Профессиональное облучение (0, 06%) 5 Выработка ядерной энергетики (0, 006%)

Дозовые нагрузки от естественных источников радиации Air Космические лучи - 0. 3 м. Зв Радон – до 2 м. Зв Земная радиация - 0. 3 м. Зв Продукты питания - 0. 4 м. Зв

Земная радиация: внешнее и внутреннее облучение Возможные пути поступления радионуклидов Калий-40 Уран-238 Радон-222 Рубидий-87 Торий-232 Радон-220

Зоны повышенного радиационного фона

Космическое излучение: внешнее облучение 15 км 10 мк. Зв/ч 10 км 5 мк. Зв/ч 7 км 1 мк. Зв/ч Гималаи Москва 1 км 0, 1 мк. Зв/ч Уровень моря 0, 03 мк. Зв/ч

Продукты питания, вода, воздух: внутреннее облучение Калий-40 Уран-238 и продукты его распада Свинец-210 Полоний-210

Уровни естественного радиационного фона в Европе Естественный радиационный фон в европейских странах составляет 2. 0 - 4. 0 м. Зв в год

Источники ионизирующих излучений, использующиеся в медицине Медицинская процедура Доза излучения, м. Зв Флюорография грудной клетки 0, 1 – 1, 0 Ортопантография 0, 5 – 5, 0 Рентгеноскопия грудной клетки 10 Рентгеноскопия брюшной полости 15 Лечение злокачественных опухолей до 5 000

Стадии действия ионизирующих излучений Физическая Поглощение энергии излучения; образование возбужденных и ионизированных атомов и молекул 10 – 16 – 10 – 15 с Физикохимическая Перераспределение поглощенной энергии внутри молекул и между ними, образование свободных радикалов 10 – 14 – 10 – 11 с Химическая Реакции между свободными радикалами и между ними и интактными молекулами. Образование широкого спектра молекул с измененными структурой и функциональными свойствами 10 – 6 – 10 – 3 с Биологическая Последовательное развитие поражения на всех Секунды уровнях биологической организации: – годы от субклеточного до организменного. Развитие процессов биологического усиления и репарационных процессов

Прямое действие радиации Ионизирующее излучение + RH R- + H +

Радиолиз молекул воды H-O-H H+ + OH- (ионизация) H-O-H H 0+OH 0 (образование свободных радикалов)

Схема радиолиза воды Н 2 О + h Н 2 О+ + е. Н 2 О + h Н 2 О* Но + НОо о - е. Н 2 О + е Н + НОгидр - Н О* Но + ОНо Н 2 О + е 2 + + ОНо Н 2 О Н - + Н + Но е + + ОН- Н О + ОНо Н 2 О 2 + + Н О+ + ОНо Н 2 О 2 3 + + е- Н О + Н о Н 3 О 2 Гидроксильный радикал ОНо – сильнейший окислитель Радикал водорода Но и е-гидр – сильные восстановители

Реакции с участием свободных радикалов H 0 + OH 0 H 2 O H 0 + H 0 H 2 OH 0 + OH 0 H 2 O 2 RH + OH 0 R 0 + H 2 O RH + H 0 R 0 + H 2 R 0 + OH ROH R 0 + H RH R 0 + O 2 ROO 0 + RH ROOH + R 0

Влияние кислорода на свободные радикалы Кислород модифицирует реакции свободных радикалов, в результате чего образуются новые свободные радикалы с более высокой стабильностью и более продолжительным временем существования H 0 + O 2 HO 20 (гидропероксид-радикал) R 0 + O 2 RO 20 (органический пероксид-радикал)

Непрямое действие радиации P+ O H X ray e- H OHH+ Ho OHo

Реакции клеток на облучение ЛЕТАЛЬНЫЕ РЕПРОДУКТИВНАЯ ФОРМА ГИБЕЛИ РАДИАЦИОННЫЙ БЛОК МИТОЗОВ ИНТЕРФАЗНАЯ ФОРМА ГИБЕЛИ НЕКРОЗ (нейроны) НЕЛЕТАЛЬНЫЕ АПОПТОЗ (лимфоциты) НЕЛЕТАЛЬНЫЕ МУТАЦИИ НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ

Правило Бергонье и Трибондо Наибольшей радиочувствительностью (радиопоражаемостью) обладают: Ø активно пролиферирующие (делящиеся) клетки Ø малодифференцированные (не специализированные по структуре и функции) клетки

Радиочувствительность тканей Костный мозг Высокая радиочувствительность • Лимфоидная ткань • Костный мозг • Эпителий ЖКТ • Гонады • Эмбрион Кожные покровы Средняя радиочувствительность • Кожные покровы • Эндотелий сосудов • Легкие • Почки • Печень • Орган зрения (глаз) ЦНС Низкая радиочувствительность • Центральная нервная система • Мышцы • Костная ткань • Соединительная ткань

Классификация радиобиологических эффектов По значению для судьбы облученного организма Патологические Горметические По возможности наследования Соматические Генетические По срокам проявления Ближайшие Отдаленные Общие (тотальные) Местные (локальные) По локализации По характеру связи с дозой облучения Детерминированные Стохастические

Зависимость формы радиационного поражения от условий облучения Острое общее внешнее облучение Острая лучевая болезнь Острое местное облучение Местные лучевые поражения Хроническое облучение Хроническая лучевая болезнь Сочетанное облучение Сочетанные радиационные поражения Комбинированное радиационное воздействие Комбинированные радиационные поражения

Клинические проявления радиационных поражений Ближайшие (только детерминированные) Местные Общие Радиационные поражения отдельных органов, тканей, участков тела Острая лучевая реакция Острая лучевая болезнь Отдаленные Детермини- Стохастические рованные Хроническая лучевая болезнь Лучевая катаракта Тератогенные эффекты Лейкемия Рак Генетические эффекты

Конечный радиационный эффект зависит от: • • • Величины поглощенной дозы Вида излучения Расположения источника излучения Распределения дозы во времени Распределения дозы в объеме тела

Острая лучевая болезнь (острый лучевой синдром) – это нозологическая форма, возникающая в результате острого внешнего относительно равномерного гамма- или гамма-нейтронного облучения всего организма или большей его части в дозе, превышающей 1 Гр

Критический орган (ткань) Критическим называется орган (ткань), поражение которого в данном диапазоне доз определяет клиническую симптоматику и исход радиационного поражения всего организма 1 – 10 Гр – костный мозг 10 – 20 Гр – эпителий тонкого кишечника более 50 Гр – центральная нервная

Клинические формы и степени тяжести острой лучевой болезни от внешнего облучения Доза облучения, Гр Клиническая форма 1– 2 Костномозговая Степень тяжести Смертность, % Сроки гибели Легкая – – 2– 4 Средняя 5 40 – 60 4– 6 Тяжелая 50 30 – 40 6 – 10 Крайне тяжелая 95 11 – 20 10 – 20 Кишечная 100 8 – 16 20 – 50 Токсемическая 100 4– 7 100 1– 3 более 50 Церебральная

Периоды течения острой лучевой болезни • Период общей первичной реакции на облучение • Скрытый период или период мнимого благополучия • Период разгара • Период восстановления • Период остаточных явлений • Период отдаленных последствий

Основные синдромы периода общей первичной реакции на облучение • Диспептический синдром: анорексия, тошнота и рвота (0, 5 – 1 Гр), диарея (4 – 6 Гр) • Астеновегетативный синдром: слабость и повышенная утомляемость (1 – 2 Гр), головная боль (4 – 6 Гр), головокружение (6 – 8 Гр), гипертермия (8 – 10 Гр)

Механизмы формирования эметического синдрома • Центральный механизм: активация хеморецепторной триггерной зоны рвотного центра биологически активными веществами, поступающими из облученных тканей (биогенные амины, регуляторные пептиды и др. биорегуляторы) • Периферический или рефлекторный механизм: раздражение периферических рецепторных эметогенных зон, локализованных, главным образом, в органах пищеварительного тракта

Клинические проявления общей первичной реакции при облучении в различных дозах 1 – 2 Гр Начало Рвота Диарея Продолжительность 2 – 4 Гр 4 – 6 Гр более 6 Гр 2 ч 1– 2 ч 0, 5 – 1 ч 5 – 20 мин однократная повторная многократная неукротимая нет может быть есть 1– 3 ч до 1 сут до 2 сут более 2 – 3 сут

Основные синдромы периода разгара • • Панцитопенический синдром Синдром инфекционных осложнений Геморрагический синдром Диспептический синдром Токсемический синдром Синдром лучевой алопеции Кахексический синдром и др.

Панцитопенический синдром Нормальное состояние После облучения

Кишечный синдром Развивается после облучения в дозах 10 – 20 Гр Критической тканью является эпителий тонкого кишечника

Периоды течения кишечной формы острой лучевой болезни • НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД: тошнота, рвота, анорексия, прогрессирующая общая слабость, гиподинамия, диарея, снижение АД, эритема, высокая температура тела, боли в животе, миалгии, артралгии, головные боли • ЛАТЕНТНЫЙ ПЕРИОД: кратковременное, не более 3 сут, улучшение общего состояния, однако проявления заболевания полностью не исчезают • ПЕРИОД РАЗГАРА: резкое ухудшение состояния, диарея, повышение температуры тела до 39– 40 0 С, анорексия и атония желудка, нарушение процессов всасывания в кишечнике, быстрое снижение массы тела, обезвоживание, интоксикация, эндогенное инфицирование, агранулоцитоз, геморрагии на слизистой желудка и кишечника

Церебральный лучевой синдром • Развивается после облучения в дозах свыше 50 Гр • Начинается с развития синдрома ранней преходящей недееспособности, патогенез которого определяется усиленной утилизацией АТФ в реакциях поли-АДФ-рибозилирования (метаболические расстройства) • В дальнейшем подключаются гемодинамические расстройства • Гибель пострадавших наступает на 1 – 3 сут в 100 % случаев

Местные лучевые поражения возникают при локальном или неравномерном облучении Являются наиболее часто встречающимся видом лучевой патологии Сопровождают около половины случаев острой лучевой болезни человека

Классификация местных лучевых поражений • Местные лучевые поражения кожных покровов (лучевые дерматиты) – ранние и поздние проявления • Местные лучевые поражения слизистых оболочек (лучевые мукозиты, лучевые эпителииты) – лучевой орофарингеальный синдром

Эпидермис как пример системы клеточного обновления Стволовой пул Базальный слой Пул пролиферации Шиповатый слой Пул созревания Зернистый слой Элеидиновый слой Функциональный пул Роговой слой Полный цикл обновления клеток эпидермиса составляет от 5 -7 до 14 -21 суток Время прохождения эпителиоцитов от базального слоя до поверхности эпидермиса составляет от 1 -2 до 3 -6 недель

Периоды течения местных лучевых поражений кожи • • • Первичная эритема Скрытый период Период разгара Период разрешения процесса Период последствий лучевого ожога

Степени тяжести местных лучевых поражений кожи • Острый лучевой дерматит I степени тяжести (эритематозный дерматит) - облучение в дозах 8 -12 Гр • Острый лучевой дерматит II степени тяжести (экссудативная или буллезная форма дерматита, влажный эпидермит) - облучение в дозах 12 -30 Гр • Острый лучевой дерматит III степени тяжести (язвенный дерматит) - облучение в дозах 30 -50 Гр • Острый лучевой дерматит IV степени тяжести (дерматит с явлениями некроза) – облучение в дозах 50 Гр и выше

Клиническая картина острого лучевого дерматита средней степени тяжести

Клинический исход острого лучевого дерматита средней степени тяжести

Лучевой орофарингеальный синдром – это радиационное поражение слизистых оболочек полости рта, глотки и гортани, возникающее при гамма- или гамма-нейтронном облучении области головы и шеи в дозах свыше 5 -7 Гр Поражение всех отделов ротоносоглотки развивается после облучения в дозах свыше 10 Гр При облучении в дозах свыше 15 Гр лучевой орофарингеальный синдром является причиной летального исхода в 50 % случаев

Клиническая картина острого лучевого дерматита средней степени тяжести

Сочетанные радиационные поражения это вид поражений, который является результатом одновременного или последовательного воздействия внешнего излучения, аппликации на кожу и слизистые оболочки радионуклидов, их поступления внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, а также раневые и ожоговые поверхности Чернобыль,

Особенности сочетанных радиационных поражений • более выраженная первичная реакция на облучение • нарушение “классической” периодизации острого лучевого костномозгового синдрома • деформация динамики панцитопенического синдрома за счет разнонаправленного действия бета- и гамма-излучения на кроветворение • более ранние и выраженные проявления эндогенной интоксикации, геморрагического синдрома, нарушение функций сердечно-сосудистой, эндокринной и центральной нервной систем • увеличение частоты поздних летальных исходов у тяжелопораженных • длительный клинический период выздоровления • повышение риска отдаленных последствий облучения

Комбинированные радиационные поражения Хиросима, 6. 08. 1945 Нагасаки, 9. 08. 1945 это вид поражений, возникающий при одновременном или последовательном воздействии на организм ионизирующих излучений и поражающих факторов нелучевой этиологии

Особенности комбинированных радиационных поражений • наличие у пострадавшего признаков двух или более патологий • преобладание одного, более тяжелого и выраженного в конкретный момент патологического процесса, так называемого “ведущего компонента” • взаимовлияние (взаимное отягощение) нелучевых и лучевых компонентов, проявляющееся в виде более тяжелого течения патологического процесса, чем это свойственно каждому компоненту в отдельности

Периоды течения комбинированных радиационных поражений • Острый период или период первичных реакций на лучевые и нелучевые травмы • Период преобладания нелучевых компонентов • Период преобладания лучевого компонента • Период восстановления

Клиническая картина комбинированных радиационных поражений Женщина и мальчик, находившиеся в 2 км от эпицентра ядерного взрыва в Нагасаки

Отдаленные последствия облучения • Неопухолевые последствия облучения • Канцерогенные эффекты облучения • Сокращение продолжительности жизни

Неопухолевые последствия облучения • Функциональные расстройства регуляторных систем (астеноневротический синдром, дистония и т. п. ) вегето-сосудистая • Гиперпластические процессы (гиперплазия тканей щитовидной железы и т. п. ) • Склеротические процессы • Лучевая катаракта

Сокращение продолжительности жизни Радиационное воздействие приводит к сокращению продолжительности жизни на 5 -6 % от средней видовой продолжительности жизни на каждый зиверт эквивалентной дозы общего однократного облучения. 82

Радиационный канцерогенез относится к числу стохастических эффектов. Основной причиной злокачественной трансформации облученной клетки являются нелетальные повреждения генетического материала или повышение нестабильности ядерной ДНК. Вероятность возникновения опухоли в результате радиационного воздействия оценивается как один дополнительный случай на 20 человек, облученных в дозе 1 Гр. Относительный риск возникновения злокачественных новообразований в течение всей жизни выше для облученных в детстве. 83

Отдаленные канцерогенные эффекты облучения Все другие виды раковых заболеваний Лейкозы 0 10 20 30