Актуальность проблемы. Ионизирующее излучение – это такой вид энергии, которая высвобождается атомами в форме электромагнитных волн или частиц. Человек подвергается воздействию ионизирующих излучений во многих сферах деятельности, поэтому очень важно изучать свойства и влияние их на организм человека, так как они обладают высокой проникающей способностью. Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями, поэтому стоит обращать внимание на их проникающую способность. Последствия ионизирующего излучения для здоровья бывают различными. Радиационное повреждение тканей и/или органов будет зависеть от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, поэтому стоит придерживаться норм и определенных пороговых значений. Изучение особенностей и свойств лучей позволяют избежать неприятностей, которые непосредственно могут возникнуть, при работе с ними и при взаимодействии с тканями и органами человека. Ионизирующее излучение используется как при диагностике, так и при лечении, но для их безопасного применения необходимо учитывать свойства каждого из излучений, которые определяют взаимодействие с организмом.

Цели и задачи исследования. Изучить различные варианты воздействия ионизирующих излучений, их общие и отличительные  свойства, дозы, при которых происходит биологическое воздействие, глубину проникновения в ткани, а также чувствительность различных тканей организма при взаимодействии с заряженными частицами.

Материалы и методы исследования. Был проведен анализ взаимодействия некоторых видов ионизирующих излучений, ссылаясь на научную литературу, которая дает возможность изучить в полном объеме теоретические аспекты, касающиеся данной темы. Обзор литературных источников является важной частью анализа, который используется для изучения ионизирующих излучений, применяемых в диагностике и лечении.

По вопросу характеристики и физическим механизмам взаимодействия было рассмотрено учебное пособие «Физические методы визуализации в медицинской диагностике» 2019 г.

Общие принципы диагностики были описаны в методическом пособи Воронежской государственной медицинской академии им. Н. Н. Бурденко.

Много внимания уделено видам ионизирующего излучения и основным понятиям дозиметрии в книге «Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире» в разделе 3, в котором говорится, что важным свойством радиоактивности является ионизирующее излучение.

Полученные результаты.

1. Рассматривая и изучая характеристики видов ионизирующих излучений можно встретить как сходства, так и их отличия. Рентгеновские лучи в отличие от гамма-лучей имеют атомное происхождение, они образуется в возбужденных атомах.

Также у каждого излучения различная скорость частиц, отличаются энергия, длина пробега в воздухе и тканях, плотность ионизации в тканях.

α-излучения представляют собой поток относительно тяжелых частиц (ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов).

β-излучения – это поток бетта-частиц (электронов и позитронов), обладающих большей проникающей способностью в сравнении с альфа-излучением. Частицы имеют непрерывный энергетический спектр.

γ-излучение имеет внутриядерное происхождение и представляет собой довольно жесткое электромагнитное излучение с длиной волны 10^-8–10^-11 нм [1].

2. Доза ионизирующего излучения – это величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, ткани и живые организмы.

Поглощенная доза – показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества.

За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр).

1 Гр – (Дж/кг) это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 Гр=100 рад.

Видимые нарушения заметны, при воздействии определенных значений доз на организм человека.

До 0,250-1,0 Гр видимых нарушений не наблюдается; легкая степень лучевой болезни от 1,0-2,0 Гр (присутствует несильная тошнота, проходит в тот же день); средняя степень лучевой болезни от 2,0-4,0 Гр (проявляется через 1-2 часа, длится сутки. Рвота, слабость, недомогание); тяжелая степень лучевой болезни от 4,0-6,0 Гр (проявляется через 20-30 минут, многократная рвота, сильное недомогание, температура до 38); более 6,0 Гр-это крайне тяжелая степень лучевой болезни (наблюдается эритема кожи и слизистых, жидкий стул, температура выше 38); 6,0-10,0 Гр - переходная форма, исход непредсказуем; более 10,0 Гр – встречается крайне редко (летальный исход).

3. В клетке нет таких структур, которые не поражались бы при облучении. Клетки и ткани организма человека отличаются высокой ионизирующей чувствительностью. По современным представлениям, гибель клеток вызывается в первую очередь поражением ядерных структур – ДНК и ДНК-мембранного комплекса.

Различают два вида гибели клеток вследствие облучения – интерфазную и митотическую гибель.

Интерфазная гибель – это гибель клетки до вступления ее в фазу митоза, в большинстве случаев в первые час после облучения. Этот тип можно характеризовать расстройством всей метаболической организации клетки.

Митотическая (репродуктивная, пролиферативная) гибель возникает вследствие инактивации клетки, наступающий после облучения и после первого или последующих митозов. Поэтому этот вид гибели, при воздействии облучения в больших дозах может проявится через некоторое время (до нескольких суток) [2].

При облучении в дозах, принятых в лучевой терапии, н во всех клетках создаются условия, ведущие к их гибели.

Чувствительность органов и тканей у человека к ионизирующему излучению неодинакова. Это свойство принято называть относительной радиочувствительностью [2].

Более чувствительными к облучению являются кроветворная ткань, железистый аппарат кишечника, эпителий половых желез, кожи, хрусталик глаза. Поэтому вследствие облучения таких органов как селезенка, костный мозг, лимфатические узлы, гонады, тонкая кишка лучевые повреждения проявляются в большей степени.

Далее по степени радиочувствительности эндотелий, фиброзная ткань, паренхима внутренних органов, хрящевая ткань, мышцы, нервная ткань. Такая градация основана на сравнении морфологических проявлений лучевых поражений. Функциональные последствия облучения она отражает не в полной мере. Известно, что изменения функции нервной ткани наступает быстро и даже при относительно малых дозах облучения.

4. Реакции организма на облучение весьма разнообразны и определяются как действующим фактором излучением, так и свойствами самого организма.

Разделение одной и той же суммарной дозы на отдельные фракции и проведение облучения с перерывами ведут к уменьшению лучевого поражения, т.к. процессы восстановления, начинающиеся сразу после облучения, способны хотя бы частично компенсировать возникшее нарушение.

В зависимости от взаимодействия организма с излучением выделяют: внешнее, которое оказывает влияние на организм человека, также внутренне, которое является гораздо опаснее. Его вызывают альфа-, бетта-частицы. Гамма и рентгеновские лучи будут оказывать внешнее облучение.

Выводы.

Ионизирующее излучение широко используется в диагностике и лечении  различных заболеваний организма человека. Облучение выше определенных пороговых значений может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как радиационные ожоги или острый лучевой синдром, выпадение волос, покраснение кожи. Они будут более сильными, при более высоких дозах и более высокой мощности.

Сравнительный анализ видов ионизирующих излучений (рентгеновские лучи, α-лучи, β-лучи, γ-лучи) и взаимодействие их с организмом показал, как произвести выбор в пользу меньшего проникновения лучей в ткани организма, так как ионизирующая чувствительность у человека значительно высока.

1. Рентгеновские лучи в медицине применяются для диагностики большинства заболеваний органов и систем организма, а также для лечения онкологических, некоторых воспалительных и дегенеративно-дистрофических  заболеваний. В диагностике используются: рентгеноскопия, рентгенография, флюорография, рентгеновская компьютерная томография, а в рентгенотерапии выделяют короткофокусную и длиннофокусную.

Применение рентгеновских лучей основано на различной пропускной способности разных тканей организма и фиксации изображения на выходе. Исследования проводятся  по строгим показаниям и назначению врача с учетом периодичности, дозы и времени облучения, поэтому с использованием современного оборудования, в том числе цифровой техники, они не оказывают негативного воздействия на организм.

Рентгеновское излучение используется для лечения поверхностно расположенных объектов, т.к. на глубине до 5 см 100 % доза находится на поверхности, а на глубине 10 см остается только 30 % от дозы.

2. Альфа-терапия - вид лучевой терапии, основанный на использовании альфа-излучения. Облучение, при данном виде терапии может быть общим и местным, наружным и внутренним. Для общего и местного  облучения применяются радоновые процедуры (радоновые ванны, питье радоновой воды, вдыхание воздуха, обогащенного радоном, наложение радиоктивных аппликаторов и т.д.).

Проникающая способность альфа-лучей маленькая, так как альфа-частицы тяжелые и имеют большую массу. Используется для поверхностно расположенных объектов на глубине 10 см, полностью поглощается листом бумаги.

3. Бета-терапия – является одним из методов лучевой терапии, заключающийся в облучении патологического очага бета-частицами радиоактивных изотопов. Терапевтический эффект бета-терапии базируется на развитии биологической реакции в облученных β-частицами патологических тканях, в основе которой лежит гибель или потеря способности отдельных клеток к делению. В качестве источника излучения для проведения бета-терапии используются многочисленные радиоактивные изотопы, претерпевающие β-распад.

В зависимости от способа приложения источника β-излучения к патологическому очагу различают аппликационную, внутриполостную и внутритканевую Бета-терапию, которые должны проводиться в условиях соблюдения радиационной безопасности.    

Бета-лучи по размерам меньше, чем альфа - лучи, поэтому проникающая способность бета-лучей больше. Испускаемые частицы имеют непрерывный энергетический спектр, распределяясь по энергии от нуля до определенного максимального значения характерного для данного радионуклида. В биоткани поглощается до 15 мм. Одежда наполовину ослабляет их действие.         

4. Гамма-лучи используются при диагностике (радионуклидные методы, ПЭТ-КТ, ПЭТ-МРТ) и лечении опухолей, в том числе гамма-нож в радиохирургии. Облучение производится с помощью 201 источника радиоактивного кобальта. При  этом излучение от каждого из них в отдельности не оказывает повреждающего действия на мозг, но сходясь в одной точке они дают суммарное излучение достаточное для того, чтобы вызвать желаемый биологический эффект в онкологическом очаге.

Гамма-лучи обладают большой скоростью и высокой проникающей способностью, которая с легкостью проходит сквозь одежду и живые ткани организма. Используется для лечения глубоко расположенных объектов, т.к. на глубине 10 см еще остается 50 % от дозы на поверхности.

Применение в терапии альфа-, бета-, гамма-лучей обосновано следующими факторами: 1) биологическим действием ионизирующих излучений, т.е. их способностью вызывать функциональные и анатомические изменения тканей, органов и организма в целом, подавление способности роста и размножения клеток и тканей, и гибель тканевых элементов облученного органа. При этом степень повреждения прямо пропорциональна поглощенной дозе; 2) большей чувствительностью к воздействию излучений патологически измененных тканей (опухолевые, дистрофические, при воспалительном процессе и др.); 3) ответной реакцией организма, его органов и тканей на облучение.

Защита от ионизирующего излучения является очень важной и неотъемлемой частью, при работе с ними, т. к. нельзя подвергать жизнь человека угрозе получения сильного облучения. Она заключается в осуществлении ряда мероприятий: сокращение продолжительности работы в зоне излучения, полная автоматизация технологического процесса, увеличение расстояния, использование манипуляторов и т. д.

Практическое значение работы состоит в изучении и проведении анализа взаимодействия с организмом некоторых видов ионизирующих излучений, которое показывает, что очень важно соблюдать все меры предосторожности, при работе с излучениями  и важна осведомленность со всеми аспектами, касающимися их.