8 (812) 640-55-31

Каталог товаров

Каталог услуг

Ионизирующее излучение и его воздействие на организм человека

Сергеев Е.А.

На собрании Вюрцбургского физико-медицинского общества 28 декабря 1895 года ректор Вюрцбургского университета 50-летний Вильгельм К. Рентген впервые сообщил о новом роде лучей, открытых им 8 ноября 1895 года, а также о первых результатах исследования их свойств.

Он установил, что вакуумная трубка, обернутая в черную бумагу, при включении высокого напряжения испускала неизвестные ранее лучи, которые засвечивали фотоматериалы (также завернутые в черную бумагу) и заставляли светиться флюоресцирующие вещества. Лучи проходили не только через бумагу, но и через книгу, деревянный ящик и листовой алюминий.

Что произвело наиболее сильное впечатление — он увидел изображение скелета своей руки, помещенной между трубкой и флюоресцирующим экраном. Фотоснимок руки определил будущую блестящую судьбу рентгеновских лучей в медицине.

Пожалуй, ни до, ни после Рентгена ни одно физическое открытие не вызвало столь мощного резонанса во всем мире.

Вначале была неизвестна опасность рентгеновского излучения, и врачи работали без каких бы то ни было мер защиты. Поэтому очень часты были лучевые травмы. Сотни людей, работающих с рентгеновскими лучами, стали в первые десятилетия жертвами лучевой болезни. Так как лучи на первых порах применяли без проверенной опытом точной дозировки, рентгеновское излучение нередко становилось губительным и для больных.

Для лучшего понимания сути рентгеновского (ионизирующего) излучения необходимо обратиться к ядерной физике, занимающейся микромиром, поскольку мы имеем дело с очень маленькими величинами энергий, масс и зарядов рассматриваемых частиц.

Ионизирующем излучением называют такое излучение, при прохождении которого через вещество образуются ионы разных знаков (заряженные частицы), т.е. происходит ионизация вещества. В свою очередь ионизацией является процесс отрыва одного или нескольких электронов от атома.

Атом, потерявший электроны, называется положительно заряженным ионом, а электроны, оторвавшиеся от атома — отрицательно заряженные ионы.

Если же проходящая через биологическую ткань ядерная частица или квант вызывают ионизацию атомов, то соответствующая живая клетка оказывается дефектной.

Любое изменение в облучаемом объекте, вызванное ионизирующим излучением, называется радиационно-индуцированным эффектом. Крайний пример вредных последствий облучения — это лучевое поражение организма в результате чрезмерных доз ионизирующей радиации.

Следствием сложного строения живого организма является неоднозначность отклика на действие ионизирующего излучения — в одном и том же облучаемом объекте может возникнуть множество разных эффектов. Например, в живой клетке могут наблюдаться разрывы молекул нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), хромосомные нарушения, изменение нормальной процедуры деления клетки, наконец, гибель клетки — и все эти неблагоприятные последствия проявляются вместе или порознь. Одним словом, поглощенная энергия ионизирующих излучений способна «запускать» целую цепочку заранее неизвестных событий, расстраивающих тонкий механизм жизнедеятельности. При этом первичными физическими процессами, играющими роль спускового крючка для разнообразных нарушений, служит ионизация атомов облучаемого вещества.

Как правило, изучают два вида эффектов биологического действия ИИ на человека: детерминированные и стохастические (Табл. 1).

Детерминированные (пороговые) Клинически выявляемые эффекты с дозовым порогом ниже которого эффект отсутствует, а выше — тяжесть заболевания напрямую зависит от дозы. Д≥0,5 Гр (500 мЗв для рентгеновского излучения)
Стохастические (беспороговые) Эффекты, не имеющие дозового порога, вероятность проявления которых зависит от дозы, а тяжесть заболевания не зависит от дозы; могут проявляться при любых дозах, в т.ч. через несколько лет.

Табл. 1 Детерминированные и стохастические эффекты.


В медицинской практике, например, принято рассматривать исключительно стохастические эффекты, используя эффективную дозу облучения пациента при оценке вероятности проявления негативных последствий для организма человека. Для возникновения детерминированных эффектов мощности излучения медицинских рентгеновских аппаратов недостаточно, что видно из дозового порога в 500 мЗв (Табл.1). Приведу пример: один панорамный снимок на высококачественном современном цифровом оборудовании для стоматологических панорамных снимков дает в среднем 0,005 — 0,030 мЗв на пациента, а годовой предел для персонала, работающего непосредственно с аппаратом — 20 мЗв. То есть клинически выявляемые — быстрые последствия не наступят, но это не означает, что можно халатно относиться к использованию рентгеновского оборудования. Необходимо помнить о стохастических эффектах, т.е. деятельность в части эксплуатации рентгеновских источников должна быть направлена на снижение эффективных доз облучения персонала и населения, что равносильно снижению вероятности проявления отдаленных негативных последствий для организма.

Так что же такое рентгеновское излучение? Это особый вид ионизирующего излучения, получаемый (генерируемый) при помощи рентгеновской трубки. Конструкции таких трубок могут сильно различаться в зависимости от мощности и назначения рентгеновского аппарата, но, главное, в любой трубке присутствуют анод и катод. В упрощенном виде рентгеновскую трубку можно представить следующим образом:

Рис. 1 Схематичное изображение рентгеновской трубки.X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод, С — теплообменник, U_h — напряжение накала катода, U_a— ускоряющее напряжение, W_in— впуск водяного охлаждения, W_out — выпуск водяного охлаждения.


Анод рентгеновской трубки подвергается воздействию потока электронов от катода и, как следствие, происходит перемещение электронов в атомах материала анода с одной оболочки на другую — более отдаленную от ядра, но электрон при этом не покидает пределы атома, а получает энергию от прошедшей мимо частицы. Впоследствии перешедший электрон возвращается обратно на свою оболочку и испускает фотон (квант энергии).

Интересующее нас рентгеновское излучение, по своей сути, является фотонным излучением, наравне с видимым светом, ИК и УФ — излучением, а также гамма-излучением, мощность дозы в воздухе которого мы обычно слышим в сводках радиационной обстановки того или иного района.

Для сравнения приведу значения энергий некоторых фотонных излучений (Табл. 2).

Фотонное излучение Энергия Тип излучения
Видимый свет 2,5±1 эВ Не ионизирующее
Рентгеновское излучение 1 000 ÷ 400 000 эВ Ионизирующее
γ-излучение 10 000 ÷1×10⁷ эВ Ионизирующее

Табл. 2 Энергия рентгеновского излучения, в среднем, в десятки тысяч раз больше энергии светового излучения.