Детерминированные и стохастические эффекты действия ИИ на организм

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

 

УО «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

 

 

 

Дисциплина радиационной и экологической медицины 
Кафедра общей гигиены и экологии 
 

 

Контрольная самостоятельная работа 
на тему: «Детерминированные и стохастические эффекты действия ИИ на организм. Пороги детерминированных эффектов у взрослого и детского населения»

 

 

 

подготовила студентка 2 курса 19 группы  
лечебного факультета

Жагорова Анастасия

 

2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………3

Детерминированные эффекты облучения………………………………………..5

Стохастические эффекты облучения……………………………………………..7

Пороги детерминированных эффектов…………………………………………11

Заключение……………………………………………………………………….12

Список использованных источников…………………………………………...13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Проблема ионизирующего излучения (ИИ) была и остаётся наиболее сложной, имеющей не только радиобиологическое, но и социально-экономическое значение. Растительные и животные организмы в процессе эволюции жизни на Земле подвергаются постоянному внутреннему и внешнему облучению от естественных источников радиации. Общая доза внешнего и внутреннего облучения человека равна в среднем 1 мЗв/год. В отдельных регионах с повышенным содержанием радионуклидов в Земной коре и на больших высотах доза превышает среднюю в 10 и более раз.

     В результате  антропогенного радиоактивного  загрязнения повысился радиационный  фон Земли, основным источником  которого стали испытания ядерного  оружия и выбросы предприятий  атомной энергетики. Естественно  повысились и дозы облучения  населения. Широкое использование  ИИ в народном хозяйстве, медицине, науке, военном деле потребовало  регламентации облучения профессиональных  работников и населения.

     Облучение  от антропогенных источников  ИИ, как и от естественных, носит  хронический комбинированный характер  – сочетание внешнего и внутреннего  облучения от радионуклидов, поступающих  в организм преимущественно с продуктами питания.

     Дозы облучения  населения от техногенных источников, в подавляющем большинстве случаев  можно отнести к категории  малых. Малыми дозами можно считать  дозы в 0,1 Зв и меньше с мощностью  дозы 0,1 Зв/год и меньше. По данным НКДАР при ООН (1982 г) дозы общего облучения населения Северного и Южного полушарий за счёт глобальных выпадений радионуклидов при испытаниях ядерного оружия оценены в 4,5 и 3,1 мЗв соответственно, а дозы облучения щитовидной железы в результате поступления в организм 131-135I составили в Северном полушарии у детей 12,1 мбэр, у взрослых 1,1 мбэр, в Южном полушарии соответственно 1,5 и 0,23 мбэр. Облучение населения в районах локальных выпадений радионуклидов было значительно большим. Так при испытаниях ядерного оружия на Семипалатинском испытательном полигоне (СИП) в отдельных населённых пунктах оно достигало 1-2 Гр. В подавляющем большинстве населённых пунктов дозы были существенно ниже и их можно также отнести к категории малых. Какова опасность облучения человека? Критерием опасности считают учащение случаев онкологических заболеваний и генетических нарушений по отношению к их спонтанному уровню. В экономическом плане число их не должно превышать риска их возникновения в благоприятных областях производства. Облучение человека может проявиться в форме детерминированных и стохастических эффектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ

 

Детерминированные эффекты облучения – клинически выявляемые вредные биологические эффекты облучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. То есть они возникают после гибели критического числа функциональных клеток в органах и тканях. Его клиническое проявление связано с организменными нарушениями в ближайший период после облучения (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.). Тяжесть поражения быстро нарастает с повышением дозы облучения. При этом органы и ткани по своей радиочувствительности существенно различаются. На тканевом уровне должно выполняться правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцирования составляющих ее клеток. Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут ткани, имеющие резерв активно размножающихся малодифференцированных клеток (кроветворная ткань, гонады, эпителий тонкого кишечника). Наименее радиочувствительными (наиболее радиоустойчивыми) будут высокоспециализированные малообновляющиеся ткани (мышечная, костная, нервная). Исключение составляют только лимфоциты.

     Детерминированные  эффекты достаточно хорошо изучены  при эпидемиологических наблюдениях  и экспериментальных исследованиях. Острое облучение в дозе 0,25 Гр  не приводит к заметным клинически  регистрируемым изменениям в  организме. При облучении в дозе 0,5-0,75 Гр регистрируют незначительные  изменения клеточного состава  крови и другие скоро проходящие изменения обмена, иммунитета и др., которые можно оценивать, как реакцию на облучение. Пороговой дозой, вызывающей острую лучевую болезнь (ОЛБ), принято считать 1 Гр и больше. ОЛБ лёгкой, средней и тяжёлой степени развивается при дозах облучения 1-2, 2-4, 4-6 Гр.

    

Примером детерминированного эффекта является эритема или покраснение кожи. Облучение низкими дозами ионизирующего излучения (ниже пороговой дозы) не вызовет покраснения кожи. Если доза возрастает до уровня, большего пороговой дозы, кожа покраснеет, таким же образом, как и у светлокожих людей возникает умеренный солнечный ожог. При дальнейшем увеличении дозы образуются волдыри (как при тяжелом ожоге), а еще большие дозы вызовут отмирание кожи и изъязвление.

Другие детерминированные эффекты являются результатом облучения отдельных органов и включают стерильность (временную или постоянную) и катаракту.

Эффект от дозы облучения отдельного человека зависит от биологических факторов (например, возраста и общего состояния здоровья), а также от химических факторов (например, содержание кислорода в биологических тканях). Поэтому среди населения существует некоторый диапазон чувствительности к радиации. Следовательно, пороговая доза в заданной ткани будет достигаться при более низких дозах у более чувствительных особей. По мере роста дозы у все большего количества людей будет проявляться эффект воздействия, вплоть до дозы, выше которой у всех облученных людей эффект проявится.

Детерминированные эффекты наиболее часто наблюдаются в случае высоких доз радиации, полученных в короткий период времени (то есть в случае острого облучения). Даже в случае контролируемого медицинского облучения, на рабочем месте высокие дозы не характерны. Следовательно, детерминированные эффекты имеют место только при аварийных ситуациях и не наблюдаются для облучений на рабочем месте.

 

 

 

 

 

 

 

СТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ

 

Иногда эффект облучения не убивает клетку, а изменяет ее определенным образом. В большинстве случаев это изменение не влияет на клетку, и не наблюдается заметных эффектов. Однако, существует вероятность, что повреждения могут затронуть систему управления клетки, вызывая затем более быстрое клеточное деление, чем обычно. Если поврежденная клетка начнет делиться таким образом, то будет образовываться все увеличивающееся количество ненормальных дочерних клеток. Если эти ненормальные клетки поражают нормальную биологическую ткань, они называются раковыми клетками и  их не контролируемое деление вызывает рак.

В отличие от детерминированных эффектов, количество радиоактивного облучения не влияет на тяжесть рака, оно влияет на вероятность его возникновения. Другими словами, облучение более высокими дозами может увеличить риск получения рака, но если рак проявился (безразлично была это высокая или низкая доза) тяжесть рака одинаковая.

Таким образом, стохастические эффекты облучения – вредные биологические эффекты облучения (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни), не имеющие дозового порога, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления не зависит от дозы. Оценка стохастических эффектов, главным образом канцерогенных, в настоящее время базируется на линейной беспороговой концепции (ЛБК). Считают, что ИИ независимо от дозы и мощности дозы являются абсолютно вредным фактором. Облучение в любой дозе, отличной от нуля, связано с риском возможного канцерогенного действия, проявляющегося в отдалённые сроки после облучения. Тяжесть стохастических эффектов таким образом не зависит от дозы. Вероятность их возникновения повышается с дозой, начиная с нуля, достигая даже 100 % с возрастанием дозы, а затем убывает вследствие гибели всё большего числа трансформированных клеток от облучения.

     Имеются данные медицинских наблюдений, свидетельствующие о высокой радиочувствительности зародыша/плода. При облучении в дозе 5-20 мГр отмечено возрастание выхода раков у детей до 15 лет. При облучении в детском возрасте в дозе 100 мГр возрастало число раков щитовидной железы. О высокой радиочувствительности щитовидной железы у детей свидетельствуют наблюдения за пострадавшими при аварии на ЧАЭС.

Отмечают более высокую радиочувствительность зародыша/плода и детского организма, что свидетельствует о необходимости дифференцированного подхода к установлению допустимых уровней ИИ для разных возрастных групп.

     Обширные материалы  экспериментальных исследований  получены на разных видах животных  с большим набором дозовых  нагрузок, условий облучения и  разнообразным набором используемых  тестов оценки последствий облучения. Исследования, как правило, характеризуются  точностью доз облучения и  причин гибели животных. Показано, что лишь при превышении определённого  порога наблюдается статистическая  достоверность гибели животных. Статистически значимые величины  доз выхода разных типов опухолей  у разных видов животных существенно  различаются. Наиболее низкое значение  у самок для раков грудных  желёз и яичников – 0,2-0,5 Гр.

     Оценить опасность  облучения в малых дозах в  условиях действия на организм  животных других негативных агентов  физической, химической и биологической  природы, которые по силе могут  превосходить эффект облучения, крайне сложно. Исключить действие  этих агентов невозможно. Для  статистически значимого установления  зависимости при малых дозах  требуется для экспериментов  огромное количество животных, а  при эпидемиологических наблюдениях  соответственно людей, что практически  невозможно. Для установления дозовой  зависимости обычно прибегают  к экстраполяции с больших  и промежуточных доз на малые. Результаты в значительной мере  зависят от выбора математической  модели по усмотрению каждого  исследователя. Дозовая зависимость  обычно аппроксимируется от начала  координат, хотя реальное расположение  точек часто указывает на наличие  порога. При таком подходе завышается риск неблагоприятных исходов облучения, ибо остаётся неясным, будет ли ответная реакция организма на облучение в малых дозах такой же, как и при больших.

 Поглощение любой дозы ИИ сопровождается процессами ионизации и возбуждения атомов и молекул с последующим образованием биологически активных радикалов. Считают, что даже одна повреждённая клетка может быть источником стохастического эффекта, т.е. возможен моноклоновый характер развития опухоли в условиях нормального функционирования иммунной системы организма.

     Многие исследователи  считают, что для стохастических  эффектов существует порог. Вредное  действие ИИ начинает проявляться  после его превышения. Для обоснования  концепции выдвигаются не только  теоретические соображения, но и  материалы эпидемиологических наблюдений  и экспериментальных исследований. Приведём некоторые из них:

• жизнь на Земле продолжает эволюционировать в условиях постоянного воздействия естественного радиационного фона – космических и земных ИИ;
• не произошло накопление генетического груза в растительных и животных организмах, включая человека, не совместимого с их существованием в процессе смены бесчисленного количества поколений;
• на Земле имеются районы (Индия, Бразилия, Китай, Иран, Франция, Кавказ и др.), где естественный радиационный фон в 10 и более раз превышает среднеземной (» 0,1 бэр/год). Многочисленные комплексные медицинские исследования не выявили нарушений в состоянии здоровья местного населения по сравнению с регионами со среднеземным уровнем ЕРФ, в том числе по таким показателям, как уровень онкологической заболеваемости, состояние репродуктивного здоровья и др.
• радиация в больших дозах подавляет репликацию ДНК и пролиферацию клеток. Имеется много данных, полученных в опытах на животных и растениях, что малые дозы стимулируют клеточную пролиферацию (явление гормезиса). Повышается жизненная активность и плодовитость животных, улучшается состояние их здоровья, удлиняется продолжительность жизни, а предпосевное облучение семян повышает урожайность. Явление гормезиса можно связать со снижением эффекта спонтанных повреждений ДНК, действием свободных радикалов, перестройкой клеточных мембран. Вредное действие радиации проявляется лишь после превышения определённого порога, что вписывается в общебиологический закон Арндта-Шульца и правило Парацельса – нет ядов и лекарств, их делают только дозы;
• в организме человека в процессе эволюции выработались мощные системы защиты. Биота адаптировалась к слабому действию ИИ. Выработалась и генетически закрепилась система восстановления и элиминации повреждённых молекул и клеток (репарация повреждений ДНК, мембран, регуляция межклеточных отношений, апоптоз и др.).

    Существует мнение, в основе которого лежат эпидемиологические  наблюдения, экспериментальные и  теоретические исследования, что  радиация в малых дозах при  низкой мощности дозы является  необходимым фактором жизни на  Земле. Американский учёный Б.Коэн провёл обширные исследования влияния содержания радона (газообразного нуклида) в жилых помещениях на смертность жителей от рака лёгких. Выборка составила около 200 млн. человек (80 % населения США). Концентрация радона в помещениях была от 20 до 250 Бк/м3. Выяснилось, что у жителей с более высокой концентрацией радона в помещениях смертность от рака лёгких была ниже, чем у жителей с более низкой концентрацией. Очевидно, что защита от радона связана со стимуляцией образования соответствующих ферментов репарации ДНК, повреждённых не только радиацией, но и другими вредными агентами, широко распространёнными во внешней среде.