Войти
Радиобиология (также известная как радиационная биология и редко как актинобиология ) - это область клинических и фундаментальных медицинских наук, которая включает изучение действия ионизирующего излучения на живые существа, особенно воздействие радиации на здоровье . Ионизирующее излучение, как правило, вредно и потенциально смертельно для живых существ, но может иметь преимущества для здоровья при лучевой терапии для лечения рака и тиреотоксикоза. Наиболее частым его воздействием является индукция рака с латентным периодом лет или десятилетий после воздействия. Высокие дозы могут вызвать визуально драматические лучевые ожоги и / или быструю смерть в результате острого лучевого синдрома. Контролируемые дозы используются для медицинской визуализации и лучевой терапии.
В целом ионизирующее излучение вредно и потенциально смертельно для живых существ, но может быть полезно для здоровья при лучевой терапии для лечения рака и тиреотоксикоза.
Наиболее неблагоприятные последствия для здоровья от радиационного воздействия могут быть сгруппированы в две общие категории:
Некоторые эффекты ионизирующего излучения на здоровье человека являются стохастическими, что означает, что их вероятность возникновения увеличивается с дозой, а степень тяжести не зависит от дозы. Рак, вызванный излучением, тератогенез, снижение когнитивных функций и болезнь сердца - все это примеры стохастических эффектов.
Его наиболее частым воздействием является стохастическая индукция рака с латентным периодом в годы или десятилетия после воздействия. Механизм, с помощью которого это происходит, хорошо изучен, но количественные модели, предсказывающие уровень риска, остаются противоречивыми. Наиболее широко распространенная модель утверждает, что заболеваемость раком из-за ионизирующего излучения увеличивается линейно с эффективной дозой излучения со скоростью 5,5% на зиверт. Если эта линейная модель верна, тогда естественный фоновый радиационный фон является наиболее опасным источником радиации для здоровья населения, за которым следует медицинская визуализация как второе место. Другими стохастическими эффектами ионизирующего излучения являются тератогенез, снижение когнитивных функций и болезнь сердца.
. Количественные данные о влиянии ионизирующего излучения на здоровье человека относительно ограничены по сравнению с другими медицинские условия из-за небольшого числа случаев на сегодняшний день, а также из-за стохастического характера некоторых эффектов. Стохастические эффекты можно измерить только с помощью крупных эпидемиологических исследований, в которых было собрано достаточно данных, чтобы удалить мешающие факторы, такие как курение и другие факторы образа жизни. Самый богатый источник высококачественных данных - это исследование японских выживших после атомной бомбардировки. Информативны эксперименты in vitro и на животных, но радиорезистентность сильно различается у разных видов.
Дополнительный риск развития рака на протяжении всей жизни при однократной КТ брюшной полости, равный 8 мЗв, оценивается в 0,05%, или 1 один из 2000.
Детерминированные эффекты - это те эффекты, которые достоверно возникают выше пороговой дозы, и их серьезность увеличивается с дозой.
Высокая доза облучения вызывает детерминированные эффекты, которые надежно возникают выше порогового значения, и их серьезность увеличивается с дозой. Детерминированные эффекты не обязательно более или менее серьезны, чем стохастические эффекты; либо может в конечном итоге привести к временным неприятностям или смертельному исходу. Примеры детерминированных эффектов:
Комитет по биологическим эффектам ионизирующего излучения Национальной академии наук США »пришел к выводу, что не существует убедительных доказательств, указывающих на порог дозы, ниже которого риск индукции опухоли равно нулю ».
| Фаза | Симптом | Всего тела поглощенная доза (Gy ) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1-2 Gy | 2-6 Gy | 6-8 Gy | 8–30 Gy | >30 Gy | ||
| Немедленное | Тошнота и рвота | 5–50% | 50–100% | 75–100 % | 90–100% | 100% |
| Время начала | 2–6 часов | 1-2 часа | 10–60 мин | < 10 min | Минут | |
| Продолжительность | < 24 h | 24–48 ч | < 48 h | < 48 h | Н / д (пациенты умирают от < 48 h) | |
| диареи | нет | от легкой до легкой (< 10%) | Тяжелая (>10%) | Тяжелая (>95%) | Тяжелая (100%) | |
| Время начала | — | 3–8 ч | 1–3 ч | < 1 h | < 1 h | |
| Головная боль | Легкая | От легкой до умеренной (50%) | Умеренная (80%) | Сильная (80–90%)) | Тяжелая (100%) | |
| Время начала | — | 4–24 ч | 3–4 часа | 1–2 часа | < 1 h | |
| Лихорадка | Нет | Умеренное увеличение (10–100%) | От умеренного до тяжелого (100%) | Тяжелое (100%) | Сильное (100 %) | |
| Время начала | — | 1–3 ч | < 1 h | < 1 h | < 1 h | |
| ЦНС функция | Нет нарушений | Когнитивное нарушение 6–20 часов | Когнитивное обесценение>24 ч | Быстрая потеря трудоспособности | Судороги, тремор, атаксия, летаргия | |
| Латентный период | 28– 31 день | 7–28 дней | < 7 days | Нет | Нет | |
| Болезнь | От легкой до умеренной Лейкопения. Усталость. Слабость | От умеренной до тяжелая лейкопения. P urpura. Кровоизлияние. Инфекции. Алопеция после 3 лет Gy | Тяжелая лейкопения. Высокая температура. Диарея. Рвота. Головокружение и дезориентация. Гипотония. Электролитное нарушение | Тошнота. Рвота. Сильная диарея. Высокая температура. Электролитное нарушение. Шок | Н / Д (пациенты умирают в < 48h) | |
| Смертность | Без медицинской помощи | 0–5% | 5–95% | 95–100% | 100% | 100% |
| С осторожностью | 0–5% | 5–50% | 50–100% | 99–100% | 100% | |
| Смерть | 6–8 недель | 4–6 недель | 2–4 недели | 2 дня - 2 недели | 1-2 дня | |
| Табличный источник | ||||||
Когда изотопы, испускающие альфа-частицы, попадают в организм, они намного опаснее, чем их период полураспада или скорость распада. предлагать. Это связано с высокой относительной биологической эффективностью альфа-излучения, вызывающей биологическое повреждение после попадания альфа-излучающих радиоизотопов в живые клетки. Проглоченные радиоизотопы с альфа-излучателями, такие как трансурановые или актиниды, в среднем примерно в 20 раз опаснее, а в некоторых экспериментах до 1000 раз опаснее, чем эквивалентная активность бета-излучения или гамма-излучения. испускающие радиоизотопы. Если тип излучения неизвестен, его можно определить с помощью дифференциальных измерений в присутствии электрических полей, магнитных полей или различной степени экранирования.
Внешние дозы, используемые в радиационной защите. См. Статью о зиверте о том, как они рассчитываются и используются. Риск развития радиационно-индуцированного рака в какой-то момент жизни выше при облучении плода, чем при облучении. взрослым, потому что клетки более уязвимы, когда они растут, и потому, что после приема дозы увеличивается продолжительность жизни для развития рака.
Возможные детерминированные эффекты, включая облучение во время беременности, включают выкидыш, структурные врожденные дефекты, ограничение роста и умственную отсталость. Детерминистские эффекты были изучены, например, у выживших после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и случаев, когда лучевая терапия была необходима во время беременности:
| Срок беременности | Эмбриональный возраст | Эффекты | Расчетная пороговая доза (мГр ) |
|---|---|---|---|
| от 2 до 4 недель | от 0 до 2 недель | Выкидыш или ни одного (все или ничего) | 50-100 |
| от 4 до 10 недель | от 2 до 8 недель | Структурные врожденные дефекты | 200 |
| Ограничение роста | 200 - 250 | ||
| от 10 до 17 недель | от 8 до 15 недель | Тяжелая умственная отсталость | 60 - 310 |
| от 18 до 27 недель | 16-25 недель | Тяжелая умственная отсталость (низкий риск) | 250 - 280 |
Интеллектуальный дефицит оценивается примерно в 25 IQ -баллы на 1000 мГр на сроке от 10 до 17 недель.
Эти эффекты иногда имеют значение при принятии решения о медицинской визуализации во время беременности, поскольку проекционная рентгенография и компьютерная томография подвергает плод облучению.
Кроме того, риск заражения матери в дальнейшем радиационно-индуцированным раком груди кажется особенно высоким при дозах облучения во время беременности.
Человеческое тело не может воспринимать ионизирующее излучение, за исключением очень высоких доз, но эффекты ионизации можно использовать для характеристики излучения. Интересующие параметры включают скорость дезинтеграции, поток частиц, тип частиц, энергию пучка, керму, мощность дозы и дозу излучения.
Мониторинг и расчет доз для защиты здоровья человека называется дозиметрией и осуществляется в рамках науки физики здоровья. Ключевыми инструментами измерения являются использование дозиметров для определения внешнего эффективного поглощения дозы и использование биопробы для принятой дозы. В статье о зивертах обобщены рекомендации ICRU и ICRP по использованию величин доз, а также дано руководство по эффектам ионизирующего излучения, измеренным в зивертах, а также приведены примеры приблизительных цифр поглощения дозы в зивертах. определенные ситуации.
ожидаемая доза - это мера стохастического риска для здоровья из-за попадания радиоактивного материала в организм человека. В МКРЗ говорится: «Ожидаемые эффективные дозы внутреннего облучения обычно определяются на основе оценки поступления радионуклидов на основе измерений биопробы или других количеств. Доза облучения определяется на основе поступления с использованием рекомендуемых дозовых коэффициентов».
Поглощенная доза - это величина физической дозы D, представляющая собой среднюю энергию, переданную веществу на единицу массы ионизирующим излучением. В системе единиц СИ единицей измерения является джоуль на килограмм, а ее специальное название - серый (Гр). Не-СИ CGS единица рад также иногда используется, преимущественно в США.
Для представления стохастического риска используются эквивалентная доза H Tи эффективная доза E, а соответствующие дозовые коэффициенты и коэффициенты используются для их расчета из поглощенной дозы. Эквивалентные и эффективные количества доз выражены в единицах зиверт или бэр, что означает, что были приняты во внимание биологические эффекты. Обычно они соответствуют рекомендациям Международного комитета по радиационной защите (ICRP) и Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям (ICRU). Разработанная ими согласованная система величин радиационной защиты показана на прилагаемой диаграмме.
Международная комиссия по радиологической защите (ICRP) управляет Международной системой радиологической защиты, которая устанавливает рекомендуемые пределы для поглощения дозы. Значения дозы могут представлять собой поглощенную, эквивалентную, эффективную или ожидаемую дозу.
Другие важные организации, изучающие эту тему:
Схематическая диаграмма, показывающая прямоугольник, облучаемый внешним источником (красным) излучения (показан желтым). 
Схематическая диаграмма показывающий прямоугольник, облучаемый радиоактивным загрязнением (показано красным), которое присутствует на внешней поверхности, такой как кожа; это испускает излучение (показано желтым цветом), которое может проникнуть в тело животного Внешнее облучение - это облучение, которое происходит, когда радиоактивный источник (или другой источник излучения) находится вне (и остается вне) подвергшегося облучению организма. Примеры внешнего облучения:
Внешнее облучение относительно легко оценить, и облученный организм не становится радиоактивным, за исключением случая, когда излучение представляет собой интенсивный нейтронный пучок, который вызывает активацию.
Эффективная доза по типу медицинской визуализации
| |||
|---|---|---|---|
| Целевые органы | Тип исследования | Эффективная доза у взрослых | Эквивалентное время фонового излучения |
| КТ головы | Отдельная серия | 2 мЗв | 8 месяцев |
| с + без радиоконтрастом | 4 мЗв | 16 месяцев | |
| грудной клетки | КТ грудной клетки | 7 мЗв | 2 года |
| КТ грудной клетки, протокол скрининга рака легких | 1,5 мЗв | 6 месяцев | |
| Рентгенография грудной клетки | 0,1 мЗв | 10 дней | |
| Сердце | КТ-ангиография коронарных артерий | 12 мЗв | 4 года |
| КТ-сканирование коронарных артерий | 3 мЗв | 1 год | |
| Абдоминальная | КТ брюшной полости и таза | 10 мЗв | 3 года |
| КТ брюшной полости и таза, протокол низких доз | 3 мЗв | 1 год | |
| КТ брюшной полости и таза с + без радиоконтрастом | 20 мЗв | 7 лет | |
| КТ Колонография | 6 мЗв | 2 года | |
| Внутривенная пиелограмма | 3 мЗв | 1 год | |
| Верхний отдел желудочно-кишечного тракта | 6 мЗв | 2 года | |
| Нижний отдел желудочно-кишечного тракта | 8 мЗв | 3 года | |
| Позвоночник | Рентгенография позвоночника | 1,5 мЗв | 6 месяцев |
| КТ позвоночника | 6 мЗв | 2 года | |
| Конечности | Рентген конечности | 0,001 мЗв | 3 часа |
| Нижняя конечность КТ-ангиография | 0,3 - 1,6 мЗв | 5 недель - 6 месяцев | |
| Дентальный рентген | 0,005 мЗв | 1 день | |
| DEXA (плотность кости) | 0,001 мЗв | 3 часа | |
| PET-CT комбинация | 25 мЗв | 8 лет | |
| Маммография | 0,4 мЗв | 7 недель | |
Внутреннее облучение происходит, когда радиоактивный материал попадает в организм, и радиоактивные атомы включаются в организм. Это может произойти при вдыхании, проглатывании или инъекции. Ниже приведены примеры внутреннего воздействия.
Когда радиоактивные соединения попадают в организм человека, эффекты отличаются от тех, которые возникают в результате воздействия внешнего источника излучения. Особенно в случае альфа-излучения, которое обычно не проникает через кожу, воздействие может быть гораздо более опасным после проглатывания или вдыхания. Радиационное облучение обычно выражается как ожидаемая доза.
Хотя радиация была открыта в конце 19 века, опасность радиоактивности и радиации не была сразу признана. Острые эффекты радиации были впервые обнаружены при использовании рентгеновских лучей, когда Вильгельм Рентген намеренно подверг свои пальцы рентгеновскому облучению в 1895 году. Он опубликовал свои наблюдения относительно образовавшихся ожогов, хотя он ошибочно приписал их озону., свободный радикал, образующийся в воздухе под действием рентгеновских лучей. Другие свободные радикалы, производимые в организме, теперь считаются более важными. Позже его травмы зажили.
Как область медицинских наук, радиобиология возникла из демонстрации Леопольдом Фройндом в 1896 году терапевтического лечения волосатой родинки с использованием нового типа электромагнитное излучение, называемое рентгеновскими лучами, было обнаружено годом ранее немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Облучив лягушек и насекомых рентгеновскими лучами в начале 1896 года, Иван Романович Тарханов пришел к выводу, что эти недавно открытые лучи не только фотографируют, но и «влияют на жизнедеятельность». В то же время Пьер и Мария Кюри открыли радиоактивный полоний и радий, которые позже использовались для лечения рака.
Генетические эффекты радиации, включая влияние на риск рака, были признаны намного позже. В 1927 году Герман Йозеф Мюллер опубликовал исследование, показывающее генетические эффекты, а в 1946 году был удостоен Нобелевской премии за свои открытия.
В общем, 1930-е годы были отмечены попытками разработать общую модель радиобиологии. Примечательным здесь был Дуглас Ли, презентация которого также включала исчерпывающий обзор примерно 400 вспомогательных публикаций.
До того, как стали известны биологические эффекты радиации, многие врачи и корпорации начали продавать радиоактивные вещества как патентная медицина и радиоактивное шарлатанство. Примеры: лечение радиевой клизмой и радийсодержащая вода для питья в качестве тонизирующего средства. Мария Кюри высказалась против такого лечения, предупредив, что влияние радиации на человеческое тело недостаточно изучено. Позже Кюри умерла от апластической анемии, вызванной радиационным отравлением. Эбен Байерс, известная американская светская львица, умерла от множественных онкологических заболеваний (но не острого лучевого синдрома) в 1932 году после употребления большого количества радия в течение нескольких лет; его смерть привлекла внимание общественности к опасности радиации. К 1930-м годам, после ряда случаев некроза костей и смерти энтузиастов, радийсодержащие медицинские продукты почти исчезли с рынка.
В Соединенных Штатах опыт так называемых Radium Girls, где тысячи художников с радиевыми циферблатами заболели раком ротовой полости - но ни одного случая острого лучевого синдрома - популяризировал предупреждения о гигиена труда, связанная с радиационной опасностью. Робли Д. Эванс из MIT разработал первый стандарт допустимой нагрузки на организм радия, что стало ключевым шагом в создании ядерной медицины как область исследования. С разработкой ядерных реакторов и ядерного оружия в 1940-х годах повышенное научное внимание было уделено изучению всех видов радиационных эффектов.
атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки привели к большому количеству случаев радиационного отравления, что позволило лучше понять его симптомы и опасности. Хирург госпиталя Красного Креста доктор Теруфуми Сасаки в течение нескольких недель и месяцев после взрывов в Хиросиме проводил интенсивные исследования этого синдрома. Доктор Сасаки и его команда смогли отслеживать эффекты радиации у пациентов, находящихся в разной близости от самого взрыва, что привело к установлению трех зарегистрированных стадий синдрома. В течение 25–30 дней после взрыва хирург Красного Креста заметил резкое падение количества лейкоцитов и установил это падение вместе с симптомами лихорадки как прогностический стандарт острого лучевого синдрома. Актриса Мидори Нака, которая присутствовала во время атомной бомбардировки Хиросимы, была первым инцидентом радиационного отравления, который подвергся тщательному изучению. Ее смерть 24 августа 1945 года была первой официально зарегистрированной смертью в результате радиационного отравления (или «болезни от атомной бомбы»).
Взаимодействие между организмами и электромагнитными полями (ЭМП) и ионизирующим излучением можно изучать разными способами:
Активность биологических и астрономических систем неизбежно порождает магнитные и электрические поля, которые можно измерить с помощью чувствительных инструменты, которые время от времени предлагались в качестве основы для "эзотерических " идей энергии.
В радиобиологических экспериментах обычно используется источник излучения, который может быть:
| 1 =() | Посмотрите радиобиология, радиационная биология или актинобиология в Wiktionary, бесплатный словарь. |
