Радиобиология человека

1.

Государственный научный центр РФ Институт биофизики
Г.П. Фролов
РАДИОБИОЛОГИЯ
ЧЕЛОВЕКА
Москва, 2000

2.

Эффекты радиации.
Ранние
(только
детерминированные)
Локальные
Радиационное
поражение
органов (МЛП):
функциональные
и/или морфологи
ческих
изменения через
часы-дни-недели
Общие
ОЛБ
LD50/60 –3,5 Гр.
LD –5 Гр.
Поздние
Детерминированные
-Рад.катаракта
Стохастические
(увеличение
частоты с
дозой)
-Тератогенный
-Опухоли, лейкоз
эффект
-Генетические
(DQ,F – 0.1 Гр.)
эффекты
(Сверх Dкумулятивный)
-Рад.дерматит

3. Два типа изменений в состоянии здоровья человека

Ионизирующее излучение
Нет взаимодействия;
Выживание
клетки
Ионизация
Поглощение энергии,
изменение структуры клетки
Поражение клетки
Поражение не
жизненно
важных
органов и
систем –
острое МЛП
Другие
факторы
Поражение
жизненно
важных
органов и
систем –
ОЛБ
Изменение клетки
Выздоровление
Клоны раковых клеток
Генетические эффекты поколения
Неполное восстановление,
остаточные явления- по маркерам

4.

mSv
10.000
5.000
2.000
1.000
500
200
100
50
20
10
5
2
1
0.5
0.2
0.1
Уровни доз и их эффекты
Крайне тяжелая ОЛБ (острая лучевая болезнь)
Тяжелая ОЛБ
DL
для человека
ОЛБ средней ст.тяж. 50-60
mSv
однократно
Клинические признаки ОЛБ
Гематологически выявляемые признаки
Цитогенетически выявляемые признаки
Предел дозы для профессионалов
Высокий естественный фон
Рекомендованные дозы для профессионалов
mSv
в год
Предел дозы для популяции
Естественный фон для Центральной Европы
Рекомендованные дозы для популяции
Дополнительная доза для жителей Центральной Европы

5.

Биологические эффекты облучения.
Зависимость «время-эффект».
Временная
Эффекты
шкала
Поглощение энергии
Доли секунды
Изменения биомолекулярные (ДНК, мембраны)
Секунды
Репарация (биологическое восстановление)
Минуты
Изменения информационесущих структур клетки
Часы
Гибель клеток
Мутации
Дни
Месяцы
Гибель
Клинические
организма изменения
Годы
Поздние эффекты
Недели
Половые Соматические
клетки
клетки
Пятилетия
Поколения
Наследственные
болезни и эффекты
Лейкоз или
Опухоли

6.

Биологические эффекты облучения.
Зависимость «доза-эффект».
Уровни доз (сЗв)
Эффекты облучения
Стохастические
0,1 – 1,0 сЗв в год
1,0 – 5,0 сЗв в год
5,0 – 30,0 в год
5,0 – 30,0 сек- час
30,0 – 50,0 в год
30 – 50,0 сек- час
Детерминированные
Теоретически
Не выявлены, нет
доказательств
Могут быть выявлены с
помощью специальных
исследований
Нет
Выявляются при
эпидемиологических и
специальных
исследованиях
Наблюдаются
Цитопенические состояния (5-10 лет)
Возможно мин. снижение
клеточности гранулоцитов (п.к.)
Нет
Не выявлены
.
Преходящее снижение клеточности
эякулята (М)
Свыше 100,0 в год Наблюдаются
Свыше 100,0 час
ХЛБ (5-10 лет) стойкие цитопении
возможно ОЛБ Iст, поздних эффектов
не наблюдается
ХЛБ опасная для жизни
ОЛБ, возможны поздние эффекты
Наблюдаются
смертельный исход,поздние эффекты
50- 100,0 в год
50- 100,0 сек- час
Свыше 500,0

7.

Характерные различия зависимости доза-эффект
детерминированные
стохастические
Не 100%
частота
частота
100%
50%
0%
доза
0
Ограничено
Смертностью от
Детерминированных
Эффектов
доза
Патологическое
состояние
b
c
Физиологическое
вариабельность
d1 d2 d3
доза
тяжесть
тяжесть
a
доза

8.

Пороговые дозы для детерминированных
эффектов в наиболее
радиочувствительных тканях
Общая доза
полученная
однократно (Гр)
Мощность годовой
дозы (фракциями
или постоянно)
ККМ (депрессия гемопоэза)
0.5
>0.4
Яички (Временная
0.15
0.4
3.5 – 6.0
2.5
Ткани и Эффекты
стерильность)
Постоянная стерильность
Яичники
2.5 – 6.0
>0.2
0.5 – 2.0
5.0
>0.1
>0.4
стерильность
Хрусталик
Определяемые изменения
Катаракта

9. Смена основных клинических синдромов по мере возрастания величины дозы однократного облучения

0
1
Повышение дозы
2
4
6
Доза Зв
10
14
20
25
30

10.

Дозовая зависимость динамики основных
синдромов и выживаемости лиц после
равномерного облучения
70
60
ЦНС
Доза
(Гр.) 50
40
Время смерти
30
ЖКТ
20
ККМ
10
Время жизни
0
2 4 6 8
10
Дни
20
30
40
50

11.

Соответствие числа лимфоцитов первых
3000
суток и прогноза ОЛБ
3
кл./мм
2500
Нормальный уровень
2000
ОЛБ :
1500
Средняя степень
1000
*Е(Гр)
3,1
4,4
Тяжелая степень
500
5,6
Крайне тяжелая
100
0
1 Дни 2
7,1
Смертельное поражение

12.

Нейтрофилы % от нормального количества
Изменение числа нейтрофилов в
периферической крови в зависимости от
дозы облучения всего тела (ККМ)
%
150
100
< 1 Гр
1-2 Гр
50
Критический
период
2-6 Гр
6 – 12 Гр
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Дни после облучения
180

13.

Кривые дозовых зависимостей частоты дицентриков
лимфоцитов человека, облученных 60Со in vitro от
мощности дозы облучения
1,4
Высокая
мощность дозы
(50 R/мин)
1,2
1,0
D/с
0,8
Низкая
мощность
дозы
0,6
0,4
0,2
0
100
200
300
400
500
Доза, Рад

14.

Дозовые и временные интервалы
использования биологических и клинических
методов оценки общего внешнего облучения
100
Доза 10
облучения,
Гр.
1
0,1
1
10
Дни
100
1000

15.

I. Осмотр пациента и анамнез болезни:– – время возникновения тошноты, рвоты, ее
частота,
нейроциркуляторные
и
другие
общесоматические симптомы (первичная
реакция на облучение);
– ранние изменения кожи и подкожной
клетчатки,
слизистых
ротоносоглотки
(сосудистая
реакция
тканей
на
облучение);
– период видимого благополучия протекания
синдромов поражения кожи и подкожной
клетчатки,
слизистых
ротоносоглотки
(латентный период);
– отсроченные изменения кожи и подкожной
клетчатки, реже – слизистых ротоносоглотки
(период разгара течения синдромов).

16.

II Лабораторные исследования крови:
– лейкоцитоз первых часов (число лейкоцитов
более 16,0·109/л) – первичная реакция на
облучение;
– абсолютная лимфоцитопения в динамике в
первые 9-ти дней ОЛБ (диапазон доз от 1,0 до 10
Гр) – как правило, при дозе облучения < 6 Гр,
латентный период;
– абсолютное число нейтрофилов на 7-12 день
ОЛБ (диапазон доз от 1,0 до 10,0 Гр, тем раньше,
чем выше доза) – фаза первичного снижения
числа нейтрофилов;
–
начало
снижения
абсолютного
числа
нейтрофилов до уровня менее 1,0·109/л на 5-50
дни ОЛБ (диапазон доз от 12,0 до 1,5 Гр;
снижение тем раньше, чем выше доза) и
тромбоцитов до 30,0·109/л и менее– начало
периода разгара костномозгового синдрома;

17.

II Лабораторные исследования крови:
– снижение абсолютного числа нейтрофилов до
уровня 0,1·109/л и менее от 7-15 до 35 дня ОЛБ
(диапазон доз от 12,0-10,0 до 2,5 Гр; снижение
тем раньше, чем выше доза) – период
агранулоцитоза;
– число нейтрофилов 50-60 дней ОЛБ (при дозе
от 0,75 до 1,2 Гр);
– цитогенетические исследования: подсчет
аберрантных клеток в препаратах хромосом из
пунктатов костного мозга без культивирования
(“прямые” препараты; первые 72 часа после
облучения) и в культурах лимфоцитов
периферической крови и костного мозга;
чувствительность метода – от 0,20-0,25 до 5 Гр
(ошибка до 20-50%; метод дает результаты с 1
дня ОЛБ до 1,5 лет); другие методы.

18. Отдаленные эффекты облучения

• За исключением рака щитовидной
железы на сегодняшний день нет
статистически значимого повышения
частоты других раков или
наследственных заболеваний,
приписываемых радиации

19.

Стохастические эффекты
радиационного воздействия
• Частота возникновения пропорциональна
дозе облучения
• Нет пороговой дозы
• Нет методов идентификации появления
этих эффектов ионизирующей радиации у
индивидуумов
• Увеличение частоты стохастических
эффектов может быть подтверждено
только эпидемиологическими методами

20.

Стохастические эффекты
радиационного воздействия
(продолжение)
Стохастические эффекты также наблюдаются
в эксперименте с животными, но
• Взаимоотношение доза-эффект для человека
могут быть изучены только на популяционном
уровне
• Взаимоотношение доза-эффект в низком дозовом
диапазоне (около 100 mSv) все еще не могут
быть оценены однозначно, таким образом,
• Экстраполяции в диапазоне доз, близких к нулю,
приняты только в целях радиационной защиты и
безопасности

21.

Генетические радиационные
повреждения
• Было выявлено повышение частоты
хромосомных аберраций в
сперматозоидах человека после
радиационного воздействия на яичко
ОДНАКО,
• наследственных изменений в результате
радиационного воздействия не выявлено
до сих пор - включая выживших после
атомной бомбардировки

22.

Коэффициенты вероятности
фатального рака после
воздействия низких доз
Орган или ткань
10-4 Sv-1
Мочевой пузырь
Костный мозг
Кости
Молочная железа
Кишечник
Печень
Пищевод
Яичники
Кожа
Желудок
Щитовидная жел.
Прочие1
30
50
5
20
85
15
30
10
2
110
8
50
ВСЕГО
500*
*Для общей популяции (все
возрастные группы)
только

23. Вероятность индукции смертельных злокачественных опухолей за все время жизни в популяции всех возрастов

Орган
Желудок
Коэффициент вероятности
смертельного исхода
(число исходов при
облучении в дозе 1 Зв)
0,011
Легкие
0,0085
Толстый кишечник
0,0085
Щитовидная железа
0,008
Красный костный мозг
0,005
Пищевод
0,003
Мочевой пузырь
0,003

24. Вероятность индукции смертельных злокачественных опухолей за все время жизни в популяции всех возрастов

Молочные железы
0,002
Печень
0,0015
Яичники
0,001
Поверхность костей
0,0005
Кожа
0,0002
Остальные органы
0,005
Полный коэффициент
Приблизительно
0,05

25. Прогнозирование рисков онкологических смертей и наследственных заболеваний, связанных с аварией на ЧАЭС

¤ 7,4 млн. жителей
загрязненных
территорий
• онкологические смерти
(фон)
932.500
• повышение от
РА ЧАЭС
8.900
<1 %
¤ Верхний предел
• наследственные
заболевания
(фон)
284.000
• повышение для
Чернобыля
0.275
< 0.1 %

26.

Латентный период для возникновения
радиационно-индуцированного рака
Облучение
Острые
нелимфобластные
лейкозы
0
10
20
30
Лет после облучения

27.

Риск возникновения острых
нелимфобластных лейкозов для различных
возрастных групп (А бомбардировка)
< 15
риск
15 – 29
30 – 44
45+
5
10
20
15
Годы после облучения
25
30

28.

Частота раков ЩЖ в регионах вокруг ЧАЭС в
1981 – 1994, случаев на 1 миллион детей в
возрасте 0-14 лет
120
1981-85
100
1986-90
1991-94
80
60
40
20
0
Беларусь
Гомель
Украина Украина**
Россия*
* только Брянский и Калужский районы
** 5 Северных регионов

29.

Корреляция числа случаев рака у детей и
дозы на ЩЖ (m) в 1986-93 (Украина)
(5)
70
Частота на 1 млн.
(6)
60
50
40
30
(53)
20
(15)
(4)
(46)
10
(98)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Доза на ЩЖ Гр (m)
1,2
1,4

30.

Частота олигофрений после пренатального
облучения плода в результате А-бомбардировки.
Зависимость от дозы и срока.
8-15 недель
%
70
60
50
40
30
20
10
16-25 недель
0,1 0,2 0,3
0,5
1,0
1,5

31.

Естественные источники
радиации
(величина дозы в мЗв)
0,3
0,015
1,325
0,35
Космические, внешнее облучение
Космические, внутреннее облучение
Земного происхождения, внешнее облучение
Земного происхождения, внутреннее облучение

32.

Средние годовые эффективные
эквивалентные дозы облучения от
естественных и техногенных источников
радиации (величина дозы в мЗв)
0,02
0,4
0,001
2
Радиоактивные осадки
Источники, использующиеся в медицине
Атомная энергетика
Естественные

33. Другие факторы, влияющие на здоровье (особенно для граждан СНГ)

• Многочисленные изменения в состоянии
здоровья, не связанные с радиационным
воздействием
• Часто встречающиеся расстройства и
симптомы, относящиеся к психическому
стрессу, такие как тревога и депрессия
• Невозможность отделить влияние фактора
распада СССР и ассоциированные с этим
проблемы

34. Кризисные явления в радиобиологии (последние 10-15 лет)

• Дефицит идей по преодолению известных
ограничений, присущих радиопротекторам
• Приближение к пределу возможностей
лучевых методов лечения
злокачественных опухолей
• Трудноразрешимая проблема
практического феномена биологического
действия малых доз ионизирующих
излучений
Л.А. Ильин

35. Автор благодарит

За предоставленный
материал:
За интеллектуальное и
техническое
содействие:
• А.Е. Баранова
• Г.Д. Селидовкина
• И. Турая
• А.К. Гуськову
• К.Н. Мелкову
• Е.Е. Обухову