Файл: Биологические эффекты неравномерных лучевых воздействий..pdf

III. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ НЕРАВНОМЕРНЫХ ОБЩИХ ЛУЧЕВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Влияние характера распределения поглощенной дозы на биологический эффект

Для систематизации имеющихся в литературе сведений, со­ поставления и анализа накапливаемых материалов, а также для выработки единой терминологии при обсуждении получае­ мых данных представляется целесообразным классифицировать следующим образом все способы лучевых воздействий в зави­ симости от характера пространственного распределения погло­ щенной дозы (см. схему).

Лучевое воздействие

При равномерном облучении различия в распределении поглощенной дозы по телу не должны превышать ±10%. К суб­ тотальным отнесены воздействия с облучением больше поло­ вины тела. К парциальным воздействиям отнесено облучение отдельных областей тела (например, головы, грудной клетки, живота и т. п.).

26

Среди неравномерных целесообразно выделить воздействия с перепадами поглощенной дозы вдоль поперечной (малой) и продольной (большой) осей тела. При двухили многосторон­ них воздействиях нейтронами, длинноволновым рентгеновским или ^излучениями на крупных животных отмечается перепад поглощенной дозы от поверхности к центральной продольной оси тела. В случае же одностороннего воздействия поглощен­ ная доза снижается от ближайшей к источнику излучения по­ верхности тела к более удаленной.

Характер пространственного распределения поглощенной до­ зы зависит от условий лучевых воздействий, поэтому прежде всего целесообразно остановиться на влиянии некоторых фи­ зических параметров (вид и энергия излучения, геометрия об­ лучения, расстояние от источника излучения до облучаемого объекта).

Рассмотрим влияние геометрии облучения, так как в зави­ симости от используемого способа лучевого воздействия наблю­ даются не только количественные, но и качественные различия в характере распределения глубинной дозы [1].

При одностороннем рентгеновском или у-облучении с энер­ гией от десятков килоэлектронвольт до единиц мегаэлектрон­ вольт кривые глубинных доз имеют экспоненциальный харак­ тер. Так, при использовании рентгеновского излучения 250 кв наблюдается восьмикратный перепад тканевой дозы по диа­ метру (26 см) мазонитового фантома, а при у-облучении Со60 — четырехкратный. Перепад тканевой дозы первичного у-излуче-

являются суперпозицией двух экспонент. При двухстороннем об­ лучении распределение глубинной дозы изучения по диаметру фантома почти равномерное; тканевая доза на поверхности фантома составляет 60—65% экспозиционной и наблюдается небольшой (в пределах 15—20%) спад тканевой дозы в на­ правлении к центру фантома. Формы кривых распределения поглощенных доз для сложных способов облучения (перекрест­ ное, ротационное и пр.) очень близки к форме кривой при двух­ стороннем воздействии, однако поверхностная доза составляет 80% от экспозиционной дозы.

Следовательно, по характеру распределения поглощенной дозы можно выделить многостороннее и одностороннее тоталь­ ное облучение. В качестве параметра, характеризующего рас­ пределение поглощенной дозы, использован коэффициент пере­ пада тканевой дозы (Ки) от ближайшей к источнику поверхности тела к наиболее удаленной (для одностороннего воздействия) или к центру тела (для многостороннего воздей­ ствия). При энергиях излучения больше 2 Мэе распределение глубинной дозы имеет более сложный характер (наличие мак-

27

симума на глубине), поэтому коэффициент неравномерности в

от ближайшей к источнику поверхности до наиболее удаленной. Даже при использовании мелких объектов имеется существен­ ное изменение /Сп при воздействии рентгеновским излучением различных энергий. Так, при энергии 73 кэв Кн в теле мышей равен единице; при 25 кэв /Си = 2,0; при 13,5 к$в /Сн = 3,0, а при

10,2 кэв Ки —400 [2].

Представляют интерес данные о распределении поглощен­ ной дозы во внутренних органах человека в условиях воздейст­

ется с 1,8 до 10,6. При эффективной энергии 27 кэв в направ­ лении грудь — спина Кн равен 56. При этом доза, поглощенная различными органами, может значительно отличаться при двух способах воздействия с одинаковой энергией. Так, в случае воздействия рентгеновского излучения с энергией 27 кэв со стороны груди доза, поглощенная слизистой кишечника, в 270 раз больше дозы, поглощенной в этом органе, при облучении со стороны спины при одинаковой экспозиции. Показано также, что при энергии излучения 1,24 Мэе слизистая кишечника поглощает 97 и 62% дозы, измеренной в воздухе при вентраль­ ном и дорзальном облучениях соответственно; при энергии же 27 кэв эти величины равны 54 и 0,2%. Усредненные дозы на костный мозг при этих энергиях составляют 79 и 8,9—8,2%.

Изменения в распределении поглощенной дозы в теле круп­ ных животных можно добиться увеличением расстояния от источника излучения, что приводит к существенному снижению мощности дозы. Поскольку вычленить влияние каждого из этих факторов практически невозможно, не следует пользоваться та­ ким методом для создания различного распределения доз.

С увеличением размеров объекта, естественно, возрастает коэффициент неравномерности. Некоторое снижение эффекта отмечено при увеличении массы тела крыс от 180 до 350 г [4]. Даже при воздействии коротковолновым рентгеновским излуче­ нием (180 кэв) со стороны спины на животных разных разме­ ров, а именно крыс и собак разной массы, Кн заметно увеличи­ вается и составляет 1,25; 3 и 4,5 [5]. В опытах на собаках обнаружено существенное влияние массы тела на биологический эффект (6, 7]. При латеральном рентгеновском облучении

(1000 кв) собак толщиной 6,3; 10,3; 14,0 и 18,0 см Кн соответ­ ственно составлял 1,4; 1,9; 2,5 и 3,4,

28

Литературные данные о влиянии неравномерного облучений на биологический эффект мы также рассмотрим в зависимости от геометрии облучения. Для сравнения эффектов в условиях равномерного и неравномерного облучений использовали индекс

(/) снижения биологического эффекта, который равен отноше­ нию ЛД5о при неравномерном облучении к ЛД5о при равномер­ ном воздействии.

Рассмотрим количественные характеристики и особенности поражения при односторонних воздействиях с перепадами доз вдоль поперечной и продольной осей тела.

Как показано на схеме, возможны три способа облучения с перепадом вдоль поперечной оси тела: латеральное, вентро-дор- зальное и дорзо-вентральное.

Анализ материалов табл. 2 показывает меньшее поражаю­ щее действие одностороннего облучения животных по сравнению с равномерным. Ни один из использованных дозиметрических критериев не коррелирует однозначно с биологическим эффек­ том. Однако при сравнении тканевой дозы по средней линии различия в значениях ЛД50 уменьшаются. Обращает внимание практически одинаковое снижение тяжести поражения при ост­ ром и протяженном облучении овец [24].

Снижение степени радиационного поражения при вентро-дор- зальном облучении четко выявлено в работах [2, 25—28]. Увели­ чение /Сн от 1 до 25 приводит к возрастанию значения экспози­ ционной ЛД50 мышей в 4,2 раза, а в случае Кн, равном несколь­ ким сотням, ЛД50 увеличивается в 7,7 раза. Так как значения ЛД50/30, выраженные через среднетканевые дозы, мало отли­ чаются при всех способах облучения, сделан вывод, что средне­ тканевая поглощенная доза адекватно характеризует биологиче­ ский эффект. Однако если сравнить дозы, поглощенные в от­ дельных органах, с биологическим эффектом, то оказывается, что с увеличением /Сн снижается доза, поглощенная активным костным мозгом (при /(н = 2 5 — в 1,5 раза), в то же время при увеличении Ка от 1 до 25 доза, поглощенная в ЖКТ при равно­ эффективных по гибели дозах (62—75%), возрастает на не­ сколько сотен рад. Вследствие этого наблюдаются изменения в сроках гибели и в клинической картине.

Следовательно, при изменении Ки от 1 до 400 изменяются формы лучевой болезни и биологический эффект определяется дозой, поглощенной критическим органом.

Воздействие рентгеновским излучением с энергиями генери­ рования 80, 135 и 250 кв на мышей не выявило различий в биологическом эффекте [29]. В работе [30] на основании сравне­ ния ЛД50 для мышей и кроликов показано снижение поражаю­ щего действия рентгеновского излучения по мере уменьшения энергии генерирования от 250 до 135 и 80 кв (ЛД50 для мышей равны 634, 661 и 819 р, для кроликов — 807, 1326 и 1886 р).

Снижение эффективности рентгеновского излучения по мере

3Q