Что такое радиация ?

Согласитесь, слово "радиация" звучит тревожно. У многих оно, почти автоматически, вызывает ассоциации с Чернобылем или Хиросимой и Нагасаки. И мы себе представляем картины смерти, ужаса, разрушений, лучевой болезни, уродств и прочего (возможно кто-то вспоминает экспонаты из кунсткамеры или гулей из сериала/серии игр Fallout), это происходит непроизвольно.

Такая реакция понятна, мы привыкли помнить прежде всего самые страшные сюжеты, связанные с излучением. Но сама по себе радиация, это не мистическая сила и не абсолютное зло (скорее наоборот). Это просто физическое явление! Радиация, по сути, синоним ионизирующего излучения.

Давайте попробуем разобраться что такое излучение, какие виды бывают, чем они отличаются, как от них защищаются и почему в медицине они могут приносить вполне реальную пользу.

Как человечество открыло радиацию

(немного истории)

Дело было в конце XIX века. В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген открыл X-лучи (или РЕНТГЕНовские лучи), изучая катодные лучи в газоразрядной трубке. Именно его открытие впервые показало, что существуют какие-то невидимые лучи, способные проходить через ткани и помогать видеть внутренние структуры тела. За это открытие он и получил первую в истории Нобелевскую премию по физике. На этом основана вся рентгенология (собственно рентгенография, КТ, маммография, денситометрия и т.д.).

Потом Мария и Пьер Кюри (а также Беккерель, Вернадский, Ферсман) продолжили изучение явлений, связанных с радиоактивностью. Работая с материалами, содержащими уран, они открыли полоний и радий, а Мария Кюри ввела сам термин «радиоактивность». Их работы сильно продвинули понимание природы излучения и заложили основу для целого направления - ядерной медицины.

Но в те годы люди еще плохо понимали, насколько опасным может быть длительное и неконтролируемое воздействие излучения. Многие исследователи и врачи работали фактически без какой либо защиты долгое время. По историческим данным, более ста ранних исследователей и врачей умерли от последствий облучения, в Германии даже есть мемориал. Собственно Мария Кюри умерла от апластической анемии (в 66 лет!), которую связывают с многолетним радиационным воздействием.

Будем надеяться что ядерная война не начнется и мы обо всем этом будем знать только из книг или подобных записулек.

Что такое излучение и почему оно не всегда одинаково

Если совсем просто, излучение - это перенос энергии в виде электромагнитных волн или частиц. Видимый свет тоже излучение. Тепло, исходящее от батареи или костра, тоже. Радиоволны, инфракрасное излучение, микроволны, ультрафиолет, рентгеновские лучи - все это разные формы излучения.

Здесь важен главный момент: не всякое излучение одинаково по своим свойствам и по опасности. Некоторые виды не способны взаимодействовать с атомами в тканях - это так называемое неионизирующее излучение. А часть способна "выбивать" электроны из атомов (разрывать химические связи), то есть ионизировать вещество. Именно его и называют ионизирующим излучением.

Можно представить себе это так: одно дело - слегка толкнуть дверь, другое - выбить в ней замок и убить всех жильцов (шучу). Свет лампы освещает комнату, но не разрушает молекулы тканей. А ионизирующее излучение уже несет достаточно энергии, чтобы нарушать структуру вещества на атомном уровне. Именно поэтому к нему относятся серьезно.

Что такое ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение - это излучение, энергии которого хватает, чтобы "выбивать" электроны из атомов (т.е. ионизировать вещество). В результате образуются ионы, а в биологических тканях это может приводить к повреждению молекул, в том числе ДНК клетки. Именно с этим связаны как лечебные эффекты излучения, так и его возможный вред.

Важно понимать, что вред определяется конкретными условиями: какой это вид излучения, какая доза, как долго длится воздействие, попадает ли источник внутрь организма или остается снаружи. Опасность излучения зависит от типа, дозы и условий воздействия.

Какие бывают виды излучения

Альфа-излучение

Альфа-частица - это ядро атома гелия, два протона и два нейтрона. Альфа-излучение переносит много энергии и очень интенсивно отдает ее на коротком пути. Но проникает оно плохо, его останавит и лист бумаги или стенка пластикового шприца, да даже наружный роговой слой кожи. Снаружи тела альфа-излучение не представляет опасности, но его используют для очень направленного внутритканевого облучения некоторых опухолей, например 225Ac-DOTA-TATE при нейроэндокринных опухолях или 225Ac-PSMA при раке предстательной железы.

Бета-излучение

Бета-излучение - это поток электронов или позитронов (тоже частицы). Оно проникает глубже, чем альфа-излучение: может проходить через кожу на небольшую глубину ~ 2мм. Обычно для защиты от бета-частиц используют пластик, стекло или тонкие металлические экраны. На этом виде излучения построена вся остальная радионуклидная терапия (в т.ч. радиойодтерапия 131I или терапия препаратами на основе 177Lu и др., для тех же НЭО и РПЖ).

Гамма-излучение

Гамма-излучение - это уже не частицы, а электромагнитные волны очень высокой энергии (светит изнутри). Оно обладает большой проникающей способностью и распротсраняются на значительные расстояния в воздухе и могут проникать глубоко в ткани и "пролетать" насковзь. Именно поэтому от гамма-излучения защищаются плотными материалами, такими как свинец, бетон определенной толщины. Принцип позволяющий ипользовать препараты с определенным спектром гамма-лучей для диагностики разных забоелвания. Это ПЭТ и все сцинтиграфии - щитовидной железы, сердца, костей, почек и пр.

Рентгеновское излучение (X-ray)

Рентгеновское излучение по физической природе очень похоже на гамма-излучение, это тоже электромагнитные волны высокой энергии (светят снаружи). Главное различие в их происхождении, рентгеновские лучи возникают при торможении электрона. Любое ускорение заряженной частицы сопровождается электромагнитным излучением. От изначальной энергии электрона зависит максимальная энергия рентгеновского излучения и соответственное его пригодность для медицины. Рентгеновские источники излучения называют генерирующими. Именно рентген используется в обычной рентгенографии и компьютерной томографии, денситометрии и пр.

Забавный факт - без излучения рентгеновского спектра у нас бы не могло быть современных, энергоэффективных телефонов.

Нейтроны

Нейтроны - это незаряженные частицы. Они могут глубоко проникать в биологические ткани и способны вызывать выраженные повреждения. Защита чем-то схожа с гамма-лучами, это бетон, кадмий и что-то что содержит водород. Скажем так, не углубляясь, это частицы которые исользуются в сложных вариантах дистаноцинной лучевой (нейтронзахватной) терапии. Большая редкость.

Протоны

Протоны - это положительно заряженные частицы, почти в 2000 раз тежелее электронов. В повседневной жизни человек не сталкивается с ними как с источником облучения, но в медицине они применяются для протонной лучевой терапия. Ее преимущество в том, что протоны отдают значительную часть энергии на заданной глубине (пик Брэгга), что позволяет лучше концентрировать дозу в опухоли и меньше облучать окружающие ткани. Но это требует очень дорогостоящего и высокотехнологичного оборудования, и имеет довольно узкую область применения, на сегодняшний день.

Что такое активность и доза

Здесь чаще всего возникает путаница. Все эти беккерели, кюри, зиверты и греи.

Активность показывает, насколько интенсивно распадается радиоактивное вещество. Иначе говоря, сколько ядер распадается за единицу времени. Активность напрямую связана с массой источника. Можно сказать, что зная активность мы можем "взвесить" радиоактивное вещество в граммах.

Единица активности в системе СИ — беккерель (Бк): 1 Бк = 1 распад в секунду.

Старая, но до сих пор встречающаяся единица активности — кюри (Ки). Она намного крупнее, 1 Ки = 3,7 × 10¹⁰ Бк, но проще сразу в МБк переводить, так что 1 Ки = 37 МБк (где М - это МЕГА).

Аналогия: активность - это как число хлопков в секунду. Но по одному только числу хлопков еще нельзя понять, насколько громко их слышит конкретный человек и как это на него влияет. Таким образом мы записываем выданную дозировку препарата (по аналогии с милиграммами для обычных лекарств), например 100 мКи или 3700 МБк I-131 для РЙТ при раке щитовидной железы.

Поглощенная доза - это уже количество энергии, которое излучение передало веществу или ткани. Ее единица — грей (Гр).
1 Гр = 1 джоуль энергии на 1 килограмм вещества.

Это то, на сколько ткань облучилась в лечебном плане.

Но одинаковая поглощенная доза от разных видов излучения может действовать на организм по-разному. Поэтому используют еще зиверт (Зв) - единицу эквивалентной и эффективной дозы.

Эквивалентная доза учитывает какой это был вид излучения, а в случае эффективной дозы насколько чувствительны органы человека к радиации.

Это то, на сколько ткань облучилась в плане безопасности.

Грубо говоря:

• Бк / Ки - насколько «активен» источник (или доза перепарата которую выдали пациенту)
• Гр - сколько энергии реально поглотила ткань (какую дозу облучения получила интересующая нас ткань, например опухоли)
• Зв - как эту дозу оценивают с точки зрения возможного биологического вреда (какое остаточное излучения от тела осталось после терапии)

Нормы радиационной безопасности

Здесь сразу же хочу сказать пару слов об остаточном излучении от тела, после любой радионуклидной терапии и нормах.

В разных странах действуют разные нормы радиационной безопасности. В России ориентируются на нормативы НРБ-99/2009, согласно которым безопасным считается уровень излучения менее 20 микрозиверт в час (мкЗв/ч) на расстоянии одного метра или 400 МБк активности в теле пациента (при таких значениях можно выписывать из "закрытого" стационара).

В других странах можно увидеть другие нормы, даже до 70 мкЗв/ч в США и Южной Корее (соответственно 1220 МБк в теле), хотя излучение везде одинаковое, разница лишь в нормативах конкретной страны.

Там же указано, что взрослые, проживающие вместе с таким пациентом, не должны получать более 5000 мкЗв/год, а для остальных взрослых и детей предел составляет 1000 мкЗв/год.

Ограничения по близким контактам с другими людьми нужны для того чтобы оградить их от дополнительного гамма-излучения. Их строгость и продолжительность сильно зависят от того какой препарат использовался для лечения, в какой дозировке и какой остаточный фон излучения от тела пациента остался после процедуры.

Где радиация встречается в жизни

Радиация - не что-то существующее только в реакторе или в отделении радиологии. Мы живем в мире, где естественный радиационный фон повсюду: это космическое излучение от солнца, при перелетах на самолете или просто в условиях высокогорья; природное - в почве и горных породах, даже в нашем с Вами организме есть некоторые изотопы, т.е. натруально повсюду.

Upd. в бананах например есть изотоп калия (калий-40) и существует шутливое понятие "бананового эквивалента", один банан примерно равен 0,1 мкЗв.

Кроме естественных источников, есть и искусственные: рентген, КТ, лучевая терапия, ядерная медицина.

Для примера за 3-часовой полет на самолете, в среднем все пассажиры могут получить дозу облучения около ~ 10 мкЗв, а один рентген грудной клетки (в зависимости от оборудования), это ~ до 300 мкЗв. Пилоты и бортпроводники получают более высокие дозы, это может быть до ~ 6000 мкЗв в год и более. А для космонавтов предельным считается 1 000 000 мкЗв за весь стаж.

Принципиально важно, что медицинское применение излучения - это строго регламентированный и рассчитываемый инструмент, который должен применяться по показаниям, с пониманием того, что польза превышает риски.

Что такое ядерная медицина

Ядерная медицина - это раздел клинической медицины, в котором используются открытые источники ионизирующего излучения с диагностической и лечебной целью. Открытые, значит попадающие внутрь организма (через рот или внутривенно) и соответственно выводящиеся из организма с биологическими жидкостями.

В отличие от обычного рентгена, где источник излучения находится снаружи, в ядерной медицине источник на короткое время оказывается внутри организма. Это позволяет видеть не только анатомию, но и функцию: как работает щитовидная железа, как кровоснабжается миокард, есть ли активная опухолевая ткань, как ведет себя костная ткань или воспалительный очаг.

В диагностике - это сцинтиграфия, ОФЭКТ/КТ и ПЭТ/КТ. В лечении радиойодтерапия при заболеваниях щитовидной железы и другие виды радионуклидной терапии, когда препарат накапливается в нужной ткани и облучает ее прицельно. Идея простая, доставить излучение как можно ближе к мишени.

Как защищаются от излучения

Базовые принципы радиационной защиты удивительно просты.

Первое - время. Чем меньше времени человек находится рядом с источником, тем меньше полученная доза.
Второе - расстояние. Чем дальше от источника, тем слабее воздействие.
Третье - экранирование. Между человеком и источником ставят материал, который ослабляет излучение, например свинец и бетон для гамма- и рентгеновского излучения.

К этому добавляются контроль и правила работы: дозиметры, ограничение времени контакта, правильное хранение источников, защита персонала, проверка загрязнения, расчеты активности и дозы, соблюдение протоколов. Именно благодаря этому современная работа с излучением в медицине и промышленности безопасна.

Важно понимать, что вред от излучения определяется конкретными условиями: видом излучения, выделенной энергией (поглощенной дозой), длительностью облучения, попадает ли источник излучения внутрь организма или остается снаружи. Основные правила защиты от излучения включают минимизацию времени взаимодействия с источником, расстоянием до источника и экранирование от излучения различными средствами защиты.

Почему радиации не нужно бояться

Страх обычно основывается на недостаточном понимании чего-то «невидимого», но невидимость не делает явление сверхъестественным, радиация - это не магия, а физический процесс, который можно измерять, рассчитывать и контролировать. На самом деле в медицине используется просто повсеместно - в онкологии, кардиологии, эндокринологии, неврологии и много где ещё. Эти методы приносят огромную пользу, поэтому надеюсь что данный текст поможет Вам не бояться излучения «по умолчанию».

Как-то так..