В зависимости от энергии электромагнитного ионизирующего излучения, а так же в зависимости от энергии, массы, заряда, скорости частиц корпускулярного излучения степень ионизации вещества, при облучении в одинаковых условиях, может существенно различаться.
При облучении живых организмов в равных дозах, но разными типами ионизирующих излучений, может различаться и величина радиобиологического эффекта. Для сравнения биологического действия различных типов излучения в радиобиологии введена специальная величина - относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучения, которая оценивается сравнением дозы испытуемого излучения с дозой стандартного, вызывающего такой же радиобиологический эффект. В качестве стандартного обычно используют рентгеновское излучение с энергией 180 - 250 кэВ либо гамма-излучение кобальта 60 (⁶⁰Co) или цезия 137 (¹³⁷Cs), которое образует примерно 100 пар ионов на 1 мкм пути пробега в воде (табл. 2). Таким образом, ОБЭ=До/Дх, где До - ОБЭ доза стандартного излучения, а Дх - доза изучаемого излучения. Значения ОБЭ для некоторых видов ионизирующих излучений, являющиеся усреднёнными результатами экспериментов с различными организмами приведены в таблице 4.
Величина ОБЭ определяется, главным образом, значением ЛПЭ (Линейная передача энергии), то есть чем больше среднее число ионизаций на 1 мкм пробега, тем выше и ОБЭ. Эту зависимость демонстрирует кривая на рис. 8.
Рентгеновские и гамма-лучи, бета-частицы, энергия которых не превышает 3 МэВ, вызывают от нескольких десятков до сотни ионизаций на 1 мкм пути пробега в воде, а следовательно, и в живом организме, плотность которого приравнивается к ней (табл. 3).
Они получили название редкоионизирующих излучений. Потери их энергии 3–5 кэВ/мкм пути, и их значение ОБЭ близко к 1. Протоны, дейтроны, быстрые и промежуточные нейтроны с энергией до 10–20 МэВ вызывают несколько сот ионизаций и теряют на 1 мкм пути 3–5 кэВ. ОБЭ для них достигает 10. Альфа-частицы и ускоренные тяжёлые ионы индуцируют очень плотную ионизацию, и ЛПЭ у них исключительно велики. Так, одна альфа-частица, возникающая при бомбардировке бора или лития нейтронами, на 1 мкм пути образует в ткани более 9000 ионов (табл. 2).
Потери энергии при этом составляют до 300 кэВ/мкм, а значение ОБЭ достигает 20. Ядерное излучение урана вызывает до 130 тысяч ионизаций на 1 мкм пробега. Эти типы излучений получили название плотноионизирующих.
Таким образом, ОБЭ увеличивается с ростом ЛПЭ, то есть возрастает поражающее действие излучений. Но такая корреляция наблюдается не всегда. Как видно из кривой на рис. 8, резкий рост ОБЭ начинается с ЛПЭ 10 кэВ/мкм, достигает максимума при ЛПЭ 100 кэВ/мкм и затем резко снижается. Это объясняется тем, что при высоких значениях ЛПЭ наступает, как бы, насыщение клеток ионизациями, и каждая последующая частица реализует свою энергию в уже убитой клетке, то есть расходует её вхолостую – происходит, так называемое, "перепоражение" клетки.
Хотя, в основном, величина ОБЭ определяется значением ЛПЭ, она до некоторой степени зависит и от других факторов: величины дозы излучения, её распределения во времени, то есть мощности дозы или фракционирования её, наличия в среде кислорода и даже свойств объекта облучения. В частности, при облучении крупных животных – крупного рогатого скота, лошадей, когда практически очень сложно обеспечить равномерное распределение дозы во всех тканях, оценка величины ОБЭ теряет смысл. В таких случаях, при получении разности в эффектах облучения, при равных дозах, правильнее говорить не об ОБЭ, а об "отношении равных доз".
Заключая данный раздел, следует подчеркнуть, что знание коэффициентов ОБЭ различных типов излучений крайне важно для предсказания вероятности возникновения эффектов лучевого поражения, оценки степени риска при облучении, прогнозирования тяжести лучевой болезни и многих других ситуаций.
В статье использован материал из книги "Основы общей и сельско-хозяйственной радиобиологии", Киев, издательство УСХА 1991 г. Благодарю за внимание!
