Эффективная доза

Эффективная доза — это физико-биологическая величина, используемая в радиационной защите для количественной оценки риска неблагоприятных биологических последствий ионизирующего излучения, полученного человеком. В отличие от поглощённой дозы, которая отражает количество энергии, переданной излучением единице массы ткани, эффективная доза учитывает не только тип излучения, но и биологическую чувствительность облучаемых органов и тканей.

Эффективная доза обозначается символом E и измеряется в зивертах (Зв). Эта величина интегрирует в себе два корректирующих множителя: радиационно-взвешивающий коэффициент (тип излучения) и тканевой весовой коэффициент (биологическая значимость ткани или органа).

Расчёт эффективной дозы

Расчёт эффективной дозы основан на суммировании эквивалентных доз, полученных различными органами или тканями, с учётом их относительной радиочувствительности:

E = ∑TwT ⋅ HT

где:

  • E — эффективная доза;
  • wT — весовой коэффициент ткани T;
  • HT — эквивалентная доза в ткани T.

Эквивалентная доза HT, в свою очередь, определяется по формуле:

HT = ∑RwR ⋅ DT, R

где:

  • DT, R — поглощённая доза в ткани T, вызванная излучением типа R;
  • wR — радиационно-взвешивающий коэффициент для излучения типа R.

Таким образом, эффективная доза учитывает:

  1. Различия в биологической эффективности различных видов излучения;
  2. Различия в чувствительности различных органов и тканей.

Радиационно-взвешивающие коэффициенты wR

Коэффициенты wR зависят от типа и энергии ионизирующего излучения. Некоторые характерные значения:

Тип излучения wR
Фотонное (гамма, рентген) 1
Электроны и мюоны 1
Нейтроны (в зависимости от энергии) 5–20
Протоны (кроме нейтронов) 2
Альфа-частицы, тяжёлые ионы 20

Тканевые весовые коэффициенты wT

Эти коэффициенты отражают вклад каждого органа в общий радиационный риск. Значения wT утверждаются Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ) и обновляются по мере накопления биологических данных. Некоторые из них:

Орган или ткань wT
Красный костный мозг 0,12
Толстая кишка 0,12
Лёгкие 0,12
Желудок 0,12
Молочные железы 0,12
Гонады (семенники/яичники) 0,08
Мочевой пузырь 0,04
Печень 0,04
Щитовидная железа 0,04
Кожа 0,01
Поверхностные ткани (кости) 0,01
Остальные ткани (суммарно) 0,12

Сумма всех весовых коэффициентов должна быть равна единице:

∑TwT = 1

Биологический смысл эффективной дозы

Эффективная доза предназначена для оценки вероятности стохастических эффектов, таких как злокачественные опухоли и генетические мутации, возникающих вследствие воздействия ионизирующего излучения. Она не используется для оценки тяжёлых детерминированных эффектов (например, ожогов или лучевой болезни), для которых более релевантна поглощённая доза.

Поскольку разные органы имеют различную чувствительность к радиации, одинаковая поглощённая доза, полученная, скажем, в коже и в костном мозге, даёт разную эффективную дозу. Таким образом, эффективная доза позволяет объективно сравнивать радиационные воздействия при облучении различных анатомических областей.

Практическое значение и применение

Эффективная доза используется в следующих ключевых сферах:

  • Оценка радиационного риска для персонала в условиях профессионального облучения;
  • Нормирование радиационной безопасности и контроль соответствия санитарным правилам;
  • Сравнение различных источников облучения (например, КТ грудной клетки vs. рентген зубов);
  • Расчёт коллективной дозы в населении при аварийных выбросах радиоактивных веществ;
  • Планирование и обоснование медицинских вмешательств, связанных с применением ионизирующего излучения (диагностика, терапия).

Ограничения и критика

Несмотря на широкое применение, эффективная доза имеет ряд ограничений:

  • Она является усреднённой оценкой риска для “среднестатистического человека”, не учитывая индивидуальные различия (возраст, пол, здоровье).
  • Не применяется для оценки дозы при внутреннем облучении, если изотоп локализован в определённом органе.
  • Эффективная доза не предназначена для клинической диагностики, а исключительно для радиационной защиты.
  • В ряде ситуаций (например, в лучевой терапии) предпочтительнее использовать другие дозиметрические величины, например, эквивалентную или поглощённую дозу.

Примеры типичных значений эффективной дозы

Источник облучения Эффективная доза (приблизительно)
Природный фон за год (в среднем) 2,4 мЗв
Рентген грудной клетки 0,1 мЗв
Компьютерная томография (живот) 10 мЗв
Авиаперелёт Москва — Нью-Йорк (в одну сторону) 0,03–0,05 мЗв
Лимит дозы для работников АЭС (годовой) 20 мЗв (среднее за 5 лет)
Лимит дозы для населения (годовой) 1 мЗв

Место в системе дозиметрических величин

Эффективная доза входит в иерархию дозиметрических величин, наряду с:

  • Поглощённой дозой (Гр) — мера энергии, переданной тканям;
  • Эквивалентной дозой (Зв) — с учётом типа излучения;
  • Операционными величинами, используемыми в дозиметрии окружающей среды и индивидуальной защите (например, глубинная дозовая эквивалентность).

Эффективная доза представляет собой наиболее интегральный и обобщённый показатель, позволяющий на единой шкале оценивать воздействие самых разных источников излучения и в самых разных сценариях.

Оглавление