Ионизирующее излучение (например, рентгеновское) — это излучение, обладающее достаточной энергией для выбивания электронов из атомов или молекул при прохождении через вещество. Потеря электрона приводит к тому, что атом (или молекула) становится положительно заряженным (ионизируется).
В отличие от этого, энергии микроволнового, инфракрасного и ультрафиолетового излучения недостаточно для удаления электронов, и, следовательно, эти виды излучения считаются неионизирующими.
а) Биологические эффекты ионизирующего излучения. Биологические эффекты ионизирующего излучения можно разделить на детерминированные (повреждение тканей) и стохастические (генетические изменения и возникающий вследствие этого канцерогенез).
Стохастические эффекты — это эффекты, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе облучения, но не существует определяемого порога для возникновения данного эффекта, а его тяжесть не зависит от дозы (т.е. беспороговая функция дозы). Вызванная облучением малигнизация является стохастическим риском и может возникать даже при минимальной дозе радиации, но вероятность ее возникновения возрастает с увеличением дозы облучения.
Стохастический механизм представляет собой непредсказуемое, необратимое радиационное повреждение ДНК ограниченного числа жизнеспособных клеток.
Детерминированный эффект — это дозозависимый прямой биологический эффект излучения, обычно связанный с пороговой дозой, при превышении которой происходит повреждение ткани, и степень тяжести повреждения увеличивается с увеличением дозы. Ниже порогового уровня радиационного воздействия вероятность причинения вреда равна нулю.
Детерминированный эффект наблюдается, когда значительное, предсказуемое количество клеток повреждается в достаточной для его проявления степени. Радиационное поражение кожи (порог от 2 до 3 Гр) является детерминированным эффектом.
б) Номенклатура величин и единиц ионизирующего излучения. Современные системы радиографической визуализации обеспечивают несколько измерений количества радиационного облучения во время процедур. Доза облучения соотносится с повреждением, нанесенным организму, и обычно описывается следующими параметрами: поглощенная доза, эквивалентная доза, эффективная доза или коллективная доза.
1. Время рентгеноскопии. Время рентгеноскопии (в минутах) — это время, в течение которого во время процедуры используется рентгеноскопия, не включая время получения изображения. Кроме того, телосложение пациента сильно влияет на итоговую дозу (см. ниже) при аналогичных значениях времени рентгеноскопии. Следовательно, время рентгеноскопии само по себе не является достаточным для определения дозы облучения пациента.
2. Керма воздуха. Керма ("kinetic energy released per unit mass") воздуха представляет собой кинетическую энергию, выделяемую на единицу массы при прохождении рентгеновского луча через воздух в определенной точке и характеризует интенсивность (силу) рентгеновского луча. Керма воздуха выражается в Греях (Гр). Общая керма воздуха — это кумулятивная керма воздуха, которая используется для мониторинга дозовой нагрузки пациента, поскольку она связана с зависимыми от пороговых значений детерминированными повреждениями кожи. Керма воздуха не учитывает протяженность (площадь) рентгеновского луча.
Произведение дозы на площадь (kerma area product, КАР, или dose area prodact, DAP) выражается в Гр.см2: средняя керма воздуха (в Гр), умноженная на площадь поперечного сечения рентгеновского луча (в см2). КАР можно использовать для оценки дозы облучения органа, эффективной дозы и общей дозы, полученной пациентом, КАР напрямую связан с общим стохастическим риском пациента.
Оценка дозы излучения, полученной пациентом, на основании КАР требует информации о характеристиках рентгеновского луча, антропометрических параметрах и возрасте пациента, данных о части тела, подвергшейся облучению, геометрии (размере и проекции) поля облучения.
3. Пиковая кожная доза. Пиковая кожная доза (в Гр) — это максимальная доза облучения, полученная любым локальным участком кожи пациента. Вероятность и тяжесть кожных эффектов возрастают с увеличением пиковой кожной дозы. Пиковая кожная доза зависит от мощности дозы и продолжительности воздействия рентгеновского излучения на конкретную область тела. В настоящее время нет доступного метода измерения пиковой кожной дозы, но она может быть определена если известны значение кермы воздуха и геометрии рентгеновских лучей.
4. Поглощенная доза излучения. Поглощенная доза излучения — это энергия, поглощенная на единицу массы органа или ткани. Поглощенная доза отражает интенсивность энергии, переданной излучением веществу в минимальном объеме (небольшому количеству ткани любого участка тела) и используется для оценки повреждения конкретного органа или ткани. Единицей измерения является джоуль на килограмм (Дж/кг), которой дано название «Грей» (Гр), заменяющее, таким образом, единицу «рад» (сокращение от "radiation absorbed dose" — поглощенная доза излучения). 100 рад = 1 джоулю на килограмм (Дж/кг), что также равно 1 Гр.
Поглощенная доза является мерой фактической энергии, которая воздействовала на облучаемую ткань, и может быть сопоставлена с детерминированными эффектами, но не используется для оценки стохастического радиологического риска. Для оценки стохастического риска необходимо учитывать тип излучения и чувствительность облучаемых тканей. Для расчета биологического эффекта поглощенной дозы были разработаны такие величины как эквивалентная доза и эффективная доза.
5. Эквивалентная доза. Термин эквивалентная доза относится к воздействию, которое данный тип излучения оказывает на ткань. Определяется как произведение дозы излучения, поглощенной органом или тканью, и взвешивающего коэффициента качества излучения. Эквивалентная доза учитывает разные эффекты, оказываемые различными видами ионизирующего излучения (ос-частицы, электроны, фотоны) при одинаковом количестве дозы. Этот поправочный коэффициент для рентгеновских лучей равен 1, а единица измерения Дж/кг получила специальное название «Зиверт» (Зв), которое заменило единицу «бэр» (сокращение от «биологический эквивалент рентгена»; 1 Зв = 100 бэр).
Эквивалентная доза используется для оценки ожидаемого биологического ущерба от поглощенной дозы определенного типа излучения. Поскольку все виды излучения, используемые в диагностических целях, обладают одинаковым низким потенциалом повреждения, эквивалентная доза в Зв численно равна поглощенной дозе в Гр.
6. Эффективная доза. Эффективная доза учитывает три фактора: (1) дозу, поглощенную всеми органами или тканями тела; (2) относительный уровень вреда излучения; (3) радиочувствительность каждого органа или ткани. Поскольку разные органы и ткани имеют разную чувствительность к радиации, эквивалентная доза умножается на соответствующие взвешивающие коэффициенты тканей (коэффициенты чувствительности определенных тканей и органов).
Взвешивающие коэффициенты тканей в сумме составляют 1, так им образом, если все тело облучается проникающим внешним излучением равномерно, эффективная доза для всего тела равна эквивалентной дозе для всего тела.
Если облучается только часть тела, для расчета эффективной дозы используют только эти области. Сумма эффективных доз для всех органов и тканей тела представляет собой эффективную дозу для всего тела.
Эффективная доза используется для оценки стохастического риска пациента (т.е. долгосрочного риска развития индуцированного радиацией рака и генетических эффектов). Эффективная доза не предназначена для измерения детерминированного воздействия на здоровье, которое измеряется количеством поглощенной дозы. Кроме того, эффективная доза не применяется для оценки риска конкретного пациента; скорее, она относится к общему долгосрочному риску для человека при проведении данной процедуры и используется для сравнения рисков различных процедур.
Эта величина широко используется для оценки воздействия ионизирующего излучения на пациентов и персонал во время процедур.
Единицей измерения также является джоуль на килограмм (Дж/кг), которому присвоено специальное название «Зиверт» (Зв).
в) Воздействие ионизирующего излучения во время электрофизиологических процедур. Воздействие ионизирующего излучения от естественных источников относительно невелико, тогда как облучение, связанное с медицинскими вмешательствами, в настоящее время считается основным источником. Рентгеноскопический контроль остается стандартным методом визуализации катетера при интервенционных кардиологических и ЭФ процедурах, а кардиологи являются одними из лидеров по частоте использования медицинского излучения.
Фактически, на интервенционную кардиологию приходится почти 40% всей совокупной дозы облучения населения США от всех медицинских источников, за исключением лучевой терапии. Более того, данные свидетельствуют о том, что облучение интервенционных кардиологов и кардиологов-электрофизиологов на рабочем месте является самым высоким среди всех медицинских работников, подвергающихся воздействию рентгеновских лучей.
Радиационное облучение при кардиологических интервенционных вмешательствах сильно различается. В целом, средняя лучевая нагрузка на пациентов оценивается в 2,5 мЗв для диагностической катетеризации сердца, 6,4 мЗв для чрескожных коронарных вмешательств, 3,2 мЗв для диагностического ЭФИ и 4,4 мЗв для аблации НЖТ. Катетерная аблация сложных сердечных аритмий, включая ФП, макрореентри ПТ и реентри ЖТ, ассоциирована со значительным увеличением продолжительности рентгеноскопии и лучевой нагрузки (табл. 2).
Кроме того, одному и тому же пациенту часто требуются разные или повторные процедуры, что увеличивает лучевую нагрузку и риск осложнений. Использование КТ до и после процедур аблации ФП дополнительно увеличивает облучение пациента. Типичная эффективная доза составляет 7 мЗв при выполнении стандартной КТ грудной клетки, 16 мЗв при КТ сердца и 0,1 мЗв при выполнении рентгеновского снимка грудной клетки.
Во время каждой процедуры оперирующие хирурги и лабораторный персонал подвергаются гораздо меньшему облучению, чем пациенты, но эти воздействия многократны, что приводит к получению значительных доз облучения на протяжении всей жизни. Фактически, профессиональное облучение интервенционных кардиологов оценивается в 5 мЗв (эквивалентно 250 рентгенограммам грудной клетки), что в 2-3 раза выше, чем у рентгенологов. Воздействие на специалиста определяется как эквивалентная доза для воздействия на органы и эффективная доза для воздействия на все тело.
Эффективная доза представляет собой сумму эквивалентных доз различных тканей, скорректированных с учетом радиационной чувствительности каждой ткани.
г) Клиническая картина. Воздействие ионизирующего излучения может отрицательно повлиять как на пациента, так и на медицинский персонал и подвергнуть их повышенному риску радиационного повреждения. Даже низкие дозы потенциально вредны, особенно для женщин, детей и молодых людей.
1. Поражение кожи, вызванное радиацией. При ЭФ процедурах область кожи спины пациента в точке входа в нее рентгеновского луча является тканью, получающей наибольшую дозу облучения, и повреждения кожи — хорошо известные осложнения катетерной аблации.
Реакция кожи на радиацию зависит от дозы. Пороговые значения дозы или времени появления радиационно-индуцированных изменений кожи варьируются в зависимости от индивидуальной радиочувствительности пациента. Некоторые заболевания, включая аутоиммунные, заболевания соединительной ткани, ожирение, гипертиреоз, диабет, атаксию-телеангиэктазию, а также прием ряда лекарственных препаратов (например, доксорубицин, 5-фторурацил и метотрексат) могут повышать чувствительность к воздействию ионизирующего излучения.
Для большинства пациентов самая низкая доза, которая может вызвать заметные изменения кожи, составляет 2 Гр, что может проявляться преходящей эритемой кожи и выпадением волос, возникающими, как правило, в течение нескольких часов после воздействия и исчезающими через 24 часа. Если поглощенная кожей доза превышает 6 Гр, вторая фаза гиперемии (основная эритема) может развиться через несколько дней и разрешиться в течение нескольких недель. Обычно это проявляется в виде покраснения и отечности кожи, сопровождающейся жжением, болезненностью и зудом (рис. 32.12).
Острое радиационное повреждение кожи (эритема), через 2-3 нед после радиочастотной аблации фибрилляции предсердий с использованием биплановой рентгеноскопии. Пораженные участки имеют четко очерченные границы, совпадающие с местом входа рентгеновского луча
При более высоких дозах серьезное дозозависимое повреждение кожи может манифестировать в виде гиперпигментации, сухого шелушения, волдырей и ишемического дермального некроза. Хроническое лучевое поражение проявляется через месяцы или годы после облучения в виде постоянной эритемы, атрофии кожи и изъязвлений. Следует отметить, что ранее не сообщалось о раке кожи, напрямую связанном с облучением в результате интервенционных процедур.
Диагностика радиационного поражения кожи часто является запоздалой. Острое радиационное поражение кожи (характеризующееся эритемой с пузырьками, эрозиями и болью) может быть ошибочно диагностировано как контактный дерматит, вирусная или бактериальная инфекция или укус насекомого, а факт проведения рентгеноскопии часто игнорируется или считается несущественным. Поэтому требуется высокая степень настороженности.
Характерно, что повреждения кожи, вызванные рентгеноскопией, затрагивают область, совпадающую с местом входа рентгеновского луча, которая обычно имеет четко определенные границы (см. рис. 32.12), и возникающие во время длительной рентгеноскопии на одном участке, когда луч не перемещается или не меняет размер. Важно предупредить пациентов, которые подверглись длительным процедурам или получили высокую дозу облучения кожи, о необходимости обследовать себя примерно через 2-3 нед после процедуры на предмет изменений кожи и связаться с врачом, если таковые наблюдаются.
Биопсия кожи обычно не требуется и не рекомендуется, особенно учитывая потенциальный риск образования незаживающей язвы при биопсии в месте, поврежденном радиацией. К тому же результаты биопсии кожи, как правило, неспецифичны для лучевого поражения.
2. Радиационно-индуцированная катаракта. Хрусталик является высокочувствительной к воздействию радиации тканью. Связь между катарактой и радиационным воздействием хорошо установлена и продемонстрирована на персонале, участвующем в интервенционных процедурах с использованием рентгеновских лучей.
Ионизирующее излучение обычно приводит к образованию задней субкапсулярной катаракты. Этот тип катаракты встречается редко, однако также может быть осложнением сахарного диабета или результатом использования системных кортикостероидов. Катаракты, связанные со старением пациента, чаще бывают кортикальными или ядерными. Катаракта вызывает снижение остроты зрения, чувствительности к яркому свету и медленную адаптацию к темноте и свету.
Возникновение катаракты, вызванной радиацией, традиционно считается детерминированной тканевой реакцией, для ее развития необходимо достижение пороговой дозы облучения (0,5 Гр) и повреждение множества клеток. Однако существуют предположения, что катаракта может формироваться стохастически, без достижения пороговой дозы.
3. Сердечно-сосудистые заболевания, вызванные облучением. Кардиоваскулярные эффекты радиации включают очаговую дегенерацию и фиброз миокарда, а также ускорение аторогенеза, что может привести к развития ишемической болезни сердца и кардиомиопатии. Хотя вопрос остается недостаточно изученным, сообщалось, что сердечно-сосудистые эффекты радиации возникают при дозах более 0,5 Гр.
4. Радиационно-индуцированный канцерогенез. Абсолютный риск развития фатального рака увеличивается на 0,05% на каждые 10 мЗв воздействия сверх фонового риска в 20%. Эффективная доза в 15 мЗв связана с повышением риска рака у 1 на 750 мужчин старше 50 лет, причем половина из этих случаев приводит к летальному исходу. Риск стохастических эффектов не вызывает большого беспокойства у пожилых пациентов из-за латентного периода (10 лет и более) развития большинства видов рака. Однако у детей, которые имеют большую продолжительность жизни, риск рака в четыре раза выше.
Ионизирующее излучение — одна из немногих установленных причин опухолей головного мозга. Повышенный риск рака кожи, рака груди и лейкозов был связан с высокими дозами облучения на рабочем месте до 1950 г., когда знания о последствиях радиационного облучения еще только развивались и до того, как стали общепринятыми современные методы радиационной безопасности.
д) Профилактика:
1. Снижение радиационного воздействия. Радиационная безопасность — это ответственность всех специалистов здравоохранения, работающих в среде, использующей рентгеновское излучение. Понимание неблагоприятных последствий радиационного облучения, образование и обучение радиационной безопасности важны для минимизации неблагоприятного воздействия радиационного облучения на пациентов и медицинский персонал.
В США специалистами гигиены труда была принята политика по снижению воздействия ионизирующего излучения, используемого для медицинских нужд, до уровня, который является «настолько низким, насколько это разумно достижимо» ("as low as reasonably achievable", ALARA).
Никакое количество радиации нельзя считать безопасным, следовательно, не должно быть никакого воздействия ионизирующего излучения без ожидаемой от этого пользы.
Важным шагом к уменьшению рентгеноскопического воздействия является оптимизация настроек рентгеноскопической системы, таких как коллимация рентгеновского луча, частота кадров, настройка протокола и угол наклона системы, чувствительность детектора и расстояние, а также фильтрация сигнала. Кроме того, оптимизация постоянной и временной защиты, правильное использование средств индивидуальной защиты, оптимальное расположение пациента и оператора, модификация поведения оператора во время процедуры имеют важное значение для снижения воздействия ионизирующего излучения.
Были рекомендованы несколько стратегий для оптимизации дозы облучения пациента и минимизации профессионального травматизма персонала ЭФ лаборатории (список 1, список 2).
Главный принцип: уменьшив дозу облучения пациента, вы также уменьшите свою собственную дозу.
Последние технологии, такие как получение рентгеновских изображений с низкой экспозицией, улучшенные системы защиты, нерентгеноскопические системы навигации и картирования, использование катетеров с датчиками силы контакта и систем удаленной навигации, позволили значительно снизить воздействие ионизирующего излучения в ЭФ лаборатории. Новейшие технологии позволяют выполнять ЭФ процедуры с нулевой или близкой к нулю рентгеноскопией.
2. Радиационная дозиметрия. В зоне, где используется ионизирующее излучение, включая ЭФ лабораторию, необходима персональная дозиметрия для всего персонала. Согласно рекомендациям Международной комиссии по радиологической защите (MKP3/ICRP) требуется наличие двух индивидуальных дозиметров: один для ношения под индивидуальной защитной свинцовой одеждой на уровне талии, а второй для ношения на наружней поверхности защиты области щитовидной железы для получения информации о радиационном воздействии на мозг и глаза.
Необходимо проводить периодические проверки с последующим информированием операторов, с проверкой оборудования радиационной защиты ЭФ лаборатории. Всемирная организация здравоохранения рекомендует расследовать ситуации получения высоких профессиональных доз, когда эффективная доза оператора превышает 0,5 мЗв/мес, эквивалентная доза хрусталика превышает 5 мЗв/мес или эквивалентная доза для конечностей превышает 15 мЗв/мес. МКРЗ установила пятилетний предел эффективной дозы для всего тела в 100 мЗв и предел в 50 мЗв за любой отдельный год.
Эквивалентные дозы не должны превышать 20 мЗв/г. для хрусталика (рассчитывается как среднее за 5 лет подряд) и 500 мЗв/г. для кожи, рук и ног.
Для пациентов точный предел дозы облучения не определялся. В целом, доза облучения пациента не должна быть поводом для прекращения процедуры. Однако высокие значения доз облучения пациентов (DAP > 500 Гр.см2, общая керма воздуха > 5 Гр или время рентгеноскопии > 60 мин) должны служить поводом для последующего наблюдения за кожными повреждениями. Следует проинформировать пациента о необходимости уведомить оператора иди медицинского физика, если будут выявлены детерминированные эффекты на облученном участке кожи.
