Файл: Семинар Биологическое действие ионизирующих излучений (радиобиология).docx

Тема 3. Физика и наука о живой природе.Семинар 5. «Биологическое действие ионизирующих излучений (радиобиология)».План занятия: Вопрос 1. Виды ионизирующих излучений. Факторы, определяющие биологическийэффектионизирующихизлучений (ИИ) Вопрос2.Биологическоедействиеионизирующихизлучений Вопрос3.Классификациярадиационныхпоражений

Вопрос 4. Клиническая классификация острой лучевой болезни (ОЛБ) от внешнего облучения

Вопрос5.Основныесиндромыостройлучевойболезни

Вопрос 1. Виды ионизирующих излучений. Факторы, определяющие биологический эффект ионизирующих излучений (ИИ)

Ионизирующими излучениями называют поток частиц или квантов, способных прямо иликосвенно вызывать возбуждение и ионизацию атомов и молекул в облученном объекте. Ионизациейназываетсяотрывэлектроновотатома,прикоторомобразуется параионов(+и-).Различаютследующиевидыионизирующихизлучений.

1. По наличию массы покоя:

   1. 
      Электромагнитные излучения (не имеют массы покоя):
      

• 
  рентгеновское излучение,
  
• 
  гамма-излучение.
  

Корпускулярные излучения (имеют массу покоя):

• 
  бета-частицы (позитроны, электроны);
  
• 
  протоны (ядра водорода);
  
• 
  альфа-частицы (ядра атома гелия);
  
• 
  нейтроны;
  

2. По наличию заряда:

   1. 
      Электрически нейтральные излучения:
      

• 
  рентгеновское излучение;
  
• 
  гамма-излучение;
  
• 
  нейтроны.
  

1. 
   Потоки заряженных частиц
   

---

• 
  альфа,
  
• 
  бета-частицы.
  

3. 
   Поплотностиионизации(то есть, по количеству ионов, образующихся в облученном объекте под действием излучения):
   

• 
  Редкоионизирующие (рентгеновское, гамма-излучение, бета-излучение).
  
• 
  Плотноионизирующие (альфа-частицы, нейтроны).
  

Основные факторы, определяющие биологический эффект ионизирующих излученийивыраженностьповреждающегодействиянаклеткиитканиорганизма.

1. 
   Проникающая способность (глубина проникновения в биоматериал). Наибольшая у электромагнитных излучений, через тело человека они проходят беспрепятственно. Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, обладают, как и гамма лучи, большой проникающей способностью. Ослабление потока нейтронов в основном происходит за счет столкновения с ядрами других атомов и за счет захвата нейтронов ядрами атомов. Так при столкновении с легкими ядрами нейтроны в большей степени теряют свою энергию, но легкие водородосодержащие вещества такие как: вода, парафин, ткани тела человека являются лучшими замедлителями и поглотителями нейтронов.
   

Низкаяпроникающаяспособностьуальфа-излучений(до0,1мм)ибета-излучений(1-2см).

2. 
   Количествоэнергииизлучения,поглощеннойбиоматериалом. Измеряется в дж/кг (или
   

Гр-грей,зиверт),1Гр=100рад.

3. 
   Плотность ионизации – количество событий ионизации атомов и молекул вдоль трека частицы. Плотноионизирующие излучения при равной поглощенной дозе обладают большей биологической эффективностью вследствие усиления лучевого поражения клеток и тканей организма и снижения их способности к пострадиационному восстановлению.
   
4. 
   Радиочувствительность тканей – прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки ее клеток (закон Бергонье- Трибондо). Ткани в порядке убывания радиочувствительности: лимфоидная – миелоидная – герминативный (семенники, гонады), кишечный и покровный эпителий – мышечная – нервная - хрящевая – костная.
   

---

Вопрос 2. Биологическое действие ионизирующих излучений

Биологическое действие ионизирующих излучений обусловлено энергией, отдаваемойизлучениями разных видов (альфа, бета-частицами, нейтронами, гамма-квантами) тканям и органам.Несмотря на неодинаковую физическую природу различных видов ионизирующих излучений,существуетопределеннаяобщностьихбиологическогодействия,обусловленнаяихионизирующимдействиемнабиосубстраты.Различают два вида радиобиологических эффектов: детерминированные (нестохастические)истохастические.

1. 
   Детерминированные - клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующими излучениями, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше – тяжесть эффекта зависит от полученной дозы. Клиническая медицина к таким эффектам относит: лучевую болезнь, лучевой дерматит, лучевую катаракту, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.
   
2. 
   Стохастические радиобиологические эффекты – вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующими излучениями, не имеющие дозового порога возникновения и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы. Клинически беспороговые эффекты диагностируются как злокачественные опухоли, лейкозы, а также наследственные болезни.
   

Стохастическиерадиобиологическиеэффектыразделяютнасоматическиеинаследственные. Соматические эффекты проявляются у самого облученного лица, а наследственные –у его потомков. Основным отдаленным соматическим эффектом является повышенная частотаразвития у облученного населения раковых заболеваний, появление которых будет происходитьв течение нескольких десятилетий (первые 50 лет) после облучения. Наследственные эффектыпоявляютсявследствиеоблучениягонадулицрепродуктивного возраста.

Механизмы биологического действия ионизирующих излучений

---

При воздействии ИИ на биосубстрат происходит поглощение последним энергии излучения. Это приводит к ионизации атомов и молекул (то есть, потере атомом электрона, оставшаяся часть атома приобретает положительный заряд) или к возбуждению атомов, молекул(переход электрона на более высокий энергетический уровень в пределах атома). Образовавшиеся в результате ионизации атомов ионы и свободные электроны взаимодействуют между собойи с окружающими неповрежденными атомами и молекулами, образуя при этом свободные радикалы.Неорганические радикалыобразуютсяприрадиолизеводы- гидроксильныйрадикал^{(ОН), радикал водорода (Н), гидратированный электрон, перекись водорода (Н}2^О2^{), гидропероксид (НО}2^{), супероксид-анион-радикал (О}2^{), атомарный и синглетный кислород.Продукты}радиолиза воды обладают сильным окислительным действием в отношении органических веществбиотканей.Под воздействием ионизирующих излучений и продуктов радиолиза воды происходитрадиолиз молекул основных биологически важных органических веществ клетки (ДНК, нуклеотидов, аминокислот, белков, углеводов, фосфолипидов и др.) с образованием органическихрадикалов, обладающих повреждающим действием на ткани. В присутствии кислорода органические радикалы вступают с ним во взаимодействие. Высокое сродство кислорода к органическим радикалам лежит в основе так называемого «кислородного эффекта», суть которого стоит в усилении радиационного повреждения белков, ДНК и других биомолекул в присутствиикислорода.Продукты радиолиза воды, активные формы кислорода и органические радикалы, всвою очередь, способны изменять структуру биологически важныхмакромолекул с нарушением их функции. Наибольшее значение для дальнейшей судьбы облученной клетки имеют процессы,происходящиевбелках, ДНК и фосфолипидах.Нарушается структурабелков(разрывы дисульфидных мостиков, водородных связей,пептиднойцепи,окислениесульфгидрильныхгруппит.д.).Врезультатеизменяетсявторичная и третичная структура белков, что приводит к нарушению их биологических свойств, в томчислеферментативнойактивности.

---

Радиационные повреждения ДНКпроявляются в виде нарушений структуры азотистыхоснований, появлений разрывов ДНК, сшивок ДНК-ДНК и ДНК-белок, нарушений комплексовДНК с другими молекулами. В повреждении ДНК велика роль «кислородного эффекта». В присутствии кислорода число повреждений оснований ДНК увеличивается более чем в 3 раза. Врезультатеповреждаетсягенетическийаппаратклеток,возникаютхромосомныеаберрации,нарушаютсяпроцессыделения и воспроизведения.Разрушение фосфолипидовлипидного бислоя клеточных мембран, усиление реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ) способствует нарушению структуры и функции мембранклеток и внутриклеточных структур (митохондрий, лизосом, ядер др.), их вязкости, проницаемости, многих физико-химических характеристик. В результате нарушаются ряд жизненно необходимых для клетки функций биомембран – барьерная, рецепторно-сигнальная, регуляторная,транспортная идр.Таким образом, многочисленные структурные и функциональные изменения в субклеточных структурахобуславливают нарушение процессов окислительного фосфорилирования.что ведет к истощению энергетических ресурсов клеток; выход и активацию гидролитическихферментов лизосом, угнетение синтеза ДНК и деления клеток, извращение ионного транспортаи др.Многочисленные повреждениямакромолекулифункциональные нарушениясущественно влияют на жизнеспособность облученных клеток и тканей организма, на течение процессовихповрежденияирепарации,приводятк гибеликлеток.Различаютдвеформылучевойгибеликлеток:

1. 
   интерфазная;
   
2. 
   репродуктивная.
   

Репродуктивная гибельклеток характерна для всехбыстропролиферирующихтканей,она наступает не сразу после облучения, а в ходе нескольких циклов деления. Основной причинойрепродуктивной гибели являются структурныеповреждения ДНК.Интерфазная гибель клетки наступает до вступления клетки в митоз. Для большинстваклеток соматических тканей животных и человека интерфазная гибель регистрируется при облучении в высоких дозах, проявляется в виде различных дегенеративных изменений ядра и цитоплазмы и происходит или непосредственно «под лучом», или в первые часы после облучения.

---