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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2023

Просмотров: 396

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Тема 3. Физика и наука о живой природе.

Семинар 5. «Биологическое действие ионизирующих излучений (радиобиология)».
План занятия:
Вопрос 1. Виды ионизирующих излучений. Факторы, определяющие биологический эффект ионизирующих излучений (ИИ) Вопрос 2. Биологическое действие ионизирующих излучений Вопрос 3. Классификация радиационных поражений

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

Вопрос 5. Основные синдромы острой лучевой болезни





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


Ионизирующими излучениями называют поток частиц или квантов, способных прямо или косвенно вызывать возбуждение и ионизацию атомов и молекул в облученном объекте. Ионизацией называется отрыв электронов от атома, при котором образуется пара ионов (+ и -).

Различают следующие виды ионизирующих излучений.
  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;
    1. По наличию заряда:


      1. Электрически нейтральные излучения:

    • рентгеновское излучение;

    • гамма-излучение;

    • нейтроны.

      1. Потоки заряженных частиц


    • альфа,

    • бета-частицы.

    1. 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 излучений и выраженность повреждающего действия на клетки и ткани организма.

    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.

    Низкая проникающая способность у альфа-излучений (до 0,1 мм) и бета-излучений (1-2

    см).

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

    Гр - грей, зиверт), 1 Гр=100 рад.

    1. 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.

    2. 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, отдаваемой излучениями разных видов (альфа, бета-частицами, нейтронами, гамма-квантами) тканям и органам.

    Несмотря на неодинаковую физическую природу различных видов ионизирующих излучений, существует определенная общность их биологического действия, обусловленная их ионизирующим действием на биосубстраты.

    Различают два вида радиобиологических эффектов: детерминированные (нестохастические) и стохастические.

    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.

    Стохастические радиобиологические эффекты разделяют на соматические и наследственные. Соматические эффекты проявляются у самого облученного лица, а наследственные – у его потомков. Основным отдаленным соматическим эффектом является повышенная частота развития у облученного населения раковых заболеваний, появление которых будет происходить в течение нескольких десятилетий (первые 50 лет) после облучения. Наследственные эффекты появляются вследствие облучения гонад у лиц репродуктивного 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 собой и с окружающими неповрежденными атомами и молекулами, образуя при этом свободные радикалы.

    Неорганические радикалы образуются при радиолизе воды - гидроксильный радикал (ОН), радикал водорода (Н), гидратированный электрон, перекись водорода (Н2О2), гидропероксид (НО2), супероксид-анион-радикал (О2), атомарный и синглетный кислород. Продукты радиолиза воды обладают сильным окислительным действием в отношении органических веществ биотканей.

    Под воздействием ионизирующих излучений и продуктов радиолиза воды происходит радиолиз молекул основных биологически важных органических веществ клетки (ДНК, нуклеотидов, аминокислот, белков, углеводов, фосфолипидов и др.) с образованием органических радикалов, 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 присутствии кислорода.

    Продукты радиолиза воды, активные формы кислорода и органические радикалы, в свою очередь, способны изменять структуру биологически важных макромолекул с нарушением их функции. Наибольшее значение для дальнейшей судьбы облученной клетки имеют процессы, происходящие в белках, ДНК и фосфолипидах.

    Нарушается структура белков(разрывы дисульфидных мостиков, водородных связей, пептидной цепи, окисление сульфгидрильных групп и т.д.). В результате изменяется вторичная и третичная структура белков, что приводит к нарушению их биологических свойств, в том числе ферментативной активности.


    Радиационные повреждения ДНКпроявляются в виде нарушений структуры азотистых оснований, появлений разрывов ДНК, сшивок ДНК-ДНК и ДНК-белок, нарушений комплексов ДНК с другими молекулами. В повреждении ДНК велика роль «кислородного эффекта». В присутствии кислорода число повреждений оснований ДНК увеличивается более чем в 3 раза. В результате повреждается генетический аппарат клеток, возникают хромосомные аберрации, нарушаются процессы деления и воспроизведения.

    Разрушение фосфолипидовлипидного бислоя клеточных мембран, усиление реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ) способствует нарушению структуры и функции мембран клеток 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 и др.

    Таким образом, многочисленные структурные и функциональные изменения в субклеточных структурах обуславливают нарушение процессов окислительного фосфорилирования. что ведет к истощению энергетических ресурсов клеток; выход и активацию гидролитических ферментов лизосом, угнетение синтеза ДНК и деления клеток, извращение ионного транспорта и др.

    Многочисленные повреждения макромолекул и функциональные нарушения существенно влияют на жизнеспособность облученных клеток и тканей организма, на течение процессов их повреждения и репарации, приводят к гибели клеток.

    Различаютдвеформылучевойгибеликлеток:

    1. интерфазная;

    2. репродуктивная.

    Репродуктивная гибельклеток характерна для всех быстропролиферирующих тканей, она наступает не сразу после облучения, а в ходе нескольких циклов деления. Основной причиной репродуктивной гибели являются структурные повреждения ДНК.

    Интерфазная гибель клетки наступает до вступления клетки в митоз. Для большинства клеток 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.