ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.12.2021
Просмотров: 1009
Скачиваний: 3
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
224
викликані ними –
фотосенсибілізованими
. Фотосенсибілізованими
реакціями виступають порушення мембранних ліпідів внаслідок
впливу ультрафіолетового випромінювання. Це відбувається завдяки
тому, що максимум поглинання ліпідів приходиться на
220 нм, а
довжина хвилі традиційного УФ-випромінювання перевищує 240 нм.
Ультрафіолетове випромінювання викликає появу в мембрані вільних
радикалів
R
.
(наприклад, радикалів води, амінокислот тощо), які спроможні
викликати ланцюгові реакції перекисного окислення ліпідів.
Порушення ліпідів підвищує іонну проникність мембрани, порушує
її стабільність та нормальне функціонування мембранних компонентів.
Порушені під дією ультрафіолетового випромінювання молекулярні
структури здатні оновлюватися за допомогою
р е п а р а ц і й н и х
19
с и с т е м
організму, але здатність останніх залежить від багатьох факторів.
Використання
випромінювання
оптичного
діапазону
в
медичних цілях
. Оптичне випромінювання широко використовується
при лікуванні і при діагностиці ряду захворювань. Наприклад, тепловий
ефект інфрачервоного випромінювання ближньої області (
λ
= 0,76...2,5 мкм)
використовують для прогрівання проверхневих шарів тіла (на глибині
біля 2 см). В якості джерела використовуються спеціальні лампи.
Терморегулююча система організму для охолодження нагрітої ділянки
підсилює кругообертання в ньому, що і викликає терапевтичний ефект.
Невеликі дози ультрафіолетового опромінення роблять сприятливу
дію на серцево-судинні, ендокринну, нейрогуморальну, дихальну системи.
Однак молекулярний механізм такого впливу ультрафіолету, в більшості
випадків, точно невідомий.
Комбінована дія фотосенсибілізаторів псораленів й ультрафіолетового
опромінення
А
-тони (так називана ПУФА-терапія) широко використо-
вується іноді, як єдиний ефективний метод, при лікуванні ряду
шкірних захворювань, наприклад, псоріазу, деяких форм облисіння
(гніздна плішивість). Однак ПУФА-терапія має ряд побічних ефектів,
наприклад, призводить до утворення еритеми, едеми.
Випромінювання гелій-неонового лазера (λ = 632 нм) застосовується
для прискорення загоєння ран. У хірургії використаються лазерні
скальпелі, здатні викликати високотемпературне руйнування тканини з
одночасною коагуляцією білка. Такі операції протікають безкровно й
широко практикуються при лікуванні відшарування сітківки, глаукоми
(лазером проколюються мікроскопічні отвори діаметром 50-100 мкм,
що викликає відтік внутрішньоочної рідини й знижує внутрішньоочний
тиск).
19
Репарація
– це ліквідація молекулярних ушкоджень.
Основи біофізики і біомеханіки
225
Фотосенсибілізатор гематопоферин і його похідні використовують
при лікуванні злоякісних пухлин, бо виявлено, що ці сполуки
накопичуються винятково в пухлинних клітках й відсутні в здорових.
Сенсибілізатори підвищують чутливість пухлини до дії видимого
світла, опромінення яким призводить до її загибелі. Даний метод
фотохіміотерапії викорисовують при лікуванні пухлин як шкіри, так і
внутрішніх органів. В останньому випадку опромінення проводиться
за допомогою спеціальних світловодів.
Нагромадження в пухлинах гематопорферинів використають і при
діагностиці онкологічних захворювань, тому що люмінесценція цих
молекул дозволяє визначити розміри пухлини.
Ультрафіолетове випромінювання великої потужності робить
бактерицидний ефект, що використовується при стерилізації медичних
інструментів і приміщень. Як джерело випромінювання, застосовуються
спеціальні бактерицидні лампи.
§ 8.6. БІОЛОГІЧНА ДІЯ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
ТА ВИКОРИСТАННЯ В МЕДИЧНИХ ЦІЛЯХ
Особливості взаємодії з організмом людини іонізуючого випро-
мінення різних видів
. Різні види випромінювань супроводжуються
вивільненням різної кількості енергії й мають різну проникаючу здатність,
тому вони роблять неоднакові впливи на тканини живого організму.
Альфа-випромінювання
20
, яке являє собою потік важких часток, що
складаються з нейтронів і протонів (ядра атомів гелію), практично мало
проникають крізь зовнішній шар шкіри, утворений відмерлими клітинами.
Тому воно не представляє небезпеки доти, доки радіоактивні речовини,
20
α – частка
складається з 2 нейтронів і 2 протонів (ядра атому гелію) – це
достатньо важка частка (в 7 500 разів важча за електрон). Має високу величину ЛПЕ
(лінійна передача енергії – кількість енергії (Дж), яку передано речовині при взаємодії
випромінювання й речовини на одиницю довжини треку: [ЛПЕ]=1Дж/м). Проходячи
крізь речовину, ця важка частка рухається дуже повільно і тому має достатньо часу для
іонізації атому середовища, через яку проходить. Через те, що α-частка має заряд +2, то
вона буде звільняти енергію у 4 рази швидше протона (втрата енергії при русі частки
дорівнює квадрату заряду частки). Через те, що мають малу швидкість руху і мають
коротку довжину пробігу, α – частиці всю свою енергію віддають на короткій відстані, а
їх рух має вид коротких прямих щільних треків. Пробіг α-частки енергії 1 МеВ у повітрі
дорівнює декільком см; в біологічній тканині – декільком десятків мкм. Саме через те,
що α-частки (мають велику щільність іонізації) віддають усю свою енергію на коротких
ділянках руху, вони складають велику небезпеку з біологічної точки зору у випадках
проникання в клітину, що може статися при безпосередньому контакті з ізотопами, які
випромінюють α-частки (при внутрішньому їх поглинанні).
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
226
що випускають
-частки, не потраплять всередину організму через
відкриту рану, з їжею або через процес вдихування повітря; тоді вони
стають надзвичайно небезпечними.
Бета-випромінювання
21
має більшу проникаючу здатність: воно
проходить у тканини організму на глибину 1-2 см.
Проникаюча здатність
гамма – випромінювання
22
, що поширюється
зі швидкістю світла, дуже велика: його може затримати лише товста
свинцева або бетонна плита.
Ушкоджень в організмі від випромінення буде тим більше, чим
більше енергії передається тканинам, тобто чим більшу він отримує
дозу D.
Дозу випромінювання організм може одержати від будь-якого
джерела випромінювання незалежно від того, чи перебувають
радіонукліди поза організмом або всередині його.
Кількість енергії
випромінювання, яка передана одиниці маси тіла (тканинам організму),
що опромінюється, називається
поглинутою дозою D
п
. Ця величина
виміряється у системі СІ в Греях (1 Гр = 1 Дж/кг), позасистемна
однини ця – рад (1 рад = 0,01 Гр). Але ця величина не враховує те, що
при однаковій поглинутій дозі,
-випромінювання є набагато
небезпечнішим за
-,
- випромінювання.
21
β – випромінювання
– це також корпускулярне випромінювання електронів (β
-
–
розпад) або позитронів (β
+
– розпад). β
-
– розпад супроводжуєть викиданням електрона з
ядра, що утворюється через перетворення нейтрона в протон. β
+
– розпад
супроводжується аналагічно викиданням позитрону, під час перетворення протона на
нейтрон (утворення елемента за періодичною системою на 1 попереднього). Через
невелику масу β-частка може проникати на більші глибин у речовині, ніж α-частки (має
більшу здібність пронікання). Але рух її в речовині не є прямоленійним (завдяки
одиночному заряду). Максимальна іонізація відбувається у кінці руху β-частки, коли
енергія достатньо знижується і рух сповільнюється (до декількох сотен еВ). Завдяки
тому, що β-частки мають достатнью довжину пробігу, то вони можуть визивати як
внутрішнє опромінення організмів, так і зовнішнє.
22
Гамма-
і
рентгенівське випромінювання
– це електромагнітне випромінювання,
яке складається з потоку квантів, які мають конкретну велечину енергії і спроможні
проводити іонізацію. Внаслідок хвильової структури, ці види іонізуючих випро-
мінювань мають великі довжини вільного пробігу в речовині і характеризуюються
найбільшою здібностю пронікання. Іонізуюча здібність (через відсутність взаємодії)
значно менша, ніж α- і β-часток. Це безпосередньо іонізуюче випромінювання: тому що
фотони самі не формуюють треків у середовище, але внаслідок зіткнення фотонів з
атомами виникають заряджені частки (електрони високих енергій), які і спричиняють
формування треку. Таким чином при проходженні через речовину частина енергії
фотонів переходить в енергію вторинних заряджених часток (електронів, позитронів), а
частина – в енергію вторинного фотонного випромінювання (характеристичне розсіяне
випромінення).
Основи біофізики і біомеханіки
227
Для оцінки біологічного ефекту потрібно кількісно оцінити передачу
енергії іонізуючого випромінювання атомам і молекулам організму.
Для цього використовується поняття
л і н і й н о ї п е р е д а ч і е н е р г і ї
(ЛПЕ) –
це кількість енергії, яку передано в актах взаємодії
випромінювання і організму на одиницю довжини треку
[ЛПЕ] = 1 Дж/м
(позасистемна одиниця – еВ/нм).
Зрозуміло, що значення ЛПЕ істотно залежить від енергії фотонів
або часток, і для іонізуючих випромінювань різних типів значно
розрізняються:
–
для
γ-променів (з енергією ~1,2 МеВ):
0,3 кеВ/нм;
–
для β-часток
(з енергією ~1 МеВ):
0,25-0,3 кеВ/нм;
–
для α-часток (
з енергією ~5 МеВ):
100 кеВ/нм.
Через це випромінювання альфа-часток належить до
щільноіонізуючих
випромінювань (тобто для якого характерні великі значення ЛПЕ та
висока щільність іонізації), а випромінювання β-часток та гамма-
випромінювання з низькою енергію випромінювання – до
рідкоіонізуючих
випромінювань. Просторовий розподіл іонів для випромінювань з
різними ЛПЕ (
щільно
та
рідкоіонізуючих
випромінювань) також сильно
відрізняється (
рис. 9.6.1
.).
Для випромінювань з низькими значеннями ЛПЕ опромінення
речовини є більш рівномірним, ніж у разі дії щільноіонізуючих променів,
коли формуються ділянки з високою щільністю розташування іонів
.
Це відіграє певну роль на характері радіаційно-хімічних ушкоджень у
разі опромінення рідко- і щільноіонізуючим випромінюваннями: за
рідкого розташування іонів значні мікрооб’єми речовини не одержують
якої б то не було порції енергії й залишаються неушкодженими,
натомість щільноіонізуюче опромінення спричинює локальні масові
ураження молекул, що буде позначатися на ефективності репараційних
процесів у клітині. Зрозуміло, що для щільно іонізуючих випромінювань
ці процеси або важко, або зовсім неможливі. Це і лежить в основі
відмінності біологічної ефективності рідко- і щільноіонізуючих
випромінювань
.
Для характеристики біологічної реакції організму на той чи інший
тип іонізуючого випромінювання введено поняття відносної біологічної
ефективності випромінювання (ВБЕ).
ВБЕ
виражає
відносну
ефективність випромінювання до дози стандартного типу випро-
мінювання.
Тобто визначаючими ВБЕ показниками певного виду
випромінювання є: лінійна передача енергії (ЛПЕ), щільність іонізації
та довжина треку. Через те, що ВБЕ залежить від кількості іонізацій і
розподілу їх за траекторією, частки з високою ЛПЕ на одиницю дози
зашкодують більше, ніж випромінювання з низькою ЛПЕ.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
228
Кількісно ВБЕ виражають через
коефіцієнт якості
випро-
мінювання
(k
eq
)
– коефіцієнт, який
характеризує відносну ефективність
дії радіації з різними значеннями ЛПЕ щодо певного біологічного
ефекту
(табл. 8.6.1.).
Таблиця 8.6.1.
Значення коефіцієнтів якості випромінювання k
eq
γ-рентген-випромінювання
1
β-випромінювання
1
α-частки
20
Протони (понад 2 МеВ)
5
Нейтрони (до 10 кеВ)
(10-100 кеВ)
(100 кеВ-2 МеВ)
5
10
20
Якщо
D
п
– поглинута організмом доза (кількість енергії, Дж)
певного типу випромінювання, то величина
k
eq
D
п
відображає характер
дії на організм певного виду випромінення; показує, у скільки разів
даний вид випромінювання більше впливає на біологічний ефект, ніж
-випромінювання, при однакових дозах обох випромінювань.
Поглинута доза, в якій враховано поправку на якість випромінювання,
тобто добуток поглиненої дози на коефіцієнт якості випромінювання
,
називається
е к в і в а л е н т н о ї д о з о ю
D
eq
:
D
eq
= k
eq
D
п
(8.6.1)
Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є зіверт (Зв): [
D
eq
] = 1 Зв.
Зіверт дорівнює еквівалентній дозі, за якої добуток поглинутої дози на
відповідний коефіцієнт зважування на тип випромінювання, дорівнює
1 Дж/кг. Для рентгенівського,
-,
-випромінювань один зіверт
відповідає поглиненій дозі 1 Дж/кг.
На практиці
також використається
позасистемна одиниця еквівалентної дози, яка називається біологічний
еквівалент радію «бер» (1 бер = 0,01 Зв).
Дозу випромінювання, віднесену до одиниці часу, називають
потужністю дози. Якщо за інтервал часу від
t
1
до
t
2
середовище одержало
дозу
D
, то середня
потужність дози
Р
визначається, як:
2
1
t
t
D
P
.
При рівномірному опроміненні всього тіла організму інтенсивність
прояву радіобіологічного ефекту інакша, ніж у випадку, коли
опромінення зазнає окремий орган чи тканина або коли опромінення
окремих тканин неоднорідне (тобто різною є поглинена доза). Зрозуміло,
що наслідки від опромінення усього тіла, в основному, будуть
більшими, ніж при опроміненні одного органа.