17

Билет 17

1. Ионизирующие излучения. История открытия и изучения. Классификация и физические характеристики ионизирующих излучений. Использование ионизирующих излучений в ядерной медицине.

Излучение— процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. Ионизация — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.

И.И. поток заряженных или нейтральных частиц способных вызывать образование ионных пар в воздухе.

типы И.И.: рентгеновское/гамма-излучения-поток фотонов, бета изл – поток электронов и позитронов, альфа изл - поток ядер атома гелия-4

По физической природе ИИ: фотонные и корпускулярные.

Фотонные: рентгеновское и гамма-излучения.

3 типа рентгеновского излучения – тормозное, характеристическое,синхротронное. Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в веществе. сплошной спектр.

Характеристическое излучение связано с электронными переходами во внутренних оболочках средних и тяжелых атомов. Характеристическое излучение возникает в результате удаления электрона с одной из близких к ядру оболочек атома. Спектрдискретный.

Гамма-излучением -жесткое электромагнитное излучение, энергия которого высвобождается при переходах ядер из возбужденного в основное или в менее возбужденное состояние, а также при ядерных реакциях и взаимодействиях элементарных частиц.

Корпускулярные И.И., заряженные(альфа-,бета-частицы/электроны,протоны и пимезоны) и незаряженные(нейтроны).

По величине ионизации 1.плотно-ионизирующие:ЛПЭ > 10кэВ/мкм:а,протоны,т,n 2.редко-ионизирующие:ЛПЭ < 10кэВ/мкм:у,рентгеновское,б, По механизму ионизации 1.прямо-ионизирующие:а,протоны,б,д-с электр атома среды 2. косвенно-ионизирующие:у,рент,n.-нет кулоновского взаимод

Физические хар-ки:

Нейтроны:спин ½; энергия покоя 939,55кэВ,т жизни 3,01*10(3) Протон: спин ½; энергия покоя 938,26кэВ,т жизни бесконечность Альфа ч: спин 0; энергия покоя 3730, Электрон: спин ½; энергия покоя 0,5кэВ, заряд1,т жизни бесконечность

Использование ионизирующих излучений в ядерной медицине -Стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания.

В медицине:

-Функциональная диагностика: МРТ, сцинтиграфия и позитрон-эмиссионная томография; -Диагностика in vitro: радиоиммунология;

-Радиотерапия, лучевая терапия — лечение ионизирующей

радиацией (рентгеновским, гамма-излучением, бета-излучением, нейтронным излучением, пучками элементарных частиц из медицинского ускорителя). Применяется в основном для лечения злокачественных опухолей.

- Радиохирургия - медицинская процедура, состоящая в однократном облучении высокой дозой ионизирующего излучениядоброкачественных и злокачественных опухолей, артериовенозных мальформаций (АВМ), и др. патологических очагов с целью

их уничтожения или приостановки их функционирования. Установки:Гамманож;Линейный ускоритель;Кибер-нож;протонный ускоритель.

2. Прямое и непрямое действие ионизирующей радиации. Радиолиз воды. Эффект Дейла. Кислородный эффект.

Первичные радиобиологические процессы включают в себя прямое и косвенное действие излучения, а также действие радиотоксинов.

Прямое действие - это непосредственное действие излучения на биологический объект, обусловленное ионизацией и возбуждением входящих в него атомов.

Косвенное действие осуществляется продуктами радиолиза воды, входящей во все живые системы. Косвенное действие ионизирующего излучения связано с образованием свободных радикалов.

Прямое действие излучения в широком смысле слова - возникновение повреждения в той же молекуле, на которой произошла адсорбция энергии излучения. Это сложная последовательность событий, происходящих в макромолекуле от момента передачи энергии излучения до появления стойких структурных и функциональных изменений. Прямое действие включает в себя поглощение энергии (ионизацию, возбуждение и сверхвозбуждение), процессы переноса энергии и образование стабильных пораженных молекул.

При косвенном (непрямом) действии излучения поглощение энергии и ответная реакция наблюдаются в разных молекулах. Непрямое действие считают обусловленным влиянием свободных радикалов, индуцируемых излучением в непосредственной близости от рассматриваемой молекулы.

Свободные радикалы отличаются от обычных молекул тем, что у них на внешней электронной оболочке имеется неспаренный (одиночный) электрон. Непрямое действие включает себя радиолиз, реакции продуктов радиолиза с растворенными веществами и реакции возникших биорадикалов с образованием стабильных конечных продуктов. Непрямое действие в растворах обусловлено действием продуктов радиолиза воды, которой в живых клетках до 90% .

Радиационно-химический выход (G)-

количество образовавшихся или измененных продуктов на 100 эВ поглощенной энергии.

Радиационно-химический выход для альфаизлучения

Радиолиз — разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений с образованием свободных радикалов. Предмет изучения радиационной химии.

Один из факторов первичных процессов в радиобиологии. Радиолиз воды:

гидроксильный радикал

пероксид водорода

Процесс взаимодействия излучения с водой можно разделить на три стадии:

Физическая, продолжительность 10-13 сек. На этой стадии образуются главным образом Н2О+ и вторичные электроны, кроме того, образуются возбужденные молекулы воды в местах, находящихся дальше от пути заряженной частицы.

Физико-химическая: продолжительность 10-11 сек. На этой стадии возбужденные молекулы, электроны, ионы претерпевают превращения, в результате возникают радикалы

Н·, ОН·, е - aq

Химическая: продолжительность 10-9 - 10-3 сек. Радикальные продукты вступают в различные химические реакции. В местах их высокой концентрации («шпурах») происходит рекомбинация с образованием молекулярных продуктов Н2 и Н2О2. Радикалы, избежавшие рекомбинации, реагируют в объеме раствора с растворенными веществами или рекомбинируют.

Радиолиз в присутствии кислорода.

Кислород -эффективный акцептор атомов водорода. Поэтому в присутствии кислорода не происходят некоторые обратные реакции. Реагируя с Н· кислород образует гидроперекисные радикалы НО2·

Эта реакция происходит всегда, когда в растворе присутствуют хотя бы следы кислорода. Радикалы НО2·, реагируя между собой дают дополнительное количество перекиси водорода.

Кроме того, e -aq + O2 =(супероксиданион радикал) ·OO- или O2·-.

Общее уравнение радиолиза воды - уравнение Харта:

Н2О = aH2 + bH2O2 + cH· + dOH· + eHO2· + fe-aq +…

Затем происходят реакции первичных реакционно-способных продуктов с растворенными молекулами(отрыв водорода, реакции диссоциации и реакции присоединения). Во всех случаях образуются радикалы биомолекул.

Биорадикалы ведут к образованию конечных стабильных продуктов(реакции димеризации и присоединения, диспропорционирования и реакции присоединения кислорода).

Супероксидный радикал и продукты его метаболизма (H2O2, HO·, ·OO–, ClO–) называют активными формами кислорода. Относительная реакционная способность активных форм кислорода выглядит следующим образом (в порядке повышения):

О2-· < 1О2 < ОН·

Активные формы кислорода реагируют с критическими компонентами клетки, являются потенциальными токсическими веществами и вовлечены в процессы биологической инактивации и канцерогенеза.

Эффект разведения(эффект Дейла) – это состояние, при котором абсолютное число повреждённых молекул веществ в слабом растворе не зависит от его концентрации и остаётся для данной экспозиционной дозы постоянным, так как в этих конкретных условиях в растворе образуется постоянное количество активированных радикалов. При косвенном действии постоянно абсолютное число поврежденных молекул, а изменяется их соотношение к числу неповреждённых. При прямом действии число инактивированных молекул увеличивается с повышением концентрации раствора, а их соотношение к числу неповреждённых остается постоянным. То есть, если при добавлении растворителя к облучаемой системе радиационный эффект увеличивается, то обуславливается косвенным действием.

Прямое действие I(эффект разведение)

Непрямое действие II(эффект разведения)

Кислородный эффект в радиобиологии - свойство молекулярного кислорода, присутствующего в клетках и тканях, усиливать биологическое действие ионизирующих излучений. Изменение содержания кислорода перед облучением - один из способов модификации радиочувствительности.

3. Действие ионизирующей радиации на эмбрион и плод

Радиоактивные вещества, задерживающиеся в организме на долгое время, вызывают значительные поражения в клетках половых органов. После облучений половых желез уменьшается число половых клеток, отмечаются многочисленные хромосомные аномалии у сперматозоидов, увеличивается процент атипичных форм среди них, уменьшается количество эякулята, наступает стерильность. Для выключения функции яичников необходимо облучение при терапевтической дозе около 350 рад. Доза облучения 250 рад приводит лишь к временной стерильности на протяжении 1 - 3 лет. У экспериментальных животных в отдаленные сроки происходит атрофия яичек.

Под действием ионизирующей радиации удлиняется и нарушается эстральный цикл у

самок, отмечается большой процент уродств плодов, снижается плодовитость животных вследствие гибели зародышей на разных стадиях эмбрионального развития, уменьшается число потомства в пометах. Это зависит от степени развития лучевой болезни у матери и от наличия радиоактивного вещества в организме плода. Радиоактивные элементы из организма беременных самок проникают через плаценту в плод и тем самым вызывают его гибель. Организм эмбриона и плода обладает крайне высокой радиочувствительностью (конгломерат из делящихся клеток). Облучение в этот период даже в незначительных дозах (> 0,1 Гр) вызывает тератогенные эффекты в виде различных пороков развития, задержки умственного развития и уродств.

Эмбрион и плод после облучения

Организм эмбриона и плода обладает крайне высокой радиочувствительностью. Облучение в этот период даже в незначительных дозах (> 0,1 Гр) вызывает тератогенные эффекты в виде различных пороков развития, задержки умственного развития и уродств. С одной стороны, их можно рассматривать, как стохастические эффекты, имея в виду вероятностный характер их проявления в зависимости от стадии эмбриогенеза, на которой произошло облучение. Однако, правильнее их отнести к разновидности соматических эффектов, так как они возникают у ребёнка в результате его непосредственного облучения в состоянии эмбриона или плода. Во всяком случае тератогенные эффекты не следует смешивать с наследственными эффектами, возникающими в потомстве облученных родителей, которое не подвергалось непосредственному радиационному воздействию.

Имеющихся прямых данных у человека недостаточно для установления предельно допустимой дозы облучения плода, поэтому приходится прибегать к экстраполяции на человека результатов, полученных в экспериментах на животных. Радиоэмбриологические исследования на разных видах животных проводились очень широко и тщательно. Особенно известны классические работы У. Рассела, Р. Рафа и И.А. Пионтковского.

Возрастно-специфические реакции на облучение в эмбриогенезе

Крайне высокая радиочувствительность организма в антенатальном, внутриутробном периоде развития легко объяснима, так как в это время он представляет собой конгломерат из делящихся и дифференцирующихся клеток, обладающих наибольшей радиочувствительностью.

Радиочувствительность эмбриона или плода определяется наиболее чувствительной системой, находящейся в данный момент времени в состоянии активного развития. В то же время эмбрион обладает важной особенностью, не обнаруживаемой на иных

стадиях жизненного цикла - выраженной способностью к восстановлению, регенерации и перестройке.

Различают три основных периода внутриутробного развития я организма, в течение которых изучают повреждающее действие ионизирующих излучений: до имплантации, период основного органогенеза, плодный период.

Облучение на ранних стадиях (до имплантации и в начале органогенеза), как правило, заканчивается внутриутробной гибелью или гибелью новорождённого (при облучении в середине периода органогенеза). Воздействие в период основного органогенеза вызывает уродства, а облучение плода - лучевую болезнь новорожденного.__

4. Радиопротекторы. Классификация. Критерии защитного эффекта. Механизмы реализации защитного эффекта.

Радиопротекторы — это вещества, повышающие устойчивость организма к воздействию ионизирующих излучений. К ним относятся соединения, оказывающие противолучевое действие при введении за несколько минут или часов до облучения. Наиболее эффективные радиопротекторы — меркаптоамины, индолилалкиламины, синтетические

полимеры, полинуклеотиды, мукополисахариды, цианиды, нитрилы и пр. Наиболее эффективны смеси из нескольких радиопротекторов.

Классификация протекторов::

1.

дающих эффект только при сравнительно кратковременном введении до облучения -истинные

оказывающих такое действие при отсроченном, исчисляемом часами и даже сутками, применении -радиомодификаторы

действующих только при введении после облучения. -средства раннего лечения

2 зависимость от дозы облучения,:

Миелопротекторы -, эффективные в диапазоне доз общего однократного внешнего облучения (1-10 Гр.)

Энтеропротекторы (производные тиазола, триазола, простагландинов).Действуют в диапазоне доз облучения 10-20 Гр, повышают пул энтероцитов, уменьшают потребление кислорода клетками кишечного эпителия.

Церебропротекторы (металлосодержащие комплексы, блокаторы глутаматэргической медиации, амиды ароматических карбоновых

кислот).Способны снижать церебральный лучевой синдром (>80 Гр) до кишечного. 3.по мех действия Серосодержащие (меркаптоэтиламин,МЭА),трисульфиды, аминоалкилтиосульфиты

Биол активные амины(серотонин,фенилалкиламин,индралин)

Фарм акт соед,вызыв гипоксич состоя орг-ма(нитриты,аминопролиофенол)

Основными критериями защитного эффекта радиопротекторов ::

1.интегральные

индекс выживаемости, равный отношению выживаемостей в опыте и контроле

фактор изменения дозы, или ФИД (ранее ФУД-фактор уменьшения дозы ,который характеризуется отношением двух равноэффективных по биологическому действию доз: в числителе - эффективная доза облучения при наличии модификатора, в знаменателе - эффективная доза в отсутствии модификатора (у наиболее эффективных препаратов ФИД обычно не превышает 1,8-2,0)

коэффициент защиты организма, представляет собой разности между удельной поражаемостью в контроле и опыте к удельной поражаемости в контроле

в последнее время введены ,также, средне-интегральный показатель защиты (СИПЗ) и интегральный показатель модифицируемости (ИПМ).

2.клеточные

митотическую активность, клеточную дегенерацию, хромосомные аберрации в клетках облученного костного мозга, изменение уровня напряжения кислорода в тканях и др

Механизмы реализации защитного эффекта Единого механизма действия радиозащитных средств нет до настоящего времени. По

унитарной гипотезе В.Г.Владимирова протекторы последовательно действуют на трех уровнях:

первичные фармакологические реакции: образование смешанных дисульфидов, взаимодействие с рецепторами, ингибирование цепных радиационно-химических процессов, окисление гемоглобина

вторичные биохимические реакциициркуляторная гипоксия, повышение уровня эндогенных протекторов (анитиоксиданты, супероксидисмутаза, каталаза, глютатион-пероксидаза и др.), изменение содержания циклических нуклеотидов, угнетение синтеза ДНК, угнетение митотической активности, ингибирование окислительного фосфорилирования, индукция гипотермии, увеличение активности репарации

общебиологические неспецифические реакции - количественные и качественные изменения клеточного пула, набухание митохондрий, повышение проницаемости клеточных мембран, изменение нейрогуморальной регуляции, неспецифические реакции клеток и тканей.

Все эти процессы ведут к повышению радиорезистентности организма.