1
.pdfБилет № 1.
1: Предмет радиобиологии, этапы развития, краткая хронология, радиационная биохимия, радиационная биофизика, основные достижения.
Радиобиология — это комплексная, экспериментальная, фундаментальная наука, изучающая действие различных излучений на биологические объекты и их системы. Задача радиобиологии - вскрытие закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующих излучений
Основные разделы радиобиологии:
Общая (фундаментальная) радиобиология
Медицинская радиобиология
Прикладная радиобиология
Радиобиология неионизирующих излучений
Подразделы :
радиационная биохимия
радиационная цитология
радиационная генетика
радиационная экология
космическая радиобиология
радиационная иммунология
клиническая радиобиология
радиационная гигиена
защита от лучевых поражений и их лечение
Радиационная биохимия (биохимия радиационных поражений) — одно из направлений радиобиологии, изучающее влияние излучений на входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции. В основном радиационная биохимия изучает изменение обмена веществ после облучения, то есть различные нарушения метаболизма.
Радиационная биофизика - раздел радиобиологии, изучающий молекулярные механизмы биологического действия излучений, выясняющий последовательную картину изменений с позиции биофизики.
Этапы развития:
Первый - с 1895 по 1922 гг. - описательный этап, связанный с накоплением данных и первыми попытками осмысления биологических реакций на облучение. И. П. Пулюй • В. К. Рентген • А. Беккерель • М. Склодовская • П. Кюри • И. Р. Тарханов • Е. С. Лондон • Г. Е. АльберсШонберг • Л. Хальберштадтер • П. Броун • Дж. Осгоуд • Г. Хейнеке • Ж. Бергонье • Л. Трибондо
1889 - Пулюй Иван Павлович (1845-1918) открыл Х-лучи. К 1890 году Пулюй получил фотографии скелета лягушки и детской руки, называемые теперь рентгенограммами.
1895 - о т к р ы т и е Х - лучей . В.К.Рентген выступил с первым сообщением о своем открытии перед Вюрцбургским физико -медицинским обществом. Оно было незамедлительно напечатано под заголовком "Новый род лучей"
1898 - М.Склодовская-Кюри и П.Кюри-открытие радиоактивных свойств полония и радия.
1903 - А. Беккерель - Нобелевская премия по физике за открытие естественной радиоактивности; П.Кюри и М.Кюри -Нобелевская премия за исследование радиационного феномена.
Второй - с 1922 по 1945 гг. - становление фундаментальных принципов количественной радиобиологии, характеризующийся стремлением связи эффектов с величиной поглощенной дозы.
-открытие мутагенного действия ионизирующих излучений, развитие радиационной генетики ( 30 - 50 -е годы ХХ века). Ф. Дессауэр • Л. Грэй • Н. В. ТимофеевРесовский • М. Кузин •
Б. Н. Тарусов • Н .М. Эмануэль • Д. Э. Ли • К.Циммер • Г. А. Надсон • Г. С. Филиппов • Г. Мёллер • Л. Стадлер
1927 - Г.Мёллер на V Международном генетическом конгрессе в Берлине доложил о мутагенном действии ионизирующего излучения на дрозофилу; начало радиационной генетики.
Л.Стедлервозникновение хромосомных аберраций в клетках облученных растений. Открытие радиотоксинов.
Третий - с 1945—1985 гг. - дальнейшее развитие количественной радиобиологии на всех уровнях биологической организации - от молекулярного до организма человека, что необходимо для ее использования в медицинской практике.
-молекулярная и клеточная радиобиология ( 40 - 60 -е годы ХХ века)
-разработка биологических способов противолучевой защиты и лечения лучевых поражений ( 50 - 60-е годы ХХ века)
-создание ускорителей ядерных частиц и радиосенсибилизирующих агентов, развитие радиобиологических принципов лучевой терапии опухолей ( 60 - 70-е годы ХХ века). Дубинин Н. П. • Н. В. Лучник • Б. Л. Астауров • К. П. Хансон • В. И. Корогодин • В. Д. Жестяников • Л. Х. Эйдус •С. П. Ярмоненко • Р. В. Петров • А. А. Ярилин •Ю. Б. Кудряшов • Е. Б. Бурлакова •
1949 -Кельнер А. И. Дульбекко Р. -Впервые показали способность клеток восстанавливать первичные повреждения, индуцированные в ДНК радиацией.
1971 - А.К. Гуськова, Г.Д. Байсоголовописание всех основных форм лучевой болезни.
1981 - А.А. Ярилинклеточные механизмы действия радиации на иммунитет.
Четвертый - с 1986 года по настоящее время. – выяснение механизмов рад.апоптоза, адаптивного ответа, гормезиса и информационной роли вторичного излучения. Исслед. Тонкого взаимодейстчия излучения с биомакромолекулами, нестабильность генома после облучения, внедрение новых биомаркеров и цитокинов в качестве радиозащитных агентов, выяснение механизма действия неионизирующего излучения.
1986 - Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.
Достижения радиобиологии
В области фундаментальных исследований - вскрыты основные молекулярные механизмы биологического действия ионизирующих излучений, включая различные типы клеточной гибели и репарацию ДНК.
В области биологической противолучевой защиты - разработаны физические,
биологические и фармакологические средства - протекторы, способные существенно ослабить поражающий эффект ионизирующих излучений, особенно характеризующихся низкой ЛПЭ.
В области лечения лучевых поражений — существуют схемы комплексного лечения острой лучевой болезни, включая трансплантацию костного мозга, способные обеспечить выживание пострадавших, подвергшихся облучению в дозах, вызывающих смертельный костномозговой синдром.
В области лечебного использования ионизирующих излучений - созданы научные основы применения различных видов радиации (фотонов и электронов высоких энергий, протонов, нейтронов и отрицательных пи-мезонов) для лечения злокачественных новообразований в обычных условиях и в сочетании с радиомодифицирующими агентами: протекторами и сенсибилизаторами.
В области гигиенической регламентации воздействия ионизирующих излучений -
международной (МКРЗ) и национальными (НКРЗ) комиссиями радиологической защиты разработаны и периодически уточняются нормативы для профессионалов атомных производств и разных категорий населения, гарантирующие радиационную безопасность исходя из принципа разумного риска.
В области радиационной техники - созданы сложнейшие безопасные установки, генерирующие любые виды ионизирующих излучений для лечения рака, а также для экспериментальных работ, разработаны различные варианты дозиметрической и
радиометрической аппаратуры.(по С.П.Ярмоненко).
2. Прямое и непрямое действие ИИ. Радиолиз воды. Эффект Дейла. Кислородный эффект.
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.
Радиолиз воды. Эффект Дейла.
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.
Критерием косвенного действия является эффект Дейла: независимо от разведения раствора абсолютное число поврежденных молекул остается постоянным,а изменяется лишь их отношение к числу неповрежденных молекул.
Кислородный эффект в радиобиологии — свойство молекулярного кислорода,
присутствующего в клетках и тканях, усиливать биологическое действие ионизирующих излучений. Впервые изучен Л.Грэем.
Изменение содержания кислорода перед облучением — один из способов модификации радиочувствительности.
Количественной характеристикой оценки радиомодифицирующего эффекта кислорода является коэффициент кислородного усиления (ККУ / Oxygen Enhancement Ratio – OER) - частный случай ФИД.
ККУ = D0 в условиях аноксии (или гипоксии) / D0 в нормальных условиях или ККУ = ЛД50 в условиях гипоксии / ЛД50 в нормальных условиях. ККУ = 1/D0 в присутствии кислорода / 1/D0 в аноксии = m[O2] + k / [O2] + k , где m - максимальное значение ККУ, наблюдаемое при облучении клеток в условиях полной оксигенации; k – константа, зависящая от типа клеток.
3. Костномозговая форма ОЛБ.
Костномозговая форма ОЛБ (КМ ОЛБ)
КМ ОЛБ — единственная форма ОЛБ, которая имеет периоды и степени тяжести.
Степени тяжести КМ ОЛБ (в зависимости от дозы облучения):
1.лёгкая (1-2 Гр)
2.среднетяжёлая (2-4 Гр)
3.тяжёлая (4-6 Гр)
4.крайне тяжёлая (более 6 Гр)
Периоды КМ ОЛБ:
1.начальный (первичной реакции)
2.мнимого благополучия
3.разгара
4.восстановления
Начальный период (период первичной реакции) КМ ОЛБ
Начинается с момента действия радиации и длится от 1 до 5 дней, длительность зависит от дозы и высчитывается по формуле:
степень тяжести + (1) = … суток
Патогенетическая основа — радиационная токсемия. Основное клиническое проявление — интоксикация. Выделяют 5 опорных симптомов начального периода,
являющихся клиническими критериями определения степени тяжести (так как они коррелируют с дозой):
Симптом |
I ст. |
II ст. |
III ст. |
IV ст. |
|
|
Нет или через |
ч/з 1,5-3 часа 2 и |
ч/з 0,5-1,5 часа |
ч/з < 0,5 часа |
|
Рвота |
> 3 часа |
||||
> раза |
многократно |
неукротимая |
|||
|
однократно |
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Постоянная |
|
Головная |
Временная |
Постоянная |
Временная |
сильная, |
|
боль |
умеренная |
умеренная |
сильная |
спутанное |
|
|
|
|
|
сознание |
|
Слабость |
Нет |
Неустойчивая |
Нуждаются в |
Носилочные |
|
походка |
поддержке |
||||
|
|
|
|||
Температура Нормальная |
Субфебрильная |
Субфебрильная |
Выше 38 °C |
||
(ближе 37 °C) |
(ближе 38 °C) |
||||
|
|
|
|||
Гиперемия |
Румянец щёк |
«Загар в |
Явная гиперемия |
Интенсивная |
|
кожи |
майский день» |
гиперемия |
Скрытый период (мнимого благополучия) КМ ОЛБ
Субъективная симптоматика отсутствует.
Объективно — бессимптомные изменения в крови, по некоторым из которых можно определить степень тяжести ОЛБ:
Показатель |
I ст. |
II ст. |
III ст. |
IV ст. |
Лимфоциты (Г/л) на 2-4 день |
> 1 |
0,5 — 1 |
0,1 — 0,4 |
< 0,1 |
Лейкоциты (Г/л) на 7-9 день |
> 3 |
2-3 |
1-2 |
< 1 |
Тромбоциты (Г/л)на 18-20 день |
> 80 |
< 80 |
период разгара период разгара |
|
Время наступления агранулоцитоза Нет |
20-30 день 8-20 день |
До 8 дня |
Период разгара КМ ОЛБ
Выражается в 8 клинических синдромах:
1.агранулоцитоз
2.геморрагический синдром
3.анемический синдром
4.оральный синдром
5.кишечный синдром
6.поздний радиационный гепатит
7.синдром радиационной кахексии
8.синдром инфекционных осложнений
9.синдром сердечно-сосудистых осложнений
Лечение.
Судьба облучённого организма при костномозговом синдроме определяется, прежде всего, длительностью панцитопении.
Больные ОЛБ I степени после купирования симптомов первичной реакции на облучение на протяжении скрытого периода должны находиться на амбулаторном врачебном наблюдении.
Больные ОЛБ-II в скрытом периоде общий режим, лечебное питание, поливитамины, антигистаминные вещества, симптома-тические средства, санация очагов инфекции.
Разгар болезни - постельный режим, асептические условия, полная комплексная терапия ОЛБ.
При ОЛБ III-IVдобавляется дезинтоксикационная терапия (поливинилпирролидон, плазма, глюкоза, хлорид натрия, форсирование диуреза, гемосорбция), ингибиторы протеаз, для улучшения микроциркуляции - гепарин.
При ОЛБ-IV через 3-5 суток после облучения проводят процедуру трансплантации аллогенного костного мозга (ТАКМ).
Лечение инфекционных осложнений.
Антибиотики: Имипенем или цефалоспорины 3-го поколения ОЛБ-IV на 1-ой, ОЛБ-III на 2 - 3-ей, ОЛБ-II на 4 - 5-ой неделе + Амфотерицин и Зовиракс.
Лечение геморрагического синдрома.
Переливание при тромбоцитах менее 30,0*109/л при ОЛБ II, 40,0 - ОЛБ III, 50,0 - ОЛБ IV Минимальное количество 4,0*1011 клеток, от четырёхкратного тромбоцитофереза, или от 4 - 5 доноров.
При ОЛБ-III, ОЛБ-IV в течение дня делают ежедневные и повторные вливания до 10,0 - 12,0*1011 донорских свежих тромбоцитов в день.
Средства, ингибирующие фибринолиз: Эпсилон-аминокапроновая кислота до 30 г в сутки NB!, Амбен.
Влияние на состояние сосудистой стенки: Аскорутин, Дицинон.
4. Радиоиндикаторные методы анализа - методы качественного и количественного анализа с использованием радионуклидов в качестве маркера химического соединения. Физические явления:
-«Меченые атомы»
-Ионизация
-Рассеяние и поглощение в веществе
-Наведенная радиоактивность
Соединения, меченые радионуклидами
1.Соединения с замененным атомом
1Н → 3Н, 12С → 14С
-[6-3H] тимидин-5' трифосфат
-[метил-3H] тимидин-5' трифосфат
-[U-3H] тимидин-5' трифосфат
-[6,2',3'-3H] тимидин-5' трифосфат
-[2-14С] тимидин-5' трифосфат
-[U-14С] тимидин-5' трифосфат
-тимидин -5' [α-32P] трифосфат
2.Соединения модифицированные радиоизотопом или радиоактивным фрагментом
1Н → 131I, 1Н → метил 3Н
-[125I] – альбумин
-[метил-3H] - альбумин
Требования, предъявляемые к радионуклидам, для биологического эксперимента:
-Элемент должен входить в состав всех органических молекул
-Период полураспада должен составлять 10-100 дней.
-Чистый β-излучатель с энергией излучения не более 0,4 МэВ
Технические характеристики меченых соединений
Радионуклидная чистота [%]х-ка препарата,содер рн метку
●Радихимическая чистота [%]содерж осн в-ва в препарате
●Объемная активность [МБк/мл, мКи/мл]
●Молярная активность [Бк/моль, Ки/моль]
Способы получения меченых соединений
- Химический синтез
-Ферментативный синтез
-Биосинтез
Регистрация излучения:
-Спектрометрия
-Дозиметрия
-Радиометрия
-Абсолютные измерения (расп./с)
-Относительные измерения (имп./с)
Методы:
●АВТОРАДИОГРАФИЯ прямая авторадиография непрямая авторадиография флюорография электронная авторадиография
Техника исследования
Пленка (фотоматериал) с чувствительной к радиоактивному излучению фотоэмульсией накладывается на поверхность или срез объекта. Для получения распределения тех или иных веществ в объекте используют маркирование нужных молекул изотопным индикатором. Радиоактивные вещества, содержащиеся в объекте, как бы сами себя фотографируют (отсюда название). После проявления места затемнения на пленке соответствуют локализации радиоактивных частиц.
Метод используется в медицине, технике, а также в биологии, например, для изучения процессов фотосинтеза, где просдеживается след радиоактивного диоксида углерода, проходящего через различные химические стадии.
Фотографическое изображение распределения радиоактивных веществ, полученное методом авторадиографии, называется авторадиограммой, или радиоавтографом
●СЦИНТИЛЛЯЦИОННАЯ РАДИОМЕТРИЯ
РИА метод двойной метки
Чистые бета изл-ли.
Состав:растворитель(ксилол,тулулол), солюбизатор, втоичн сцинтиллятор,сместитель спектра.
Регистр активности(количество распадов в каждой пробе),имп/сек.