Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Рад Мед 2015 / блоки информации / Блок инф. 3 занятие.doc
Скачиваний:
40
Добавлен:
05.02.2016
Размер:
82.94 Кб
Скачать

Блок информации по радиационной медицине к занятию № 3.

Принципиальной особенностью действия ионизирующих излучений, в отличие от других повреждающих факторов внешней среды, является дистанционность воздействия источника на организм, т.е. способность проникать в биологические ткани, клетки, субклеточные структуры и повреждать их, вызывая одномоментную ионизацию атомов и молекул за счет физических взаимодействий и радиационно-химических реакций. Причем биологическое действие ионизирующих излучений нельзя рассматривать как элементарный акт. В его формировании выделяют несколько следующих друг за другом стадий:

  1. Физическая стадия. Длительность стадии составляет примерно 1·10-16 сек, в течение которых происходит поглощение энергии излучения облучаемой средой с возбуждением и ионизацией её молекул. Этот процесс практически не зависит от условий окружающей среды.

  2. Физико-химическая стадия. Продолжительность 1·107 сек. Заключается в возникновении активных в химическом отношении свободных радикалов, которые взаимодействуют между собой и с органическими молекулами клетки. Этот процесс слабо зависит от условий окружающей среды.

  3. Химическая стадия. Длится, как правило, несколько секунд. На этой стадии появляются биохимические повреждения биологически важных макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов). Этот процесс существенно зависит от условий окружающей среды: температуры, фазового состояния и т.д. Например, свободные радикалы, образующиеся в зубной эмали под действием ионизирующего излучения на физико-химической стадии, практически не видоизменяются со временем на химической стадии, что позволяет использовать данный факт в биологической дозиметрии.

4. Биологическая стадия. Заключается в формировании повреждений на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях, формировании отдаленных последствий облучения. Длительность этой стадии может сильно варьировать (часы, недели, годы), что связано с особенностями протекания патофизиологических процессов в различных органах и тканях. Например, для развития опухоли или лучевой катаракты требуется значительно больше времени, чем для развития острой лучевой болезни.

Основная часть энергии заряженных частиц и гамма-квантов, взаимодействующих с веществом, идёт на его ионизацию и возбуждение. Под ионизацией понимают отрыв электрона от атома или молекулы, в результате чего они преобразуются в положительно заряженные ионы. Если энергии излучения недостаточно для полного отрыва электрона, то происходит возбуждение, т.е. переход электрона на удалённую от ядра орбиталь. Заряженные частицы (альфа- и бета-частицы) производят ионизацию непосредственно и относятся к так называемым прямо ионизирующим излучениям. Механизм потери энергии этих частиц в поглотителе в основном обусловлен кулоновским взаимодействием с орбитальными электронами атомов вещества. Электрически нейтральные излучения (гамма, рентгеновское, нейтронное) ионизируют атомы среды в результате вторичных процессов. По этой причине они носят название косвенно ионизирующих излучений.

Степень ионизации зависит как от свойств самого излучения (энергия, заряд частиц), так и от структуры облучаемого объекта. Основными свойствами излучений являются линейная плотность ионизации и линейная передача энергии.

Линейная плотность ионизации (удельная ионизация) - это число пар ионов, образованных заряженной частицей на микрометр пробега в веществе.

Линейная передача энергии (ЛПЭ) - средняя энергия, теряемая заряженной частицей на единице длины её пробега в веществе. За единицу измерения принимают килоэлектрон-вольт на микрометр пути (кэВ/мкм).

Для сравнения биологического действия различных видов ионизирующих излучений, имеющих различную величину ЛПЭ, существует понятие относительная биологическая эффективность (ОБЭ). ОБЭ излучения представляет собой относительную способность по сравнению с рентгеновским излучением вызывать лучевое поражение определенной выраженности при равной поглощенной дозе. Количественной оценкой ОБЭ излучения служит коэффициент (Кобэ), который представляет собой отношение дозы стандартного (рентгеновского с энергией 100-250 кэВ) излучения, вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе любого вида ИИ, вызывающего такой же эффект.

Физико-химическая стадия развивается в результате взаимодействия образовавшихся ионов и свободных электронов между собой и с окружающими атомами и молекулами. Завершается образованием новых ионов, сольватированных (гидратированных) электронов, возбужденных молекул, химически активных свободных радикалов. Эта цепь радиационно-химических превращений, приводящая в итоге к образованию свободных радикалов, получила название радиолиз.

Свободные радикалы представляют собой электрически нейтральные атомы и молекулы с неспаренным электроном на внешней орбитали. Неспаренные электроны свободных радикалов реакционно способны, так как должны спариться с электроном другого радикала или удалиться из атома. Время существования свободных радикалов ограничено их высокой реакционной способностью, но существенно превышает срок существования ионов, возникших при поглощении энергии ионизирующего излучения, поэтому биологический эффект радиации связан, в основном, с действием свободных радикалов. Радиус их действия ограничен 3,0-3,1нм. Свободные радикалы, отдающие электроны, выступают в роли восстановителя и, принимающие электроны, в роли окислителя.

Биологическая стадия действия ИИ. Реакция клеток на облучение. Эта стадия длится от часов до нескольких лет. Сопровождается повреждением клеток, тканей, органов. На действие ИИ возможны 3 типа клеточных реакций:

  • Радиационный блок (задержка) митозов.

  • Митотическая (репродуктивная) гибель клетки.

  • Интерфазная гибель клетки.

Наиболее универсальной реакцией клетки на воздействие ионизирующих излучений является временная задержка деления или радиационный блок митозов. Длительность его зависит от дозы: на каждый Грей дозы клетка отвечает задержкой митоза в 1 час. Проявляется этот эффект независимо от того, выживет ли клетка в дальнейшем. Причем с увеличением дозы облучения увеличивается не число реагирующих клеток, а именно время задержки деления каждой облученной клетки. Эта реакция имеет огромное приспособительное значение: увеличивается длительность интерфазы, оттягивается вступление клетки в митоз, создаются благоприятные условия для нормальной работы системы репарации ДНК.

При больших дозах, чем необходимы только для развития радиационного блока митозов, развивается митотическая гибель клетки. Это полная потеря клеткой способности к размножению. Данный тип реакции не относится к клеткам, не делящимся или делящимся редко. В клетке не выражены дегенеративные процессы. Показателем выживаемости клетки является ее способность проходить 5 и более делений.

Варианты митотической гибели: 1) клетка гибнет в процессе одного из первых четырех пострадиационных митозов, невзирая на отсутствие видимых изменений;

2) облученные клетки после первого пострадиационного митоза формируют так называемые "гигантские" клетки (чаще в результате слияния "дочерних" клеток). Такие клетки способны делиться не более 2-3 раз, после чего погибают.

Основная причина митотической гибели клетки - повреждение хромосомного аппарата клетки, приводящее к дефициту синтеза ДНК.

Интерфазная гибель клетки наступает до вступления клетки в митоз. Для большинства соматических клеток человека она регистрируется после облучения в дозах в десятки и сотни Грей (Гр). В клетке наблюдаются различные дегенеративные процессы вплоть до её лизиса.

Механизм интерфазной гибели следующий. За счёт разрывов в молекуле ДНК нарушается структура хроматина. В мембранах идёт процесс перекисного окисления липидов. Изменения ДНК-мембранного комплекса вызывают остановку синтеза ДНК. Повреждение мембраны лизосом приводит к выходу из них ферментов - протеаз и ДНК-аз. Эти ферменты разрушают ДНК, что ведет к пикнозу ядра. Повреждение мембран митохондрий ведёт к выходу из них кальция, который активирует протеазы. Все это приводит к гибели клетки.

Таким образом гибнет большинство соматических клеток после облучения в больших дозах, превышающих 10 грей. В клетках нарушается структура хроматина и синтез ДНК, активируется перекисное окисление липидов, и повреждаются мембраны лизосом и митохондрий с выходом нуклеаз, протеаз и кальция (активатор протеаз). Происходит деструкция ядерного материала, дезорганизация мембран и гибель клетки.