Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

150

20.Чому рідинні сцинтиляційні детектори використовуються, в основному, для реєстрації -випромінювання біологічних зразків?

21.Принцип роботи рідинного сцинтиляційного детектору.

22.Наведіть основні складові частини сцинтиляційної рідини та обгрунтуйте доцільність їх використання.

23.Які існують сцинтиляційні рідини, що дозволяють вводити в

них певну кількість води? Яку вони мають ефективність реєстрації

3Н, 14С, 32Р?

24.Наведіть схему сцинтиляційного детектора та поясніть доцільність використання наведених в них пристроїв.

25.Що становить собою „тепловий шум” ФЕП? Які є методи його зниження?

26.В чому полягає суть явища люмінісценції?

27.Принцип роботи люмінісцентних детекторів.

28.Принцип роботи і які речовини використовуються для детектування іонізуючих випромінювань в детекторах:

1)радіотермолюмінісцентних;

2)радіофотолюмінісцентних.

29.Які діапазони доз виміру радіотермо– і радіофотолюмінісцентними детекторами?

30.Принцип роботи напівпровідникових детекторів.

31.Принцип роботи і особливості хімічних детекторів:

1)феросульфатних;

2)церієвих;

3)скляних за визначення прозорості.

33.Принцип роботи активаційних нейтронних детекторів. Які найбільш розповсюджені ядерні реакції у них використовуються?

34.Принцип роботи трекових детекторів нейтронів.

35.Принцип колориметричного методу дозиметрії.

36.В чому полягає суть цитогенетичного та молекулярно– генетичного методів біологічної дозиметрії?

151

Розділ 7. МОДЕЛІ РАДІАЦІЙНОГО УРАЖЕННЯ БІОЛОГІЧНИХ ОБ”ЄКТІВ

7.1. Одноударна "модель радіаційного ураження клітини

Принцип мішені започаткований у радіобіології , ввів у радіобіологію уявлення про опромінення клітини, як процесс пападання у надчутливу мішень «снарядами» -квантами та іонізуючими частинками. В математиці для опису такого явища було введено статистичний розподіл Пуассона ( Анрі Пуассон вивів цей тип розподілу випадкової величини –при дослідженні стрільби гармати по мішені об`ему - V кількістью зарядів -D. Цю роботу А.Пуасссон проводив для французської армії за завданням Наполеона). Пізніше випадкові процеси , що можна описувати математично, як розподіл Пуассона, отримали у теорії випадкових процесів загальну назву – Пуассонівські процеси.

Перші теоретики в радіобіології (А. Дессауер, Е.Д.Лі, Карл Циммер ті іншіі в 30-40 роки 20 століття ), запропонували аналогію між стрільбою по мішенях та опроміненням клітини, де існує чутлива до дії радіації – мішень, яку значно пізніше ототожнили з ядром клітини, а потім і з матричними макромолекулами. Це, підтверджене подальшими дослідженнями припущення, дало право широко використовувати розподіл Пуассона, як основний вид розподілу для опису статистики радіаційного ураження клітини.

Аналітично розподіл Пуассона може бути описаний слідуючою формулою:

152

Pi 1

графік розподілу переміщається вправо, бо при збільшенні дози опромінення - зростає ймовірність великої кількості попадань у мішень клітини, а от ймовірність того, що мішень не отримає жодного попадання наближається до -0 .

153

Карл Циммер

Вже перші радіобіологічні експерименти з клітинами простіших організмів, з ураженням білків ферментів (каталаза, наприклад), чітко показали наявність так званих одноударних мішеней. Тобто було достатньо одного попадання у чутливу мішень для ураження об`екту дослідження. Тобто ймовірність виживання такого об`екту визначалася ймовірністью того, що у мішень не буде зроблено ні одного попадання. Згідно розподілу Пуассона виживаність такого об`екту дослідження можна розрахувати , як перший член розподілу Пуассона :

де N/No – виживаність N з поміж Noопромінених об`ектів, V – параметр моделі, що зв`язаний з розмірами мішені ураження. Одна з перших у теоретичній та експериментальній радіобіології, одноударна модель зіграла та продовжує відігравати важливу роль і в сучасній радіобіології. Вона дозволила зробити важливі оцінки розмірів елементарних мішеней. Цим методом були розраховані розміри гена, розміри активних центрів деяких ферментів і тощо. Як це робилося?

Для цих оцінок зручно було будувати дозові залежності радіобіологічних реакцій у напівлогарифмічному масштабі. Видно з

156

опустити вертикальну лінію до перетину з лінію номограмми для гамма-променів. Визначивши таким чином лінію перетину , можна на осі ординат –справа – зробити оцінку 2 r – діаметру чутливої мішені. Для даного прикладу вона становитиме – 70 ммк. При опроміненні іншими видами випромінювань – використовують інші прямі на номограммі. Це дуже зручний метод при первинній оцінці очікуваних розмірів чутливої мішені відповідальної за радіаційний ефект на досліджуваних об`ектах. Слід додати, що номограмми побудовані не на весь діапазон значень -2 r – діаметру чутливої мішені та не весь можливий діапазон значень - D 37. Якщо, отримані дані по кривій виживаності, дозволяють визначити ЛД37, що складає дозу більше 20 Гр (2000 рад), тоді на даній номограмі неможливо оцінити 2 r. Для цього необхідно пропорційно змінити значення на осі ординат та на осі абсцис номограми. Це дозволить оцінювати

що розроблені Лі номограми дозволяють зробити принципову оцінку діаметру мішені , а значить оцінити, які структури клітини можуть

об`єм , а площина поверхні. Якщо мішень, наприклад, має форму паличкі , то опромінення рідкоіонізюючою і густоіонізуючою радіацію будуть давати різні значення ЛД37. Тоді за номограмами Лі оцінки -2 r для цих варіантів опромінення будуть мати зовсім різні значення. У той же час при кульовій формі мішені , значення -2 r , отримані за цими дозовими кривими, будуть близькими. Таким чином, дослідження виживаності біологічних об`ектів різними видами випромінювання , при експоненційних типах кривих виживаності дозволяють оцінювати розміри та форму мішені відповідальної за аналізовану радіобіологічну реакцію. Зокрема таким методом були досліджені форми та розміри 3-х фото систем, відповідальних за фотосинтез у рослин. Вважаємо, що ці можливості радіобіології, для дослідження , ще дуже мало використовуються.

7.3.Модель багатьох попадань

159

7.5.Модель Нормана-Етвуда

Розглянемо реальну ситуацію, коли у досліджуваного об`екту є m- одно ударних мішеней з однаковими розмірами – V. Тоді згідно загальної моделі ураження багатомішенної системи формула для їх виживаності буде мати вигляд(7.7) :

Цю модель називають по іменах ії авторів – Модель Нормана-Етвуда. Для спрощення моделі вираз у дужках можна розкласти у біном Ньютона :

1- (1- e- VD )m 1- m e -VD m ( e- VD ) 2 / 2! .

Ясно, що при великих дозах опромінення, всі члени біному окрім перших двох будуть дуже малі, тому ми можемо ними знехтувати. У цьому випадку формула (7.7) спрощується до (7.8):

Або після логарифмування :

Це рівняння прямої лінії. Число – m назвали екстраполяційним числом, яке можна інтерпретувати як кількість мішеней у клітин, з якими проводилися радіобіологічні дослідження виживаності. На рис 7.5. показано приклад отриманих дозових кривих виживаності та способу оцінки параметрів – m (число мішеней) та V- розміри кожної

зокремих мішеней.

Векспериментах з дріжджами різної плоідності В.І.Корогодін, отримав серію кривих виживаності, де екстраполяційні числа точно відповідали плоідності клітин дріжджів . Аналогічну серію кривих ми побудували для експериментів з субпопуляціями клітин різного розміру. Тут можна очікувати чіткої аналогії з багатомішенною ситуацією. У цій ситуації число клітин в опромінюваній субпопуляції означає теж кількість мішеней. Тому тут можна використати модель Нормана-Етвуда.