Ответы на диффзачёт 2й курс. 1. Экологическая медицина понятие, цели, задачи. Вклад наследственности, пищевого статуса и свободнорадикального стресса в развитие экологически зависимых заболеваний
 Скачать 0.86 Mb.
|
|
1. Табак, шпинат, фасоль – биоиндикаторы тропосферного озона, выявляются некрозы верхней стороны листьев. 2. листовые и кустистые лишайники, хвойные породы деревьев (ель, сосна, пихта) – биоиндик. сочетания вредных веществ в воздухе с преобладанием оксидов серы. 3. медоносная пчела – биоиндик. ионов F, Pb, Mn, Zn, Cd, Cu, определяют по накоплению в мёде. 4. олений и исландский мох – биоиндик. радионуклидов Sr и Cs, определяют по накоплению в сухом веществе. Подсистемами биологического мониторинга являются санитарно-гигиенический мониторинг (определение состояния здоровья человека под воздействием окружающей среды) и генетический (наблюдение возможных изменений наследственных признаков у различных популяций). Экологический мониторинг – определение состояния абиотической составляющей биосферы и антропогенных изменений в экосистемах, обусловленных воздействием загрязнения, сельскохозяйственным использованием земель, урбанизацией и т.д. Его можно подразделить на биоэкологический, геосистемный и биосферный в зависимости от уровня рассматриваемой экосистемы (организм или популяция, геосистема, биосфера). Различают экстренные виды мониторинга, актуальные при решении при насущных мировых проблем, к которым относят повышение концентрации СО2 в атмосфере, истощение озонового слоя, аварии нефтяных танкеров и т.д. Социально-гигиенический мониторинг (СГМ) – система специальных наблюдений, оценки и прогнозирования состояния здоровья населения в зависимости от состояния среды обитания человека и условий его жизнедеятельности, включающая разработку комплекса оздоровительно-профилактических мероприятий по предотвращению и устранению неблагоприятного воздействия на организм человека факторов среды его обитания (Закон РБ «О санитарно – эпидемическом благополучии населения», 2000г.). Основная цель СГМ – выявление уровней риска для здоровья населения и разработка мероприятий, направленных на уменьшение, устранение и предупреждение неблагоприятного воздействия на него факторов среды обитания. Для достижения поставленной цели решаются след. задачи:
32. Оценка риска здоровью человека, обусловленного загрязнением окружающей среды: понятие, этапы, модели оценки дозозависимых реакций организма на действие канцерогенных и неканцерогенных веществ. Оценка риска включает несколько последовательных стадий: идентификацию опасности, оценку воздействия, определение дозовой зависимости эффекта и расчёт конкретного риска. 1) Идентификация опасности – подразумевает учёт тех факторов, которые способны оказать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Этот этап включает анализ экологической обстановке, учёт и регистрацию хим. веществ, используемых в промышленных и других целях. На этом этапе возможно проведение выборочных скрининговых исследований окр. среды с целью выявления тех «опасностей», которые могут иметь место и ранее не учтены. На этом этапе процедуры оценки риска анализ ведётся на качественном уровне. Воздействия подразделяются на острые (когда одно или несколько воздействий повторяются в течении нескольких дней), субхронические (повторяющееся в теч. 14-90 дней) и хронические (действие ксенобиотиков осуществляется в теч. года или на протяжении всей жизни). 2) Оценка воздействия. На этой стадии определяют фактические уровни экспозиции и поглощения ядовитого вещества в данной совокупности индивидуумов. Экспозиция – контакт организма с химическим или биологическим агентом. Экспозиция может быть рассчитана как величина воздействия – масса вещества, отнесённая к ед. времени (мг/день), или как поглощённая доза (ПД) (мг/кг): ПД= КК*Пост*Прод*Част/М КК-конц. ксенобиотика, Пост-кол-во потуп-го вещ-ва, Прод- продолжит. возд., Част-частота возд-я, М-масса тела. Или ПД= КК*v(m,V)/M v,m,V-кол-во потребляемой воды, продукта, вдыхаемого воздуха. ПД для детей будет выше из-за разной массы тела. В этом случае говорится о среднесуточной поглощённой дозе – ССПД. При хроническом воздействии поглощение на разных этапах жизни человека будет отличаться. В этом случае рассчитывают среднесуточную дозу на жизнь – ССДЖ. ССДЖ = (1/70*ССПДмладенца)+(5/70*ССПД1-6)+(6/70*ССПД7-12)+ (6/70*ССПД13-18)+(52/70*ССПД19-70). Часто сама по себе среднесуточная поглощённая доза для взрослого используется вместо ССДЖ, т.к. зрелая часть возраста превалирует во всей продолжительности жизни. Оценка воздействия включает 3 подэтапа:
А) источник и механизм выброса химического вещества в окр. среду. Б) среда распространения хим. вещества (воздух, грунтовые воды) В) место потенциального контакта человека с загрязнённой окр.средой (точка действия). Г) контакт человека с хим.веществом при потреблении воды, продуктов питания, дыхания и через кожные покровы. 3. количественная характеристика экспозиции предусматривает установление и оценку величины, частоты и продолжительности воздействия для каждого анализируемого пути, идентифицированного на втором подэтапе. Этот подэтап состоит из 2 стадий: оценки воздействующих концентраций и расчёта поступления. Оценка воздействующих концентраций включает определение конц. хим. веществ. воздействующих на организм в теч. периода времени. Концентрация – это содержание конкретного загрязнителя в конкретной среде в ед. объёма в опр.промеж. времени. 3) Дозовая зависимость. Определяется экспериментально на уровне достаточно высоких, явно действующих доз, а оценка действия реального уровня загрязнения осуществляется методом экстраполяции. Общепринятыми являются 2 модели, описывающие зависимомть в координатах доза-эффект: 1. Пороговая модель для неконцерогенных веществ. Предполагает наличие порога, ниже которого изучаемые фактор практически не действует. Минимально недействующая доза (МНД) – это доза, при которой эффект не неаблюдается. Иногда МНД трудно опредилить. Тогда используют другой параметр: минимальная действующая доза (МДД). МНД рассчитывается путём деления МДД на коэффициент запаса (Кз), равный 10. В свою очередь, разделив МНД на коэф. запаса, получают значение – референтной дозы (RfD): RfD = МНД/Кз 2.Беспороговая зависимость для веществ с канцерогенной активностью – оценивает канцерогенные эффекты по беспороговому принципу. Это означает, что любые, даже самые маленькие концентрации могут приводить к злокачественному перерождению клеток. Графически - это прямая линия, а математически: КР= ССПД*ПИКР(ППКР)*а КР-дополнительный канцерогенный риск, ССПД-среднесуточная поглощенная доза, ПИКР(ППКР)-значение потенциального ингаляционного канцерогенных рисков, а=1=70/70 – величина, отражающая кол-во лет, в теч. которых индивидуум подвергался воздействию при допущении, что он постоянно живёт в изучаем месте(70лет), делённых на общ. кол-во лет ожидаемой средней продолжительности жизни (70лет). 4) Оценка риска. Обобщение результатов предыдущих этапов. Он включает помимо количественных величин риска анализ и характеристику неопределённостей, связанных с оценкой, а также обобщение всей информации по оценке риска. Существуют 4 основных неопределенности: - статистическая выборка - модель доза-эффект -исходная выработка баз данных - неполнота использованных моделей. Эта стадия позволяет предусмотреть вероятность неблагоприятного эффекта в человеческой популяции в зависимости от токсического воздействия и определяет его допустимые уровни. 33. Содержание предмета «радиационная медицина». Цели, задачи, методы радиационной медицины. Радиационная медицина - наука, изучающая особенности воздействия ионизирующего излучения на организм человека, принципы лечения лучевых повреждений и профилактики возможных последствий облучения населения. Цель: предотвращение или сведение к минимуму возможных последствий облучения человека. Задачи: 1) вскрытие возможных закономерностей биологического ответа на действие источников ионизирующих излучений 2) управление лучевыми реакциями в организме Методы радиационной медицины: 1) экспериментальной 2) клинический 3) эпидемиологический 4) метод санитарной экспертизы и гигиенической регламентации Направления радиационной медицины: 1. дозиметрическое - изучение источников и уровней облучения 2. радиобиологическое - изучение в эксперименте и с помощью эпидемических последствий эффектов и последствий воздействия ионизирующего излучения на биообъекты. 3. клиническое - противолучевая защита и терапия радиационных поражений 4. профилактическое - методологическое обеспечение, санитарно-организационные мероприятия, обоснование и разработка санитарно-гигиенических регламентов и мер защиты населения, контроль обеспечения радиационной безопасности. 34. Понятия: "нуклон", "изотоп", "радионуклид"; их основные характеристики. Радиоактивность, традиционные и системные единицы радиоактивности и их соотношение. Закон радиоактивного распада. Нуклон - любая частица, входящая в состав ядра (как протон, так и нейтрон). Основные характеристики нуклонов: заряд (у протона - +1, у нейтрона - 0) и масса (масса протона = массе нейтрона = 1,67*10-27 кг, в периодической системе масса 1 протона = массе 1 нейтрона = 1, масса электрона примерно в 2000 раз меньше и считается при расчетах пренебрежительно малой). А (атомная масса, количество нуклонов данного элемента) = N (число нейтронов в ядре) + Z (атомный номер элемента). Изотопы - атомы с одним и тем же зарядом ядра (т.е. одинаковым Z), но разным массовым числом, т.е. отличающиеся количеством нейтронов в ядре (разные N и А). Радионуклиды - ядра радиоактивных атомов: а) естественные - радионуклиды, которые образовались и постоянно образуются без участия человека б) искусственные - радионуклиды, получаемые искусственным путем в ядерных реакторах различного назначения и т.д. В настоящее время практически не существует таких элементов, у которых не было бы радиоактивного изотопа. По химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, то есть стабильный и радиоактивный изотопы следуют вместе по всем цепочкам в соответствии с химическими и биологическими законами круговорота в природе. Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер одних элементов в другие, при котором ядро переходит в более устойчивое состояние. Процесс сопровождается испусканием ионизирующих излучений (корпускулярных либо электромагнитных). За единицы радиоактивности приняты: а) системная - Беккерель (Бк, Bq). 1 Бк - активность нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит 1 акт распада (1 Бк = 1 распад/сек ). б) традиционная (внесистемная) - Кюри ( Ки, Ci). 1 Ки - количество радиоактивного вещества, которое распадается с интенсивностью 3,7*1010 распадов в 1 секунду, т.е. 1 Ки = 3,7*1010 Бк, 1 Бк = 2,703*10-11 Ки. Радиоактивные превращения характеризуются: 1) способом выделения избыточной энергии, которая отдается либо в виде альфа- или бета-частиц определенной энергии, либо электромагнитного излучения; 2) временем протекания радиоактивного распада и вероятностью распада ядра за единицу времени. Р  адиоактивный распад - явление статистическое - нельзя предсказать, когда именно распадется данное нестабильное ядро. Для описания статистических закономерностей радиоактивного распада используется естественная статистическая величина - постоянная распада , физический смысл которой заключается в том, что если взять большое число N одинаковых нестабильных ядер, то за единицу времени в среднем будет распадаться N ядер. Постоянная распада не зависит от времени.Величина N - активность, она характеризует излучение препарата в целом, а не отдельного ядра. Уменьшение количества активных ядер с течением времени происходит в соответствии с законом радиоактивного распада, который описывается экспоненциальной кривой и формулируется следующим образом: за равные промежутки времени происходит превращение равных долей активных атомов. Закон радиоактивного распада имеет математическое выражение:  , где  - исходное количество радиоактивных ядер; - количество активных ядер, оставшихся спустя время распада t; e - основание натуральных логарифмов; - постоянная распада, t - время распада.Период полураспада (Т1/2 или Tf) - время, в течение которого число радиоактивных ядер уменьшается вдвое. Постоянная распада связана с периодом полураспада, поэтому закон радиоактивного распада можно записать следующим образом:   Данная формула может быть использована для практических целей, когда необходимо дать рекомендации о возможности использования загрязненных радионуклидами территорий, продуктов питания, воды, так как через 10 Т1/2 остается практически чистая среда (т.е. остается меньше 0,1% от исходного количества радионуклида). Пример: I-131 имеет период полураспада, равный 8,05 суток; цельное молоко и листовые овощи местного производства запрещают использовать в течение 2-3 месяцев после выброса радиоактивного йода; у Cs-137 период полураспада равен 30,1 г; у Sr-90 период полураспада равен 29,12 г; т.е. земли, загрязненные Cs-137 и Sr-90 можно будет использовать спустя 300 лет после аварии на ЧАЭС. 35. Механизм образования и характеристика корпускулярных видов излучения (альфа-, бета-частиц); их взаимодействие с веществом. Ионизирующее излучение - излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных. По природе ионизирующие излуч делятся на два основных вида: а) корпускулярные (альфа, бета, нейтронное) б) электромагнитные (гамма, рентгеновское) Основные характеристики для корпускулярных излучений - заряд, масса и энергия частицы - определяют особенности взаимодействия данных излучений с веществом и, соответственно, степень и вероятность их повреждающего действия. Тип радиоактивного превращения определяется видом частиц, испускаемых при распаде. Процесс радиоактивного распада всегда экзотермичен. Исходное ядро называется материнским (символ X), а получающееся после распада ядро - дочерним (Y). Нестабильные ядра претерпевают 4 основных типа радиоактивных превращений: а) альфа-распад - состоит в том, что тяжелое ядро самопроизвольно испускает альфа-частицу, т.е. это чисто ядерное явление. Известно более 200 альфа-активных ядер, почти все они имеют порядковый номер больше 83 (Am-241; Ra-226; Rn-222; U-238 и 235; Th-232; Pu-239 и 240). Энергия альфа-частиц тяжелых ядер чаще всего находится в интервале от 4 до 9 МэВ.  Примеры альфа-распада:   б) бета-превращение - это внутринуклонный процесс; в ядре распадается одиночный нуклон, при этом происходит внутренняя перестройка ядра и появляются вылетающие из ядра -частицы (электрон  , позитрон  , нейтрино  , антинейтрино  ). Примеры радионуклидов, претерпевающих бета-превращение: тритий (H-3); C-14; радионуклиды натрия (Na-22, Na-24); радионуклиды фосфора (P-30, P-32); радионуклиды серы (S-35, S-37); радионуклиды калия (K-40, K-44, K-45); Rb-87; радионуклиды стронция (Sr-89, Sr-90); радионуклиды йода (I-125, I-129, I-131, I-134); радионуклиды цезия (Cs-134, Cs-137). Энергия бета-частиц варьирует в широком диапазоне: от 0 до Emax (полная энергия, выделяющаяся при распаде) и измеряется в кэВ, МэВ. Для одинаковых ядер распределение вылетающих электронов по энергиям является закономерным и называется спектром электронов -распада, или бета-спектром; по спектру энергии бета-частиц можно провести идентификацию распадающегося элемента. Один из примеров бета-превращения одиночного нуклона - распад свободного нейтрона (период полураспада 11,7 мин):  Виды бета-превращения ядер: 1) электронный распад:  . Примеры электронного распада:  ,  2) позитронный распад:  Примеры позитронного распада:  ,  3) электронный захват (К-захват, т.к. ядро поглощает один из электронов атомной оболочки, обычно из К-оболочки):  Примеры электронного захвата:  ,  Характеристика корпускулярных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом. 1) альфа-частицы (ядра гелия): - заряд +2, масса 4 а.е.м. -  энергия альфа-частиц при выходе из ядра составляет 3 – 11 МэВ (эВ – электрон-вольт – внесистемная единица энергии: 1 эВ = 1,610-19 Дж)- обладают высокой ионизационной способностью, образуя несколько десятков тысяч пар ионов на микрометр пробега в веществе; по мере продвижения альфа-частицы в веществе плотность ионизации возрастает в несколько раз (с 20 тыс. до 80 тыс. пар ионов на 1 мкм пути) и затем, практически при завершении пробега, резко падает. Кривая Брегга - график, отражающий зависимость ЛПЭ альфа-излучения от пройденного в веществе пути - траектории альфа-частиц в веществе прямолинейны в связи с их большой массой - пробег альфа-частиц в воздухе до 11 см, в жидкостях и биологических тканях - от 10 до 100 мкм - альфа-излучение позволяет сосредоточить значительную энергию на глубине поражённой ткани при минимальном рассеянии в здоровых тканях (используется для лечения опухолей) - элементарная защита - любой плотный материал даже незначительной толщины (лист бумаги, кожа, одежда) 2) бета-частицы (электроны и позитроны): - заряд -1 (электроны) и +1 (позитроны), масса пренебрежимо мала (1/1836 а.е.м.) - энергия порядка нескольких кэВ - удельная плотность ионизации, создаваемая бета-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем у альфа-частиц той же энергии; бета-частица образует несколько десятков пар ионов на микрометр пробега в веществе. - в веществе кроме ионизации за счёт торможения электронов в веществе (особенно состоящем из атомов с большим порядковым номером), возникает тормозное рентгеновское излучение; чем выше энергия потока бета-частиц, тем более жестким будет тормозное излучение (используется в рентгеновских трубках) -частиц при продвижении в веществе отклоняются на большие углы, траектория их очень извилиста (в связи с малой массой) - проникающая способность у бета-частиц больше, чем у альфа-частиц (длина пробега в воздухе несколько метров, в биологической ткани - сантиметры) - элементарная защита - тонкий слой легкого металла (алюминиевая фольга), пластмасса, стекло. 3) нейтроны: - заряд 0 (за счет этого беспрепятственно проникают вглубь атомов, взаимодействуя непосредственно с ядрами), масса 1 а.е.м. - энергия от 0,025 эВ до 300 и более МэВ; в зависимости от энергии выделяют медленные (энергия до 1 МэВ) и быстрые (энергия выше 1 МэВ) нейтроны - защитные материалы: для быстрых нейтронов - вода, парафин, бетон, пластмассы; для медленных нейтронов - бораль, борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом Возможны следующие эффекты взаимодействия нейтронного излучения с веществом: а  ) упругое рассеяние - нейтрон передаёт ядру часть своей энергии и отклоняется от первоначального направления; ядро, с которым взаимодействует нейтрон (ядро отдачи), начинает двигаться и ионизировать другие атомы и молекулы. Данный эффект характерен для быстрых нейтронов (пример - рассеяние на ядрах водорода (протонах); при этом нейтрон передаёт протону более половины своей энергии с образованием протона отдачи, поэтому для замедления быстрых нейтронов используют вещества, содержащие водород - вода, парафин).  б) неупругое рассеяние - часть кинетической энергии нейтрона тратится на возбуждение ядра отдачи, которое затем переходит в стабильное состояние, излучая гамма-квант. в  ) поглощение (радиационный захват) - при взаимодействии нейтрона с ядром оно переходит в возбуждённое состояние и испускает гамма-квант или частицы (протон, нейтрон, альфа-частицу). В результате радиационного захвата многие вещества становятся радиоактивными с образованием так называемой "наведенной" активности. Данный эффект наиболее характерен для медленных нейтронов, их лучшими поглотителями являются кадмий и бор. Основная часть энергии заряженных частиц, взаимодействующих с веществом, идёт на его: 1) ионизацию - отрыв электрона от атома или молекулы, в результате чего они преобразуются в положительно заряженные ионы. 2) возбуждение - переход электрона на удаленную от ядра орбиталь; происходит, когда энергии излучения недостаточно для полного отрыва электрона. Выделяют излучения: а) прямо ионизирующие - ионизацию непосредственно производят заряженные частицы (альфа- и бета-); механизм потери энергии этих частиц в поглотителе в основном обусловлен кулоновским взаимодействием с орбитальными электронами атомов вещества. б) косвенно ионизирующие - электрически нейтральные излучения (гамма, рентгеновское, нейтронное) ионизируют атомы среды в результате вторичных процессов. Степень ионизации зависит как от свойств самого излучения (энергия, заряд частиц), так и от структуры облучаемого объекта. Основными свойствами излучений являются: 1) линейная плотность ионизации (удельная ионизация) - это число пар ионов, образованных заряженной частицей на микрометр пробега в веществе. 2) линейная передача энергии (ЛПЭ) - средняя энергия, теряемая заряженной частицей на единице длины её пробега в веществе. Единица измерения - килоэлектрон-вольт на микрометр пути (кэВ/мкм). Для электрически нейтральных видов излучения ЛПЭ не применяется, но используется значение ЛПЭ вторичных заряженных частиц, образующихся в веществе. В зависимости от ЛПЭ все излучения делятся на: а) редкоионизирующие (ЛПЭ < 10 кэВ/мкм) - бета-, гамма- и рентгеновское излучения. б) плотноионизирующие (ЛПЭ > 10 кэВ/мкм) - альфа- и нейтронное излучения. ЛПЭ заряженных частиц возрастает по мере снижения их скорости, поэтому в конце пробега отдача энергии заряженной частицей максимальна. 36. Механизм образования и характеристика рентгеновского и гамма-излучения, их взаимодействие с веществом. Ионизирующее излучение - излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных. По природе ионизирующие излучения делятся на два основных вида: а) корпускулярные (альфа, бета, нейтронное) б) электромагнитные (гамма, рентгеновское) Тип радиоактивного превращения определяется видом частиц, испускаемых при распаде. Процесс радиоактивного распада всегда экзотермичен. Исходное ядро называется материнским (символ X), а получающееся после распада ядро - дочерним ( символ Y). Гамма-превращение (изомерный переход) - внутриядерное явление, при котором за счет энергии возбуждения ядро испускает гамма-квант, переходя в более стабильное состояние; при этом массовое число и атомный номер не изменяются. Спектр гамма-излучения всегда дискретен. Испускаемые ядрами гамма-кванты обычно имеют энергию от десятков кэВ до нескольких МэВ. Примеры радионуклидов, претерпевающих гамма-превращение: Rb-81m; Cs-134m; Cs-135m; In-113m; Y-90m.  , где индекс “m” означает метастабильное состояние ядра.Пример гамма-превращения:  Основной характеристикой для электромагнитных излучений (гамма, рентгеновское) являются энергия излучений. Характеристика электромагнитных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом: 1) гамма-излучение - представляет собой поток гамма-квантов - имеет длину волны 10-10-10-14 м - образуется при ядерных превращениях - обладает высокой проникающей способностью, которая зависит как от энергии гамма-квантов, так и от свойств вещества, длина пробега в воздухе достигает сотен метров В процессе прохождения через вещество -кванты (фотоны) взаимодействуют с электронами атомов, электрическим полем ядра, а также с нейтронами и протонами, входящими в состав ядра, в результате чего происходит ослабление плотности потока излучения благодаря рассеянию -квантов и передачи их энергии атомам среды. Гамма-кванты относятся к косвенно ионизирующему излучению. Данное излучение в среде любой толщины полностью не поглощается, а лишь ослабляется в заданное число раз за счет различных эффектов взаимодействия: а  ) фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект) - фотоны (-кванты) поглощаются и полностью передают свою энергию электронам внутренней орбитали атома. Данная энергия равна энергии орбитали, расходуется на отрыв электрона и сообщение ему кинетической энергии. В результате электрон вырывается из поля атома и производит в дальнейшем ионизацию вещества. Место выбитого фотоэлектрона занимает другой электрон с более высокой орбитали, что сопровождается испусканием низкоэнергетического характеристического рентгеновского излучения или Оже-электронов. Чем больше энергия связи электрона, чем ближе он находится к ядру, тем больше вероятность передачи ему всей энергии -кванта. С ростом номера элемента или его заряда вероятность фотоэффекта возрастает, а с увеличением энергии излучения она быстро падает. Возникновение фотоэффекта наиболее характерно для мягкого -излучения (до 0,5 Мэв). Т.к. для биологических тканей энергия выбивания электрона не превышает 0,5 Мэв, данный эффект наиболее вероятен при поглощении мягкого -излучения. б) комптоновское рассеивание (Комптон-эффекта) - фотон (-квант) передает электрону лишь часть своей энергии, а сам меняет направление своего движения. Выбитый электрон производит в дальнейшем ионизацию. Затем вторичный фотон может вновь претерпевать эффект Комптона и т.д. В  отличие от фотоэффекта такое рассеивание происходит, в основном, на электронах внешних оболочек атомов с минимальной энергией связи. С ростом энергии излучения вероятность такого взаимодействия снижается, но медленнее, чем при фотоэффекте. Комптон-эффект наиболее вероятен при энергии -квантов 0,5-1 МэВ. в  ) образовании пары "электрон-позитрон" - при значительной энергии -кванта (>1 МэВ) он взаимодействует с атомным ядром и в его поле преобразуется в пару частиц - электрон и позитрон, которые и производят в дальнейшем ионизацию. Позитрон, встречая на своем пути электрон, может соединиться с ним и превратиться в 2 фотона (эффект аннигиляции). Образующиеся фотоны поглощаются средой в результате эффекта Комптона или фотоэффекта.2) рентгеновское излучение: - имеет длину волны 10-9-10-12 м; чем меньше длина волны, тем выше энергия излучения и больше его проникающая способность - образуется за счет изменения энергетического состояния электрона при его переходе на энергетически более выгодную орбиталь (характеристическое рентгеновское излучение) или при столкновении заряженных частиц с частицами вещества, через которое они проходят (тормозное рентгеновское излучение) Защитные материалы для электромагнитных видов излучения - тяжелые металлы, бетон, грунт. 37. Стадии формирования лучевого поражения. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений на биомолекулы. Кислородный эффект. Принципиальная особенность действия ионизирующих излучений - 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. Под воздействием ионизирующего излучения изменяется электронная оболочка атомов. Вследствие этого меняются их химические свойства и возникают химические реакции, приводящие в некоторых случаях к тяжелым повреждениям органов и тканей. Стадии формирования ионизирующих поражений: 1. Физическая стадия - поглощение энергии излучения облучаемой средой с возбуждением и ионизацией её молекул (длительность около 1*10-16 сек). Данный процесс практически не зависит от условий окружающей среды. 2. Физико-химическая стадия - возникновение активных в химическом отношении свободных радикалов, которые взаимодействуют между собой и с органическими молекулами клетки (длительность около 1*10-7 сек). Данный процесс слабо зависит от условий окружающей среды. Свободные радикалы - это электрически нейтральные атомы или молекулы с неспаренным электроном на внешней орбитали; они являются весьма реакционноспособными, т.к. имеют тенденцию спаривать свой электрон с аналогичным электроном в другом свободном радикале (окислители, акцепторы), либо удалять его из атома путём электронного излучения (восстановители, доноры). 3. Химическая стадия - появление биохимических повреждений биологически важных макромолекул - белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов (длительность порядка нескольких секунд). Данный процесс существенно зависит от условий окружающей среды: температуры, фазового состояния и т.д. 4. Биологическая стадия - формирование повреждений на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях и отдаленных последствий облучения (длительность сильно варьирует - часы, недели, годы - и определяется 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). Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений на биомолекулы: В основе первичных радиационно-химических изменений могут лежать 2 механизма действия ионизирующих излучений: 1) прямое действие - молекулы претерпевают изменения непосредственно при взаимодействии с ионизирующим излучением. 2) косвенное действие - молекулы претерпевают изменения не непосредственно поглощая энергию от ионизирующих излучений, а получая её от других молекул. Кислородный эффект - усиление лучевого повреждения в присутствии кислорода по сравнению с анаэробными условиями. Эффект объясняется тем, что в присутствии кислорода образуются дополнительные реакционноспособные радикалы, обладающие выраженным поражающим действием; кроме того, молекула кислорода обладает электроноакцепторными свойствами, активно взаимодействует с образующимися при действии излучения радикалами биологических молекул, фиксирует возникшие в них потенциальные повреждения и делает их труднодоступными для репарации. Количественная мера кислородного эффекта - коэффициент кислородного усиления. При облучении отдельных клеток он равен 3, т.е. в присутствии кислорода лучевое повреждение усиливается втрое. Для проявления такого действия кислород должен присутствовать в клетке в момент облучения. В дальнейшем кислород играет положительную роль: он необходим для нормальной работы системы репарации ДНК. NB! Кислород в формировании лучевого повреждения ведёт себя двояко: усиливая первичные процессы повреждения в момент воздействия излучения он одновременно стимулирует процессы внутриклеточного восстановления после облучения. Кислородный эффект зависит от ЛПЭ: с увеличением ЛПЭ он уменьшается и при действии, например, альфа-излучения исчезает. На кислородном эффекте основаны методы управления тканевой радиочувствительностью, используемые в лучевой терапии опухолей: 1) оксигенорадиотерапия (оксибарорадиотерапия) - во время сеанса лучевой терапии больной дышит чистым кислородом при нормальном или увеличенном в 2-3 раза атмосферном давлении, при этом напряжение кислорода в здоровых тканях увеличивается незначительно (есть предел насыщения), а в опухоли давление кислорода поднимается до такого же уровня, но, по сравнению с исходным уровнем его содержание возрастает во много раз, следовательно, повышается и радиочувствительность опухолевой ткани. 2) гипооксирадиотерапия - во время сеанса лучевой терапии больной дышит гипоксической газовой смесью (содержание кислорода 7-10% вместо 21%). Напряжение кислорода в здоровой ткани уменьшается, а в опухоли останется прежним, что позволяет повысить дозу облучения на опухоль. 38. Радиолиз воды. Общая схема окислительного стресса. Т.к. живая материя на 70-90% состоит из воды, то большая часть энергии ионизирующего излучения первично поглощается именно молекулами воды. Воздействие продуктов радиолиза воды на биомолекулы лежит в основе косвенного действия ионизирующего излучения. Механизм радиолиза воды (общая схема окислительного стресса): 1. При воздействии ионизирующего излучения в воде идут процессы ионизации или возбуждения. а) ионизация - из молекулы воды выбивается электрон и образуется положительно заряженная молекула воды:  б) возбуждение - если энергии для ионизации недостаточно, образуется возбужденная молекула воды:  2. Освободившийся при ионизации молекулы воды электрон [1] постепенно теряет свою энергию и может быть захвачен другой молекулой воды, которая превращается в отрицательно заряженную молекулу воды:  3. Все перечисленные первичные продукты взаимодействия молекулы воды с излучением (H2O+,H2O-,H2O*) являются нестабильными и могут распадаться с образованием ионов и свободных радикалов:  4. Выбитый электрон может окружить себя четырьмя молекулами воды и превратиться в гидратированный электрон e-aq, а затем может быть захвачен молекулой H2O+ с образованием возбужденной молекулы воды:  Возбуждённая молекула воды распадается на атомарный водород H и гидроксильный радикал OH, которые далее могут реагировать друг с другом. Это, в первую очередь, касается радикалов H и OH, образующихся при распаде H2O*, после реакции [2]:  5. Образовавшиеся радикалы могут: а) вступать в реакцию с другими молекулами воды:  б) вырывать атом водорода из органических молекул, превращая их в радикалы:  в) реагировать с молекулами растворенного кислорода с образованием перекисных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью:  В целом для продуктов радиолиза воды наиболее характерны реакции окисления или восстановления субстрата, образования радиотоксинов. К окислителям относят следующие продукты радиолиза воды: ОН, Н2О2 , НО2 , О2 , к восстановителям: Н , e-aq . Образование радиотоксинов происходит в результате реакции с хиноном и убихиноном. 39. Радиационная биохимия нуклеиновых кислот,белков,липидов. Основные типы репарации ДНК. На ядерную ДНК приходится около 7% поглощенной дозы. Механизм повреждения нуклеиновых кислот: а) при прямом действии ионизирующих излучений на нуклеиновые кислоты: выбивание электрона и последующая миграция дефектного участка по полинуклеотидной цепи (несколько сотен азотистых оснований) до участка с повышенными электрон-донорными свойствами (чаще всего до участка локализации тимина или цитозина, где и образуются свободные радикалы этих оснований). б) при косвенном действии ионизирующих излучений на нуклеиновые кислоты: взаимодействие с продуктами радиолиза воды приводит к образованию свободных радикалов, что ведет к нарушению структуры ДНК, в основе которого лежат следующие механизмы: - одно- и двунитевые разрывы; - модификация азотистых оснований; - образование тиминовых димеров; - сшивки ДНК–ДНК, ДНК-белок. При дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждаются около 5000 азотистых оснований, возникают примерно 1000 одиночных и от 10 до 100 двойных разрывов. Определенное число одиночных разрывов образуется даже при малых дозах излучения, но они не приводят к поломкам молекулы ДНК, т.к. куски поврежденной молекулы прочно удерживаются на месте водородными связями с комплементарной нитью ДНК и хорошо поддаются восстановлению. Репарация повреждений в ДНК. Все механизмы репарации в клетке многократно продублированы и могут идти разными путями, находящимися под генетическим контролем. Репарация может быть как практически безошибочной (фотореактивация и эксцизионная репарация коротких участков), так и зачастую ошибочной (SOS-репарация, т.к. она является попыткой восстановить структуру ДНК любой ценой при серьезных массивных повреждениях). Репарация генетических повреждений обеспечивается десятками ферментов, многие из которых участвуют также в процессах репликации и рекомбинации. Основные группы ферментов репарации: 1. нуклеозидазы - производят выщепление оснований по N-гликозидной связи с образованием АП-сайтов - апуриновых или апиримидиновых участков; 2. инсертазы - производят встраивание оснований в АП-сайты; 3. лиазы - производят расщепление пиримидиновых димеров; 4. эндонуклеазы - проводят инцизию - разрез ДНК возле повреждения; 5. экзонуклеазы - проводят эксцизию - удаление поврежденного участка; 6. ДНК-полимеразы - проводят синтез ДНК по комплементарной матрице; 7. ДНК-лигазы - производят сшивку нуклеотидов. Основные типы репарации ДНК: I. Прямая репарация: а) фотореверсия - происходит за счет работы фотолиаз, причем начальный этап - образование фермент-субстратного комплекса - может идти и в темноте: E + S ES + h E + P , где Е – фермент (энзим), S – субстрат, P - продукт реакции. Для работы фотолиазы требуется свет с длиной волны 350 нм. Этапы фотореверсии: 1. Повреждение ДНК с образованием димера под действием УФИ 2. Образование фермент-субстратного комплекса с фотолиазой: 3. Восстановление структуры ДНК: б) восстановление одиночных разрывов - происходит с участием ДНК-лигаз, характерна при действии ионизирующих излучений, вызывающих образование большого числа однонитевых разрывов ДНК. Этапы восстановления одиночных разрывов: 1. Повреждение ДНК с образованием одиночного разрыва: 2. Образование фермент-субстратного комплекса с ДНК-лигазой: 3. Восстановление структуры ДНК: в) восстановление структуры азотистых оснований - удаление лишних метильных групп, восстановление разрывов циклических структур; г) замена азотистых оснований - протекает с участием ДНК-гликозидаз. II. Репарация с использованием комплементарной цепи (эксцизионная репарация). Наиболее изученный вид эксцизионной репарации - “темновая репарация”. Ее основные этапы: 1. Incisio (разрезание) - эндонуклеаза "узнает" поврежденный участок и производит разрез: 2. Excisio (вычленение) -экзонуклеаза удаляет повр-ый участок: 3. Sintesis - репаративный синтез с помощью ДНК-полимеразы: 4. Сшивка восстановленных участков ДНК-лигазой: III. Репарация с использованием межмолекулярной информации: а) восстановление двойных разрывов - возможно в том случае, когда имеется копия генетической информации (например, при диплоидном наборе хромосом). В основе данной репарации - сложный процесс рекомбинации с реципрокным обменом нитей ДНК и последующим восстановлением повреждений. При этом образуются так называемые "структуры Холидея", которые в дальнейшем подвергаются разделению с образованием 2 нормальных нитей ДНК. б) репарация поперечных сшивок внутри ДНК - происходит по схеме “выщепление-рекомбинация-синтез”. IV. Индуцибельная репарация. а) SOS-репарация - запускается в клетке при наличии сигнала бедствия - появления свободных фрагментов полинуклеотидной цепи, что указывает на серьезные повреждения ДНК. При этом клетка пытается восстановить структуру ДНК, невзирая на степень ее повреждения. Достигается это снижением 3’-5’ - корректорской функции ДНК-полимеразы, что помогает быстро, но не всегда безошибочно восстанавливать структуру. б) постадаптационная репарация - механизм до конца не известен; впервые описана при исследовании культуры лимфоцитов, которые обладают повышенной чувствительностью к воздействию ионизирующих излучений: после предварительного облучения культуры лимфоцитов при суммарной дозе около 30 сГр с низкой интенсивностью в течение 4 часов развивалась повышенная устойчивость к повреждению ДНК, длившаяся около 66 часов (3 клеточных цикла). Механизмы репарации генетических повреждений - сложная продублированная система защиты генетической информации клетки, основа обеспечения надежности биологических систем. Большинство одиночных разрывов репарируются даже в летально облученных клетках и не являются причиной, определяющей гибель клетки. Однако нерепарированные одиночные разрывы могут в последующем привести к образованию двойных разрывов, плохо поддающихся восстановлению. Двойные разрывы могут возникнуть в результате единичного акта ионизации либо при совпадении одиночных разрывов на комплементарных нитях, они опасны для клетки, т.к. они не всегда поддаются репарации и служат непосредственной причиной возникновения хромосомных аберраций. Виды хромосомных аберраций: 1. фрагментация хромосом 2. образование хромосомных мостов, дицентриков, кольцевых хромосом 3. появление внутри- и межхромосомных обменов. |