ответы экзамен. Эволюция пищеварительной системы и особенности питания у представителей разных классов позвоночных животных

• Название: Эволюция пищеварительной системы и особенности питания у представителей разных классов позвоночных животных
• Дата: 31.05.2022
• Размер: 7.56 Mb.
• Имя файла: ответы экзамен.docx
• Тип: Документы; #559867
• страница: 28 из 30

87. Инфракрасное излучение тела человека, его источники и методы регистрации.
Наиболее яркую информацию о распределении температур на поверхности тела человека и ее изменениях во времени дает метод динамического инфракрасного тепловидения. В техническом отношении это полный аналог телевидения, только датчик измеряет не оптическое излучение, отраженное от объекта, которое видит человеческий глаз, как в телевидении, а его собственное, не видимое глазом, инфракрасное излучение. Тепловизор состоит из сканера, измеряющего тепловое излучение в диапазоне длин волн от 3 до 10 мкм, устройства для сбора данных и ЭВМ для обработки изображения. Тепловое излучение от разных участков тела последовательно, с помощью колеблющихся зеркал, проецируют на один приемник инфракрасного излучения, охлаждаемый жидким азотом. Тепловизоры передают в 1 секунду 16 кадров. Чувствительность тепловизора при измерении одного кадра - порядка 0,1 К, однако ее можно резко увеличить, используя ЭВМ для обработки изображений.

Тепловизионное изображение можно выводить в черно-белом либо цветном формате. Перепады температуры, которые нужно измерять на термограмме, составляют, как правило, доли градуса, в то время как полный сигнал соответствует приблизительно 300К, т.е. исходное изображение обладает малым контрастом и его необходимо обрабатывать. Без предварительной обработки на ЭВМ полученная картина неинформативна. ЭВМ позволяет делать следующие операции обработки изображения: усреднение; изменение контраста получившихся изображений; раскраску в квазицвет контрастированных изображений. Усреднением добиваются того, что случайные шумы подавляются, и полезный сигнал становится более четким. Контрастирование изображения и раскраска в квазицвет дают возможность усилить восприятие величины тепловых контрастов. Контрастированием называется уменьшение диапазона измеряемой величины, которому соответствует полный масштаб изменения яркости или цветовой палитры. Разновидность тепловидения, при которой исследуется временная динамика температурных полей, иногда называют динамическим тепловидением. Обрабатывая последовательные термокарты, можно определить динамику температуры в интересующих точках, эволюцию во времени размеров определенных нагретых участков кожи и т.п.

Наиболее яркий результат применения тепловидения в биологии для измерений тепловизор наводят на поверхность черепной коробки, с которой предварительно снимают скальп.

Термоэнцефалоскопия позволяет “увидеть” волны, распространяющиеся по поверхности коры головного мозга.

К сожалению, тепловые карты мозга человека можно получить только в ходе нейрохирургических операций на открытом мозге, поскольку из-за сильного поглощения ИК-излучения скальп и толстая черепная коробка оказываются непреодолимой преградой для сигналов из мозга.

Инфракрасное тепловидение тела человека дает информацию о температуре верхних слоев кожи - рогового слоя эпидермиса и некоторых подлежащих слоев общей толщиной около 100 мкм, поскольку, как показано специальными измерениями, электромагнитные волны ИК-диапазона затухают, пройдя в биологических тканях расстояние всего около 100 мкм. Температура этого слоя определяется балансом тепла за счет его отдачи в окружающую среду и притока за счет крови, притекающей из теплового ядра организма. Поэтому фактически ИКтепловидение - это способ оценить кожный кровоток в различных участках тела.

Наиболее распространенным применением ИК-тепловидения в медицине является визуализация кровоснабжения нижних конечностей. Если кровоснабжение в них нарушено, то температура дистальных участков резко снижена. Регистрируя размер областей со сниженной температурой, можно определить степень выраженности заболевания, а также эффективность терапевтических мероприятий.
88. Оптическое излучение тела человека. Его природа и методы регистрации.
Оптическое излучение тела человека надежно регистрируется с помощью современных технических устройств для счета фотонов. В этих устройствах используют высокочувствительные фотоэлектронные умножители (ФЭУ), которые способны регистрировать одиночные кванты света и выдавать на выходе кратковременные импульсы тока, которые затем подсчитываются с помощью специальных электронных счетчиков.

Показано, что 1 см2 кожи человека за 1 сек спонтанно излучает во все стороны 6-60 квантов света, главным образом, в сине-зеленой области спектра. Светимости различных участков кожи отличаются. Так, наиболее сильное излучение исходит от кончиков пальцев, гораздо слабее, например, от живота или предплечий. Это свечение зависит от функционального состояния пациента. Оно снижается в покое и повышается с ростом его активности. Свечение кожи можно вызвать, например, с помощью ее обработки перекисью водорода или воздействуя на кожу предварительной засветкой. Сильное последействие – фосфоресценцию вызывает излучение на длине волны 254 нм, соответствующее пику (максимуму) поглощения молекулами ДНК.

Оптическое излучение кожи не является тепловым. Наиболее вероятный механизм спонтанного свечения – это хемилюминисценция, которая вызывается перекисным окислением липидов (ПОЛ). Оно сопровождается появлением свободных радикалов – молекул, находящихся в возбужденном электронном состоянии. При взаимодействии таких молекул в определенном (малом) проценте случаев происходит излучение света. Следует добавить, что в природе существуют организмы, обладающие свойством излучать свет.

Основная масса живых светящихся моделей живет в море – это и простейшие, кишечнополостные, черви, моллюски, ракообразные и рыбы. Свечение организмов является характерным признаком жизнедеятельности. Оно имеет биофизические и биохимические основы, являясь частным случаем хемилюминисценции.
Радиобиология
89. Типы и виды ионизирующего излучения.
Ионизирующее излучение – любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Различают следующие виды ионизирующих излучений: α-,β-излучение, фотонное и нейтронное излучение. Ультрафиолетовое излучение и видимую часть светового спектра не относят к ионизирующим излучениям. Указанные выше виды излучения имеют различную проникающую способность (рис. 3.6), зависящую от носителя и энергии излучения.

Энергию излучения измеряют в электрон-вольтах (эВ). За 1 эВ принята энергия, которую приобретает электрон при перемещении в ускоряющем электрическом поле с разностью потенциалов в 1 В. На практике чаще применяются десятичные кратные единицы: килоэлектрон-вольт (1 кэВ = 103эВ) и мегаэлектронвольт (1 МэВ = 10эВ). Связь электрон-вольта с системной единицей энергии Дж задается выражением: 1 эВ = 1,6·10^-19Дж.

Рис. 3.6. Виды радиоактивных излучений и их проникающая способность

Альфа-излучение (α-излучение) – ионизирующее излучение, представляющее собой поток относительно тяжелых частиц (ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов), испускаемых при ядерных превращениях. Энергия α-частиц составляет порядка нескольких мегаэлектрон-вольт и различна для разных радионуклидов. При этом некоторые радионуклиды испускают α-частицы нескольких энергий.

Этот вид излучения, имея малую длину пробега частиц, характеризуется слабой проникающей способностью, задерживаясь даже листком бумаги. Например, пробег α-частиц с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 2,5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм. Излучение практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому α-излучение не опасно до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через органы дыхания, пищеварения или через открытые раны и ожоговые поверхности. Степень опасности радиоактивного вещества зависит от энергии испускаемых им частиц. Поскольку энергия ионизации одного атома составляет единицы–десятки электрон-вольт, каждая α-частица способна ионизировать до 100000 молекул внутри организма.

Бета-излучение – поток β-частиц (электронов и позитронов), обладающих большей проникающей способностью в сравнении сα-излучением. Испускаемые частицы имеют непрерывный энергетический спектр, распределяясь по энергии от нуля до определенного максимального значения, характерного для данного радионуклида. Максимальная энергияβ-спектра различных радионуклидов лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ.

Пробег β-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Так, пробег электронов с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 17,8 м, а в биологической ткани 2,6 см. Однако они легко задерживаются тонким листом металла. Как и источники α-излучения, β-активные радионуклиды более опасны при попадании внутрь организма.

Фотонное излучение включает в себя рентгеновское и гамма-излучение (γ-излучение). После радиоактивного распада атомное ядро конечного продукта часто оказывается в возбужденном состоянии. Переход ядра из этого состояния на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние) происходит с испусканием гамма-квантов. Таким образом, γ-излучение имеет внутриядерное происхождение и представляет собой довольно жесткое электромагнитное излучение с длиной волны 10^-8–10^-11 нм.

Энергия кванта γ-излучения Е (в эВ) связана с длиной волны соотношением



где λ выражена в нанометрах (1 нм = 10^-9м).

Распространяясь со скоростью света, γ-лучи имеют высокую проникающую способность, значительно большую, чем α и β - частицы. Их может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. Чем выше энергияγ-излучения и соответственно меньше длина его волны, тем выше проникающая способность. Обычно энергия гамма-квантов лежит в диапазоне от нескольких кэВ до нескольких МэВ.

В отличие от γ-излучения рентгеновское имеет атомное происхождение, Оно образуется в возбужденных атомах при переходе электронов с удаленных орбит на более близкую к ядру орбиту или возникает при торможении заряженных частиц в веществе. Соответственно первое имеет дискретный энергетический спектр и называется характеристическим, второе – непрерывный спектр и называется тормозным. Диапазон энергий рентгеновского излучения – от сотен электрон-вольт до десятков килоэлектрон-вольт. Несмотря на различное происхождение этих излучений, природа их одинакова, и поэтому рентгеновское и γ–излучение называют фотонным излучением.

Под действием фотонного излучения происходит облучение всего организма. Оно является основным поражающим фактором при воздействии на организм излучения от внешних источников.

Нейтронное излучение возникает при делении тяжелых ядер и в других ядерных реакциях. Источниками нейтронного излучения на АЭС являются ядерные реакторы, плотность потока нейтронов в которых составляет 10¹⁰–10¹⁴ нейтронов/(см·с); изотопные источники, содержащие естественные или искусственные радионуклиды, смешанные с веществом, испускающим нейтроны под влиянием бомбардировки егоα-частицами или γ-квантами. Такие источники применяют для градуировки контрольно-измерительной аппаратуры. Они дают потоки порядка 10⁷–10⁸ нейтронов/с.

В зависимости от энергии нейтроны подразделяют на следующие типы: медленные, или тепловые (со средней энергией∼0,025 эВ); резонансные (с энергией до 0,5 кэВ); промежуточные (с энергией от 0,5 кэВ до 0,5 МэВ); быстрые (с энергией от 0,5 до 20 МэВ); сверхбыстрые (с энергией свыше 20 МэВ).

При взаимодействии нейтронов с веществом наблюдаются два типа процессов: рассеяние нейтронов и ядерные реакции, в том числе вынужденное деление тяжелых ядер. Именно с последним видом взаимодействий связано возникновение цепной реакции, происходящей при атомном взрыве (неуправляемая цепная реакция) и в ядерных реакторах (управляемая цепная реакция) и сопровождающейся выделением огромных количеств энергии.

Проникающая способность нейтронного излучения сравнима с γ-излучением. Тепловые нейтроны эффективно поглощаются материалами, содержащими бор, графит, свинец, литий, гадолиний и некоторые другие вещества; быстрые нейтроны эффективно замедляются парафином, водой, бетоном и др.
90. Радиобиологические эффекты на уровне клеток и многоклеточных организмов. Их количественная оценка.
Радиобиологические эффекты – изменения, возникающие в биологических системах при действии на них ИИ.

Основная методология радиобиологии основана на объяснении функциональных связи между проявлением радиобиологических эффектов и доз излучения. Понимание сути радиобиологических эффектов и механизмов их формирования достигалось изучением доз зависимости широкого круга реакций, часто называемых тест-эффекты. Для каждого теста-эффекта должна быть своя количественная мера, некоторые из радиобиологических эффектов совпадают с известными количественными показателями физиологических, цитогенетических, биохимических процессов. Радиобиологические эффекты проявляются в ответ живой клетки или организма на облучение, которые реализуются в последовательности отдельных явлений, происходящих на разных уровнях в биологической системе с поглощением объектом энергии ионизирующего излучения, радиобиологические эффекты завершают конечное проявление на соответствующем уровне биологических систем. Формирование любого радио биологического эффекта, многоэтапный процесс и каждому этапу соответствует определенная мера. Радио-биологические реакции на разных уровнях очень разнятся по временным характерам от 10^-15 секунд (радио-химические процессы) до 10 лет (на уровне популяции или системы органов). Любая мера радиобиологического эффекта выражается в определённых единицах, имеющих размерности.

Одним из фундаментальных радиобиологических эффектов является радиационная гибель клеток и многоклеточного организмов – это следствие инактивации жизненно важных структур клетки и последующего системного процесса развития радиационного поражения. Различают два типа радиационной гибели клеток: пролиферативная (репродуктивная) – клетки теряют способность к делению, а следовательно к образованию дочерних клеток. Это выражается в том, что бактерии и дрожжи не способны образовывать колонии клеток. Клетки, которые подвергаются пролиферативный гибели, имеют признаки жизнедеятельности: в них происходят основные процессы метаболизма, биосинтеза белка и других веществ, движение цитоплазмы, сохранение мембранной проницаемости.

Интерфазная гибель – полная утрата жизнеспособности клетки, которая сопровождается ее лизисом. Регистрируется во всех клетках при прекращении их жизнедеятельности и в любой момент.

Гибель клетки и утрата функций тканей и органов приводят к появлению у облученного человека клинических симптомов, называемых радиационными синдромами. Эффект воздействия ионизирующего излучения на организм человека и животных зависит от таких факторов как величина поглощенной дозы, продолжительность облучения и мощность дозы, объем облучаемых тканей и органов, вид излучения.

При однородном облучении всего тела дозой, превышающей некоторый порог, можно выделить три основных синдрома: нервно-васкулярный, желудочно-кишечный и гематологический. На практике эти синдромы часто перекрываются и их трудно распознать в отдельности.

Лучевую болезнь подразделяют на острую и хроническую. В выраженной форме лучевой болезни различают период первичной реакции, скрытый (латентный) период формирования болезни, восстановительный период и период отдаленных последствий заболевания.

Первоначальные явные симптомы облучения всего тела проявляются в течение первых 48 часов. К ним относятся желудочно-кишечные (анорексия, тошнота, рвота, диарея, кишечные спазмы, повышенное слюноотделение, дегидратация) и нервно-мышечные (чувство усталости, апатия, повышенное потоотделение, головные боли, гипотензия). Вероятность проявления этих симптомов и продолжительность времени до момента их проявления зависят от поглощенной дозы. Например, доза, вызывающая рвоту у 50% облученных, составляет около 2 Гр, а период до ее проявления примерно 3 часа; доза в 3 Гр вызывает рвоту у 100% облученных через 2 часа.

Латентный период – кажущееся клиническое благополучие – колеблется у человека от 14 до 32 суток в зависимости от тяжести поражения. При дозе, превышающей 10 Гр, после первичной реакции почти сразу наступает последняя фаза болезни. При дозе менее 1 Гр клинические симптомы острой лучевой болезни не развиваются.

В латентный период, как правило, уменьшается общая слабость, исчезает сонливость, улучшается аппетит, самочувствие становится вполне удовлетворительным. Однако эти улучшения находятся в явном противоречии с состоянием кроветворных органов (уменьшается число лейкоцитов34 и тромбоцитов35 в крови, опустошается костный мозг), кожи, желудочно-кишечного тракта и гонад.

После облучения дозами в диапазоне 6 – 10 Гр переход к периоду выраженных клинических проявлений особенно четок. Самочувствие больных в этот период резко ухудшается. Температура поднимается до 39 – 40С, на коже, языке и небе появляются высыпания или кровоизлияния. Поскольку защитные силы организма против инфекции ослаблены, в этот период угрозой для жизни является возникновение инфекционных осложнений, а также кровоизлияний в жизненно важные органы. Для лечения благоприятно раннее применение антибиотиков, переливание крови, часто – пересадка костного мозга, противогеморрагические36 средства.

При общем облучении человека дозой менее 100 бэр, как правило, отмечаются лишь сравнительно легкие реакции организма, проявляющиеся в изменениях в формуле крови. При дозах облучения, превышающих 100 бэр, развивается острая лучевая болезнь, тяжесть протекания которой зависит от дозы облучения. По степени тяжести острая лучевая болезнь подразделяется на ряд групп в зависимости от дозы на все тело.

Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100 – 200 бэр, вторая степень (средней тяжести) – при дозах 200 – 300 бэр; третья степень (тяжелая) – при дозах 300 – 500 бэр, и четвертая степень (крайне тяжелая) – при дозах свыше 500 бэр. Дозы однократного облучения в пределах 500 – 600 бэр при отсутствии медицинской помощи считаются абсолютно смертельными.

Фактор времени в прогнозе возможных последствий облучения играет важную роль в связи с развивающимися после лучевого поражения процессами восстановления в тканях и органах. Например, при однократном облучении собаки дозой 700 Р самым вероятным исходом является гибель животного; облучение же дозой 720 Р, но распределенной в течение года по 60 Р за месяц, гибели животного не вызовет.

Количественной мерой летального действия облучения считают выживаемость. Выживаемость клетки или многоклеточного организма выражают: W=1-L, L-смертность.