|
|
ответы экзамен. Эволюция пищеварительной системы и особенности питания у представителей разных классов позвоночных животных
91. Структурно-метаболическая теория лучевого поражения клетки.
Одновременно с развитием теории мишени шли радио биологические исследования которые базируясь на экспериментальных подходах ( в отличие от эвристических подходов) которые заключались в раскрытии повреждённых хромосом аппарата клетки биохимических и физиологических исследованиях которые сопровождались облучением организма.
Кузин создал Структурно-метаболическую теорию, в её основе принцип многофакторность и как главная причина формирования радиобиологических эффектов.
Принцип многофакторности отрицает односторонний подход согласно которому определяющим в формировании радио биологических эффектов является один механизм - повреждение мишени. Само попадание в мишень структурная метаболическая теория объясняет как физиологический процесс индукции многообразных молекулярных повреждений не только уникальных структур, но и массовых ультраструктур в клетки (мембраны, белки, молекулы, витамины). Из-за повреждения массовых структур клетки нарушаются метаболические процессы которые вызывают появление аномальных метаболитов - биоактивных низкомолекулярных соединений - это радиотоксины. В структурно метаболической теории значительную роль играют антиоксиданты - химические агенты которые влияют на функционирование восстановленных ферментов. Одно из основных положений структурно молекулярной теории в том что развитие радио биологических эффектов отражает общие влияние метаболических процессов, повреждений биоэнергетических систем, мембран и расстройства систем клеточной регуляции.
Теории радиобиологии свидетельствуют о их непротиворечии дополняемости, которое связано с многоэтапностью развитие лучевого поражения клеток. На начальном этапе реализуются принципы теории мишени, а на последних- структурно молекулярной теории.
92. Кислородный эффект в радиобиологических явлениях.
Развитие радиационно химических реакций при облучении многих типов соединений зависит от наличия свободного О2 в реакционной среде.
Влияние кислорода на ход радиационно химических превращений веществ который усиливает проявление радио биологических реакций называется кислородный эффект - открыт в 1921г Холтузеном.
Этот эффект обуславливает взаимодействие О2 с R• которые приводят к образованию RO2•. В воде кислород с продуктами радиолиза воды образует ряд активных радикалов НО2• О2• и др.
Кислородный эффект проявляется на разных уровнях организации процессов в биологических системах с радиолиза воды и заканчивается сложными интегральными реакциями клеток и тканей. Удаление кислорода из среды могло бы ослабить радиационное поражение организма, но для жизнедеятельности аэробных клеток как такие условия как аноксия или гипоксия являются очень неблагоприятными.
Количественной оценкой кислородного эффекта является коэффициент кислородного усиления (ККУ) - он показывает Во сколько раз усиливается лучевое поражение при облучении в удалённой дозе в среде с кислородом в сравнении с аноксическими условиями.
Для вычисления ККУ радио биологического эффекта например выживаемости популяции клеток: ККУ =  - отношение дозы популяции клеток без кислорода к дозе с кислородом (DO – 37% доза выживаемости). Для вычисления выживаемости многоклеточного организма используют полулетальные дозы: ККУ =  / 
С увеличением ЛПЭ кислородный эффект снижается а при облучении клеток плотно ионизирующим излучением он не проявляется.
93. Источники природной радиоактивности. Группы природных радионуклидов.
На протяжении всей истории развития биосферы на живой организм постоянно действует ионизирующее излучение. К природным источникам ионизирующего излучения относят распространенные в природе радиоактивные элементы и изотопы, ядра которых в процессе радиоактивного распада излучают заряженные частицы и фотоны высокой энергии, относят и космические лучи, которые проникают через атмосферу и достигают поверхности земли, УФ-лучи – составная часть светового излучения Солнца.
При обычных условиях жизни любой организм наибольшую дозу получает от природных источников, т.е. от природных радиоактивных элементов. В земной коре обнаруживают около 340 изотопов химических элементов, которые имеют радиоактивные ядра. Все химические элементы с атомным номером выше 80 являются радиоактивными.
Выделяют 3 группы радионуклидов, которые содержаться в земной коре:
1.Радиоактивные элементы, возникновение которых обсуловлено ядерными реакциями с частями космических лучей – космогенные природные радионуклиды.
2. Радионуклиды, происхождение которые не связано с тяжелыми радиоактивными элементами – одиночные природные радионуклиды.
3. Радиоактивные элементы, которые входят в радиоактивные семейства тяжелых природных радиоактивных элементов.
Космогенные природные радионуклиды возникают в результате ядерной реакции между ядрами элементов земного происхождения и частями космических лучей. Т.к. в земной коре космические лучи быстро поглощаются, то большинство этих природных радионуклеидов содержится в атмосфере и верхних слоях земной коры. Наибольшее значение как возможное дозообразование имеют тритий (H3) и радиоуглерод (C14), они постоянно образуются в атмосфере в результате ядерной реакции, вызванной действие нейтрона космических лучей на ядра изотопа 14N. 
При этом их содержание в атмосфере постоянно поддерживается, а скорость синтеза для 3H=0.25, а 14С=2.3 (атом/см3*с).
Одиночные природные радионуклиды – относится достаточно много радиоизотопов различных элементов с массовыми числами от 40 до 190. Большинство этих элементов имеют по несколько изотопов. Наибольшее значение, как источник ионизирующего излучения, имеет K. период его полураспада = 1.26 млрд. лет. Удельная радиоактивность природного Kочень высоко и содержание его в любых живых клетках всегда очень значительно, т.к. это макроэлемент.
27. Характеристика радиоактивных семейств элементов
Радиоактивные элементы, которые входят в радиоактивные семейства тяжелых природных радиоактивных элементов – элементы, отличающиеся от одиночных радионуклидов тем, что они связаны между собой как продукты последующих превращений трех группах элементов, получивших название радиоактивных семейств. Практическое значение имеют 3 семейства:
1-урано-радия (родон238U);
2-актино-уран (235U);
3-тория (232Th);
Природные радиоактивные вещества сконцентрированы в гранитных породах гор. Радиоактивность известняка и песчаных пород уменьшается. Удельная радиоактивность почвы возрастает, если в ней больше глинистых частиц и чернозема.
В биосфере радионуклиды тяжелые элементы, содержащиеся в любых природных местах в рассеянном состоянии. Так, уран очень распространен в земной коре и содержится в любых породах и почвах. Он образует минеральные рудные местонахождения. Очень много в фосфорных рудах, поэтому и в фосфорных удобрениях, что при длительном применении ведет к повышению концентрации радиоактивных изотопов в землях, в результате повышается накопление их в продуктах растениеводства. Относится к водным мигрантам, попав в организм человека, откладывается в костях, где его содержание 80 % от всего содержание в организме.
Th (торий) – водный мигрант, образующий рудные местонахождения.
226Raвыявлен в любых горных породах, почвах, природных водах. По химическим свойствам подобенCa, участвует в минеральном питании растений, что обуславливает наличие Raв продуктах питания.
В грунтовых водах 226Ra содержится при определенных геометрических условиях, а также продукты его распада (радона) может повышаться, такие воды – радоновые, используются в лечебных целях.
28. Радон как доминирующий по дозообразованию радионуклеид
Радон – наиболее весомый радионуклеид по дозообразованию
Для всего населения значительная доза облучения получается радиоактивного газа 222Rn (радон), который является дочерним продуктом радиоактивного превращение 226Ra. Радон – инертный газ без цвета и запаха, в 7.5 раз тяжелее воздуха, растворим в воде, крови, лимфе. В единице объема тела человека его содержание примерно 50% от содержания в окружающей среде.
В органы дыхания за сутки попадает примерно 20 млн Rn. Радон и его изотопы воздействуют на верхние дыхательные пути. При распаде Rn, выделяются α частицы, которые облучают эпителий бронхов – происходит ионизация и возбуждение атомов клеток эпителия. У рабочих, где концентрация выше, Rnвызывает вид рака легких. Концентрация Rn в домашних помещениях больше, чем снаружи. Гравий, глина, песок всегда содержат Uи Th, строительные материалы – источники Rn.
В домах человек подвергается облучению естественными источниками радиации, она меньше в деревянных домах (0.5 мЗв/год), в кирпичных (1.5 мЗв/год). Причина возрастания Rn внутри помещений не только строительный материал, но и грунт под зданием. При этом Rnоказывает наиболее сильное действие на людей в подвальных помещениях и жителей 1-х этажей.
Для уменьшения Rn облучения используют специальные покрытия для полов. Проветривание помещений уменьшает концентрацию в 3-4р. Часть Rnнакапливается из природного газа и воды. При кипячении большая часть улетучивается, но следует отметить, что Rn в некипяченой воде при пиите быстро выводится из организма, по сравнению с тем, который переведен из воды в воздух (душ). Наиболее опасное облучение Rn под душем – нужна хорошая вентиляция.
К благородным газам относят продукт полураспада 224Ra ->220Rn (торон). Эти газы диффундируют в, и весной при размораживании грунта происходит выход в атмосферу газов, которые накоплены за зиму. В структуре годовой эффективной дозы облучения человека 222Rn в воздухе – 77.9%, а в строительных материалах – 5.5%.
Средний житель получает в среднем за год примерно 1мЗв = 100 мВ за счет облучения Rn и дочерними продуктами его распада. Общая доза от всех источников за год – 2.4 мЗв.
В разных местах планеты концентрация природных радиоактивных элементов не одинакова, общая ежегодная эквивалентная доза может существенно отличаться. Пример: существует 5 населенных пунктов на планете, где увеличен уровень радиации, которых исходит из почв и гор – Бразилия, Франция, Индия, Египет, Них…
Так, 1/6 часть населения Франции (7млн) живет в районах, где скальные породы – гранит, поэтому радиационный фон увеличивается и мощные дозы 1.8 – 3.5 мЗв/год. В индийсикх штатах прибрежная зона, на которой проживает 100 тыс. получает дозу 13 мЗв/год.
При одних и тех же концентрациях радионуклидов внутреннее облучение для организма, т.е. радионуклид, поступающие с пищей и вдыханием пылевых частиц во много раз более опаснее внешне, что обусловлено тем, что облучение определяется временем пребывания источников радиации в организме. И 226Ra и 239Pu из организма практически не выводятся и облучение длится всю жизнь.
94. Характеристика космического излучения, его источники.
Каждую секунду на площадку в 1 м2влетают из космоса более 10 тыс. частиц высоких энергий, которые движутся со скоростью света – космические лучи. Их происхождение связано со взрывами звезд в нашей и других галактиках.
Космические лучи имеют 3 источника:
1. галактическая радиация из районов космоса, расположенная не в нашей солнечной системе.
2. радиация, создающиеся частицами высоких энергий, циркулируемых вокруг планеты Земля.
3. непредвиденные мощные потоки радиации от Солнца.
Космические лучи разделяют на первичные космические излучения, которые доминируют на высоте 20-30 км над уровнем моря и вторичные, которые свойственны малым высотам.
Первичные состоят из протонов , т.е. ядер H (92%), α-частиц, т.е. ядра He (7%), и нейтроны, и быстрые ядра мелких элементов (1%). Средняя энергия высоких = 10 ГэВ.
Вторичные возникают в результате взаимодействия первичных космических лучей с атомами веществ атмосферы и тропосферы. При этом происходит расщепление атомных ядер и образуются вторичные космические лучи, в состав которых входят электроны, позитроны, γ-фотоны, мезоны.
Высокая проникающая способность космических лучей с p-мезонами. Около поверхности земли интенсивность космических лучей очень низкая, плотность энергии = 1 эВ/см3.
95. Лучевое поражение клетки с позиции теории мишени.
Лучевое поражение клеток является сложным интегрированным процессом, имеет ряд этапов, начальный: первый этап- это эффект взаимодействия излучения с отдельными молекулами веществ входящих в состав ультраструктуры клетки. Последующие этапы охватывают радиационно-химические изменения структуры молекулы и вызванные изменения нарушения отдельных метаболических и регуляционных функций и формирования ионизирующего радиобиологического эффекта. На начальных этапах реализации преимущественно теории мишени, а на последующих структурно-метаболическая теория. Теория мишени- поражение клеток вызываемое я взаимодействием гамма фотона или большей части энергии со структурами инактивирование которых, сопровождается гибелью клетки. Первопричина гибели клеток - это акт попадания частиц фотонов в определённые клеточные структуры. Попадания является случайным вероятностным явлением. Если попадание называть ударом, гибель клеток, которым необходимо один или множество ударов об одну или многоударную чувствительную структуру клетки. Структуры попадая в которые вызывают гибель клетки-мишени
Теория мишени основана на трех принципах:
1.Попадание
2.Мишени
3.Усилитель
1 и 2 основаны на таких аксиомах, как:
передача энергии излучения веществу характеризующаяся дискретной и статистической особенностью пространства в распределении актов попадания.
молекулярные и сложные субклеточные структуры, которые передают энергию излучения, имеют не одинаковое значение в жизнедеятельности клетки.
1 принцип. Попадание лучом, поражающий клетки, является случайным актом попадания фотона, заряженной частицы в определенный участок клетки. Условием попадания является прохождение через клетку трека гамма фотона, заряженной частицы и создания ионизирующих или возбуждающих молекул на части трека в пределах клетки. Они излучают с малыми значениями ЛПЭ трек может пересекать клетку, а может не сопротивляться активности ионизирующих и возбуждающих молекул (попадание не будет). Для изучения с повышением значения ЛПЭ попадание осуществляется, когда фотон или частица проходит через клетку и поглощает (энергию) её чувствительными системами (молекулами).
2 принцип. Проницаемость мишени инактивируя клетки происходит при условии попадания в определённые её структуры. Мишени молекул и сложные ультраструктуры клеток повреждения которых вызывают инактивацию клеток, повреждение мишеней может быть следствием прямого попадания в соответствующую молекулярную структуру или непрямого действия излучения возникающее под влиянием облучения за пределами мишени. Мишени- это те структуры, которые имеют уникальный характер. Уникальность- это явление единичности в клетке и не одна другая структура не способна компенсировать её функцию, кроме того, структура не воспроизводится в ходе метаболических процессов. Массовые структуры клетки многоразовые, они продублирую структуры и могут воспроизводиться в клетках, в случае частичной гибели они снова появляются в результате биогенеза. Белки, липиды, углеводы и другие вещества возникают в ходе биосинтеза и синтез этих молекул регулируется, повреждение молекул серьёзно не сказывается на клетке. Другая ситуация с универсальными структурами-являющиеся в клетки ДНК. Молекулы которых воспроизводятся только один раз во время физиологических репликаций, а в клетках, которых дифференциация не проходит такого производства не происходит. Отдельные гены имеют уникальные последовательности нуклеотидов и повреждения их структуры приводят к гибели клеток. Мишени, связанные с ядерными структурами эукариотической клетки или кольцевыми хромосомами эукариот. В РНК вируса мишенями являются РНК.
3 принцип. Усилитель-в результате попадания в мишень развиваются процессы усиления во множество раз начального повреждения клеточных структур. Приводят к появлению вторичной массовых нарушений клеточных процессов.
Так в процессе репликации повреждённых молекул ДНК происходит нарастание числа молекулярных повреждений самой ДНК в ходе транскрипции матриц которые несут повреждение возникают транскрипты с ошибками, они при трансляции передают её белкам, молекулы этих белков, которые потеряли из-за нарушения структуры свою функциональную способность уже не обеспечивают в соответствующие потребности клетки поэтому возникают повторяющиеся транскрипты и трансляции, что приводит к усилению первоначального единичного повреждения. Этот принцип усилителя объясняет основной парадокс радиобиологии- эффект облучения непропорционально велик в сравнении с поглощённой в акте попадание энергии ионизирующих излучений. Например смертельная доза радиации для животного средний радиочувствительности
10Гр, но тепловой эквивалент поглощение энергии от этой дозы такой ой что позволяет нагреть 1гр живой ткани на 0.002 °С.
96. Радиолиз воды и его значение для клетки.
Основу важная структура клетки составляет вода (80-90%), поэтому вероятность попадания излучения в молекулу воды высока. В воде растворимые белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и другие жизненно важные вещества, являющиеся основными компонентами клетки которым легко передаётся энергия первоначально поглощенная водой. В результате действия ионизирующего излучения на чистую нейтральную воду образуется нестабильные продукты радиолиза которые подлежат превращением.
Продукты радиолиза воды:
1. Гидратированный ē - ēaq
2. Н●
3. ОН●
4.Н2О2
5. Ионы Н3О
6. Закись Н – НО2.
Первичными продуктами взаимодействия излучения и воды являются ионизирующее возбуждённые её молекулы. В результате взаимодействия кванта излучения (hν) с водой выбивается ē с внешней орбитали атома и образуются положительно заряженные ионы воды.
H2O + hν → H2O + ē
При эффективном возбуждении образуются нейтрально заряженные молекулы воды с избытком энергии: H2O+E→H2O*(возбужденная форма молекулы Н2О)
Образующиеся в результате формы воды очень быстро распадаются образуя высокоактивные свободные радикалы Н и гидроксила (ОН•).
Н2О+→Н+ + ОН•
Н2О*→Н• + ОН•
Электрон который образовался на первой стадии подвергаются гидратации и становится гидратируемым электроном. Обладая очень высокой химической активностью за счёт не спаренного электрона на и свободных радикалов они взаимодействуют друг с другом в результате чего появляется продукты второго поколения:
Н• + Н• →Н2 (дейтерий)
ОН• + ОН• → Н2О2
Н• + ОН• → Н2О
Среди продуктов радиолиза воды наибольшей реакционной способностью характеризуется гидратированный электрон (ēaq) и свободные радикалы Н• и ОН•, при этом ēaq и Н• реагируют как восстановители, а ОН• как эффективный окислитель.
|
|
|
Скачать 7.56 Mb.