Био физика. Контрольная работа по 4 модулю. Контрольная работа по 4 модулю Оптика. Квантовая физика, ионизирующее излучение Теоретические вопросы
 Скачать 23.67 Kb.
|
|
Факультет высшего сестринского образования Контрольная работа по 4 модулю «Оптика. Квантовая физика, ионизирующее излучение» Теоретические вопросы: 1.Активность радиоактивного элемента. Единицы измерения активности. Активность излучателя (А) определяется числом атомных ядер, распадающихся за единицу времени. Единицы А. Единицей активности в абсолютной системе координат служит распад в секунду – беккерель. 1 Бк = 1 расп/сек. Внесистемной единицей является кюри (Кu) – такое количество любого радиоактивного вещества, в котором число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7∙1010. 2. Оптическая система глаза. Угол зрения. Острота зрения. Оптическая система глаза – это роговица, влага передней и задней камер, хрусталик и стекловидное тело. Проходя через эти образования, световые лучи преломляются и попадают на сетчатку. Острота зрения - способность различных людей видеть большие или меньшие детали предмета с одного и того же расстояния при одинаковой форме глазного яблока и одинаковой преломляющей силе диоптрической глазной системы обусловливается различием в расстоянии между чувствительными элементами сетчатки. Острота зрения — это показатель, обратный полученному углу зрения, под которым глаз воспринимает наименьший видимый предмет. При нормальной остроте зрения угол равен 1 минуте. Остроту зрения определяют у лиц разного возраста различными способами. В связи с недостаточным дифференцированием зрительно-нервного аппарата острота зрения у детей в первые дни, недели и даже месяцы жизни очень низкая. Она изменяется постепенно и достигает возможного максимума в среднем к 5 годам. 3.Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом на атомарном уровне. Понятие о радикалах. Механизмы прямого и косвенного действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Биофизические механизмы повреждения клеток ионизирующим излучением. Ионизирующими излучениями называют поток частиц или квантов, способных прямо или косвенно вызывать возбуждение и ионизацию атомов и молекул в облученном объекте. Ионизацией называется отрыв электронов от атома, при котором образуется пара ионов (+ и -). Различают следующие виды ионизирующих излучений. I. По наличию массы покоя: 1. Электромагнитные излучения (не имеют массы покоя): рентгеновское излучение, гамма-излучение. 2. Корпускулярные излучения (имеют массу покоя): - бета-частицы (позитроны, электроны); - протоны (ядра водорода); - альфа-частицы (ядра атома гелия); - нейтроны; II. По наличию заряда: 1. Электрически нейтральные излучения: - рентгеновское излучение; - гамма-излучение; - нейтроны. 2. Потоки заряженных частиц - альфа, - бета-частицы. III. По плотности ионизации (то есть, по количеству ионов, образующихся в облученном объекте под действием излучения): Редкоионизирующие (рентгеновское, гамма-излучение, бета-излучение). Плотноионизирующие (альфа-частицы, нейтроны). Основные факторы, определяющие биологический эффект ионизирующих излучений и выраженность повреждающего действия на клетки и ткани организма. 1. Проникающая способность (глубина проникновения в биоматериал). Наибольшая у электромагнитных излучений, через тело человека они проходят беспрепятственно. Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, обладают, как и гамма лучи, большой проникающей способностью. Ослабление потока нейтронов в основном происходит за счет столкновения с ядрами других атомов и за счет захвата нейтронов ядрами атомов. Так при столкновении с легкими ядрами нейтроны в большей степени теряют свою энергию, но легкие водородосодержащие вещества такие как: вода, парафин, ткани тела человека являются лучшими замедлителями и поглотителями нейтронов. Низкая проникающая способность у альфа-излучений (до 0,1 мм) и бета-излучений (1-2 см). 2. Количество энергии излучения, поглощенной биоматериалом. Измеряется в дж/кг (или Гр - грей, зиверт), 1 Гр=100 рад. 3. Плотность ионизации – количество событий ионизации атомов и молекул вдоль трека частицы. Плотноионизирующие излучения при равной поглощенной дозе обладают большей биологической эффективностью вследствие усиления лучевого поражения клеток и тканей организма и снижения их способности к пострадиационному восстановлению. 4. Радиочувствительность тканей – прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки ее клеток (закон БергоньеТрибондо). Ткани в порядке убывания радиочувствительности: лимфоидная – миелоидная – герминативный (семенники, гонады), кишечный и покровный эпителий – мышечная – нервная - хрящевая – костная. При воздействии ИИ на биосубстрат происходит поглощение последним энергии излучения. Это приводит к ионизации атомов и молекул (то есть, потере атомом электрона, оставшаяся часть атома приобретает положительный заряд) или к возбуждению атомов, молекул (переход электрона на более высокий энергетический уровень в пределах атома). Образовавшиеся в результате ионизации атомов ионы и свободные электроны взаимодействуют между собой и с окружающими неповрежденными атомами и молекулами, образуя при этом свободные радикалы. Неорганические радикалы образуются при радиолизе воды - гидроксильный радикал (ОН), радикал водорода (Н), гидратированный электрон, перекись водорода (Н2О2), гидропероксид (НО2), супероксид-анион-радикал (О2), атомарный и синглетный кислород. Продукты радиолиза воды обладают сильным окислительным действием в отношении органических веществ биотканей. Под воздействием ионизирующих излучений и продуктов радиолиза воды происходит радиолиз молекул основных биологически важных органических веществ клетки (ДНК, нуклеотидов, аминокислот, белков, углеводов, фосфолипидов и др.) с образованием органических радикалов, обладающих повреждающим действием на ткани. В присутствии кислорода органические радикалы вступают с ним во взаимодействие. Высокое сродство кислорода к органическим радикалам лежит в основе так называемого «кислородного эффекта», суть которого состоит в усилении радиационного повреждения белков, ДНК и других биомолекул в присутствии кислорода. Продукты радиолиза воды, активные формы кислорода и органические радикалы, в свою очередь, способны изменять структуру биологически важных макромолекул с нарушением их функции. Наибольшее значение для дальнейшей судьбы облученной клетки имеют процессы, происходящие в белках, ДНК и фосфолипидах. Нарушается структура белков (разрывы дисульфидных мостиков, водородных связей, пептидной цепи, окисление сульфгидрильных групп и т.д.). В результате изменяется вторичная 3 и третичная структура белков, что приводит к нарушению их биологических свойств, в том числе ферментативной активности. Радиационные повреждения ДНК проявляются в виде нарушений структуры азотистых оснований, появлений разрывов ДНК, сшивок ДНК-ДНК и ДНК-белок, нарушений комплексов ДНК с другими молекулами. В повреждении ДНК велика роль «кислородного эффекта». В присутствии кислорода число повреждений оснований ДНК увеличивается более чем в 3 раза. В результате повреждается генетический аппарат клеток, возникают хромосомные аберрации, нарушаются процессы деления и воспроизведения. Разрушение фосфолипидов липидного бислоя клеточных мембран, усиление реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ) способствует нарушению структуры и функции мембран клеток и внутриклеточных структур (митохондрий, лизосом, ядер др.), их вязкости, проницаемости, многих физико-химических характеристик. В результате нарушаются ряд жизненно необходимых для клетки функций биомембран – барьерная, рецепторно-сигнальная, регуляторная, транспортная и др. Таким образом, многочисленные структурные и функциональные изменения в субклеточных структурах обуславливают нарушение процессов окислительного фосфорилирования. что ведет к истощению энергетических ресурсов клеток; выход и активацию гидролитических ферментов лизосом, угнетение синтеза ДНК и деления клеток, извращение ионного транспорта и др. Многочисленные повреждения макромолекул и функциональные нарушения существенно влияют на жизнеспособность облученных клеток и тканей организма, на течение процессов их повреждения и репарации, приводят к гибели клеток. Различают две формы лучевой гибели клеток: 1) интерфазная; 2) репродуктивная. Репродуктивная гибель клеток характерна для всех быстропролиферирующих тканей, она наступает не сразу после облучения, а в ходе нескольких циклов деления. Основной причиной репродуктивной гибели являются структурные повреждения ДНК. Интерфазная гибель клетки наступает до вступления клетки в митоз. Для большинства клеток соматических тканей животных и человека интерфазная гибель регистрируется при облучении в высоких дозах, проявляется в виде различных дегенеративных изменений ядра и цитоплазмы и происходит или непосредственно «под лучом», или в первые часы после облучения. Исключением являются лимфоциты, для которых интерфазный тип постлучевой гибели является основным и регистрируется уже после облучения в дозах 1-2 Гр. В основе молекулярных механизмов интерфазной гибели клеток лежат повреждения цитоплазматических (ядерных и митохондриальных) мембран, приводящие к нарушению водноэлектролитного баланса, высвобождению гидролитических ферментов из лизосом, деструктивным изменениям ядра и т.д. При высоких дозах облучения из-за расстройства метаболизма гибнет большое число клеток. Возникают морфологические и функциональные изменения в тканях, органах и системах. Проблемно-ситуационные задачи: 1.На расстоянии 30 см от некоторого радиоактивного источника человек может безопасно находиться в течении 4 полных суток и еще 4 часов. Определите мощность дозы излучения радиоактивного источника на расстоянии 30 см от него. |