Біологічна дія іонізуючих випромінювань
План: 1. Дія іонізуючого випромінювання (ІВ) на біологічні об'єкти 2. Фізична та хімічна дія ІВ 3. Сучасні теорії механізму біологічної дії ІВ 4. Особливості дії на живі організми малих доз ІВ
Процеси взаємодії ІВ з речовиною в живих організмах призводять до специфічної біологічної дії, що завершується пошкодженням організму. В процесі цієї пошкоджувальної дії умовно можна виділити три етапи, що відбуваються на різних рівнях: первинна дія ІВ Початковий. розвивається на атомарному рівні іонізація і збудження. Час протікання складає 10 -16 -10 -14 с. ; вплив радіації на клітини дія радіації на цілий організм У результаті прямої чи непрямої дії спостерігаються зміни в молекулярній структурі біологічного об'єкта, що опромінюється. Тривалість цього процесу складає 10 -10 -10 -6 с
Первинним фізичним актом взаємодії іонізуючого випромінювання з біологічним об'єктом є іонізація. Саме через іонізацію відбувається передача. енергії об'єкту. У результаті іонізації молекули води утворюють вільні радикали Н+ і ОН– за схемою: H 2 O+ → H+ + OH– У присутності кисню утвориться також вільний радикал гідроперекису (H 2 O–) і перекис водню (H 2 O 2), що є сильними окислювачами.
При вивченні дії ІВ на організм були визначені наступні особливості: ◊ висока ефективність поглиненої енергії ◊ наявність схованого прояву дії ◊ Дія від малих доз може накопичуватися. Цей ефект називається кумуляцією ◊ впливає не тільки на даний живий організм, але і на його потомство. Це так називаний генетичний ефект ◊ різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінення; ◊ не кожен організм у цілому однаково реагує на опромінення; ◊ опромінення залежить від частоти
Дія ІВ на організм не відчутна людиною. Тому це небезпечно. Важливим фактором при впливі ІВ на організм є час опромінення. Зі збільшенням потужності дози вражаюча дія випромінювання зростає. Чим більш дробове випромінювання за часом, тим менше його вражаюча дія. Ступінь ураження організму залежить від розміру поверхні, що опромінюється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і біологічний ефект. Чим молодше людина, тим вище її чутливість до опромінення, особливо висока вона в дітей.
З організму швидко виводяться радіоактивні речовини, що концентруються в м'яких тканинах і внутрішніх органах (цезій, молібден, , телур). йод З великого числа радіонуклідів найбільшу значиміст як джерело опромінення населення представляють стронцій-90 і цезій-137.
Період напіврозпаду складає 29 років. Стронцій вибірково накопичується в основному в кістках і опроміненню піддаються кісткова тканина, кістковий мозок, кровотворна система. Унаслідок цього розвивається анемія, називана в народі "малокрів'ям".
Добре накопичується рослинами, потрапляє в харчові продукти і швидко всмоктується у ШКТ. Біологічний період напіввиведення цезію в - дорослих людей коливається від 50 до 200 діб, - дітей у віці 6 - 16 років від 46 до 57 діб, - у немовлят - 10 діб. Причому близько 10% нукліда швидко виводяться з організму.
Сучасні теорії механізму біологічної дії ІВ Теорія мішені Теорія точкового нагріву Хімічна теорія (попадання, влучення) – теорія, що пояснює залежність радіобіологічного ефекту від дози і виду ІВ. В її основу покладено принцип попадання і принцип мішені. Стверджує, що лише частина променів попадає в чутливий субстрат і здійснює ефект. Майже вся енергія, що поглинається тканиною перетворюється у тепло. Таке локальне підвищення температури обумовлює виникнення хімічних реакцій, не характерних для нормальних умов, руйнування молекул, коагуляцію (денатурацію) білків. Живі тканини містять більше молекул розчинника (води), ніж розчиненої речовини. Тому ефект, який обумовлений поглинанням ІВ у воді буде характеризуватись значно більшими ударами по молекулах розчиненої речовини.
Дія малих доз ІВ Дія ІВ на живі організми поділяється на кілька етапів, що здійснюються на атомарному (іонізація і збудження) і молекулярному. Це фізико-хімічний етап іонізуючого впливу на живий організм. Після цього починається біологічний етап іонізуючої дії, що починається з порушення обміну речовин, утворюються нові хімічні сполуки, що можуть бути токсичними для організму. Найчастіше під малимирозуміють дози кількісні , значення яких не більше, ніж на один-два порядки перевищують значення доз, що зумовлені природним рівнем опромінення.
Природні дози опромінення характеризуються потужностями порядку 0, 1… 0, 4 с. Гр/рік, отже малі дози становлять 1… 40 с. Гр. Це відповідає рекомендаціям Наукового комітету з дії атомної радіації (НКДАР). Отже, малими дозами ІВ є ті, за умови дії яких спостерігається радіобіологічний ефект не летального характеру.
Ферментні системи реагують на опромінення по різному: q їх активність може зростати, q знижуватися q залишатися незмінною, q а при великих дозах – вони інактивуються. При поглинанні доз 5 -1 - Гр Ø порушуються процеси розщеплення глюкози, Ø знижується вміст глікогену в тканинах, Ø змінюються властивості ряду вуглеводів. Малі дози опромінення мають кумулятивний та генетичний ефекти.
Під впливом малих доз проявляються стохастичні й детерміністичні ефекти. До стохастичних (ймовірних) ефектів належать ті радіобіологічні реакції, що не мають дозового порога (точкові мутації, трансформація клітин), тобто від значення дози залежить частота їх прояву. До детерміністичних ефектів належать такі реакції, що формують адаптивну відповідь, яка має неспецифічний характер, зумовлює збільшення стійкості організму до дії несприятливих факторів різної природи (зростає стійкість до радіації, стимулюється активність біохімічних і фізіологічних процесів), тобто від значення дози залежить інтенсивність їх прояву.
Значення стимулювальних доз для багатьох видів культурних рослин виявляються не дуже малими, наприклад, для гороху – 3… 10 Гр, кукурудзи – 5… 10 Гр, льону – 10 Гр, озимої пшениці – 25 Гр. Радіостимуляцію рослин виявляють не лише у випадку опромінення насіння, а й при опромінюванні цибулин, бульб та інших органів вегетативного розмноження. Підвищення врожаю внаслідок дії стимулюючих доз може сягати 40… 60%. Тригер-ефектори належать до тих систем клітини, які контролюють взаємодію ДНК з ядерним білком.
Опромінення тварин дозами, що не перевищують 10 с. Гр, обумовлює прискорення оновлення тимоцитів (малих лімфоцитів, що беруть участь в імуногенезі). Явище гормезису не свідчить про те, що малі дози опромінення є безпечними для біологічних систем. Гормезисє проявом соматичних реакцій, і водночас із ним можуть виникати молекулярні ушкодження, внаслідок яких формуватимуться стохастичні ефекти – генетичні порушення й трансформація клітин, що можуть проявитися до 10 -20 покоління, тобто протягом періоду до 500 років.
Генетичні ефекти опромінення в малих дозах 1. Зміна експресії генів. Після опромінення посилюється експресія окремих генів. 2. Хромосомні перебудови. Обумовлює структурні перебудови хромосом лімфоцитів. Частота хромосомних аберацій у цих клітинах зростає при опромінені в дозах понад 2 м. Гр/рік. Невеликі хромосомні аберації, які супроводжують опромінення в малих дозах, не завдають помітної шкоди цілісному організму рослини 3. Мутагенез. Розроблено метод виявлення індукованих опроміненням мутацій, що полягає в застосуванні спеціальних маркерів імунної природи.
Вплив малих доз на стан імунної системи Проявляється у § § § зменшенні чисельності Т-лімфоцитів, ослабленні фагоцитарної функції пригніченні гормональної функції тимуса. За низьких потужностей поглинутих доз (порядку 1… 100 мк. Гр) за один клітинний цикл у дрібних ссавців і риб істотно зростає частота структурних і геномних мутацій. У людини хромосомні аберації за малих доз опромінення характеризуються коефіцієнтом індукції порядку 10 -2 аберативних клітин на дозу 1 Гр. У рослин цитогенетичних ушкоджень у діапазоні доз 5… 30 с. Гр перевищує спонтанний рівень, але лінійної залежності від значення дози не спостерігається.
Фізична та хімічна дія ІВ 1. Шлях іонізуючої частинки проходить крізь велику молекулу і механічно ушкоджує її; 2. Енергія іонізуючої частинки перетворюється у тепло в дуже малому об’ємі, і висока температура, що розвивається при цьому викликає ураження. 3. При ураженні через середовище, в якому речовина розчинена, або знаходиться у вигляді суспензії, іонізуючі частинки іонізують розчинник, що призводить до утворення молекул, які мають дуже високу реакційну здатність, що призводить до вступу їх у реакцію з розчиненою речовиною. Один з наслідків іонізуючого опромінення - зміна спадковості в потомстві.
Скачать презентацию Біологічна дія іонізуючих випромінювань План 1 Дія
8 лекция.pptx