2

Билет № 2.

1. Ионизирующее излучение.

И.И. называется излучение, способное вызывать образование ионных пар в воздухе. В состав И.И . входят составные и (или) элементарные частицы. Энергия природных И.И. достигает 14,5 МэВ.

По физической природе ИИ можно разделить на электромагнитные и корпускулярные. Электромагнитные И.И. делят на рентгеновское и гамма-излучения.

Существуют три типа рентгеновского излучения – тормозное, синхротронное и характеристическое.

Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в веществе и характеризуется сплошным спектром.

Характеристическое излучение связано с электронными переходами во внутренних оболочках средних и тяжелых атомов. Характеристическое излучение возникает в результате удаления электрона с одной из близких к ядру оболочек атома. Спектр характеристического рентгеновского излучения дискретен.

Синхротронное - электромагнитное излучение, испускаемое заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями по траекториям, искривлённым магнитным полем.

Гамма-излучением называется жесткое электромагнитное излучение, энергия которого высвобождается при переходах ядер из возбужденного в основное или в менее возбужденное состояние, а также при ядерных реакциях и взаимодействиях элементарных частиц. Энергия гамма-квантов от десятков кэВ до 1 ГэВ.

Корпускулярные И.И., в зависимости от наличия заряда у входящих в его состав частиц делят на заряженные(альфа-,бета-частицы/электроны,протоны и пи-мезоны) и незаряженные(нейтроны).

Кроме того, И.И. разделяют по ионизирующей способности (плотноионизирующие:ЛПЭ > 10кэВ/мкм, редко-ионизирующие:ЛПЭ < 10кэВ/мкм), по механизму ионизации (прямоионизирующие, косвенно-ионизирующие).

Физические свойства ионизирующих излучений.

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение. Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электрон-вольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 1015 — 1020 и выше электрон-вольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии). Длина пробега и проникающая способность сильно различаются — от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Фотоны рентгеновского излучения имеют энергии от 0,1 кэВ до 250 кэВ, соответствует излучению с частотой от 3·1016 до 6·1019 Гц и длиной волны 0,005—10 нм. Мягкий рентген (Е<50 кэВ) характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткий рентген обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны). Жёсткий рентген (Е>50 кэВ) используется преимущественно в промышленных целях.

Важными показателями взаимодействия ионизирующего излучения с веществом служат такие величины, как линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию

излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощённой дозы является грэй (Гр), численно равный отношению 1 Дж к 1 кг. Ранее широко применялась также экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гаммаили рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Наиболее часто применяющейся единицей экспозиционной дозы был рентген (Р), численно равный 1 СГСЭ-единицы заряда к 1 см воздуха.

Применение в медицине

Функциональная диагностика: для получения картины внутренних органов и скелета используют рентгенография, рентгеноскопия, компьютерная томография, МРТ, сцинтиграфия и позитрон-эмиссионная томография

Диагностика in vitro: радиоиммунология

Лечение рака щитовидной железы с помощью изотопа 131I

Протонная хирургия

Для лечения опухолей и других патологических очагов используют лучевую терапию: облучение гамма-квантами, рентгеном, электронами, тяжёлыми ядерными частицами, такими как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π- мезоны и нейтроны разных энергий.

Введение в организм радиофармацевтических препаратов, как с лечебными, так и с диагностическими целями.

2. Радиационное поражение биологически важных молекул.

1.Радиационно-физический этап: 10-18-10-8с. Поглощение энергии излучения, миграция, диссипация и трансформация этой энергии. Образование возбужденных, ионизированных молекул и свободных радикалов.

2.Радиационно-химический этап: 10-14-10-4с. Радикальные реакции и цепные процессы, образование радиотоксинов, «химическое усиление» действия

радиации, начальные изменения биологически важных макромолекул. Радиопоражаемость молекул: высокая - G = 300-5, средняя – G = 5-1, низкая – G = 1-0,1, очень низкая – G = 0,1-0,01. Углеводы < аминокислоты < азотистые основания < жирные кислоты < фосфолипиды.

Углеводы (гликопротеиды, мукополисахариды, гликолипиды и др.): G=0,02-3,0,

распад, R-H, R-OH, RC=0. Процессы: деполимеризация, разрывы гликозидных связей в нк, сшивки полимерных цепей, окисление алкогольной гр., окисление гидроксильной гр.

Аминокислоты (По убыванию радиочувствительности аминокислоты образуют ряд, который выглядит следующим образом: серосодержащие (цистеин, метионин); некоторые циклические (фенилаланин тирозин, триптофан, гистидин); имеющие в остатке RA азотсодержащие группы (аргинин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота,) и, наконец, те, у которых остаток RA — углеводород без присоединенных групп или с ОН (пролин, валин, лейцин, изолейцин, серии, треонин глицин): G=0,1-5,

распад NH3,R-H, R-OH, R - R . П р о це сс ы : де з а м и ни р ов а ни е ,

де к о р бо к с ил и ро в ан ие , д ег и др и ро в ан ие , г ид р о к си ли ро в ан ие , ра з р у ш е ни е к ол е ц , о к и сл ен и е S H - гр у пп .

Б е л к и ( м е мб р а н ы , фе р м е н т ы ): G = 0 ,1 - 1 , распад, NH3, R-H, R-OH, R-R,

разрыв тяжа. Процессы: образование радикалов, изменение первичной, вторичной и третичной структур.

Жирные кислоты (мембраны): G=0,3-5. Процессы: ПОЛ, образование гидроперекисей, альдегидов (МДА), кетонов, спиртов, шиффовых оснований, окисление и распад >C=C<, декарбоксилирование, дегидрирование эпоксидов. МДА – малоновый диальдегид - альдегид с формулой CH2(CHO)2. Возникает в организме при деградации полиненасыщенных жиров активными формами кислорода, служит маркером пероксидирования жиров и оксидативного стресса.

ШО - Шиффово основание (или азометин) — функциональная группа, названная в честь Гуго Шиффа. Содержит двойную связь углерод-азот, где азот соединён с арильной или алкильной группой, но не с водородом. Шиффовы основания обладают общей формулой R1R2C=N-R3, где R3— арильная или алкильная группа, которая делает Шиффово основание стабильной имино-группой.

Фосфолипиды (мембраны): G=0,4-7, распад ROOH, R-H, R-OH, РО32 , RC=О,

МДА, ШО. Процессы: разрушение фосфолипида, изменения в полярной головке, шиффовы основания, гидролиз эфирной связи, сшивки с а.к.

Нуклеиновые кислоты: аденин <гуанин < цитозин < тимин Пиримидины (цитозин < тимин) - мутации: G=2,5, распад R-H, R-OH.

Процессы: образование гидратов, гликолей, перекисей, димеризация, распад колец (+NH3), дезаминирование (Ц в У). Пиримидиновые радикалы, образующиеся при облучении в бескислородных условиях, претерпевают дальнейшие превращения, вступая в реакции диспропорционирования.

Тиминовые димеры могут существовать в четырех различных стерео химических конфигурациях. Димеризоваться могут преимущественно соседние тиминовые остатки; помимо внутринитевой димеризации тимина возможна и межнитевая димеризация, приводящая к образованию межмолекулярных сшивок Модификации оснований ведут к изменению их радикалов без нарушения комплементарности ДНК.

Пурины (аденин<гуанин): G=0,35, распад R-H, R-OH. Процессы: размыкание имидазольного кольца, образование производных пиримидинов, дезаминирование, окисление, алкилирование.

Радиолиз азотистых оснований: Потери: образование гидроперекисей,

образование гликолей, размыкание имидазольного и пиримидинового колец. Модификации: дезаминирование, образование 5-оксипроизводных и димеров пиримидинов, образование ксантина, гипоксантина и 8- оксипроизводных из пурина.

3. Биологическое действие неионизирующего излучение электромагнитного диапазона.

ЭМ. изл. – распространяется в пространстве возмущения ЭМ поля (возмущение взаиможействующих между собой ЭМ и магн полей).

Виды изл: увеличение длины волны – УФ, опт изл, ИК, гипервысокочаст, сверхвысокочаст (микроволны), радиочастоты, низкочастотн.

Источники НеИИ: природные (внеземные – галактика, планеты, солнце) и искусств (техногенные – радиоинновация, радиосвязь, медицина, научн учрежд, промышленность).

Биол действие НеИИ: обсатновки 1.экологичсеки чистая (оптимальная для жизнедеятельности) – чел вдали от источников НеИИ, находится только под действием естественного рад фона земли. 2. Гипоэлектромагн условия – уменьш. естеств. ЭМ фона, когда чел закрыт от него, в бетоне. 3. ЭМ загрязнение (увел естеств эм фона)

На биол рц влияют: интенсивность, частота, продолжит, модулированность сигнала, сочетание частот эм изл, периодичность действия.

Радиоволновая болезнь

НеИИ – механизм не изучен, постоянное обл, обл распространено по местности практически для всего насел, стремит рост эм загряз, эквивал понятие отсутств (ОБЭ нет), БЭ зав от расст и ориентации облучаемого объекта и от объема облучаемой тк, времени обл, критич сист – гонады, хрусталик, ЦНС. ЕЭМФ(РЧ+МКВ)=10-24-10-12 Вт/м2.

Механизмы биол действия: 1. тепловой – преобраз эм в тепло за счет резонансного поглощения – колебат эн мол – увел пот эн – увел температура (чаще всего неравномерно). За счет этого горячие пятна и горячие точки. 2. Нетепловое Подтипы: сигнальное действие (при интенсивности, сравнимой с уровнем эм поля, формирование условных рефлексов), регулирующее (способность изм-я функц сот о-ма), дестабил.

4. Природные источники ионизирующих излучений.

Радиационный фон - ионизирующее излучение земного и космического происхождения, постоянно воздействующее на человека.

Естественный

1. Космическое излучение и солнечная радиация (возникает при звездных взрывах и образовании сверхновых звезд, стабильное)

Особенности:

а) Формирует в околоземном пространстве внешний и внутренний пояса Ван Аллена из заряженных частиц (протонов и электронов соответственно).

б) Интенсивность космических лучей увеличивается от геомагнитного экватора к полюсам

в) Восточно-западная асимметрия – интенсивность космических излучений в западном направлении больше, чем в восточном.

-Первичное - поток частиц высокой энергии, попадающих в атмосферу из межзвездного пространства; состоит из протонов (90%),a-частиц (9.9%), нейтронов, фотонов, электронов, ядер легких элементов: лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода,

фтора (0.1%)

Вторичное - образуется при взаимодействия частиц ПКИ с ядрами нуклидов, входящих в состав воздуха; состоит из компонент:Мюонной (), Адронной, электро-фотонная .

Максимальная интенсивность ВКИ наблюдается на высоте 20-25 км. С уменьшением высоты его интенсивность падает и достигает минимума на уровне моря (мюонная компонента)

2. Земная радиация

* Радиоактивные семействацепочки радиоактивных а и/или β превращений. Выделяют:

Семейство 238U (T1/2 около 4.51х109 лет) 222Rn – 206Pb

Семейство 232Th (T1/2 около 1.41х1010лет) 220Rn – 205Pb

Семейство 235U (T1/2 около 7.07х108лет) 219Rn – 207Pb

*Радионуклиды земной коры и атмосферы - 40К – источник внутреннего облучения, попадает в организм с пищей и водой, 14С – источник внутреннего облучения, попадает в организм с пищей.Они поступают в организм через биологические цепочки. В условиях естественного фона обеспечиваются оптимальные условия для жизнедеятельности растений, животных и человека.

*В среднем эффективная доза облучения от естественных источников составляет для человека около 2,4 мЗв/год.