40. Реакция клеток на облучение. Современные представления о механизмах интерфазной и митотической гибели клетки.

Три основных типа реакции клетки на облучение: 1) Радиационный блок митозов (временная задержка деления) - наиболее универсальная реакция клетки на воздействие ИИ, ее длительность зависит от дозы: на каждый Грей дозы клетка отвечает задержкой митоза в 1 час. Проявляется данный эффект независимо от того, выживет ли клетка в дальнейшем, причем с ув дозы облучения ув не число реагирующих клеток, а именно время задержки деления каждой облученной клетки. Эта реакция имеет огромное приспособ. значение: увеличивается длительность интерфазы, оттягивается вступление клетки в митоз, создаются благоприятные условия для нормальной работы системы репарации ДНК. 2) Митотическая (репродуктивная) гибель клетки - полная потеря клеткой способности к размножению; развивается при больших дозах ИИ. Данный тип реакции не относится к клеткам, не делящимся или делящимся редко. В клетке не выражены дегенеративные процессы. Основная причина митотической гибели клетки - повреждение хромосомного аппарата клетки, приводящее к дефициту синтеза ДНК. Варианты митотической гибели:

а) клетка гибнет в процессе одного из первых четырех пострадиационных митозов, невзирая на отсутствие видимых изменений; б) облученные клетки после первого пострадиационного митоза формируют так называемые "гигантские" клетки (чаще в результате слияния "дочерних" клеток), которые способны делиться не более 2-3 раз, после чего погибают. 3) Интерфазная гибель клетки - гибель клетки, которая наступает до ее вступления в митоз. Для большинства соматических клеток человека она регистрируется после облучения в дозах в десятки и сотни Гр (лимфоциты, как радиочувствительные клетки, гибнут по этому механизму даже при небольших дозах). В клетке наблюдаются различные дегенеративные процессы вплоть до её лизиса. Механизм интерфазной гибели:

1. За счёт разрывов в молекуле ДНК нарушается структура хроматина. В свою очередь, в мембранах идёт процесс ПОЛ. 2. Изменения ДНК-мембранного комплекса вызывают остановку синтеза ДНК. 3. Повреждение мембраны лизосом приводит к выходу из них ферментов - протеаз и ДНК-аз 4. ДНК-азы разрушают ДНК, что ведет к пикнозу ядра. Повреждение мембран митохондрий ведёт к выходу из них Са, который активирует протеазы. Вышеперечисленные процессы приводят к гибели (аутолизу) клетки.

41. Дозиметрия. Виды доз.

Дозиметрия - это измерение дозы или ее мощности в единицу времени. Доза ИИ - количество энергии ионизирующей радиации, поглощенной единицей массы любой облучаемой среды. Мощность дозы - доза излучения в единицу времени. Основная задача дозиметрии - определение дозы излучения в различных средах и в тканях живого организма. Значение дозиметрии: необходима для колич. и кач. оценки биоэффекта доз ионизирующих излучений при внешнем и внутреннем облучении организма, необходима для обеспечения рад. безопасности при ра­боте с рад. в-вами, с ее помощью можно обнаружить источник излучения, определить его вид, количество энергии, а также степень воздействия излучения на облучаемый объект.

Виды доз:

а) экспозиционная доза (Х) - количественная хар-ка поля источника ИИ (гамма или рентгеновского), характеризующая величину ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении. Кулон на килограмм (Кл/кг, C/kg) - системная единица экспозиционной дозы; 1 Кл/кг равен экспозиционной дозе фотонного излучения, при которой сумма электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных электронами, освобожденными в облученном воздухе массой 1 кг, при полном использовании ионизирующей способности всех электронов, равна 1 Кл. Рентген (Р, R) - традиционная единица экспозиционной дозы; 1 рентген равен экспозиционной дозе рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при которой в результате полной ионизации в 1 см3 сухого атмосферного воздуха при температуре 0о С и давлении 760 мм рт. ст. (т.е. в 0,001293 г сухого атмосферного воздуха) образуются ионы, несущие заряд, равный 1 единице заряда СГС каждого знака. СГС - система единиц измерения, в которой существуют три независимые величины: сантиметр-грамм-секунда. Соотношение единиц: 1 Р = 2,58*10-4 Кл/кг (точно); 1 Кл/кг = 3,88*103 Р (приблизительно). Мощность экспозиционной дозы - величина, выраженная в мР/ч или мкР/ч. Обычные фоновые показатели мощности экспозиционной дозы для Беларуси - до 18-20 мкР/ч. Экспозиционная доза применяется для оценки поля источника излучения, а для определения взаимодействия ИИ со средой используется поглощенная доза.

б) поглощенная доза (D) - количество энергии, поглощаемое единицей массы облучаемого в-ва. Джоуль на килограмм (Грей, Гр) - системная единица поглощенной дозы. 1 Дж/кг = 1 Гр. Рад (radiation absorbed dose - поглощенная доза излучения) - традиционная единица поглощенной дозы. Соотношение единиц: 1 рад = 0,01 Гр. Для мягких тканей человека в поле рентгеновского или гамма-излучения поглощенная доза в 1 рад примерно соответствует экспозиционной в 1 P.

Поглощенная доза не зависит от вида и энергии ИИ и определяет степень радиационного воздействия, т.е. является мерой ожидаемых последствий облучения.

в) эквивалентная доза (HTR) - мера выраженности биологического эффекта облучения. При расчете эквивалентной дозы используют взвешивающие коэффициенты как множители поглощенной дозы: HTR = WR*DTR, где HTR - эквивалентная доза в органе или ткани Т, созданная излучением R; DTR- средняя поглощенная доза от излучения R в ткани или органе T; WR – взвешивающий коэффициент для излучения R. Взвешивающие коэффициенты (WR) позволяют учесть относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов. Так как WR - безразмерный множитель, системная единица для эквивалентной дозы та же, что и для поглощенной дозы - Дж/кг (специальное название - Зиверт: Зв, Sv). Бэр - внесистемная единица эквивалентной дозы (бэр - биологический эквивалент рада). Соотношение единиц: 1 бэр = 0,01 Зв.

Взвешивающие коэффициенты (WR) для отдельных видов излучения: Фотоны, электроны, мюоны – 1, альфа – 20.

г) эффективная доза (Е) - величина воздействия ИИ, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности; представляет сумму произведений эквивалентных доз в тканях и органах тела на соответствующие взвешивающие коэффициенты: E = сумма по t (Wt*Ht), где Ht - эквивалентная доза в ткани или органе T; Wt - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T. Взвешивающий коэффициент WT характеризует относительный вклад данного органа или ткани (определяет их радиочувствительность) в суммарный ущерб здоровью из-за развития стохастических эффектов. Сумма WT равна 1. Системная единица эффективной дозы - зиверт (Зв, Sv); внесистемная единица – бэр. 1 Зв равен 100 бэр.

Для оценки эффектов облучения группы людей используют коллективные дозы: а) коллективная эквивалентная доза (ST) в ткани T - используется для выражения общего облучения конкретной ткани или органа у группы лиц; она равна произведению числа облученных лиц на среднюю эквивалентную дозу в органе или ткани. б) коллективная эффективная доза (S) - относится к облученной популяции в целом; она равна произведению числа облученных лиц на среднюю эффективную дозу. При расчете коллективных доз всегда должно быть четкое указание на период времени и группу лиц, по которым проводился данный расчет, т.к. время не учитывается. Коллективные дозы используют для оценки лучевой нагрузки на популяцию и риска развития стохастических последствий действия ИИ. Единицы коллективных доз – человеко-зиверт и человеко-бэр. «Подушная доза» (per caput dose, Зв) - значение коллективной дозы, разделенное на число членов облученной группы.

42. Радиационный фон: составляющие радиацион­ного фона и их вклад в формирование эффектив­ных доз облучения населения.

Радиационный фон - доза облучения, формируемая на человека от природных источников и от радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности чело­века. Радиационный фон воздействует на все население зем­ного шара, в прошлом он неоднократно претерпевал рез­кие изменения, а в настоящее время имеет относительно постоянный уровень.

Составляющие радиационного фона (3,0 мЗв/год):

1. естественный радиационный фон - доза облуче­ния, создаваемая космическим излучением, а также при­родными радионуклидами в земле, воде, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека. Подушная эффективная доза за год во всем мире, создаваемая естественными источниками излучения – 2,4 мЗв

а) внешнее облучение: космическое – 0,4 мЗв, гамма-излучение земного происхождения – 0,5 мЗв.

б) внутреннее облучение: вдыхание радона – 1,2 мЗв, с пищей – 0,3 мЗв.

2. техногенно измененный РФ - доза облучения, соз­даваемая в результате деятельности человека, в основ­ном, за счет медицинских источников излучений, гло­бальных выпадений радионуклидов, стройматериалов, телевидения, авиации; это естественный радиационный фон, измененный в процессе деятельности человека; его вклад в формирование глобальной средней годовой эф­фективной дозы 0,6 мЗв/год

а) внешнее облучение: медицина - 0,4-1 мЗв/год (диагностика и терапия), стройматерьялы - 0,1 мЗв/год (с одной стороны - экранирование от внешнего излучения, с другой – излучение естественных радионуклидов матерьялов: К-40, Ra-226, U-238, Th-232), глобальные выпадении радионуклидов – 0,009 мЗв/год (испытания в атмосфере, ЧАЭС, производство атомной энергии), телевидение – 0,01 мЗв/год (источник мягкого РИ), авиации – 0,05 мЗв/год, профессиональное облучение.

43. Естественный радиационный фон: источники зем­ного и внеземного происхождения, их вклад.

Естественный радиационный фон - совокупность иони­зирующих излучений от естественных источников внезем­ного и земного происхождения. Подушная эффективная доза за год во всем мире, создаваемая естественными источниками излучения, состав­ляет 2,4 мЗв; индивидуальные дозы распределены в широ­ком диапазоне: в любой большой популяции около 65 % лю­дей будет иметь годовые эффективные дозы 1 – 3 мЗв, около 25 % меньше 1 мЗв и 10 % - больше 3 мЗв.

Внеземное ИИ. Источник излучений внеземного происхождения - первич­ное космическое излучение, состоящее в окрестностях Земли из: а) галактического космического излучения - генерируется в еще точно неизвестных, но удаленных от Земли объектах, б) солнечных космических лучей. Средняя энергия космических частиц около 108 - 109 эВ. Первичное космическое излучение состоит из: 1. протонов (90%) 2. альфа-частиц 3. ядер легких элементов (лития, бериллия, бора и т.д.) 4. нейтронов 5. электронов - составляют около 1,5% потока всех космических частиц 6. позитронов - составляют около 0,3% потока всех косми­ческих частиц 7. гамма-квантов и других излучений - обнаруживаются в небольшом количестве. Магнитное поле Земли заметно влияет на первичное излуче­ние, препятствуя вхождению в атмосферу низкоэнергетиче­ских частиц. В магнитном поле Земли существуют "ловушки", являющиеся естественным резервуаром для накопления заряженных частиц, в основном протонов и электронов, - ра­диационные пояса Земли. Первичное космическое излу­чение поглощается атмосферой, в результате чего формируются: а) вторичное космическое излучение - состоит из ионов, протонов, нейтронов, мюонов (электроны с большой массой, живущие доли секунды), электронов и фотонов; его интен­сивность зависит от толщины атмосферы: космическое излу­чение на уровне моря примерно в 100 раз менее интенсивно, чем на границе атмосферы и состоит в основном из мюонов; С и Ю полюса получают больше ИИ, чем экваториальные области (за счет магнитного поля Земли). б) космогенные радионуклиды - при воздействии космических лучей на атмосферу, в ее верхних слоях происходят различные ядерные реакции, в результате чего образуются космогенные радионуклиды, основное значение из которых имеют: тритий (Н-3), С-14, Р-32, S-35, Be-7, Na-22 и Na-24.

Земное ионизирующее излучение. Естественные источники ИИ земного происхождения представлены радионуклидами 2 групп: А. Радионуклиды, входящие в радиоактивные ряды - см. вопрос 44. Б. Радионуклиды, не входящие в радиоактивные ряды - эта группа состоит из 11 долгоживущих радионуклидов (период полураспада от 107 до 1015 лет), наибольший вклад в формирование эффективной дозы из них вносят: а) Калий-40 - ядро претерпевает бета-распад, период по­лураспада 1,32*109 лет, является бета- и гамма-источни­ком облучения, занимает 2 место как источник излучений, обусловливающих природный радиоактивный фон. В при­роде К-40 всегда сопутствует стабильному К-39 (доля К-40 - около 0,01%), формируя годовую эффективную дозу за счет внешнего облучения 0,12 мЗв и 0,18 мЗв за счет внутрен­него облучения. Калий-40 часто обусловливает активность поверхностного слоя почвы, растительного покрова, пищевых продуктов. Наибольшая активность К-40 регистрируется в клюкве, орехах, фасоли, картофеле. Из почвы К-40 поступает в растения, а затем с пищей в ор­ганизм животных и человека; он практически полностью всасывается из ЖКТ и равномерно распределяется в органах и тканях. Радиоактивные изотопы калия поступают в орга­низм и с водой. Тб К составляет 58 суток. Суточная потребность человека в К около 3 г, т.е. в ор­ганизм может поступать и значительное количество К-40. б) Рубидий-87 - ядро претерпевает бета-превращение, пе­риод полураспада 4,8*1010 г, входит в состав продуктов деления U. При пероральном поступлении практически полностью всасывается из ЖКТ и равномерно распределяется в органах и тканях. Тб из мяг­ких тканей человека составляет 44 суток.

44. Радиоактивные ряды: понятие, основные до­черние радионуклиды.

Радиоактивный ряд - это последовательность радио­нук­лидов, образующихся в результате альфа- или бета-рас­пада предыдущего элемента. Наиболее долгоживущие изо­топы называются начальными для каждого из радиоактив­ных рядов. Вклад радиоактивных рядов в формирование го­довой эф­фективной дозы облучения: 1,5 мЗв/год.

Существует 4 радиоактивных ряда:

1) ториевый ряд - наиболее долгоживущий изотоп: Th-232, Т1/2 = 1,4*1010 лет;

2,3) 2 урановых ряда - наиболее долгоживущие изо­топы: U-238, Т1/2 = 4,5*109 лет и U-235, Т1/2 = 7*108 лет;

4) нептуниевый ряд - наиболее долгоживущий изотоп: Np-237, Т1/2 = 2,2*106 лет.

В настоящее время Th-232 почти весь сохранился, U-238 распался лишь частично, а U-235 распался большей частью, Np-237 рас­пался почти весь. В процессе превращения этих элемен­тов в ка­честве промежуточных продуктов распада об­разу­ются радиоак­тивные изотопы радия, радона, полония, висмута, свинца, которые формируют значительную дозу облучения че­ловека.

Содержание радионук­лидов повышено в породах вулканического происхождения (гранит, ба­зальт), меньше радионуклидов в осадочных поро­дах (известняк, песчаник). Наиболее высокие уровни земной радиации наблю­даются на пляжах Бразилии, на Ю-З Индии, где есть богатые торием пески (монаци­товые пески). Места с высоким уров­нем радиации есть во Фран­ции, в Ни­герии, на Мадагаскаре. Повышено содержание радио­нукли­дов уранового ряда в Скандинавских странах и Англии. Глобальная средняя эффективная доза внешнего облу­чения, которую человек получает за год за счет гамма-излу­чения зем­ного происх. = 0,5 мЗв. Продукты распада U и Th по пищевым цепочкам, а также с воздухом и водой поступают в организм человека, обу­словливая внутреннее облучение. При пероральном поступ­лении радиоактивных элементов важно учитывать их раствори­мость и, соответственно, коэффициент всасывания. Наибольшее значение в формировании дозы внутрен­него облучения имеют Ra-226, Rn-220, Po-210 и Pb-210.

а) Ra-226 - претерпевает альфа-распад с образованием Rn-222, Т1/2 = 1617 лет; широко распространен в природе, может поступать в орга­низм через ЖКТ, органы дыхания и неповрежденную кожу. Его источником для человека в основном служат зерновые культуры и хлеб, ку­риные яйца; депонируется в костной ткани, из которой вы­водится с Tб, равным 17,13 лет.

б) Rn-222 - претерпевает альфа-распад с образованием Ро-218, Т1/2 = 3,8 сут; вносит основной вклад в естественную радиоактивность атмосфер­ного воздуха и уровни облучения человека за счет естественных источников радиации. В организм радон и ко­роткоживущие про­дукты его распада поступают в основном через органы дыха­ния, а также через ЖКТ (при питье радо­новой воды и т.д.) и че­рез кожу (при приеме радоновых ванн). Выведение Rn из организма осущ. через легкие.

в) Po-210 - подвергается альфа-рас­паду с образованием стабильного Pb-206, Т1/2 = 138,38 сут. Повышенное поступления полония в орга­низм наблюдается в регионах, где человек потребляет пищу морского происхожде­ния, питается мясом северных оленей, а также у курящих. Из организма выводится с Tб 80 сут.

г) Pb-210 - подвергается бета-превращению (электронный распад) с образованием Bi-210, Т1/2 = 22,3 года; элемент остеотропен, его обмен связан с обме­ном Са и фосфора; из организма выводится с Tб, рав­ным 12 - 10000 сут. Может быть прод. распада Po-210.