Введение в радиобиологию. Основы биологического действия ионизирующих излучений. (Лекция 8.8) презентация

Введение в радиобиологию. Основы биологического действия ионизирующих излучений

по учебной дисциплине: «Токсикология
и медицинская защита»

Кандидат педагогических наук, доцент КЛИМЧЕНКО С.С.

науки в подготовке врача.
2. Раскрыть основы биологического действия ионизирующих излучений.
3.Стимулировать активную познавательную деятельность студентов и способствовать формированию у них творческого мышления.

вопрос 2. Виды ионизирующих излучений, их количественная оценка. Радионуклиды, понятие радиоактивности.
Учебный вопрос 3. Поражающие факторы при ядерных взрывах и радиационных авариях.
Учебный вопрос 4. Основы биологического действия ионизирующих излучений.
Заключение

защита: Учебник / Под ред. С.А. Куценко. - СПб.: ООО «Изд-во Фолиант», 2004. – С. 339-384.
б) Дополнительная:
2. Бадюгин И.С. Военная токсикология, радиология и защита от оружия массового поражения.-М.: Воениздат, 1992. – С. 160- 182.
3. Саватеев Н.В. Военная токсикология, радиология и медицинская защита.-Л.: ВМедА, 1987. – С. 11-13; 220-260.

ионизирующих излучений

Учебный вопрос № 1. Предмет, цель, задачи и структура радиобиологии

по учебной дисциплине: «Токсикология
и медицинская защита»

живого – от молекулярного до организменного, а часто и популяционного, механизмы возникновения этих проявлений, влияние на развитие конкретных биологических эффектов условий воздействия радиации (вида излучения, его дозы, мощности дозы, ее распределения в пространстве, продолжительности облучения), модифицирующие воздействия на эффекты облучения факторов нерадиационной природы.

Предмет радиобиологии

излучений;
разработка режимов поведения и защитных мероприятий при вынужденном пребывании в зонах воздействия ионизирующих излучений;
разработка средств и методов профилактики радиационных поражений, диагностики и прогнозирования тяжести поражений, обоснование проведения при них неотложных мероприятий первой помощи и последующего лечения;
разработка наиболее рациональных режимов терапевтического облучения и др.

Цель радиобиологических исследований

факторов радиационной природы мирного и военного времени;
обоснование мероприятий противорадиационной защиты и оказания медицинской помощи населению в условиях применения ядерного оружия, разрушения ядерных энергетических установок, радиационных аварий мирного времени;
разработка средств медикаментозной профилактики острых радиационных поражений, средств повышения радиорезистентности организма человека находящегося в условиях повышенной лучевой нагрузки и порядка их применения.

Задачи радиобиологии

цитология и др.

ионизирующих излучений

Учебный вопрос № 2. Виды ионизирующих излучений, их количественная оценка. Радионуклиды, понятие радиоактивности

по учебной дисциплине: «Токсикология
и медицинская защита»

его атомов и молекул.
Важной особенностью большинства видов ионизирующих излучений является их высокая проникающая способность, а отсюда способность взаимодействовать с атомами вещества в глубине объекта.

По своей физической природе все ионизирующие излучения подразделяются на электромагнитные и корпускулярные.

окружающем атомные ядра), ускоренных заряженных частиц
Характеристическое излучение обусловлено энергетическими перестройками внутренних электронных оболочек возбуждённых атомов
γ-излучение является продуктом ядерных превращений радиоактивных элементов (радиоизотопов).
Совокупность тормозного и характеристического излучения называют рентгеновским излучением

возникает при бомбардировке атомного ядра ускоренной заряженной частицей или фотоном высокой энергии.
При взрывах атомных боеприпасов, где источником этих частиц служат цепные реакции деления ядер 92U235 или 94Pu239.
Другой путь образования нейтронов – синтез ядер лёгких элементов – дейтерия (1D2), трития (1T3) и лития (3Li6), происходящий при взрывах термоядерных (водородных) боеприпасов.

электрического поля (поток электронов - β-частиц, протонов, ядер атома гелия - α-частиц).
Естественными источниками ускоренных заряженных частиц являются некоторые из природных радиоизотопов.
К искусственным источникам относятся искусственные радиоизотопы и ускорители заряженных частиц.

физическим смыслом которой является суммарный заряд ионов одного знака, образующихся при облучении воздуха в его единичной массе: 
Х = dQ/dm , 
где dQ – суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образовавшихся в малом объёме пространства, dm – масса воздуха в этом объёме.
В системе СИ единицей экспозиционной дозы является кулон, делённый на килограмм (Кл/кг).
Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 ∙ 109 пар ионов в 1 см3 сухого воздуха при нормальных условиях.
1Кл\кг = 3876 Р; 1Р = 2,58 ∙10-4 Кл/кг.

излучением единичной массе вещества: 
D = dE/dm ,
 
где dE – энергия излучения, поглощённая малой массой вещества dm.
В системе СИ поглощённую дозу выражают в греях (Гр). 1Гр = 1Дж/кг.
Внесистемная единица поглощённой дозы – рад (аббревиатура «radiation absorbed dose»). Рад равен сантигрею (1рад = 10-2Гр).
В воздухе 1 рентген соответствует 0,89 рад, а в тканях организма в среднем 0,95 рад.

ИИ: 
Н = D ∙ ОБЭ ,
 
где D – поглощённая доза ИИ в данной точке биообъекта.
В системе СИ единицей эквивалентной дозы служит зиверт (Зв)
Внесистемной единицей является бэр (аббревиатура «биологический эквивалент рада»). 1Зв = 100бэр.

интенсивность лучевого воздействия.
Мощность дозы - доза (экспозиционная, поглощённая или эквивалентная), регистрируемая за единицу времени.
В системе СИ мощность экспозиционной дозы выражают в Кл/(кг∙с), т.е. А/кг.
Внесистемная единица мощности дозы – Р/час и её производные (мР/час, мкР/час).
Единицами мощности поглощенной дозы служат Гр/с, рад/с и их производные.
Внесистемные единицы мощности эквивалентной дозы – Зв/год и бэр/год.

самопроизвольному радиоактивному распаду.
Период полураспада - интервал времени, в течение которого распадается половина атомов радионуклида.
Радиоактивность (активность) - способность к испусканию ИИ.
В системе СИ за единицу радиоактивности принят 1 распад в секунду (беккерель, Бк)
Внесистемной единицей служит кюри (Кu).
Удельная активность - активность, отнесённая к единице объёма или единице массы заражённого радионуклидами вещества.
Плотность поверхностного радиоактивного заражения - активность, отнесённая к единице площади заражённой радионуклидами поверхности.

на
ЕСТЕСТВЕННЫЕ и ИСКУССТВЕННЫЕ
От естественных источников население получает около
2/3 суммарной дозы облучения. Медицинские процедуры
обусловливают около 1/3 этой дозы.
Потоки ИИ, происходящих из естественных источников, обуславливают природный радиационный фон Земли.
На организм воздействует, преимущественно, γ-излучение, источником которого являются, радиоактивные вещества, присутствующие в земной коре и ионизирующее излучение из космоса .
Искусственные источники ИИ включают в себя
рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц,
а также устройства, содержащие радионуклиды, открытого и закрытого типа.

ионизирующих излучений

Учебный вопрос № 3. Поражающие факторы при ядерных взрывах и радиационных авариях

по учебной дисциплине: «Токсикология
и медицинская защита»

в грунте;
психотравмирующий комплекс факторов.

заражение местности (10% энергии ядерного взрыва).
Проникающая радиация оказывает свое воздействие в течение короткого интервала времени (менее 1 мин) и включает:
- мгновенные ионизирующие излучения, возникающие при ядерных реакциях деления и синтеза;
- запаздывающие (осколочные) ионизирующие излучения радиоактивных осколков деления и продуктов их распада;
- вторичные ионизирующие излучения, возникающие при взаимодействии нейтронов с ядрами элементов воздуха и почвы.

деления и продуктов их распада);
наведенная радиоактивность (радиус – 2-3км);
не прореагировавшая часть ядерного заряда (около 90%).
Источники поражения личного состава:
1) дистанционное внешнее гамма- и бета-излучение;
2) контактное действие бета- и гамма-излучений радиоактивных частиц (при производстве работ, преодолении зон заражения в пешем строю, на автотранспорте, боевой технике);
3) внутреннее облучение (при употреблении зараженных продуктов питания, воды, не соблюдении правил личной гигиены).

центра со сверхзвуковой скоростью (начальная скорость - 350 м/с);
- обладает большим запасом энергии (50% всей энергии ядерного взрыва);
- характеризуется двумя фазами: сжатия и разрежения по отношению к определенной точке и фронтом ударной волны;
Радиус действия ударной волны зависит:
1) от мощности ядерного взрыва;
2) от вида ядерного взрыва;
3) от характера местности

давления в ее фронте;
- скоростного напора воздушных масс;
- времени действия.
Различают прямое и косвенное действие ударной волны.
В зависимости от величины избыточного давления травмы от действия ударной волны принято условно разделять на 4 группы:
- легкие травмы - 0,2-0,3 кг/см2 ;
- травмы средней тяжести - 0,3-0,5 кг/см2;
- тяжелые травмы - 0,5-1,0 кг/см2;
- крайне тяжелые - свыше 1 кг/см2.

широком диапазоне длин электромагнитных волн, куда входит как излучение видимого участка спектра (оптический диапазон), так и невидимого (ультрафиолетового и инфракрасного).
Источником светового излучения является светящаяся область взрыва (нагретые до высокой температуры пары материалов боеприпаса, воздуха, грунта).
Поражающая способность светового излучения ядерного взрыва определяется величиной светового импульса, измеряемой в джоулях на 1 м2 (Дж/м2) или в калориях на 1 см2 (кал/см2).

ионизирующих излучений

Учебный вопрос № 4. Основы биологического действия ионизирующих излучений

по учебной дисциплине: «Токсикология
и медицинская защита»

связи с дозой облучения
значение для судьбы облучённого организма
возможность передачи по наследству

На клеточном уровне (интерфазная и репродуктивная гибель клеток, временный блок митозов и нелетальные мутации)
на уровне организма (поражение органов и систем).
По срокам появления:
Ближайшие эффекты (острая лучевая реакция, острая лучевая болезнь, лучевая алопеция, лучевой дерматит)
Отдаленные эффекты (опухоли, гемобластозы, дистрофичес-кие процессы, сокращение продолжительности жизни).
Характер связи с дозой облучения:
стохастические (вероятностные – злокачественные опухоли, лейкозы)
нестохастические (детерминированные – рвота, аллопеция, острая лучевая реакция, ОЛБ, ХЛБ).

энергии ИИ атомами тканей,
их ионизация и потеря электро-
нов, изменение биомолекул

НЕПРЯМОЕ ДЕЙСТВИЕ –поглощение энергии ИИ межклеточной и внутриклеточной жидкостью

нарушение биологических свойств клеток и тканей в результате интерфазной гибе-ли клеток

образование перекисных радикалов, первичных липидных
радиотоксинов и хинонов

разрушение структуры мембран;
угнетение окислительного фосфорилирования;
нарушение энергетических процессов в клетках

окислительных процессов.

ВТОРИЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОРАЖЕНИЯ

Мутагенное действие,
цитотоксическое действие,
нарушение метаболических
процессов

Образование вторичных
радиотоксинов, нарушение
структуры и синтеза ДНК,
РНК и полипептидов

Гибель клеток, ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ, образование злокачествен-
ных опухолей, смерть или восстановление функций организма

чем выше пролиферативная активность составляющих их клеток, и тем более радиорезистентны, чем выше степень их дифференцировки.

биологических систем при их облучении. Это происходит вследствие взаимодействия кислорода с радикалами биомолекул с последующим образованием новых перекисных радикалов, которые вызывают поражение тканей относящиеся к числу необратимых структурных изменений.

прямого или непрямого действия радиации на уникальные структуры ядерной ДНК;
повреждения ядерной ДНК могут проявиться в качестве хромосомных аберраций;
при аберрациях пролиферирующая клетка длительно существовать не может, так как в митозе не происходит равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками (летальные аберрации). Репродуктивная форма гибели характерна лишь для делящихся клеток.
При этой форме гибели именно во время самого митоза наличие хромосомных аберраций не дает возможности осуществить равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками, в результате чего клетки погибают.

событием для некроза клеток - активация перекисного окисления липидов - повреждение внутриклеточных мембран - выход лизосомальных протеаз и нуклеаз в цитоплазму и проникновение их в ядро - деградация нуклеопротеидных комплексов в ядре - расплавление ядра, цитолиз с выходом содержимого клетки за пределы клеточной мембраны.
Апоптоз- межнуклеосомная деградация хроматина, фрагментация ядра.
Апоптоз - это генетически опосредуемая программированная форма клеточной гибели. Механизм апоптоза особенно характерен для интерфазной гибели лимфоидных клеток, клеток кроветворной ткани.
В интерфазной гибели существенная роль принадлежит повреждениям иных структур - внутриклеточных мембран, ферментов, нарушению клеточного метаболизма, и лишь на конечных этапах поражается геном.

периферической крови в результате воздействия ИИ. Синдром развивается вследствие гибели значительной части стволовых, созревающих клеток и радиочувствительных лимфоцитов, а также низкой жизнеспособности вновь образующихся клеток крови (зрелых элементов лейкоцитарного ряда, тромбоцитов и др.).

недифференцированных (стволовых) клеток с последующей гибелью.
Вторая фаза - абортивный подъем - объясняют возобновлением (после выхода из митотического блока) пролиферации клеток, способных к ограниченному числу делений, что обеспечивает лишь временное увеличение числа зрелых нейтрофилов.
Третья фаза - глубокий спад
Четвертая фаза - восстановления.

оси абсцисс – время после облучения, сут.; ординат – содержание клеток в %% от исходного уровня)

тромбоцитопении;
изменений в гемодинамике;
нарушений структуры кровеносных сосудов.
Критический уровень тромбоцитов
- 40,0 x109/л.

иммунитета (нарушение обмена веществ, гибель гранулоцитов, угнетение процессов антителообразования, снижение бактерицидных свойств кожи, сыворотки, снижение фагоцитоза). Бактериемия чаще эндогенного происхождения (источник - кишечник, дыхательные пути).

- гибель клеток в криптах и слущивание эпителия, покрывающего ворсинки слизистой.
Оголение ворсинок вызывает нарушение процессов всасывания, баланса электролитов и потерю значительных количеств жидкости.
Вследствие гибели основного количества стволовых клеток в криптах тонкого кишечника страдает защитная функция, в организм проникают микроорганизмы, токсины, продукты распада из просвета кишечника.

метаболизма, гибели клеток в организме и активации микрофлоры. Токсемия усугубляет повреждения и препятствует восстановлению радиочувствительных тканей. Появление токсинов приводит к повышению температуры тела, а также к значительному ухудшению состояния пораженных.