Основной радиобиологический парадокс (Тимофеев –Рисовский) –несоответсвие между ничтожно малой поглощенной энергией и биологическим эффектом. 10 Гр – летальная доза для человека). 10 Гр в тепловом выражении – это увеличение температуры на 0,001 С. эксперимент – взял кусок искусственной ткани в 1 мкм2 – числом молекул 10 в 11 степени. Подвергал воздействию в 10 Гр, ионизирующих клеток-200. Фактор неизвестен. Ионизирующее излучение – такие излучения, которые вызывают ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Протон и нейтрон – альфа-частица, электрон – рентгеновское излучение. Перестройки в атоме – гамма-излучение. Электромагнитное ИИ:- рентгеновские лучи,- гамма-излучение. Два механизма действия: А) фотоэлектрический эффект - явление испускания электронов веществом под действием света. Открыт Герцем. мягкое (длина волны больше). Рентгеновский фотон ->> электрон удаляется из ядра и становится заряженным ионом. Св-е электроны способствуют тому, что возникают + и – заряженные ионы. б) эффект Комптона – жесткое (длина волны более короткая) Электрон вырывается с орбиты, часть энергии остается в виде вторичного фотона (запускает ту же самую реакцию). Корпускулярные И-е излучение(заряженные частицы, альфа-частицы, ядра водорода, тяжелые ионы): проходя через вещество, заряженная частица отдает энергию атому, вызывая их возбуждение и ионизацию. Нейтронное облучение -наиболее опасно, но эффективно рассеивается на ядрах водорода.Частица проникая в вещество, теряет свою энергию, вызывая возбуждение ионизацию атомов. Характеристики ИИ: 1. Проникающая (способность излучения проникать через вещество), 2. Ионизирующая (способность образовывать заряд) при высокой проникающей способности имеет место низкая проникающая способность и наборот. самая высокая проникающая способность – рентген лучи; альфа-частицы – минимальная проникающая способностьт, опасны при попадании с пищей и водой. ИИ излучение могут воздействовать на биологические объекты 2мя путями: прямое действие (когда сразу поражает), косвенное действие (воздействует на воду, и Н+ и ОН- воздействуют на биологическую молекулу (радиолиз воды).
4. Единицы дозы излучения и радиоактивности. 1) Поглощенная доза – количество поглощенной энергии на единицу массы (Гр), но она не отражает способность разных видов излучений поражать ткани. 2) Эквивалентная поглощенная доза – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучений повреждать ткани.(Зв – зиверт) Но каждая ткань по своему реагирует. 3) Эффективная доза – (зв)это эквив-я поглощенная доза умноженная на коэффициент радиационного риска для разных тканей. КРР для яичников, семенников – 0, 25, для молочной железы – 0,15, для кр. Костного мозга – 0,12. это индивидуальные дозы. Коллективная доза – Если группа людей, то это коллективная доза (чел /Зв), Если группа людей подвергается воздействию облучения на протяжении многих поколений, то это ожидаемая коллективная доза (чел/Зв). В лучевой терапии существует понятие интегральной дозы, которое используется при локальном облучении. Система СИ: грэй (ГР), зиверт (Зв), беккерель (БК). БК – для определения содержания радионуклидов в воде, почве, продуктах. Вне системы СИ: рад (rad) -1 рад =0,01 гр, Бэр 1 бэр =0,01 зв, 1 кюри =3,7*10 10 Бк. Типы облучений: однократное, многократное (фракционирование) в онкологии, острое – при высокой дозе в мин, сек максимально – 1 минута, пролангированное при низких дозах более длительное воздействие (минимально 1 час).
5.Физиологические реакции клеток. Задержка клеточного деления. G1- пресентетич.самый длинный G2- постсинтетич. S- синтетич. G0- период покоя M- митоз.Р-ции кл.на облучение: 2типа р-ций: 1) временные 2) летальные. Временные -оч.многие повреждения легко перенос-ся клеткой или оч.быстро восстанав-ся,эти нарушения носят временный хар-р(наруш.обменных проц-ов,слипание хр-м). Среди временных р-ций выделяют одну универсальную- задержка кл.деления, происходит всегда при облучении. Зависит от многих факторов: - дозы (прямая зависимость: чем выше доза, тем длительнее задержка деления), - вида клеток (при одинаковой дозе разные клетки реагируют по-разному), - от стадии жизненного цикла на котором произошло облучение. Минимальная задержка если в митозе, максимальная, если в S период (синтез ДНК).
Летальные реакции клеток
Реакции клеток на облучение: 1) физиологические (приходящие, временные) – клетка может из легко восстановить. 2) летальные. Летальные: А) непосредственное поражение (интерфазная гибель), гибель под лучом, клетка погибает сразу после облучения. При больших дохах происходит пикноз ядра – крайняя степень фрагментации хромосом, в р-те происходит слипание фрагментов в единую массу, образуется микроядро. Если все хромосомы фрагментированы – пикнотическое ядро. Уменьшается число дифференцированных клеток, чем меньше дифференциация, тем более радиочувствительна (явление лейкопении – падает количество лимфоцитов). Б) репродуктивная гибель– утрата клеткой способности к неограниченному размножению. 1)Гибель после нескольких пострадиационных митозов. Фибробласты китайского хомячка через 4 митоза уже не делились после действия 2 Гр. 2) образование гигантских клеток –
м.б. два явления: 1. слияние соседних клеток после облучения и они не способны делиться. 2. либо в следствие эндомитоза – преобразования в пределах одной клетки.(Эндомитоз –удвоение числа хромосом в ядрах клетки, т.е. при облучении образуются гигантские клетки содержащие несколько наборов хромосом).
7. Природа радиационный гибели клеток. на опытах с тутовым шелкопрядом показал, что за гибель ответственно ядро. Он пытался вывести партеногенетически линию самцов. Облучал самок 500 Гр. Самцов не облучал. Яйца, отложенные такой самкой, делил и одни прогревал, а другие нет.Когда облученные яйцеклетки, то ядро оказывается поврежденным. При слиянии со спрматозоидом ничего не получается, а если подогревать, то ядро погибает, и сливаются два сперматозоида (партеногенез). Ядро играет ведущую роль в радиационном поражении клетки.Гибель клеток вызывают: 1) Разрывы ДНК (одиночные и двойные)ионизирующая частица проходит через молекулу и вызывает разрыв- одиночные единичный разрыв и ДНК сохранится- двойные – если два разрыва то молекула распадается, они более тяжелые и редко встречаются.(при большой дозе, на 1000:1).2) Разрушение ДНК-мембранного комплекса - Ионизирующая чакстица нарушает передачу инйформации ядра в цитоплазму в местах контакта нитей с мембраной. 3) Нарушение структуры оснований (генная мутация), 4) Эпигеномные нарушения –связано с изменением ДНК-митохондрий, не влечет столь глубоких последствий. Наследуются и Долго сохраняются (несколько поколений). Дополнительные эффекты: 1)коммунальный эффект – при облучении одной клетки, соседние тоже оказываются поврежденными, 2) длительно сохраняющаяся генетическая нестабильность – потомки облученных клеток либо гибнут, либо генетически нестабильны. 3) запускается генетически запрограмированная смерть клетки - апоптоз. Ядро и цитоплазма конденсируются, активизируются нуклеазы, расщепляющие хрмосомную ДНК. клетка распадается на апоптозные тела, они подвергаются фагоцитозу и перерабатываются макрофагами. Апоптоз играет важную роль – удаляет ненужные клетки или потенциально опасные. Гены, контролирующие апоптоз, быстро индуцируются при облучении рентгеновскими лучами.
Радиационные синдромы
Квастлер и Раевский обнаружили это явление. Изучали среднюю продолжительность жизни мышей в зависимости от дозы облучения. При облучении мышей в диапазоне от 1 до 10 Гр мыши погибали в сроки от 1 дня до 10 суток. У них была поражена система кроветворения. При поражении от 10 до 100 Гр сроки жизни мышей не изменялись составляли не более 1-2 дней. Свыше 100 Гр – продолжительность жизни мышей не превышала нескольких минут. Первой выходит из строя система кроветворения, затем тонкий кишечник, следом ЦНС. Костномозговой синдром, Кишечный синдром, Церебральный синдром. Характерно для всех видов животных. У человека несколько другие дозы (1 ступень – до 4 Гр, продолжительность до 40 суток; 4-8 Гр – 2 синдром, более 8 Гр – церебральный синдром).
9.Костномозговой синдром. Выз-ся дозой 0,5 Гр. Существует система клеточного обновления: костный мозг – пулы – стволовая клетка, пул деления и созревании, только созревающий пул. Кровь – только созревающий и зрелый функциональный пулы. При облучении наблюдалось 3 эффекта: Задержка клеточного деления, Летальные реакции, Изменение скорости прохождения клеток по пулам. В результате этого начинает развиваться явление опустошения клеточных пулов. Оно начинается в пуле стволовых клеток и распространяется на все последующие (делящйся и созрев, функциональный). Скорость изменения клеток в периферических системах крови будет зависеть от сроков жизни клеток крови. Для всех клеток характерно: фаза дегенерации, фаза регенерации – связана с сохранившимися клетками. Для эритроцитов - фаза абортивного подъема - т.к. клетки могут получить повреждения при облучении, но могут развиваться, но их потомки сразу погибают. дефицит эритроцитов наступает через 1-2 месяца после облучения. Кроветворная стволовая клетка – самая чувствительная к облучению
10. Кишечный синдром. Связан с поражением эпителия тонкого кишечника. Особенности: 1) стволовые клетки тонкого кишечника в 4 раза устойчивее, чем кроветворные. 2)Интерфазная форма гибели (бытрее погибают клетки), 3)Проходят по пулам с более высокой скоростью. Это определяет следующие особенности кишечного синдрома:- развивается при более высоких дозах облучения(4-6 Гр), - кишечный синдром проходит в короткие сроки, все события проходят более стремительно (у человека – за 3-4 сутки). Происходит массовая гибель, оголение ворсинок, обезвоживание организма. Силен микробный фактор. Киш-й синдром завершился бы за 2 дня, если б не было фазы абортивного подъема. Церебральный синдром: При высоких дозах, Полное отсутствие клеточных потерь. Нет изменений морфологии и биохимии клеток. Большие дозы вызывают мгновенное разрушение сосудов, причиной синдрома является кровоизлияние в нервную ткань. Смерть через сутки.
11. Лучевые реакции отдельных органов и тканей. 1. кожа и ее производные: Переносит высокие дозы облучения (до 10 Гр) – максимально. При повышении этой дозы появляются дерматит, язвы, лучевые ожоги. 2. Семенники.: сперматогонии более чувствительны, чем сперматозоиды., так как активно делятся. Облучение в 0,5 Гр – массовые опустошения семенников (состояние стерильности),10 Гр и более – гибель сперматозоидов. Стерильность наступает при дозах от 2 до 4 Гр (если облучать незрелые клетки). Если сперматозоиды: 0,15 Гр – пороговая доза (способная вызвать временную стерильность), 0, 4 Гр – при длительном неоднократном облучении в малых дозах, 6 Гр – постоянная стерильность у мужчин. 3. Яичники: Яйцеклетка самая чувствительная, требуется большая доза. При облучении погибают все яйцеклетки. Пороговая доза 2,5 Гр (постоянная стерильность) до 7 Гр – при однократном обл-ии, при хроническом многолетнем – 0, 2 Гр/г. 4. Органы зрения: р адиационный конъюктивит и катаракта (4-6 Гр). Катаракта – универсальное явление. 5. Органы пищеварения: Чувствительность по уменьшению: тонкий кишечник, язык, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень (90 Гр), 6. Сердечно-сосудистая система: сильны отдаленные эффекты, через 5-6 месяцев после облучения образуются внутрижелудочковые тромбы в сердце, наступает гибель. У мышей облучали только сердце (20 Гр), через 5 мес лишились наружной сосудистой стенки. 7. Органы дыхания - замедленно реагируют. Легочная пневмония, появляется не сразу, у мышей через 160 суток. 8. эндокринные железы – крайне устойчивы, нарушение баланса гормонов, сразу после облучения связывают с нарушением общего обмена в-в. Щитовидная железа у детей, очень чувствительна (подтверждение после аварии в Чернобыле) 9. Органы выделения – почки очень устойчивы к облучению, но реакция почек ограничивает лучевую терапию. Развитие хронич нефрита, (30 Гр за 5 нед), смерть 10. Кости и сухожилия – в период роста чувствитвительны, во взрослом состоянии – устойчивы при больш дозах – остеонекроз. При меньших дозах – хрупкость костей, спонтанные переломы, обр-е ложного сустава - Кость плохо срастается. 11. Спиной мозг и периферические нервы – р-я парезы конечностей, паралич. 12. Мышцы переносят большие дозы от 500-1000Гр. Через 24 часа – геммарагии, через 72 часа - некроз. При небольших дозах характерны отдаленные последствия.
12. Лучевая болезнь человека. ЛБЧ – комплекс проявлений поражающего действия радиации на организм. Зависит от: От вида облучения (внешнее или внутренне, общее или частичное??), временной фактор (однократное, повторное, хроническое), Пространственный фактор (равномерное или неравномерное облучение и облученный объем). Разные форма ЛБЧ: Острая ЛБ, Лучевые поражения при неравномерном облучении, Хроническая ЛБ. Острая ЛБЧ – волнообразность течения, связано с картиной поражения разных систем. Три периода: Период формирования, Период восстановления, Период исходов и последствий. Возникает при внешнем равномерном тотальном облучении. Период формирования по фазам: А) фаза первичной острой реакции – тошнота и рвота. Более 10 Гр (потеря сознания, повышение температуры тела), проявление симптомов через 30 минут после облучения – дозы более 6 Гр. Б) скрытая «Латентная фаза» - признаки исчезают после 1-2 нед, выпадение волос, в системе кроветворения – исчезновение клеток. если в 10 Гр, то она отсутствует. В) фаза разгара болезни – повышение температуры, многочисленные кровоизлияния, Г) раннее восстановление – улучшение состояния человека, радиационная анемия (нехватка эритроцитов).
13. Острые лучевые поражения при неравномерном облучении. Хроническая лучевая болезнь. Есть 2 крайних варианта неравномерного облучения: 1) общее неравномерное облучение – облучен весь организм, но в разных проявлениях; 2) Локальное неравномерное облучение – основная масса защищена. Положение тела к источнику облучения определяет органы поражения. Описывают исходя из концепции о критическом органе, т.е. органа, ответственного за исход заболевания при данной дозе излучения. 3 группы критических органов: 1) гонады, ККМ, 2) ЖКТ, легкие, сердце, почки, печень, щитовидная железа, 3) кожа и костная ткань. Классификация Бонда: выживание невозможно 5-6 Гр, выживание возможно 2-4,5 Гр, выживание вполне вероятно 1-2 Гр, выживание несомненно до 1 Гр. ХЛБ – форма лучевого поражения, которая развивается при длительном облучении порядка 0,001 Гр/сутки после накопления суммарной дозы от 1 до 3 Гр. (за 1-3 года). Своеобразие ХЛБ заключается в том, что активно- пролиферирующие ткани быстро восстанавливаются, а стабильные системы отвечают на хронич воздействие медленным нарастанием дистрофических изменений.
Либо организм в целом получает излучение либо отдельные сегменты тела накапливают радиоактивные вещества. Например. Радиоактивный йод – линофункция щитовидной железы, накопление. Рад.фосфор – радиационная анемия. Стронций, цезий, радий – опухоли костной ткани.
14.Пути поступления радионуклидов в орг-м. 3путями:1-ч/з легкие(ингаляционный)наиб.опасный,2-ч/з ЖКТ, 3-ч/з кожу(транскутанный). Дых.пов-ть альвеол>50раз пов-ти кожи. Крупные частиц оседают в верхних дых.путях,затем удаляются со слизью и попад.в ЖКТ. Хорошо раств.в-ва попад.в кровь и разносятся по всему орг-му. Частицы из альвеол попад. в лимф.узлы и нах.там долгое время облучая их. В ЖКТ вместе с пищей и водой. Некотор.радионукл. переходят в нераствор.форму и резорбир-ся в стенках кищечника(плутоний)другие наоборот легко раствор. и пост.в кровь примерно 80%нукл.выводятся изЖКТ. Гамма-лучи-облуч-ся органы грудной полости. Наименее изученный путь поступления ч/з кожу, при поврежд.проницаемость пвыш-ся,при повыш.температ,при влажности, при обезжиривании кожи. Радоновые ванны (4 % проходит через кожуя).
15.Распр-е инкорпорированных радионуклидов в орг-м. инкорпорированные (поступившие). 3 типа распредел:1-скелетный- элементы щелочно-земельной группы (кальций, стронций, радий, барий), 2 ретикулоэндотелиальный - элементы задерживаются в отдельных органах. Редко земельные элементы, торий, америций, церий-печень, 3-диффузный(менее опасен)- распределение по всем органам и тканям. калий, цезий, радиоакт азот. Радионукл. зад-ся там, где нах-ся стабильные эл-ты. Микрораспределение: в пределах одного органа или ткани накапл-ся неравномерно,обр-ся участки с повышенным сод-ем-«горячие пятна»,остеосаркомы. Результат внутреннего облучения - Лучевая болезнь.
16. Отдаленные последствия облучения. Период исходов и последствий-спустя годы 10-20лет вновь возник. Изменения - отдаленные последствия излучения. Соматические эф-ты: 1.сокращ.сроков жизни.-универсальный эф-кт-наблюд-ся у всех. 1Гр-сокр.жизнь на 2-4%. Нет мин.дозы-беспороговое явление, любая доза вызывает сокр.прод.жизни. Когглпоказал что облуч.в дозе 0. 04Гр может и не вызывать сокр.прод.жизни. хомячки- дозу 0,01 Гр разбил на фракции и обл-л животных раз в 2 недели, ССЖ не наблюдалось. облучение ниже пороговых доз может вызвать эф-т увеличения прод-ти жизни. Для чел.с.п.ж.при облуч. Уоррен изучал людей рентгенологов и людей др.спец-тей. Рентгенологи получали дозу 2мГр/нед регулярно, оказалось что с.п.ж. на 5.2г меньше чем л.др.спец-тей. 2.обр-е злокач.опухолей. Ионизир.излучение не зависимо от способа возд-я и типа излуч. вызывают самый широкий спектр опухолей и лейкозов. Наиб.часто: остеосаркомы,эндокринозависимые опухоли(солидные) – рак яичников и молочной железы, лейкозы. С увелич. Дозы - чстота опухолей возрастает. Солидные - если одна из желез остается норм,то в др. рака не будет.При норм-но функц-щих яичниках рака мол.не будет. 3.радиационная катаракта. Радиационная катаракта - типичное следствие облучения глаза или всего орг-ма. Величина порога увелич-ся при фракционировании дозы. Латентный период зависит от возраста чем >возраст тем длительнее период. Если однократно облуч-ся чел, то дост-но 2Гр. Нерадиац.факторы: возраст, пол, генотип, конституц.усл-я. Опосредованные эф-ты облуч-я: при облуч.в орг-ме обр-ся в-ва кот.разносятся по всему орг-му и оказ.возд-е на необлуч.ткани.
17. Возрастноспецифич.р-ции на облучение в эмбриогенезе. Эмбрион и плод высоко-чувствительны к облучению: 1)в период эмбриогенеза на ранних стадиях эмбрион предст.собой сово-ть малодифференц.активно делящихся кл. Самые малые дозы радиации могут повредить. 2) закладка центров происходит мозаично, поэт. любая с-ма в момент закладки может оказ-ся чувствит. к облуч-ю. 3) высокая сп-ть к восстановлению и перестройке. Поврежд. периоды: 1-до имплантации 2-период основного органогенеза 3-плодный период. Облучение до имплантации вызывает гибель 80%эмбрионов(мыши до 5сут), в период органогенеза - заметные отклонения в развитии, уродства (микроцефалия,деформация глаза и т.д),плодный период - нет уродств,только лучевая болезнь у новорожденных. У чел.до 11сут облучение вызывает внутриутробную гибель эмбриона. *(11-38сут)-0.1Гр м.вызвать самый широкий спектр у ребенка. *(28-38сут)-поврежд.нервной ткани.*(после 40)-только лучевая болезнь у новорожденных. безопасный период в 10дней.
