Радиобиология. Основы биологического действия ионизирующих излучений

Июль 29, 2022

Главная
Биология
Радиобиология. Основы биологического действия ионизирующих излучений

Содержание

2. Литература: 1. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика. М.: Физматлит,2004. – 443 с. 2. Бак З., Александер П.
3. Учебные вопросы 1. Введение. Предмет и задачи радиобиологии. 2. История развития радиобиологии, ее современное состояние. 3.Виды
4. Радиобиология – наука, изучающая механизмы взаимодействия ионизирующих излучений с биологическими объектами. Предметом радиобиологии является вскрытие закономерностей
5. Радиобиология Физика Химия Биология Биофизика Биохимия Гистология Физиология Военно-полевая терапия Военно-полевая хирургия Лучевая диагностика Лучевая терапия
6. Этапы развития радиобиологии Первый – с 1895 г. по 1922 г. – описательный этап Открытие Х-лучей
7. Применение Х-лучей для лечения рака (Дж. Джиллман, Е. Груббе, 1896) и радия для лечения волчанки (К.
8. Второй – с 1922 г. по 1945 г. – становление принципов количественной радиобиологии Дискретность актов ионизации
9. Применение атомного оружия в Японии (1945) Хиросима, 6.08.1945 Нагасаки, 9.08.1945
10. Третий – с 1945 г. по 1986 г. – становление радиобиологии организма (радиационной медицины) Возможность использования
11. Четвертый – с 1986 г. по настоящее время – появление проблемы малых доз и интенсивностей, развитие
12. Типы и виды ионизирующих излучений Корпускулярные излучения электроны и позитроны (β-частицы), мезоны, протоны, дейтроны, ядра гелия
13. Прямо и косвенно ионизирующие излучения Прямо ионизирующие излучения ускоренные заряженные частицы – α-частицы, β-частицы, π-мезоны, тяжелые
14. Защита экранированием
15. Защита расстоянием – основана на обратной зависимости интенсивности излучения от квадрата расстояния до его источника. Защита
16. Эквивалентная доза (H) – это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент
17. Виды облучения Кратковременным облучением считается импульсное воздействие γ-нейтронного излучения ядерного взрыва, а также облучение с мощностью
18. Количество радиоактивных веществ В основу измерения количеств радиоактивных веществ положено свойство радиоактивности, то есть способности к
19. Основные источники ионизирующих излучений 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Естественный радиационный
20. Космическое излучение: внешнее облучение 10 мкЗв/ч 5 мкЗв/ч 1 мкЗв/ч 0,1 мкЗв/ч 0,03 мкЗв/ч Уровень моря
21. Продукты питания, вода, воздух: внутреннее облучение Калий-40 Уран-238 и продукты его распада Свинец-210 Полоний-210
22. Источники ионизирующих излучений, использующиеся в медицине Ортопантография Флюорография грудной клетки Рентгеноскопия грудной клетки Рентгеноскопия брюшной полости
23. Общее число ядерных взрывов за период с 1945 по 1998 год Всего 2056 ядерных взрывов
24. Общая характеристика радиационных аварий Радиационные аварии случаются весьма редко За период с 1944 по 2004 годы
25. Стадии действия ионизирующих излучений
26. Прямое действие радиации Ионизирующее излучение + RH R- + H+
27. Радиолиз молекул воды H-O-H → H+ + OH- (ионизация) H-O-H → H0+OH0 (образование свободных радикалов)
28. Влияние кислорода на свободные радикалы Кислород модифицирует реакции свободных радикалов, в результате чего образуются новые свободные
29. Непрямое действие радиации X ray γ ray P+ e- O H H OH- H+ Ho OHo
30. Тип действия радиации зависит от линейной передачи энергии Прямое действие доминирует у излучений с высокой ЛПЭ,
31. Реакции клеток на облучение НЕКРОЗ (нейроны) АПОПТОЗ (лимфоциты) НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ЛЕТАЛЬНЫЕ НЕЛЕТАЛЬНЫЕ РЕПРОДУКТИВНАЯ ФОРМА ГИБЕЛИ ИНТЕРФАЗНАЯ
32. Молекула ДНК–первичная мишень поражения клеток ионизирующими излучениями
33. Типы и виды повреждений ДНК, вызванных действием радиации Однонитиевый разрыв ДНК Двунитиевый разрыв ДНК Сшивки ДНК-ДНК,
34. Механизмы репарации радиационных повреждений ДНК Невозможность репарации гибель клеток Неправильная репарация появление мутаций
35. Интерфазная форма гибели клеток
36. Динамика числа нейтрофилов после облучения в различных дозах Норма 1-2 Гр 2-5 Гр >5-6 Гр Сроки
37. Радиочувствительность тканей Костный мозг Кожные покровы ЦНС Высокая радио-чувствительность Лимфоидная ткань Костный мозг Эпителий ЖКТ Гонады
38. Классификация радиобиологических эффектов
39. Критический орган (критическая ткань) Критическим называется орган (ткань), поражение которого в данном диапазоне доз определяет клиническую
41. Скачать презентацию

Слайд 2

Литература:
1. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика. М.: Физматлит,2004. – 443 с.
2. Бак

З., Александер П. Основы радиобиологии: Пер. с англ.. – М: Иностранная литература, 1963. – 500 с.
3. Бак З. Химическая защита от ионизирующей радиации: Пер. с англ.. – М.: Атомиздат, 1968. – 263 с.
4. Владимиров В.Г., Джаракьян Т.К. Об изыскании радиопротекторов в США // Воен. мед. журн., 1974. - № 6. – С. 86-88.
5. Действие атомной бомбы в Японии / Под ред. Э.Отерсона и Ш.Уоррена: Пер. с англ.. – М: Медгиз, 1960. – 418 с.
6. Немёнов М.И. Рентгеновы лучи и радий.- М.-Л.: Государственное издательство, 1927. – 111 с.
7. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита. С.А. Куценко (ред.). СПб.:. 2004.
8. Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных. – 3-е изд., перераб., доп.. – М.: Высшая школа, 1988. – 424 с.

Слайд 3

Учебные вопросы
1. Введение. Предмет и задачи радиобиологии.
2. История развития радиобиологии, ее

современное состояние.
3.Виды и механизмы лучевого поражения клеток.
4.Нарушения клеточного метаболизма в результате облучения.
5.Формы гибели облученных клеток. Хромосомные абберации.
6.Выводы и заключение.

Слайд 4

Радиобиология – наука, изучающая механизмы взаимодействия ионизирующих излучений с биологическими объектами.
Предметом

радиобиологии является вскрытие закономерностей ответа биологических объектов на радиационное воздействие, на основе которых можно научиться регламентировать радиационный фактори овладеть искусством управления лучевыми реакциями организма.

Слайд 5

Радиобиология
Физика
Химия
Биология
Биофизика
Биохимия
Гистология
Физиология
Военно-полевая
терапия
Военно-полевая
хирургия
Лучевая
диагностика
Лучевая
терапия
Социальная гигиена
Онкология
Гематология
Радиационная гигиена

Слайд 6

Этапы развития радиобиологии Первый – с 1895 г. по 1922 г. –

описательный этап

Открытие Х-лучей (В. Рентген, 1895), явления радиоактивности (А. Беккерель 1896) и синтез радионуклидов (М. Кюри, 1898)
Применение X-лучей для оценки роста скелета (В. Тонков, 1896)
Описание биологического действия X-лучей
(И. Тарханов, 1896)
Первые описания лучевых поражений кожи
(Г. Вальхов, 1896) и радиационно-индуцированного рака кожи (Г. Фрибен, 1902)

Слайд 7

Применение Х-лучей для лечения рака
(Дж. Джиллман, Е. Груббе, 1896) и

радия для лечения волчанки (К. Бушар, В. Бальтазар, 1901)
Развитие азооспермии и стерильности
(Г. Альберс-Шонберг,1903)
Летальное действие радиации (Е. Лондон, 1903; Г. Хейнеке, 1904)
Роль поражения ядра клеток в их гибели (Д. Бун, 1903)
Торможение клеточного деления
(М. Корнике, 1905)
Реакции клеток на облучение (И. Бергонье, Л. Трибондо, 1906)
Защита от вредного действия радиации (Н. Кульбин, 1907)

Слайд 8

Второй – с 1922 г. по 1945 г. – становление принципов

количественной радиобиологии

Дискретность актов ионизации в элементарном объеме вещества (Ф. Дессауэр, 1922) и разработка принципа попаданий и теории мишеней (Н. Тимофеев-Ресовский, К. Циммер, Д. Ли и др.)
Действие радиации на генетический аппарат клетки (Г. Надсон и Г. Филлипов, 1925), мутагенный эффект радиации (Г. Меллер,1927)
Обоснование фракционирования дозы при проведении лучевой терапии опухолей (К. Риго, 1927, А. Кутар, 1928)
Введение единицы экспозиционной дозы – рентгена (1928)
Описание радиационно-индуцированного рака костей (20-е гг.)
Описание рака печени и лейкемии вследствие перорального поступления радионуклидов (30-е гг.)
Появление лейкемии среди пионеров радиобиологии (40-е гг.)

Слайд 9

Применение атомного оружия в Японии (1945)
Хиросима, 6.08.1945
Нагасаки, 9.08.1945

Слайд 10

Третий – с 1945 г. по 1986 г. – становление радиобиологии

организма (радиационной медицины)

Возможность использования ионизирующих излучений в военных целях – бомбардировка гг. Хиросимы и Нагасаки (1945)
Изучение патогенеза лучевых поражений (П. Александер, В. Бонд, Л. Орбели, А. Лебединский, П. Горизонтов, Т. Джаракьян и др.)
Разработка проблем диагностики и терапии радиационных поражений человека (Г. Байсоголов, А. Гуськова, Ж.Матэ и др.)
Открытие радиозащитного эффекта у химических соединений (Г. Пэтт, З. Бак, П. Жеребченко, А. Мозжухин, Ф. Рачинский и др.)
Обоснование необходимости нормирования радиационных воздействий на человека (Л. Грей, Ф. Кротков, Л. Ильин и др.)

Слайд 11

Четвертый – с 1986 г. по настоящее время – появление проблемы

малых доз и интенсивностей, развитие радиационной экологии, генетики и иммунологии
Возможность возникновения крупномасштабных радиационных аварий при использовании ионизирующих излучений в мирное время (26 апреля 1986 г.)
Проблема малых доз и интенсивностей (Е. Бурлакова и др.)
Создание медико-дозиметрических регистров, развитие радиационной эпидемиологии (А. Цыб, А. Иванов и др.)
Развитие радиационной иммунологии (Р. Петров, А. Ярилин и др.)
Развитие радиационной генетики (В. Шевченко, А. Газиев и др.)
Радиационная экология (Х. Одум, А. Кузин, Р. Алексахин и др.)

Слайд 12

Типы и виды ионизирующих излучений
Корпускулярные излучения
электроны и позитроны (β-частицы), мезоны, протоны,

дейтроны, ядра гелия (α-частицы), тяжелые ионы – ускоренные заряженные частицы, имеющие массу и большую кинетическую энергию
нейтроны – электрически нейтральные частицы с большой кинетической энергией
Электромагнитные излучения
рентгеновское и гамма-излучение – энергия электромагнитного поля, которая распространяется в пространстве со скоростью света

Слайд 13

Прямо и косвенно ионизирующие излучения
Прямо ионизирующие излучения
ускоренные заряженные частицы – α-частицы,

β-частицы, π-мезоны, тяжелые ионы и др. – непосредственно взаимодействуют с электронами атомных оболочек, прямо вызывая возбуждение и ионизацию атомов и молекул
Косвенно ионизирующие излучения
рентгеновское и гамма-излучение, а также нейтроны возбуждают и ионизируют атомы и молекулы не сами, а посредством инициируемых ими ускоренных заряженных частиц (комптоновских электронов, ядер отдачи и т. п.)

Слайд 14

Защита экранированием

Слайд 15

Защита расстоянием – основана на обратной зависимости интенсивности излучения от квадрата

расстояния до его источника.
Защита временем – минимизация продолжительности действия ионизирующих излучений.
Доза поглощенная – это количество энергии, переданной излучением единичной массе вещества:
Если поглощенная доза распределяется в каком-то одном участке тела – локальное (или местном) облучение.
Если облучению подвергается все тело или большая его часть – тотальное (или общее) облучение.
Вариантами тотального облучения являются равномерное (неравномерность по дозе на отдельные части тела не превышает 10 %) и неравномерное облучение

Слайд 16

Эквивалентная доза (H) – это поглощенная доза в органе или ткани,

умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения.
Эффективная доза (E) – это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности, Зв.
Коллективная эффективная доза (E) – это мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения, равная сумме индивидуальных эффективных доз, чел.-Зв.
Мощность дозы (P) – это доза (экспозиционная, поглощенная эквивалентная), регистрируемая за единицу времени. Ее единицей в системе СИ является Кл/(кг⋅с), то есть А/кг. Используется и внесистемная единица мощности экспозиционной дозы – Р/час и ее производными (мР/час, мкР/час).

Слайд 17

Виды облучения
Кратковременным облучением считается импульсное воздействие γ-нейтронного излучения ядерного взрыва, а

также облучение с мощностью дозы свыше 0,02 Гр/мин.
Непрерывное радиационное воздействие в течение нескольких месяцев или лет называют хроническим, а промежуточное положение между кратковременным и хроническим, занимает пролонгированное облучение.
Если не менее 80 % всей дозы организм человека получает не более чем за 4 суток и перерывов в облучении нет или они очень непродолжительны (измеряются минутами, часами), то такое облучение называют однократным или острым.
Если получаемая доза разделена на части (фракции), чередующиеся с длительными промежутками времени, в течение которых облучение не происходит, то такое облучение называют фракционированным

Слайд 18

Количество радиоактивных веществ
В основу измерения количеств радиоактивных веществ положено свойство радиоактивности,

то есть способности к испусканию ионизирующих излучений. В системе СИ за единицу радиоактивности принят 1 распад в секунду (Бк), а традиционной единицей является кюри (Ки).
Активность, отнесенная к единице объема или единице массы зараженного радионуклидами вещества, называется удельной активностью вещества, Бк/кг или Бк/м3.
Активность, приходящаяся на единицу площади зараженной радионуклидами поверхности, называется плотностью поверхностного заражения Бк/м2 (Ки/м2 или расп./мин. ⋅ см2)

Слайд 19

Основные источники ионизирующих излучений
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Естественный радиационный фон (70%)
Облучение в медицинских

целях (29%)

Профессиональное облучение (0,06%)

Выработка ядерной энергетики (0,006%)

Испытательные ядерные взрывы (0,3%)

Слайд 20

Космическое излучение: внешнее облучение
10 мкЗв/ч
5 мкЗв/ч
1 мкЗв/ч
0,1 мкЗв/ч
0,03 мкЗв/ч
Уровень моря
Москва
Гималаи
10 км
15

км

7 км

1 км

Слайд 21

Продукты питания, вода, воздух: внутреннее облучение
Калий-40
Уран-238 и продукты его распада
Свинец-210
Полоний-210

Слайд 22

Источники ионизирующих излучений, использующиеся в медицине
Ортопантография
Флюорография грудной клетки
Рентгеноскопия грудной клетки
Рентгеноскопия

брюшной полости

Лечение злокачественных опухолей

до 5 000

Слайд 23

Общее число ядерных взрывов за период с 1945 по 1998 год
Всего 2056

ядерных взрывов

Слайд 24

Общая характеристика радиационных аварий
Радиационные аварии случаются весьма редко
За период с

1944 по 2004 годы во всем мире произошло 428 радиационных инцидентов со свернормативным облучением людей
Во всех радиационных авариях радиационные поражения различной степени тяжести получили немногим более 3 000 людей
От действия радиации при радиационных авариях погибло 133 человека
Частота радиационных аварий в последние годы неуклонно возрастает

Слайд 25

Стадии действия ионизирующих излучений

Слайд 26

Прямое действие радиации
Ионизирующее излучение + RH R- + H+

Слайд 27

Радиолиз молекул воды
H-O-H → H+ + OH- (ионизация)
H-O-H → H0+OH0 (образование

свободных радикалов)

Слайд 28

Влияние кислорода на свободные радикалы
Кислород модифицирует реакции свободных радикалов, в результате

чего образуются новые свободные радикалы с более высокой стабильностью и более продолжительным временем существования
H0 + O2 → HO20 (гидропероксид-радикал)
R0 + O2 → RO20
(органический пероксид-радикал)

Гидроксильный радикал ОНо – сильнейший окислитель
Радикал водорода Но и е-гидр – сильные восстановители

Слайд 29

Непрямое действие радиации
X ray
γ ray
P+
e-
O
H
H
OH-
H+
Ho
OHo

Слайд 30

Тип действия радиации зависит от линейной передачи энергии
Прямое действие доминирует у

излучений с высокой ЛПЭ, в частности –
альфа-частиц и нейтронов
Непрямое действие лежит в основе поражающего эффекта излучений с низкой ЛПЭ, в частности –
рентгеновского излучения и гамма квантов

Слайд 31

Реакции клеток на облучение
НЕКРОЗ
(нейроны)
АПОПТОЗ
(лимфоциты)
НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ
ЛЕТАЛЬНЫЕ
НЕЛЕТАЛЬНЫЕ
РЕПРОДУКТИВНАЯ ФОРМА ГИБЕЛИ
ИНТЕРФАЗНАЯ ФОРМА ГИБЕЛИ
НЕЛЕТАЛЬНЫЕ МУТАЦИИ
РАДИАЦИОННЫЙ БЛОК

МИТОЗОВ

Слайд 32

Молекула ДНК–первичная мишень поражения клеток ионизирующими излучениями

Слайд 33

Типы и виды повреждений ДНК, вызванных действием радиации
Однонитиевый разрыв ДНК
Двунитиевый разрыв

ДНК

Сшивки ДНК-ДНК, ДНК-белок, ДНК-мембранный комплекс

Слайд 34

Механизмы репарации радиационных повреждений ДНК
Невозможность репарации гибель клеток
Неправильная репарация появление мутаций

Слайд 35

Интерфазная форма гибели клеток

Слайд 36

Динамика числа нейтрофилов после облучения в различных дозах
Норма
<1Гр
1-2 Гр
2-5 Гр
>5-6 Гр
Сроки

после облучения, сут

Число нейтрофилов

Слайд 37

Радиочувствительность тканей
Костный мозг
Кожные покровы
ЦНС
Высокая радио-чувствительность
Лимфоидная ткань
Костный мозг
Эпителий ЖКТ
Гонады
Эмбрион
Средняя радио-чувствительность
Кожные покровы
Эндотелий

сосудов
Легкие
Почки
Печень
Орган зрения (глаз)

Низкая радио-чувствительность
Центральная нервная система
Мышцы
Костная ткань
Соединительная ткань

Слайд 38

Классификация радиобиологических эффектов

Слайд 39

Критический орган (критическая ткань)
Критическим называется орган (ткань), поражение которого в данном

диапазоне доз определяет клиническую симптоматику и исход радиационного поражения всего организма.

1 – 10 Гр – костный мозг
10 – 20 Гр – эпителий тонкого кишечника
более 50 Гр – центральная нервная система

Детерминированные эффекты облучения – это поражения, которые являются результатом коллективного повреждения значительного числа клеток облученной ткани или организма в целом; проявляются при превышении порога дозы; вероятность их возникновения и степень выраженности зависят от дозы облучения.

Радиобиология. Основы биологического действия ионизирующих излучений

Содержание

Литература: 1. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика. М.: Физматлит,2004. – 443 с.2. Бак

Учебные вопросы 1. Введение. Предмет и задачи радиобиологии.2. История развития радиобиологии, ее

Радиобиология – наука, изучающая механизмы взаимодействия ионизирующих излучений с биологическими объектами.Предметом

Этапы развития радиобиологии Первый – с 1895 г. по 1922 г. –

Применение Х-лучей для лечения рака (Дж. Джиллман, Е. Груббе, 1896) и

Второй – с 1922 г. по 1945 г. – становление принципов

Применение атомного оружия в Японии (1945)Хиросима, 6.08.1945Нагасаки, 9.08.1945

Третий – с 1945 г. по 1986 г. – становление радиобиологии

Четвертый – с 1986 г. по настоящее время – появление проблемы

Типы и виды ионизирующих излученийКорпускулярные излученияэлектроны и позитроны (β-частицы), мезоны, протоны,

Прямо и косвенно ионизирующие излученияПрямо ионизирующие излученияускоренные заряженные частицы – α-частицы,

Защита экранированием

Защита расстоянием – основана на обратной зависимости интенсивности излучения от квадрата

Эквивалентная доза (H) – это поглощенная доза в органе или ткани,

Виды облученияКратковременным облучением считается импульсное воздействие γ-нейтронного излучения ядерного взрыва, а

Количество радиоактивных веществВ основу измерения количеств радиоактивных веществ положено свойство радиоактивности,

Основные источники ионизирующих излучений 1234512345 Естественный радиационный фон (70%)Облучение в медицинских

Космическое излучение: внешнее облучение10 мкЗв/ч5 мкЗв/ч1 мкЗв/ч0,1 мкЗв/ч0,03 мкЗв/чУровень моряМоскваГималаи10 км15

Продукты питания, вода, воздух: внутреннее облучение Калий-40Уран-238 и продукты его распадаСвинец-210Полоний-210

Источники ионизирующих излучений, использующиеся в медицине ОртопантографияФлюорография грудной клеткиРентгеноскопия грудной клеткиРентгеноскопия

Общее число ядерных взрывов за период с 1945 по 1998 годВсего 2056

Общая характеристика радиационных аварийРадиационные аварии случаются весьма редко За период с