Радиобиология. Воздействие радиации на живые организмы и биосферу

Содержание

Слайд 2

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии История изучения радиации начинается

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

История изучения радиации начинается с

1895 г., когда Рентген объявил об открытии «нового типа лучей», которые могут проникать сквозь тело человека и выявлять переломы костей. Первый радиографический аппарат был создан в январе 1896 г.
Слайд 3

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Антуан Анри Беккерель открыл

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Антуан Анри Беккерель открыл естественную

радиоактивность урана
(1896 г.), за что получил в 1903 г. Нобелевскую премию по физике вместе с Марией и Пьером Кюри. В 1901 г. было сделано первое сообщение о повреждающем действии радиации: была установлена связь тяжелого ожога кожи с облучением от флакона радия, который Беккерель получил от мадам Кюри и носил в кармане жилета.
Слайд 4

В 1903 г. Нобелевская премия по физике присуждается за открытие радиоактивности

В 1903 г. Нобелевская премия по физике присуждается за открытие радиоактивности А. Беккерелю,

П. и М. Кюри.

Анри Беккерель

Пьер Кюри

Мария Складовская-Кюри

Слайд 5

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900-1981) – основоположник радиобиологии Его называли Зубром. Он

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900-1981) – основоположник радиобиологии Его называли Зубром. Он занимался

фундаментальной биологией, теорией эволюции. Стал создателем радиобиологии - науки  о воздействии радиации на живые организмы и биосферу.
Слайд 6

Основной парадокс радиобиологии Сравнение результата действия одной и той же величины

Основной парадокс радиобиологии Сравнение результата действия одной и той же величины

энергии ~ 280 Дж (67 кал), но полученной различными способами. .

.

Слайд 7

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Число радиоактивных ядер убывает

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Число радиоактивных ядер убывает со

временем по экспоненциальному закону.
Период полураспада (Т ) - промежуток времени , в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчёта времени. Среднее время распада t равно времени, в течение которого количество ядер радионуклидов уменьшится в 2,73 раза(число е).
Слайд 8

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Нуклид – это разновидность

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Нуклид – это разновидность

атомов со строго определенным числом протонов и нейтронов в ядре.
Радионуклид (радиоактивный нуклид) – это нуклид, ядро которого нестабильно, т.е. распадается, превращаясь в ядро атома другого элемента.
Изотопы – нуклиды с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов.
zЭA,
где A – массовое число, равно числу нуклонов в ядре (р+n),
z – заряд, или число протонов.
Слайд 9

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Ионизирующее излучение (ИИ) –

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Ионизирующее излучение (ИИ) –

это излучение, вызывающее ионизацию атомов и молекул: M + hν → M*e- = M+ + e-
Энергия (Е), необходимая для ионизации молекулы, носит название потенциала ионизации. Е >10 эВ
Электронвольт (эВ) – внесистемная единица энергии, широко применяемая в атомной и ядерной физике для энергетической характеристики частиц и квантов электромагнитного излучения.
1 эВ - это кинетическая энергия, которую приобретает электрон, разогнавшись в электрическом поле с разностью потенциалов 1 В.
1 эВ = 1,602 ⋅ 10-19 Дж.
Слайд 10

Радиационный фон Земли РА фон – ИИ земного и космического происхождения,

Радиационный фон Земли

РА фон – ИИ земного и космического происхождения, постоянно

воздействующее на человека. Имеет 3 составляющие:
Природный (естественный) РА фон
Искусственный РА фон
Техногенный РА фон
Естественный РА фон – излучение, создаваемое источниками ИИ природного происхождения: 1) космическими лучами; 2) природнымиРН, распределенными в горных породах и почве; 3) РН, поглощенными организмом с пищей, водой, воздухом.
Искусственный РА фон – глобальное загрязнение окружающей среды искусственными РН, образующимися при расщеплении ядер урана и плутония. Возник после испытания ядерного оружия и за счет выбросов атомных станций.
Техногенный РА фон – излучение рассеянных в окружающей среде естественных РН, извлеченных из недр Земли вместе с полезными ископаемыми.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 11

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 12

Соотношение естественных источников радиации

Соотношение естественных источников радиации

Слайд 13

Возрастание с высотой мощности облучения за счет космических лучей

 Возрастание с высотой мощности облучения за счет космических лучей

Слайд 14

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Индивидуальные дозы, получаемые пассажирами

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Индивидуальные дозы, получаемые пассажирами реактивных

самолетов при трансатлантическом перелете за счет радиационного фона, создаваемого космическими лучами
(при средней солнечной активности).
Слайд 15

Радон и радоновая проблема 1.Радон – самый тяжелый из инертных газов,

Радон и радоновая проблема

1.Радон – самый тяжелый из инертных газов, в

7,5 раз тяжелее воздуха, не имеет запаха и цвета.
2.Все изотопы радона радиоактивны и быстро распадаются (3,8-55,6 сут.)
3. Радон постоянно образуется из земных пород: 222Rn - при делении ядер 238U, 220Rn - при делении ядер 232Th
4. Изотоп 222Rn дает примерно 50-55% дозы облучения, которое ежегодно получает каждый житель Земли.
5.Основные источники поступления радона в жилые помещения – природный газ, вода, воздух, стройматериалы и грунт.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 16

Накопление радона в разных комнатах

Накопление радона в разных комнатах

Слайд 17

Удельная радиоактивность воздуха, обусловленная присутствием радона и его дочерних продуктов, в

Удельная радиоактивность воздуха, обусловленная присутствием радона и его дочерних продуктов, в

ванной комнате одного из домов в Канаде в течение семи минут работы теплого душа и после его отключения (концентрация радона в воде составляла 4400 Бк/м3).
Слайд 18

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Влияние проветривания на содержание

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Влияние проветривания на содержание радона

в воздухе жилой комнаты одноквартирного дома.
Слайд 19

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Сопоставление мощностей различных источников радона в типичном доме

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Сопоставление мощностей различных источников радона

в типичном доме
Слайд 20

Источники попадания радиации в организм человека

Источники попадания радиации в организм человека

Слайд 21

Накопление радиоизотопов 90Sr и 137Cs в пищевой цепи (по Дж. Митчеллу)

Накопление радиоизотопов 90Sr и 137Cs в пищевой цепи (по Дж. Митчеллу)

Слайд 22

Ионизирующие излучения. Типы ионизирующих излучений. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Ионизирующие излучения. Типы ионизирующих излучений.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и

микробиологии
Слайд 23

Электромагнитное излучение (ЭМИ) ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1)

Электромагнитное излучение (ЭМИ)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

1) Рентгеновское излучение

– высокоэнергетическое ЭМИ с
λ= 10 – 0,001 нм, Е= 0,12 – 1237 кэВ, образуется в рентгеновских трубках при торможении электронов в поле ядер анода.
Е= z2 Eк N, где
z – заряд ядра атомов анода
Eк - кинетическая энергия электронов
N – число атомов в 1 см3 поглотителя
2) γ-излучение – коротковолновое ЭМИ с дискретным спектром, возникающее при изменении энергетического состояния атомного ядра или аннигиляции частиц. λ < 0,01 нм, Е=10 кэВ - 5МэВ
3) Тормозное излучение – ЭМИ, возникающее при торможении электрона в поле ядра атома.
Слайд 24

Корпускулярное излучение (КИ) ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Корпускулярное излучение (КИ)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 25

Энергетическая характеристика α-излучения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Энергетическая характеристика α-излучения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 26

КИ: Происхождение и природа β-излучения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

КИ: Происхождение и природа β-излучения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 27

β− - распад ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

β− - распад

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 28

β+- распад ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

β+- распад

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 29

Две важнейшие характеристики ионизирующих излучений ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Две важнейшие характеристики ионизирующих излучений

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 30

Проникающая способность ионизирующих электромагнитных излучений ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Проникающая способность ионизирующих электромагнитных излучений

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 31

Понятие «пробега» для корпускулярного излучения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Понятие «пробега» для корпускулярного излучения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 32

Траектория и пробег для β-частицы ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Траектория и пробег для β-частицы

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 33

Линейная передача энергии (ЛПЭ) – критерий «качества» ИИ ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Линейная передача энергии (ЛПЭ) – критерий «качества» ИИ

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

биохимии и микробиологии
Слайд 34

Виды ионизирующего излучения В зависимости от величины ЛПЭ выделяют 2 вида

Виды ионизирующего излучения

В зависимости от величины ЛПЭ выделяют 2

вида ИИ:
1) Редкоионизирующие излучения (ЛПЭ < 10 кэВ/ мкм в воде).
2) Плотноионизирующие излучения (ЛПЭ > 10 кэВ/ мкм в воде).
С увеличением энергии ионизирующей частицы (кванта):
Проникающая способность излучения возрастает
ЛПЭ уменьшается

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 35

ЛПЭ для редко- и плотноионизирующих частиц ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ЛПЭ для редко- и плотноионизирующих частиц

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и

микробиологии
Слайд 36

Взаимодействие ионизирующего ЭМИ с веществом ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Взаимодействие ионизирующего ЭМИ с веществом

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 37

Фотоэффект. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Энергия падающего кванта

Фотоэффект.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Энергия падающего кванта полностью

поглощается веществом, появляются свободные
электроны, обладающие кинетической энергией. Свободные электроны ассоциируются с
нейтральными атомами, порождая ионы. Фотоэффект характерен для длинноволнового
рентгеновского излучения.
Энергия излучения E < 1 Мэв

e-

Слайд 38

Эффект Комптона. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Размен энергии

Эффект Комптона.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Размен энергии фотона

рентгеновского излучения при эффекте Комптона.
Падающий фотон выбивает орбитальный электрон атома облучаемого вещества. Часть
энергии фотона передаётся в виде кинетической энергии электрону. Образующийся
вторичный фотон имеет меньшую энергию и другое направление.
Энергия излучения E > 1 Мэв
Слайд 39

Комптон-эффект ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Комптон-эффект

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 40

Эффект образования пары «электрон-позитрон» ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Эффект образования пары «электрон-позитрон»

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 41

Превращения γ- кванта. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Размен

Превращения γ- кванта.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Размен энергии

кванта (как правило гамма кванта) высокой энергии происходит при его
взаимодействии с каким-либо атомным ядром, в поле которого происходит образование
электрон-позитронной пары. Вероятность такого процесса пропорциональна Z2 и
поэтому для тяжёлых элементов она больше, чем для лёгких.
Энергия кванта E > 1,022 МэВ
Слайд 42

Соотношение фотоэффекта, комптон-эффекта и образования «электрон-позитронных» пар. В большинстве случаев при

Соотношение фотоэффекта, комптон-эффекта и образования «электрон-позитронных» пар. В большинстве случаев при

облучении живых объектов энергия используемого электромагнитного излучения находится в диапазоне 0,2-2 МэВ, поэтому наибольшую роль играет комптон-эффект.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 43

Кривая Брэгга для α-частицы ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Кривая Брэгга для α-частицы

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ЛПЭ заряженных

частиц возрастает со снижением их скорости, поэтому в конце пробега передача энергии заряженной частицей веществу максимальна, что приводит к характерному распределению ионизации, которая описывается кривой Брэгга.
Слайд 44

В зависимости от энергии нейтроны подразделяются: Быстрые Е > 100 кэВ.

В зависимости от энергии нейтроны подразделяются:

Быстрые Е > 100 кэВ.
Промежуточные Е

= 1-100 кэВ
Медленные Е < 1 кэВ
Тепловые E = 0.025 эВ

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 45

Взаимодействие нейтронов с веществом Упругое рассеяние – соударение 0n1 c ядром

Взаимодействие нейтронов с веществом

Упругое рассеяние – соударение 0n1 c ядром атома.

При этом кинетическая энергия 0n1 распределяется между ним и «ядром отдачи» (легкие ядра). Большую часть энергии поглощает водород. Е – 0,5-20 МэВ
Неупругое рассеяние – часть энергии 0n1 идет на сообщение ядру запаса кинетической энергии, а другая часть идет на возбуждение ядра, которое при переходе в основное состояние испускает γ-кванты. Е- неск. кэВ
Радиационный захват 0n1 ядром – при низких скоростях образуется короткоживущее возбужденное ядро, которое переходит в основное состояние с испусканием γ-квантов и частиц
0n1 + 1Н1 → 1D2 + γ-квант (2,2 МэВ) → ФЭ, КЭ, ОП
7N14 + 0n1 → 6C14 + 1H1 (протон отдачи)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 46

Нейтронное излучение ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Взаимодействие быстрого

Нейтронное излучение

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Взаимодействие быстрого нейтрона

с атомом водорода облучаемого материала. Часть энергии нейтрона передается протону отдачи в качестве кинетической. Нейтрон рассеяния отклоняется от прежнего направления и обладает меньшей энергией.
Слайд 47

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 48

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 49

Схема возникновения на уровне атома и проникающая способность теплового, нейтронного и

Схема возникновения на уровне атома и проникающая способность теплового, нейтронного и

ионизирующих излучений ( α-, β- и γ-излучения)
Слайд 50

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Относительная биологическая эффективность (ОБЭ)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Относительная биологическая эффективность (ОБЭ)  ионизирующих

излучений - показатель количественной оценки излучения.

ОБЭ оценивают сравнением дозы излучения (Dx), вызывающей определённый биологический эффект, с дозой стандартного излучения (Dr), дающей тот же эффект. Ранее в качестве стандартного принималось рентгеновское излучение Е=180-250 кэВ. Сейчас в качестве стандартного используют гамма-излучение, которое широко применяется при лучевой терапии опухолей. 
Значение ОБЭ вычисляют по формуле:
ОБЭ = Dr/Dx,
где Dr - доза рентгеновского излучения, Гр; 
Dx - доза изучаемого излучения,Гр; при этом эффект сравнивают по одному и тому же показателю.

Слайд 51

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Пример определения ОБЭ Определение

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Пример определения ОБЭ
Определение ОБЭ нейтронов

по критерию возникновения лучевых катаракт у мышей.
Стандартное рентгеновское излучение (200 КэВ) в дозе 8 Гр приводило к появлению катаракты у 50% мышей. Такой же эффект достигался в результате нейтронного облучения (0,5МэВ) в дозе 2 Гр.
ОБЭ = 8 Гр / 2 Гр = 4
Слайд 52

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Оценка активности радионуклидов Системная

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Оценка активности радионуклидов

Системная единица — беккерель

(Бк), внесистемная единица – кюри. (1 Ки/км2 равен 37 кБк/м2 ).
Бк обозначает число распадов в секунду на единице площади. Средний уровень этого показателя на территории России за счет испытаний ядерного оружия составляет по цезию-137 приблизительно
0,13–0,19 Ки/км2 (5–7 кБк/м2).
Слайд 53

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Основные виды дозы ионизирующего излучения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Основные виды дозы ионизирующего излучения

Слайд 54

Экспозиционная доза Экспозиционная доза (Dex ) – количественная характеристика поля γ-

Экспозиционная доза

Экспозиционная доза (Dex ) – количественная характеристика поля γ-

и рентгеновского излучения, основанная на их ионизирующем действии в воздухе.
Dex – это отношение суммарного заряда ионов одного знака (dQ), образующихся под действием ЭМИ в элементарном объеме воздуха, к массе воздуха в этом объеме (dm).
Dex = dQ/dm
Единицы Dex
Кулон/кг (Кл/кг, СИ)
Рентген (Р, ВЕ) 1Р = 2,58•10-4 Кл/кг
ВЕ – внесистемная единица

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 55

Особенности применения экспозиционной дозы 1) Характеризует поле излучения. 2) Может применяться

Особенности применения экспозиционной дозы

1) Характеризует поле излучения.
2) Может применяться только для

ЭМИ – рентгеновского и γ-излучения.
3) Характеризует ионизирующее действие ЭМИ в воздухе.
4) Официальное использование понятия «экспозиционной дозы» прекращено с 1 января 1990 года.
5) В настоящее время основной дозиметрической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 56

Поглощенная доза Поглощенная доза (Dab) – отношение средней энергии (dE), переданной

Поглощенная доза

Поглощенная доза (Dab) – отношение средней энергии (dE), переданной

ионизирующим излучением (любого вида) веществу, находящемуся в элементарном объеме, к массе (dm) вещества в этом объеме:
Dab = dE/dm
Единицы Dab
Дж/кг- грей (Гр) (СИ)
Рад (от англ. radiation absorbed dose) (ВЕ)
1 Гр = 100 рад
Dab распространяется не только на ЭМИ, но на любой вид ИИ.
Распространяется на любые материалы, а не только на воздух.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 57

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Естественный радиационный фон дает

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Естественный радиационный фон дает поглощенную

дозу
менее 0,002 Гр/год,
а предельно допустимой дозой для человека считается
доза 0,05 Гр/год.
Слайд 58

Эквивалентная доза Эквивалентная доза (НT,R) для любого вида ионизирующего излучения (R)

Эквивалентная доза

Эквивалентная доза (НT,R) для любого вида ионизирующего излучения (R)

равна произведению средней поглощенной дозы (DT,R ) данного вида излучения в органе или ткани (Т) на взвешивающий коэффициент WR
HT,R = WR • DT,R
Единицы НT,R
Дж/кг (СИ) – зиверт (Зв)
Бэр (биологический эквивалент рентгена) (ВЕ)
1 зиверт = 100 бэр

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 59

Характеристика эквивалентной дозы 1)Понятие эквивалентной дозы (НT,R) введено в связи с

Характеристика эквивалентной дозы

1)Понятие эквивалентной дозы (НT,R) введено в связи с тем,

что различные виды ИИ могут проявлять разную ОБЭ.
2) НT,R введена с целью оценки радиационной безопасности человека.
3) 1 Зв – это эквивалентная доза любого вида ИИ, которая создает такой же биологический эффект, что и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или γ-излучения.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 60

Эффективная доза Эффективная доза (Е) – величина, которая используется как мера

Эффективная доза

Эффективная доза (Е) – величина, которая используется как мера

риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его тканей и органов с учетом их предрасположенности к возникновению отдаленных неблагоприятных эффектов облучения.
Определяется как сумма произведений эквивалентной дозы НT в тканях и органах Т на соответствующие взвешивающие коэффициенты тканей и органов WТ
Е = ∑WТ • НT
Единицы Е
Дж/кг (СИ) – зиверт (Зв)
Бэр (биологический эквивалент рентгена) (ВЕ)
1 зиверт = 100 бэр

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 61

Для чего введено понятие «эффективная доза»? ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Для чего введено понятие «эффективная доза»?

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и

микробиологии
Слайд 62

Взвешивающие коэффициенты WT для различных тканей и органов ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Взвешивающие коэффициенты WT для различных тканей и органов

ФГОУ ВПО ЮФУ

каф. биохимии и микробиологии
Слайд 63

Использование понятия эффективной дозы ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Использование понятия эффективной дозы

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 64

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 65

Сводка основных дозиметрических характеристик и единиц их измерений

Сводка основных дозиметрических характеристик и единиц их измерений

Слайд 66

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 67

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 68

Схема первичных физико-химических процессов на пути от ионизации к конечному биологическому

Схема первичных физико-химических процессов на пути от ионизации к конечному биологическому

эффекту..

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Падающий фотон или заряженная редко-ионизирующая частица

Падающий быстрый нейтрон, дающий протоны отдачи, или тяжелые заряженные частицы

Молекула или атом

Ионные пары

Свободные радикалы

Химические изменения вследствие разрыва связей

Биологический эффект

Слайд 69

Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии

Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии

и микробиологии

Прямое действие ионизирующего излучения заключается в поглощении
энергии молекулой или атомом, в результате чего происходит ионизация
молекул и, как следствие, изменения структуры макромолекул: белков и ДНК.

Косвенное действие ионизирующего излучения заключается в образовании
высокореакционных продуктов радиолиза воды и растворённых в ней
низкомолекулярных соединений и их повреждающем действии на молекулы.

Слайд 70

Эффект разведения. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Эффект разведения.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 71

Радиолиз воды. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии [4] Н2О+

Радиолиз воды.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

[4]

Н2О+ - ион-радикал


+

+

H

+

+

ОН.- гидроксил

НО2 – гидроперекисный рад.

+ Н2О = e- *aq

гидратированный электрон

O

+

Атомарный кислород

H2O2 Перекись водорода

Слайд 72

Мутагенное воздействие ИИ впервые установили отечественные ученые Г.А. Надсон и Г.С.

Мутагенное воздействие ИИ впервые установили отечественные ученые Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов в

1925 г. в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Г. Меллером на классическом генетическом объекте – дрозофиле. ИИ способны вызывать все виды наследственных изменений – генные, хромосомные, геномные. Эти изменения носят дозозависимый характер и современными представлениями считается, что любая дополнительная выше природного радиационного фона (ПРФ) доза ИИ, независимо от величины и мощности приводит к опасности кумулятивного генетического эффекта и способна вызвать генетические изменения, поскольку биологическая репарация мутации невозможна (Коглл Дж., 1986).

Мутации дрозофилы

Соматические и наследуемые эффекты, возникающие даже из одной измененной клетки, называются стохастическими эффектами.

Слайд 73

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 74

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1 - однонитчатые (одиночные)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

1 - однонитчатые (одиночные) разрывы

в молекуле ДНК, 2 - двунитчатые (двойные) разрывы ДНК, 3 - нарушение связи ДНК с белком, 4 - повреждение структуры ДНК мембранного комплекса, 5 - разрушение ядерной мембраны, 6 - повреждение мнтохондриальной мембраны

Основные виды структурных радиационных повреждений клетки

Слайд 75

Радиочувствительность Радиочувствительность означает поражаемость биологических объектов (клеток, тканей, органов или организма

Радиочувствительность

Радиочувствительность означает поражаемость биологических объектов (клеток, тканей, органов или организма в

целом) ионизирующим излучением.
Антонимом термина «радиочувствительность» является термин «радиорезистентность», или «радиоустойчивость».
Радиочувствительность живых организмов широко варьирует в зависимости от их видовой принадлежности. Сравнение радиочувствительности обычно проводят по величине полулетальной дозы - ЛД50
Чем выше значение ЛД50, тем ниже радиочувстви-тельность; чем ниже значение ЛД50, тем выше радиочувствительность.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 76

Правило (закон) Бергонье–Трибондо В 1906 г. французские исследователи Ж. Бергонье и

Правило (закон) Бергонье–Трибондо

В 1906 г. французские исследователи Ж. Бергонье и

Л. Трибондо сформулировали положение, известное как «правило (или закон) Бергонье–Трибондо», согласно которому радиочувствительность клеток и тканей тем выше,
1) чем большей их пролиферативная активность,
2) чем меньше они дифференцированы,
3)чем длительнее период их деления (митоза).

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 77

Коэффициенты радиационного риска

Коэффициенты радиационного риска

Слайд 78

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Дозовые кривые гибели и

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Дозовые кривые гибели и выживаемости


Срок наблюдения, через который регистрируют гибель (или выживаемость) зависит от вида организма и составляет обычно 30 суток (иногда — 60 суток).
Слайд 79

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ЛД50, МАЛД и МЛД

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
ЛД50, МАЛД и МЛД
Дозовая кривая

гибели (и выживаемости) имеет S-образную форму.
На кривой выделяют несколько точек:
ЛД50 - полулетальная доза (доза облучения, при действии которой погибает 50% облученных организмов);
МАЛД - минимальная абсолютно летальная доза (гибель 99% особей);
МЛД – минимальная летальная доза (гибель 1% особей)
Слайд 80

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Летальные, сублетальные и сверхлетальные

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Летальные, сублетальные и сверхлетальные дозы
1)

Дозы облучения, лежащие в диапазоне от минимальной летальной дозы до минимальной абсолютно летальной дозы, называют летальными дозами.
2) Дозы, превышающие минимальную абсолютно летальную дозу, определяют как сверхлетальные.
3) Дозы, лежащие ниже минимальной летальной дозы – как сублетальные.
Слайд 81

Основные биологические факторы, определяющие радиочувствительность ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Основные биологические факторы, определяющие радиочувствительность

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 82

Значение ЛД50 для различных биообъектов при остром общем γ- или рентгеновском

Значение ЛД50 для различных биообъектов при остром общем γ- или рентгеновском

облучении

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 83

1.Видовые различия радиочувствительности 1) Наиболее радиочувствительными являются млекопитающие, для которых ЛД50

1.Видовые различия радиочувствительности

1) Наиболее радиочувствительными являются млекопитающие, для которых ЛД50

варьируют для разных видов в основном от 1,5 до 10 Гр
2) Наиболее высокой радиоустойчивостью обладают простейшие, бактерии и вирусы, для которых ЛД50 может достигать нескольких тысяч грей.
3) По мере усложнения биологической организации радиочувствительность существенно повышается.
4) Растения более устойчивы, чем животные.
5) Одним из наиболее радиорезистентных биологических объектов
является бактерия Deinococcus radiodurans. Эти бактерии были обнаружены в воде охлаждающего канала ядерного реактора, где они прекрасно себя чувствовали, размножались и не погибали.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 84

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Micrococcus radiodurans (Deinococcus radiodurans)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Micrococcus radiodurans
 (Deinococcus radiodurans)

Этот экстремально радиоустойчивый

штамм D. radiodurans был впервые выделен группой Артура Андерсона (США) в 1956 году из испорченных мясных консервов, подвергавшихся стерилизации γ-облучением.
Высокая выживаемость бактерий обусловлена несколькими особенностями:
1) Имеют большой запас копий геномов (от 4 до 10) и жесткую организацию их упаковки в виде тороидальных структур, где идет репарация огромного количества повреждений ДНК. Используют механизм гомологичной рекомбинации.
2)Способны накапливать необычайно высокий уровень ионов марганца и содержат в низкой концентрации ионы железа.
3) Содержат высокие концентрации каротиноидов (радиопротектор дейноксантин) – перехватчиков свободных радикалов.
4) Отмечена высокая активность СОД и каталазы.
Слайд 85

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Электронные микрофотографии клеток D.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Электронные микрофотографии клеток D. radiodurans.  Заметно, что

геном бактерии упакован в структуры тороидальной формы.
Слайд 86

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Марганцевые комплексы. Ионы Mn2+

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Марганцевые комплексы.  Ионы Mn2+ в клетках D. radiodurans

 могут образовывать комплексы с фосфатами, нуклеотидами, аминокислотами и пептидами. Эти комплексы участвуют в нейтрализации АФК: супероксида, гидроксил-радикала и перекиси водорода.
Слайд 87

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2. Возрастные изменения радиочувствительности

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
2. Возрастные изменения радиочувствительности у

млекопитающих
1) Половозрелые особи относительно радиоустойчивы, а молодые и стареющие – относительно радиочувствительны.
2)У новорожденных радиочувствительность или относительно высокая (крысы, кролики), или низкая (мыши), в зависимости от вида.
3)Наиболее радиочувствительным является период пренатального (внутриутробного) развития!
Слайд 88

Экстраполяция экспериментальных данных на человека ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Экстраполяция экспериментальных данных на человека

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 89

Умственная отсталость людей, облученных в период внутриутробного развития ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Умственная отсталость людей, облученных в период внутриутробного развития

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

биохимии и микробиологии
Слайд 90

Увеличение риска возникновение рака у детей, облученных в период внутриутробного развития

Увеличение риска возникновение рака у детей, облученных в период внутриутробного развития

ФГОУ

ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 91

Предельная доза облучения эмбриона или плода человека ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Предельная доза облучения эмбриона или плода человека

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии

и микробиологии
Слайд 92

3.Физиологическое состояние живого организма 1) Повышение интенсивности обмена веществ в момент

3.Физиологическое состояние живого организма

1) Повышение интенсивности обмена веществ в момент

облучения увеличивает радиочувствительность.
2) При облучении животных в состоянии естественной спячки (например, у сусликов) развитие лучевого поражения существенно замедлялось.
3) Животные в состоянии глубокого охлаждения во время облучения проявляли более высокую постлучевую выживаемость по сравнению с неохлажденными во время облучения животными.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 93

4. Пол живого организма ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

4. Пол живого организма

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 94

5.Диета и радиорезистентность ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

5.Диета и радиорезистентность

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 95

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 96

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Митотическнй цикл: М -

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Митотическнй цикл:
М - митоз,   G1 - предсннтетическнй   период, S -

период синтеза ДНК, G2 - постсинтетический  период. G0 - фаза покоя (клетка может переходить в нее либо после завершения синтеза ДНК, либо по окончании митоза; в фазе покоя клетка находится до тех пор, пока некоторый стимул не побудит ее снова вступить в цикл соответственно в G2 - или G1 -периоды)
Слайд 97

Реакции клеток при облучении 1.Физиологические (кумулятивные) реакции – радиационный блок митозов

Реакции клеток при облучении

1.Физиологические (кумулятивные) реакции – радиационный блок митозов (1

Гр – задержка на 1 час).
2. Летальные реакции.
2.1. Интерфазная гибель (гибель до вступления в митоз). Доза > 10 Гр.
2.2. Митотическая или репродуктивная гибель (клетка совершает одно и более делений после облучения). Доза – несколько Гр.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 98

Продолжительность жизни после облучения Облучение вызывает сокращение продолжительности жизни. Впервые детальные

Продолжительность жизни после облучения

Облучение вызывает сокращение продолжительности жизни.
Впервые

детальные исследования зависимости средней продолжительности жизни (СПЖ) животных от дозы облучения были проведены в 1940-50-х годах Б. Раевским и соавт. в экспериментах на мышах, подвергнутых общему однократному облучению рентгеновским излучением.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 99

Борис Раевский (1893-1974) ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Борис Раевский (1893-1974)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 100

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Зависимость СПЖ мышей от

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Зависимость СПЖ мышей от дозы

облучения представляет собой трехкомпонентную кривую, отражающую ступенчатое отмирание критических систем организма.
1.Начальная часть кривой (участок I), дозы от 3-4 Гр до 10 Гр, соответствует изменению СПЖ погибших животных от 20 до 6 суток (необлученные мыши живут примерно 1,5 года).
2.В диапазоне доз от 10 Гр до 100 Гр (участок II) СПЖ составляет 3-5 суток (в среднем 3,5 суток) и мало зависит от величины дозы. Этот участок кривой получил название «плато Раевского», а сам эффект независимости СПЖ от величины дозы – «эффект Раевского».
3.При дозах выше 100 Гр (участок III) СПЖ опять становится зависимой от дозы облучения и снижается от 3 суток до нескольких часов.
Слайд 101

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 102

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Дозовая зависимость СПЖ у

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Дозовая зависимость СПЖ у других

видов млекопитающих
Для других видов млекопитающих общий трехкомпонентный характер зависимости СПЖ от дозы облучения в целом сохраняется, хотя дозовые и временные границы участков этой кривой могут сдвигаться.
Возможен и более сложный характер этой зависимости.
У человека и обезьян наблюдается пятикомпонентная кривая, имеющая 2 плато – в интервале от 2,5 до 6 Гр (СПЖ-40-45 сут.) и от 10 до 30 Гр (СПЖ 8-12 сут.)
Слайд 103

Понятие критических систем или органов Сложный характер кривой Раевского связан с

Понятие критических систем или органов

Сложный характер кривой Раевского связан с

тем, что гибель облученных млекопитающих в каждом из дозовых диапазонов происходит в результате поражения определенных жизненно важных систем или «критических» органов.
Критическими системами или органами называют те жизненно важные системы организма, нарушение которых определяет летальный исход лучевого поражения или причиняет наибольший вред для организма или его потомства.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 104

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Радиационные синдромы 1) «Костно-мозговой

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Радиационные синдромы
1) «Костно-мозговой синдром»

- в диапазоне доз от 3-4 до 10 Гр (критическая система – система кроветворения)
2) «Желудочно-кишечный синдром» - в диапазоне доз от 10 до 100 Гр
(критическая система – слизистая кишечника)
3) «Церебральный, или ЦНС-синдром» – при дозах > 100 Гр
(критическая система – ЦНС)
Слайд 105

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Основные причины гибели при

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Основные причины гибели при кроветворном

синдроме
При костномозговом синдроме основными непосредственными причинами смерти являются развитие инфекции и кровоизлияния, которые происходят в результате глубокого снижения в крови количества нейтрофилов и тромбоцитов. Наблюдается радиационный иммунодефицит.
Слайд 106

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Желудочно-кишечный синдром Опустошение эпителия

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Желудочно-кишечный синдром
Опустошение эпителия слизистой тонкой

кишки приводит:
1) к резкому подавлению процессов всасывания в тонкой кишке,
2) к нарушению баланса жидкостей и электролитов,
3) к развитию инфекции вследствие поступления в кровь и затем в различные органы и ткани кишечных бактерий. Эти последствия повреждения кишечника совместно с последствиями подавления кроветворения дают комплекс радиационных нарушений, получивший название «кишечный синдром» лучевого поражения
Гибель большинства млекопитающих при кишечном синдроме наступает через 3-5 суток (в среднем – 3,5 суток), у человека – через 8-15 суток.
Слайд 107

СПЖ при дозах Выделяют 3 группы ответной реакции организма: Пороговое действие

СПЖ при дозах < 0,5 Гр

Выделяют 3 группы ответной

реакции организма:
Пороговое действие излучения
Беспороговое действие излучения
Радиационный гормезис – явление стимулирующего действия радиации
Гормезис (от греч. hórmēsis – быстрое движение, стремление) — стимулирующее действие на живой организм низких доз каких-либо агентов химической или физической природы, вызывающих при больших дозах повреждающие эффекты.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 108

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Средняя продолжительность жизни при дозах

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Средняя продолжительность жизни при дозах

< 0,5 Гр
Слайд 109

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Радиационный гормезис (термин «радиационный

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Радиационный гормезис
(термин «радиационный гормезис» был

предложен
в 1980 году Т.Д.Лакки )
«Радиационный гормезис» (РГ) - увеличение продолжительности жизни и улучшение состояния организма при действии радиации в малых и средних дозах. РГ - часть общего стресс-ответа организма на повреждающее действие радиации, который позволяет предотвратить или уменьшить негативные
последствия облучения.
Радиационный гормезис можно разделить на 2 составляющие:
Фоновый радиационный гормезис. Доза< 5 мЗв/год
Стресс-индуцируемый радиационный гормезис (адаптация к
экстремальным условиям окружающей среды). Доза ИИ > 50 мЗв/год
Слайд 110

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Мыши агути имеют генетических

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Мыши агути имеют генетических дефект

гена агути (agouti), вызывающий желтую окраску шерсти животных, а также их предрасположенность к ожирению, диабету и раку. Однако метилирование гена агути под действием радиации (1,4-3 сантигрей) блокирует его активность, изменяя окрас животных на коричневый и избавляя их от ожирения и
других проблем со здоровьем (пример РА гормезиса)
Слайд 111

Модификация действия ионизирующего излучения Фракционирование дозы Температура в момент облучения Кислородный

Модификация действия ионизирующего излучения

Фракционирование дозы
Температура в момент облучения
Кислородный эффект
Химические соединения (радиопротекторы,

радиосенсибилизаторы, радиомиметики)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 112

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Кислородный эффект 1. Кислородный

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Кислородный эффект
1. Кислородный эффект–

это явление усиления повреждающего действия ионизирующего излучения при наличии в среде кислорода во время облучения.
2. Кислородный эффект - универсальное явление, наблюдается при облучении различных объектов (от клеток до организма).
3. Для оценки выраженности кислородного эффекта рассчитывают «коэффициент кислородного усиления» (ККУ)
Слайд 113

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Расчет ККУ при облучении

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Расчет ККУ при облучении животных
ККУ

при облучении животных рассчитывается как отношение ЛД50 в условиях гипоксии к ЛД50 в нормальных условиях (т.е. на воздухе):
Слайд 114

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Значения ККУ при облучении

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Значения ККУ при облучении животных


При облучении животных снижение радиочувствительности,
по сравнению с нормой, наблюдается начиная с 10%-ного
содержания кислорода в дыхательной смеси и ниже.
2) Для мышей и крыс минимальным переносимым содержанием кислорода в дыхательной смеси, ниже которой они гибнут, является 5%.
3)Максимальное значение ККУ при гипоксии для этих животных не превышает 2-2,5.
4) Защитное действие гипоксии снижается при длительном нахождении в гипоксических условиях.
Слайд 115

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизмы кислородного эффекта Появление

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизмы кислородного эффекта
Появление более активных

продуктов радиолиза воды в присутствии кислорода -
активных форм кислорода.
2) Гипотеза кислородной фиксации или пероксидации мишени
Слайд 116

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Гипотеза кислородной фиксации Предложена

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Гипотеза кислородной фиксации
Предложена в

1956 г. Т. Альпер и сотр.
1) при облучении образуется активированное состояние мишени (АСМ);
2) время жизни АСМ крайне мало (мсек), затем мишень возвращается в основное состояние - восстанавливается;
3) АСМ очень реакционноспособна по отношению к кислороду;
4) в присутствии O2 происходит пероксидация мишени;
5) пероксидация мишени приводит к потере ее свойств и затрудняет ее репарацию;
6) повреждение становится нерепарируемымт, т.е. кислород «фиксирует» повреждение мишени.
Гипотезу о механизме кислородного эффекта называют «гипотезой кислородной фиксации» или «гипотезой пероксидации мишени».
Слайд 117

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Летальные и потенциально летальные

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Летальные и потенциально летальные повреждения

мишени
I. Кислородный эффект отражает
конкуренцию между процессами
1) простого восстановления и
2) необратимой фиксации
первичных повреждений мишени путем
их пероксидации.
II. При действии излучения на мишень могут возникать повреждения 2-х типов:
а) повреждения I типа — потенциально летальные (скрытые), могут стать летальными при взаимодействии с кислородом;
б) повреждения II типа — летальные всегда, их образование не зависит от каких-либо других факторов среды (в частности от наличия кислорода).
Слайд 118

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Химическая противолучевая защита. Радиопротекторы.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Химическая противолучевая защита. Радиопротекторы.
Радиопротекторы

– химические соединения, снижающие уровень радиационного поражения и повышающие радиорезистентность организма.
Слайд 119

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фактор изменения дозы (ФИД)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фактор изменения дозы (ФИД) –

основной показатель эффективности радиопротекторов
Фактор изменения дозы (ФИД) равен отношению полулетальных доз при введении радиопротектора и без радиопротектора:
Слайд 120

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Терапевтический индекс (ТИ) –

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Терапевтический индекс (ТИ) – вторая

по важности характеристика радиопротекторов
1.Терапевтический индекс (ТИ, англ. TI) равен соотношению токсической дозы препарата (обычно ЛД50) к эффективной дозе препарата (т.е. радиозащитной дозе препарата – в случае
радиопротекторов).
2. ТИ радиопротектора показывает, во сколько раз его эффективная (радиозащитная) доза ниже его токсической дозы. ТИ является показателем широты безопасного действия РП.
3. Чем выше ТИ, тем безопаснее использование РП. Чем ниже ТИ, тем опаснее использование РП и тем выше вероятность появления побочных неблагоприятных эффектов от его применения.
4. Большинство радиопротекторов ИМЕЮТ НИЗКИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ИНДЕКСА.
Слайд 121

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Основные принципы классификации радиопротекторов

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Основные принципы классификации радиопротекторов

Слайд 122

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии В зависимости от значения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

В зависимости от значения ФИД

РП делятся на:
1) Слабые РП – ФИД<1,2
2)Умеренные РП – 1,2< ФИД< 1,5
3) Сильные РП – ФИД >1,5
ФИД наиболее эффективных РП 2,0-2,7 (в отношении
кроветворного синдрома, облучение рентгеновским или
γ-излучением)
Эффективность РП снижается с увеличением ЛПЭ.
РП против α-излучения не существует.
Классификация радиопротекторов (РП)
по эффективности (величине ФИД)
Слайд 123

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 124

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Основные химические классы радиопротекторов:

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Основные химические классы радиопротекторов:
1.

Аминотиолы (меркаптоалкиламины) и другие серосодержащие соединения (2-меркаптоэтиламин -
МЭА, цистеамин, ФИД – 1,7)
2. Индолилалкиламины
Мексамин (хлорид 5-метокситриптамина)
Серотонин (5-гидрокситриптамина)
Слайд 125

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Основные группы противолучевых средств природного происхождения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Основные группы противолучевых средств природного

происхождения
Слайд 126

Основные механизмы действия радиопротекторов 1.Перехват свободных радикалов и АФКА. 2. Индукция

Основные механизмы действия радиопротекторов

1.Перехват свободных радикалов и АФКА.
2. Индукция гипоксии

в организме.
3. Обратимое ингибирование синтеза ДНК.
4. Образование смешанных дисульфидов.
5. Ускорение восстановления ДНК благодаря способности РП легко отдавать атом водорода.
6. Ускорение регенерации системы кроветворения.
7. Ингибирование программированной клеточной гибели.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 127

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 128

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Адаптивный ответ Эффект свидетеля

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Адаптивный ответ
Эффект свидетеля (bystander effect)
Геномная

нестабильность
Двухфазный ответ на действие малых доз
Исследование этих эффектов в последние 10-20 лет стало одним из важнейших направлений в радиобиологии
Биологические эффекты малых доз облучения
Слайд 129

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1.Радиационный адаптивный ответ 1.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
1.Радиационный адаптивный ответ

1. Эффект открыт

в 1984 г. Оливери и сотр.
Было обнаружено, что предварительное облучение культуры клеток лимфоцитов в малых дозах (1-20 сГр) увеличивает их радиорезистентность к большим повреждающим дозам рентгеновского облучения. При дозе 50 сГр эффект не наблюдается.
2.Адаптивный ответ (проявление гормезиса) – это увеличение радиоустойчивости биологических объектов к большим, повреждающим дозам ИИ после предварительного воздействия малыми дозами.
3. Является общебиологической закономерностью –
наблюдается у бактерий, дрожжевых клеток, клеток различных растений и животных.
Слайд 130

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм радиоадаптивного ответа Индукция

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизм радиоадаптивного ответа
Индукция защитных систем

клетки (антиоксидантных и ДНК-репарационных систем) под действием адаптирующей дозы.
Слайд 131

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2.«Эффект свидетеля» («bystander effect»)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
2.«Эффект свидетеля» («bystander effect»)
Эффект

открыт в 1992 г. Нагасавой и Литтлом – облучение
α-частицами клеток яичника китайского хомячка (CHO) в дозах, при которых только 1-2% клеток получают радиационное воздействие. Но повышенная частота генетических изменений наблюдалась примерно у 30-40% клеток.
2.Эффект свидетеля (коммунальный эффект) – это поражение необлучённых клеток (клеток-свидетелей) посредством секреции из облучённых клеток (клеток-мишеней) токсических и сигнальных факторов.
Слайд 132

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм возникновения эффекта свидетеля

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизм возникновения эффекта свидетеля
1.

Радиотоксины клеток-мишеней → необлучённые клетки (клетки-свидетели) → квазилучевые ответные реакции, т.е. повреждающие эффекты, сходные с наблюдаемыми в самих облучённых клетках.
2. В составе радиотоксинов : активные формы кислорода и азота (АФК, АФА), цитокины, продукты ПОЛ, вкДНК и др.
3. В формировании квазилучевых эффектов ведущую роль играют АФК и интенсификация ПОЛ в клетках-свидетелях.
4. В передаче сигнала необлученным клеткам особая роль отводится щелевым контактам с участием мембранного белка коннексина 43.
Слайд 133

Пути межклеточного взаимодействия ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Пути межклеточного взаимодействия

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 134

Цепочка последовательных событий при действии ионизирующей радиации, вызывающей эффект свидетеля: Облучение

Цепочка последовательных событий при действии ионизирующей радиации, вызывающей эффект свидетеля:

Облучение

→ [первичный окислительный стресс → окислительные модификации геномной ДНК → апоптоз клеток-мишеней → появление окисленных фрагментов вкДНК → прием сигнала клетками-свидетелями → вторичный окислительный стресс] → окислительные модификации геномной ДНК в клетках-свидетелях → апоптоз клеток-свидетелей → появление окисленных фрагментов вкДНК при апоптозе клеток-свидетелей. и т.д
вкДНК – внеклеточная ДНК

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 135

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3.Радиационная нестабильность генома Часть

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
3.Радиационная нестабильность генома
Часть клеток,

выживших после облучения, может давать измененное потомство, в котором с высокой частотой на протяжении многих поколений возникают аберрации хромосом и генные мутации.
Согласно традиционной модели возникновения мутаций в облученных клетках, большинство клеток не испытывает мутаций (А) и лишь в редких клетках возникает мутация, которая передаётся затем всему потомству (Б).
В случае геномной нестабильности радиация не вызывает мутацию в облучённой клетке, но увеличивает частоту возникновения мутаций в отдаленном потомстве облученной клетки (В).
Слайд 136

Двухфазный ответ на действие малых доз радиации ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Двухфазный ответ на действие малых доз радиации

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии

и микробиологии
Слайд 137

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 138

Теории радиобиологии I.Теории количественной радиобиологии. 1.Теория мишени (Ли Д., Тимофеев-Ресовский Н.Ф.,

Теории радиобиологии

I.Теории количественной радиобиологии.
1.Теория мишени (Ли Д., Тимофеев-Ресовский Н.Ф., Кроузер Д.);

гипотеза точечного тепла (Дессауэр Ф.)
2. Стохастическая теория (Хуг О., Келлерер А.)
3. Вероятностная модель радиационного поражения клетки (Капульцевич Ю.Г.)
II. Теории качественной радиобиологии.
1.Гипотеза липидных радиотоксинов и цепных реакций
(Тарусов Б.Н., Эмануэль Н.М.)
2. Структурно-метаболическая теория (Кузин А.М.)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 139

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Лучевая болезнь человека. 1.Под

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Лучевая болезнь человека.
1.Под

лучевой болезнью человека понимают определённый комплекс клинических проявлений поражающего действия ионизирующих излучений на организм.
2. Различают 2 основные варианта лучевой болезни человека:
- острая лучевая болезнь (ОЛБ);
хроническая лучевая болезнь (ХЛБ).
3. Острой лучевой болезнью (ОЛБ) называют совокупность клинических синдромов, развивающихся при кратковременном (от нескольких секунд до 3 суток) облучении в дозах, превышающих 1 Гр на всё тело.
4. Хронической лучевой болезнью (ХЛБ) называют клинический синдром, развивающийся при длительном воздействии на организм ионизирующего излучения в дозах, превышающих 0,1 Гр в год и суммарно достигающих не менее 0,7-1,5 Гр. Сроки развития хронической лучевой болезни варьируют от 1 до 10 лет.
Слайд 140

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 141

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 142

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 143

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 144

Острая лучевая болезнь. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Лучевая

Острая лучевая болезнь.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Лучевая болезнь

человека – определённый комплекс проявлений поражающего действия
ионизирующих излучений на организм. Многообразие этих проявлений зависит от
множества факторов.

ФАЗА 1
Общая первичная реакция

Гр

1

2

3

4

5

6

Лёгкая степень

Средняя степень

Тяжёлая степень

Время, дни

ФАЗА 2
Кажущееся клиническое благополучие

ФАЗА 3
Разгар заб-ия

ФАЗА 4
Раннего восстановления

Слайд 145

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фаза первичной реакции

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фаза первичной реакции

Слайд 146

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фаза кажущегося клинического благополучия

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фаза кажущегося клинического благополучия

Слайд 147

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фаза выраженных клинических проявлений

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фаза выраженных клинических проявлений

Слайд 148

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фаза раннего восстановления

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фаза раннего восстановления

Слайд 149

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Классификация ОЛБ по степени тяжести

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Классификация ОЛБ по степени тяжести


Слайд 150

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Хроническая лучевая болезнь (ХЛБ) человека. Синдромы.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Хроническая лучевая болезнь (ХЛБ) человека.

Синдромы.
Слайд 151

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Отдаленные последствия облучения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Отдаленные последствия облучения

Слайд 152

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Основные методы терапии острой лучевой болезн

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Основные методы терапии острой лучевой

болезн
Слайд 153

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Мутации

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Мутации

Слайд 154

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 155

Рыжий лес (Чернобыльская зона отчуждения). Это не осень, а конец мая.

Рыжий лес (Чернобыльская зона отчуждения). Это не осень, а конец мая.

«Рыжий лес» (так называют зону, в которой доза облучения была столь сильной, что в ней после аварии погибли все хвойные деревья, отчего лес и принял такой вид — около 1000 Ки/км2)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 156

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Структура внутреннего и внешнего

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Структура внутреннего и внешнего электронного

радиационного пояса Земли. Также показано расположение пояса, состоящего из аномальных космических лучей (АКЛ). Пространственная протяженность радиационных поясов в плоскости экватора от ~ 1RЗ до ~7 RЗ. На врезке показаны дрейфовые траектории протонов и электронов, захваченных в магнитное поле Земли.
Слайд 157

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 158

Модели лучевого поражения. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии [4]

Модели лучевого поражения.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

[4]

Слайд 159

Зависимость частоты появления умственной отсталости от дозы облучения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Зависимость частоты появления умственной отсталости от дозы облучения

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

биохимии и микробиологии
Слайд 160

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 161

Механизм и основные характеристики радиомодифицирующего действия кислорода. ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

Механизм и основные характеристики радиомодифицирующего действия кислорода.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

биохимии и микробиологии

Усреднённая зависимость ККУ от парциального напряжения кислорода во время облучения, построенная по данным для нескольких линий животных клеток, полученных разными авторами с использованием γ-излучения

Слайд 162

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 163

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Каскадный процесс взаимодействия первичных

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Каскадный процесс взаимодействия первичных космических

лучей с атмосферой – рождение вторичной компоненты космических лучей (так называемые “широкие атмосферные ливни”).
Слайд 164

Источники среднестатистического радиоактивного облучения россиянина за год ТоронТорон — историческое название

Источники среднестатистического радиоактивного облучения россиянина за год

ТоронТорон — историческое название радона-220, одного

из нуклидов химического элемента радона;
Слайд 165

Средние годовые эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных и техногенных источников радиации.

Средние годовые эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных и техногенных источников

радиации.
Слайд 166

Сводка основных дозиметрических характеристик и единиц их измерений

Сводка основных дозиметрических характеристик и единиц их измерений

Слайд 167

Радиочувствительность млекопитающих на разных стадиях пренатального развития ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Радиочувствительность млекопитающих на разных стадиях пренатального развития

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии

и микробиологии
Слайд 168

Эффекты облучения на разных стадиях пренатального развития мышей ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Эффекты облучения на разных стадиях пренатального развития мышей

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

биохимии и микробиологии
Слайд 169

Механизм и основные характеристики радиомодифицирующего действия кислорода. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Механизм и основные характеристики радиомодифицирующего действия кислорода.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

биохимии и микробиологии
Слайд 170

Гипотезы противолучевой защиты. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Гипотезы противолучевой защиты.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Слайд 171

Радиоактивные изотопы. Радионуклиды. Радиоактивный распад. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и

Радиоактивные изотопы. Радионуклиды. Радиоактивный распад.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Радиоактивные

изотопы (радионуклиды) – одна из форм существования
элементов, различающихся по атомному весу и содержащих нестабильное
ядро, испускающее ионизирующее излучение.
Изотопы – нуклиды с одинаковым числом протонов, но разным числом
нейтронов.
MZЭ, где М – массовое число, равно числу нуклонов в ядре (р+n), z –
заряд, или число протонов.
Радиоактивные изотопы способны подвергаться радиоактивным превращениям.

4 2He

α - распад

Слайд 172

Радиоактивные изотопы. Радионуклиды. Радиоактивный распад. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и

Радиоактивные изотопы. Радионуклиды. Радиоактивный распад.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

e-

e+

e-

β

- - распад: М zЭ = М z-1Э + e+1 + ν~
Слайд 173

Итоговая таблица по дозам ИИ ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Итоговая таблица по дозам ИИ

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

- Предыдущая
Биохимия костной ткани
Следующая -
Деятельность революционных народников

Похожие презентации

Многообразие биогеоценозов (экосистем)
Воздушное питание растений. Фотосинтез
Тип Пластинчатые, тип Губки
Тема урока Многообразие моллюсков; классы брюхоногих, двустворчатых, головоногих. Значение моллюсков в биоценозах и жизни чел
Хроматин и его локальная перестройка. Регуляция экспрессии генов
Биология клетки №1
Головной мозг
ТЕМА: Семейство Мальвовые ХЛОПЧАТНИК
Теории о происхождении человека
Продолговатый мозг
Морские обитатели. Викторина
Биоритмы как основа рациональной организации порядка человека
Презентация на тему "Шкідливий вплив вживання наркотичних речовин на організм людини" - скачать бесплатно презентации по Био
Осевой и добавочный скелет
Анатомия нервной системы. (Лекция 4)
Антропология. Наука о другом. Становление идей и теорий. (Лекция 2)
Порода кошек сфинкс
Презентация на тему Отряд Насекомоядные млекопитающие
Тема: «Мейоз» Задачи: Дать характеристику первому и второму делениям мейоза, значению мейоза.
Класс пресмыкающиеся (reptilia). Характеристика класса. Внешнее и внутреннее строение
Углеводы
Биологическое свойство макроорганизма иммунитет
Пищеварительная система
Принципы хранения продуктовпо Я.Я. Никитинскому
Отряды млекопитающих
Презентация Пищеварение в ротовой полости
Базовая литература по анатомии человека
Глаза – органы зрения. Строение глаза
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть