2020-07-12
320Учебный шифр В-005/18
Номера вопросов 5, 25, 45, 65
Выполнила: студентка II курса,
6201 группы
Артемьева Е.Л.
Проверила: доцент, кандидат
биологических наук
Дзю Е. Л.
Новосибирск 2020
ОГЛАВЛЕНИЕ
5. ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ В АТОМЕ: ИОНИЗАЦИЯ, ИЗЛУЧЕНИЕ, ВОЗБУЖДЕНИЕ И РЕКОМБИНАЦИЯ.. 3
25. ТЕОРИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ. ХАРАКТЕРИРСТИКА ТЕМПЕРАТУРНОГО И КИСЛОРОДНОГО ЭФФЕКТОВ. ПРАВИЛО БЕРГОНЬЕ И ТРИБОНДО И ИСКЛЮЧЕНИЯ ИЗ НЕГО.. 5
45. ВЛИЯНИЕ ИИ НА ОРГАНЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЖИВОТНЫХ.. 11
65. АКТИВНОСТЬ УГЛЕРОДА-14 (А0) НА 1 ЯНВАРЯ 2002 Г. СОСТАВЛЯЛА 10 мКи. Т1/2 = 55,68 ГОДА. ОПРЕДЕЛИТЕ ЕГО АКТИНВОСТЬ НА 1 ЯНВАРЯ 2012 Г. 12
БИБЛИОГРАФИЯ.. 13
ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ В АТОМЕ: ИОНИЗАЦИЯ, ИЗЛУЧЕНИЕ, ВОЗБУЖДЕНИЕ И РЕКОМБИНАЦИЯ
Атом – мельчайшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств. Он состоит из ядра (протоны, нейтроны, другие частицы) и электронов. Электронная оболочка состоит из одного или нескольких энергетических орбит (уровней, слоёв). В зависимости от энергии, которая удерживает электроны при вращении вокруг ядра, они группируются на той или иной электронной орбите. Число слоёв у разных атомов неодинаково и может быть от 1 до 7. Атом представляет собой электрически нейтральную систему. На каждый из движущихся вокруг ядра электронов действуют две равные, противоположно направленные силы: кулоновская сила притягивает электроны к ядру, а равная ей центробежная сила инерции стремится вырвать электрон из атома. Однако на связь электрона с ядром также действует сила отталкивания других электронов – этот эффект называется экранировкой. Чем дальше электронная орбита от ядра, тем сильнее экранировка электронов и тем слабее энергетическая связь этих электронов с ядром [3].
При сообщении электронам извне дополнительной энергии, например энергии ионизирующего излучения, они могут переходить с одного энергетического уровня на другой или даже покидать пределы данного атома. В зависимости от энергии ионизирующего излучения будет возникать либо эффект возбуждения, либо эффект ионизации:
· Если воздействие будет слабее энергии связи электрона с ядром, то электрон лишь перейдёт на более отдалённый от ядра атома энергетический уровень, при этом атом останется нейтральным, но будет отличаться избытком энергии. Атомы, обладающие избытком энергии, называются возбуждёнными, а переход электронов с одного энергетического уровня на другой, более удалённый от ядра, – процессом возбуждения [5].
· Если воздействие будет сильнее энергии связи электрона с ядром, то электроны будут вырываться из атома и удаляться за его пределы. Атом, лишившийся электронов, превращается в положительно заряженный ион, а присоединивший к себе электроны – отрицательный ион, таким образом, сформировав пару ионов. Процесс образования положительных и отрицательных ионов или свободных электронов из нейтральных атомов и молекул называется ионизацией [5]. Атом в состоянии иона существует короткий промежуток времени, свободное место на орбите положительного иона заполняется свободным ионом, и атом вновь становится электрически нейтральной системой. Этот процесс носит название рекомбинации ионов (деионизации), он сопровождается выделением избыточной энергии в виде излучения – передачи энергии в форме волн или частиц через пространство или материальную среду. Ионизирующие излучения – излучения, вызывающие при воздействии с веществом ионизацию и возбуждение его атомов и молекул [2].
ТЕОРИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ. ХАРАКТЕРИРСТИКА ТЕМПЕРАТУРНОГО И КИСЛОРОДНОГО ЭФФЕКТОВ. ПРАВИЛО БЕРГОНЬЕ И ТРИБОНДО И ИСКЛЮЧЕНИЯ ИЗ НЕГО
Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью – они вызывают ионизацию любых химических соединений, способствуют образованию свободных радикалов. Результатом биологического действия радиации является нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях животного.
Механизм биологического действия ионизирующего излучений до конца не выяснен, однако проведённые исследования свидетельствуют о том, что у различных излучений он в основном одинаковый, в том числе поглощение и перенос энергии излучения и изменения в облучённом организме. В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты можно условно выделить два основных этапа:
· Прямое (непосредственное, первичное) действие излучения (45% поглощённой энергии) происходит, когда повреждение биологических молекул происходит в результате непосредственного поглощения ими энергии излучения. Роль прямого действия выше для относительно слабо гидратированных структур, например, для хроматина ДНК.
· Косвенное (непрямое, опосредованное) действие (55% поглощённой энергии) наблюдается при повреждении биологических молекул в результате их химического взаимодействия с продуктами радиолиза воды, а не энергией излучения, поглощённой самими молекулами. Косвенное действие имеет определяющее значение при повреждении фосфолипидов, составляющих структурную основу клеточных мембран.
В результате опытов, направленных на изучение повреждающего действия ионизирующих излучений, были выдвинуты теории прямого и косвенного действия ионизирующей радиации.
Теории прямого действия радиации:
1. Теория мишени и попаданий (Дессауэр, Кроутер, Циммер, Ли и другие) объясняла наличие в клетке жизненно важного центра (гена или нескольких генов) – мишени, попадания в которую одной или нескольких высокоэнергетических частиц атомной радиации достаточно для разрушения и гибели клетки. Попадание в мишень – вероятностное событие и чем больше доза, тем оно вероятнее, а чем меньше доза, тем оно менее вероятно, но по закону случайности попадания оно всегда возможно. В основе теории лежат два положения: принцип попадания (особенность действующего агента – излучения) и принцип мишени (особенность облучаемого агента – клетки). Однако эта теория не объясняет зависимости радиобиологического эффекта от температуры и наличия в облучаемой среде кислорода – при понижении температуры и снижении концентрации кислорода в среде уменьшается гибель клеток. Теория мишени и попаданий может быть справедлива только в отдельных случаях – при инактивации бактерий, вирусов и одноклеточных организмов и при мутации.
2. Стохастическая (вероятностная) теория (конец 60-х годов О. Хут и А. Келлер) учитывает вероятностный характер попадания излучения в чувствительный объем клетки и состояние клетки как биологического объекта, лабильной динамической системы. Клетка постоянно находится в стадии перехода из одного состояния в другое посредством митоза и на каждой стадии деления существует вероятность повреждения клетки радиационным фактором. Излучение влияет на все фазы и стадии клеточного цикла, однако радиочувствительность клетки в различные стадии митоза неодинакова: наибольшую чувствительность к ионизирующему излучению клетка имеет в стадии профазы, т.е. в начале деления – облучение тормозит завершение деления, при этом легко наступает нарушение структуры хроматинового вещества и клетка может погибнуть. Облучение в период интерфазы делает невозможным наступление нового деления. В клетке наибольшая поражаемость принадлежит ядру. Стохастическая теория является более биологической по сравнению с теорией мишени и попадания, но не объясняет некоторые эффекты, в частности эффект разведения – с увеличением концентрации вещества количество инактивированных под действием облучения молекул не возрастает согласно принципу мишени, значит существует косвенное действие радиации.
Теории непрямого действия радиации: п ри косвенном действии ионизирующих излучений наиболее выражен процесс радиолиза (радиационного распада) воды, так как именно вода составляет основу важнейших структур клетки и является растворителем для основных компонентов клетки, которым легко может быть передана энергия, поглощённая водой. Процесс радиолиза воды совершается в 3 фазы:
1. Физическая фаза – происходит взаимодействие ионизирующего излучения с молекулой воды, с внешней орбиты атома выбивается электрон и образуется положительный ион воды, вырванный электрон присоединяется к нейтральной молекуле воды и образует отрицательный ион воды, затем образуется нейтрально заряженная молекула воды с избытком энергии.
2. Фаза первичных физико-химических превращений – образуются высокореактивные свободные радикалы водорода и гидроксила при распаде ионизированных и возбужденных молекул воды и при реагировании ионизированной молекулы воды с другой нейтральной молекулой воды.
3. Фаза химических реакций – происходит взаимодействие свободных радикалов друг с другом или с растворёнными в воде веществами, что обусловлено их высокой химической активностью за счёт наличия неспаренного электрона, при наличии в среде растворённого кислорода идет реакция образования гидропероксидов, которые могут взаимодействовать между собой и образовывать высокотоксичные пероксиды водорода и высшие пероксиды.
Эффект косвенного действия составляет взаимодействие свободных радикалов с органическими и неорганическими веществами по типу окислительно-восстановительных реакций.
Таким образом, в патогенезе лучевых поражений различают прямое влияние радиации на клетки, органы, ткани и системы организма и непрямое действие излучения через нервную и эндокринную систему, гуморальные пути – кровь, лимфу, тканевую жидкость и т.д. [3]. Четкое разграничение между прямым и непрямым действием излучения на организм млекопитающих и птиц выявить довольно сложно. О различии прямого и косвенного действия прямого и косвенного действия радиации и величине их влияния на развитие лучевого поражения можно судить по нескольким феноменам – эффекту разведения и кислородному эффекту, а также по температурному эффекту:
· Эффект разведения – состояние, при котором абсолютное число повреждённых молекул веществ в слабом растворе не зависит от его концентрации и остаётся для данной экспозиционной дозы постоянным из-за образования постоянного количества активированных радикалов, что свидетельствует о величине косвенного действия радиации. Эффект разведения достаточно чётко проявляется с растворами и суспензиями микромолекул, вирусов и фагов, но не проявляется в суспензиях перевариваемых клеток и тканей животных из-за того, что большая часть активных радикалов воды не доходит до активных макромолекул клетки из-за их поглощения «поверхностными» метаболитами. Эффект разведения также не наблюдается при облучении многоклеточных организмов.
· Кислородный эффект выражается в том, что с повышением концентрации кислорода в окружающей среде и объекте излучения усиливается эффект лучевого поражения, и, наоборот, при понижении концентрации кислорода наблюдается уменьшение степени лучевого поражения. Наибольший эффект наблюдается при действии излучений с малой плотностью линейной потери энергии (γ- и рентгеновские лучи), а при воздействии излучения с высокой плотностью линейной потери энергии (α-частицы) он отсутствует. Кислородный эффект проявляется во всех радиобиологических реакциях биохимических изменений и мутаций у всех биологических объектов (растений и животных) и на всех уровнях их организации – молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом. В кислородной среде образуется больше токсических веществ и их концентрация выше, так как значительно усиливается прямое и косвенное действие радиации. Этот эффект нередко применяется в лечении больных со злокачественными новообразованиями, создавая повышенное содержание кислорода в новообразовании и гипоксическое состояние окружающих его тканей. Снижая насыщенность тканей кислородом, можно повысить радиорезистентность животных.
· Температурный эффект состоит в том, что при понижении температуры тела повышается сопротивляемость организма к действию ионизирующего излучения, а повышение температуры тканей повышает их радиочувствительность. В некоторых случаях понижение температуры ведёт лишь к отсрочке наступления радиационного воздействия. Определённую роль в температурном эффекте играет кислород и зависимость митоза от температуры.
На основании различия радиочувствительности клеток в 1903 г. французские ученые Бергонье и Трибондо сформулировали правило: чувствительность клеток к облучению прямо пропорциональна интенсивности клеточного деления и обратно пропорциональна степени их дифференцировки. Следовательно, наиболее повреждаемы клетки органов кроветворения, половых желез, эпителия кишечника и желудка, клетки быстрорастущих опухолей. Исключением из правила Бергонье и Трибондо являются высокодифференцированные, но неделящиеся нервные клетки и лимфоциты крови [1].
ВЛИЯНИЕ ИИ НА ОРГАНЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЖИВОТНЫХ
Почки достаточно резистентны к действию ионизирующего излучения: морфологические и функциональные изменения наблюдаются только при дозах в несколько десятков грей, однако повреждение почек является лимитирующим фактором при облучении опухолей брюшной полости в процессе лучевой терапии. Пороговая экспозиционная доза при локальном облучении почек составляет 30-50 Гр [4].
При острой лучевой болезни во всех случаях поражаются почки и мочевыводящие пути: наблюдаются кровоизлияния различной интенсивности, застойные явления и дегенеративно-дистрофические изменения, наиболее показательный признак – изменение функции канальцев и клубочков, в результате чего изменяется диурез. Последствия лучевого поражения почек – нефросклероз, почечная недостаточность, морфологические и функциональные нарушения мочевого пузыря, нефрит, который может привести к гибели животного. Экспериментальных сообщений относительно радиационных поражений мочеточников, мочевого пузыря и мочеиспускательного канала известно недостаточно, однако часто лучевую терапию рака осложняют радиационные циститы [6].
65. АКТИВНОСТЬ УГЛЕРОДА-14 (А0) НА 1 ЯНВАРЯ 2002 Г. СОСТАВЛЯЛА 10 мКи. Т1/2 = 55,68 ГОДА. ОПРЕДЕЛИТЕ ЕГО АКТИНВОСТЬ НА 1 ЯНВАРЯ 2012 Г.
Переведём период полураспада и время в месяцы:
Т1/2 = 668,16 мес., t = 120 мес.
Активность С14 на заданный момент времени: Аt = А0е-0,693t/T
Аt = 10*2,72-0,693*120/668,16 = 10*2,72-0,125 = 8,8 мКи.
Ответ: активность углерода-14 на 1 января 2012 г. составит 8,8 мКи.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Белов А. Д. Радиобиология / А. Д. Белов, В. А. Киршин, Н. П. Лысенко, В. В. Пак и др.; под ред. А. Д. Белова. – М.: Колос, 1999. – 384 с.: ил.
2. Верещако Г. Г. Радиобиология: термины и понятия: экцикл. справ. / Г. Г. Верещако, А. М. Ходосовская; Нац. акад. наук Беларуси, ин-т радиобиологии. – Минск: Беларуская навука, 2016. – 340 с.
3. Киршин В. А. Ветеринарная радиобиология / В. А. Киршин, Белов А. Д., Бударков В. А. – М.: Агропромиздат, 1986. – 175 с.
4. Лысенко Н. П. Радиобиология: учебник / Н. П. Лысенко, В. В. Пак, Л. В. Рогожина, З. Г. Кусурова; под ред. Н. П. Лысенко и В. В. Пака. – 4-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2017. – 572 с.: ил.
5. Мармулева Н. И. Курс лекций по ветеринарной радиобиологии за 2020 г. – Новосибирск: Новосибирский государственный аграрный университет
6. Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных: учеб. пособие/ С. П. Ярмоненко, А. А. Вайнсон; под ред. С. П. Ярмоненко. – М.: Высш. шк., 2004. – 549 с.: ил.
