Реферат

Реферат Теория непрямого действия ионизирующих излучений

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 25.11.2024



Министерство сельского хозяйства РФ

Воронежский государственный аграрный университет

им. К.Д. Глинки

Кафедра терапии, клинической диагностики и радиобиологии.
«Теория непрямого действия ионизирующих излучений».
Подготовила:

Студентка 4 курса

2 группы ФВМ

Возгорькова Е.О.
Воронеж

2008

Введение.




Ионизирующая радиация действует на организм как внешний или внутренний источник облучения. В последнем случае облучение происходит в результате попадания радиоактивных веществ в орга­низм с пищей, воздухом и через поврежденные кожные покровы. Инкорпорированные вещества могут быть источником α, β, или γ-излучений. Возможно комбинированное воздействие внешним и внутренним облучением. Организм может подвергаться смешанному облучению, т. е. одновременному действию различных видов внеш­ней ионизирующей радиации.

Особенности патогенетического действия различных видов лу­чистой энергии во многом зависят от их проникающей способности. Жесткие рентгеновские лучи, γ-излучение и нейтроны обладают очень большой проникающей способностью. Проникающие свой­ства мягких рентгеновских лучей, α и β -излучения ничтожны.

Ионизирующая радиация может либо вызвать преимуществен­ное поражение кожных покровов, либо привести к возникновению лучевой болезни. Это объясняется тем, что слабо проникающие в тка­ни рентгеновские лучи, α и β -частицы, действуя на организм в ка­честве внешних излучателей, преимущественно поражают покровы тела.

Внешнее облучение жесткими рентгеновскими, γ -лучами и ней­тронами, обладающими большой проникающей способностью, вызы­вает общее лучевое заболевание. Оно может быть вызвано также и внутренним облучением.

Действие инкорпорированных излучений определяется дозой попавшего в организм вещества, характером излучения, длитель­ностью периода полураспада и быстротой выведения. При прочих равных условиях более вредны те радиоактивные вещества, которые депонируются в организме, например в костях (стронции, плутоний, радий).


Обзор литературы.


При косвенном действии ионизирующих излучений наиболее выражен процесс радиолиза (радиационного разрушения) воды, потому что вода составляет основу важнейших структур клетки (80-90%). Именно в воде растворены белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, гормоны и другие жизненно важные вещества, являющиеся основными компонентами клетки, которым легко может быть передана энергия, первоначально поглощенная  водой.

Процесс радиолиза воды совершается в три фазы: в физическую – длится 10-13…10-16 с; в фазу первичных физико-химических превращений – 10-6…10-9 с; в фазу химических реакций – 10-5…10-6 с. Физическая фаза по существу – один из моментов прямого действия ионизирующего излучения на молекулярные и биологические структуры клетки.

При взаимодействии ионизирующих излучений (гамма-кванта, заряженной частицы) с электронной сферой атомов происходит воз­буждение и ионизация атомов или молекул вещества, через которые излучения проходят. При этом на один акт ионизации приходится от 10 до 100 возбужденных атомов, которые в процессе рекомбина­ции излучают избыток энергии в виде характеристического рентге­новского излучения.

В физическую фазу происходит взаимодействие иони­зирующего излучения с молекулой воды, в результате чего выбива­ется электрон с внешней орбиты атома и образуется положительно заряженный ион воды. «Вырванный» электрон присоединяется к нейтральной молеку­ле воды, образуя отрицательный ион воды. При эффекте возбуждения образуется нейтрально заряженная молекула воды с избытком энергии, привнесенной ионизирующим излучением.

Физико-химические свойства ионизированных и возбужденных молекул воды будут отличаться от молекул воды электрически ней­тральных. Продолжительность существования таких молекул очень короткая; они распадаются (диссоциируют), образуя высокореактивные свободные радикалы водорода и гидроксила (Н+ и ОН-); насту­пает вторая фаза радиолиза воды — фаза первичных физи­ко-химических реакций.

Гидроксильные радикалы (ОН') — сильные окислители, а ради­кал водорода (Н') — восстановитель. Образование свободных радикалов может идти и другим путем. Вырванный из молекулы воды под действием излучения электрон может присоединиться к положительно заряженному иону воды с образованием возбужденной мо­лекулы. Избыточная энергия этой молекулы расходуется на ее расщепле­ние с образованием свободных радикалов водорода и гидроксила.

Ионизированная молекула воды (Н2О+) может реагировать с дру­гой нейтральной молекулой воды (Н2О), в результате чего образует­ся высокореактивный радикал гидроксила (ОН').

На этом заканчивается физико-химическая фаза и развивается третья фаза действия ионизирующего излучения — фаза хими­ческих реакций.

Обладая очень высокой химической активностью за счет нали­чия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодейству­ют друг с другом или с растворенными в воде веществами. Реакции могут идти следующими путями:

1.     рекомбинация, восстановление воды

2.     образование молекул водорода

3.     образование молекул воды и выделение кислорода, который является сильным окислителем

4.     образование пероксида водорода.

При наличии в среде растворенного кислорода О2 возможна ре­акция образования гидропероксидов. Эта реакция указывает на роль кислорода в повреждающем эф­фекте ионизирующего излучения.

Гидропероксиды могут взаимодействовать между собой, образуя пероксиды водорода и высшие пероксиды, которые обладают высокой токсичностью, но они очень быстро разлагаются в организме ферментом каталазой на воду и кислород.

Появление свободных радикалов и их взаимодействие составляют этап первичных химических реакций воды и растворенных в ней веществ, а в случаях облучения животных и растений — и биологи­ческих молекул.

Взаимодействие свободных радикалов с органическими и неор­ганическими веществами идет по типу окислительно-восстанови­тельных реакций и составляет эффект непрямого (косвенного) дей­ствия. Величина прямого и непрямого действия в первичных радио­биологических эффектах различных систем неодинаковая. В абсо­лютно чистых сухих веществах будет преобладать прямое, а в слаборастворенных — косвенное действие радиации. У животных, по дан­ным А. М. Кузина, примерно 45 % поглощенной энергии излучения действует непосредственно на молекулярные структуры — прямое действие, а остальные 55 % энергии вызывают непрямое действие.

О различии прямого и косвенного действия радиации на биоло­гические объекты и величине их влияния на развитие лучевого по­ражения, по мнению авторов теории, можно судить по двум фено­менам — эффекту разведения и кислородному эффекту.

Эффект разведения — состояние, при котором абсолютное число поврежденных молекул веществ в слабом растворе не зависит от его концентрации и остается для данной экспозиционной дозы посто­янным, так как в этих конкретных условиях в растворе образуется постоянное количество активированных радикалов. Эффект разве­дения достаточно четко проявляется в опытах с растворами и суспензиями микромолекул, вирусов, фагов и т. д. Он свидетельству­ет о величине косвенного действия радиации при лучевом повреж­дении этих микроскопических структур. Однако эффект разведения не проявляется при облучении суспензий перевиваемых клеток и тканей животных, так как в данном случае большая часть активных радикалов воды поглощается «поверхностными» метаболитами и не доходит до активных макромолекул клетки. Он также не регистри­руется при облучении многоклеточных организмов.

Кислородный эффект. В развитии первичных реакций при облу­чении биообъектов большое значение имеет концентрация кисло­рода в среде. С повышением его концентрации в окружающей среде и объекте облучения усиливается эффект лучевого поражения, и, наоборот, при понижении концентрации кислорода наблюдается уменьшение степени лучевого поражения. Это явление было назва­но кислородным эффектом. Выраженность кислородного эффекта у разных видов излучений неодинаковая. Кислородный эффект проявляется во всех  радиобиологи -ческих реакциях ослаблением или усилением биохимических изме­нений, мутаций у всех биологических объектов (растений и живот­ных) и на всех уровнях их организации — молекулярном, субклеточ­ном, клеточном, тканевом.

Кислородный эффект нередко применяется при лечении боль­ных со злокачественными новообразованиями. Для усиления луче­вого поражения клеток опухоли создают условия повышенного со­держания кислорода в ней и одновременно для уменьшения радиа­ционного повреждения здоровых клеток обеспечивают гипоксическое состояние окружающих тканей.

У млекопитающих максимальная радиочувствительность тканей отмечается при нормальном парциальном давлении кислорода (30...45 гПа). Снижая насыщенность тканей кислородом, можно повысить радиорезистентность животного. Повышение содержания кислорода в окружающей среде и в объекте облучения после лучевого воздействия положительно влияет на процессы пострадиационного восстановления.

В присутствии кислорода происходит значительное усиление косвенного действия продуктов радиолиза воды и низкомолекуляр­ных органических соединений. Свободные радикалы, взаимодей­ствуя с кислородом, образуют гидропероксиды, пероксиды и выс­шие пероксиды, которые оказывают токсическое действие на орга­низм. Стабилизация радикалов ОН' в присутствии кислорода уве­личивает вероятность образования активных свободных радикалов органических веществ, которые присутствуют в облучаемой среде. Образовавшиеся свободные радикалы орга­нических веществ в присутствии кислорода будут реагировать с ним, образуя пероксидный радикал (КОО'), который, в свою очередь, реа­гируя с любым органическим веществом или молекулами воды, ини­циирует цепную реакцию образования активных свободных ради­калов и гидропероксидов, оказывающих токсическое действие на клетку. Наличие кислорода в облучаемой среде усиливает также прямое действие радиации. При попадании гамма-кванта в молекулу орга­нического вещества, так же как и в случае с водой, образуются ак­тивные радикалы в результате ионизации и возбуждения молекул. Эти радикалы, взаимодействуя с кислородом, образуют гидропе­роксиды и пероксиды, которые приводят к глубокому изменению молекул. Кроме того, липиды биомембран под действием ионизирующего излучения в присутствии кислорода образуют пероксиды и продук­ты их распада (малоновый альдегид и др.). Таким образом, в кисло­родной среде образуется больше токсических веществ; их концент­рация выше, чем объясняет кислородный эффект.

Существует целый ряд гипотез, отражающих преимущественно непрямое действие ионизирующих излучений, т. е. качественную сторону возникновения и развития послелучевых процессов в орга­низме.

Теория липидных радиотоксинов (первичных радиотоксинов и цеп­ных реакций).


Эта теория была предложена в 50-е годы Б. Н. Тарусовым, Ю. Б. Кудряшовым, Н. М. Эмануэлем. Они показали, что уже в первые часы после облучения в тканях животных образуются ве­щества, которые при последующем введении их интактным живот­ным вызывают гемолиз. Идентификация веществ установила их липидную природу, что дало основание назвать их липидными радио­токсинами (ЛРТ).

Липидные радиотоксины представляют собой лабильный комп­лекс продуктов окисления ненасыщенных кислот, гидропероксидов, альдегидов, эпоксидов и кетонов. Они вызывают не только гемолиз, но и другие реакции, характерные для лучевого поражения: тормо­жение клеточного деления, нарушение кроветворения, поврежде­ние хромосомного аппарата и др.

Для осуществления цепных реакций необходимы радикалы с большой энергией, достаточной для образования последующих ра­дикалов. В случаях, когда на один радикал образуются два или три, возникает самоускоряющийся процесс, который называют реакци­ей с разветвленными цепями. В организме животных в нормальных условиях низкий уровень окисления биолипидов обусловливают антиокислители — природные антиоксиданты. При лучевом воздей­ствии такое равновесие нарушается вследствие появления большо­го количества радикалов. Автокаталитический режим цепных реак­ций возникает в случаях, когда содержание естественных антиокис­лителей уменьшается на 10... 15 % (А. И. Журавлев). По мере умень­шения числа реакционноспособных молекул в субстрате реакция затухает; при этом снижается количество радикалов и пероксидов и увеличивается выход конечных продуктов .

По мнению авторов гипотезы, при облучении вначале поража­ются липиды клеточных мембран, что приводит к нарушению хи­мизма клетки, а затем образующиеся липидные радиотоксины вы­зывают окисление молекул других органических соединений живой ткани. 
Структурно-метаболическая теория радиационного поражения.

Авторэтой теории — русский ученый-радиобиолог А. М. Кузин, который сделал попытку создать единую универсальную теорию радиобиологического    действия ионизирующего излучения на основе анализа собственных иссле­дований и накопленного за десятилетия научного материала других авторов, начиная от теории прямого действия на клеточном уровне и кончая высокоорганизованными многоклеточными организмами.

Свои идеи А. М. Кузин представил в монографии «Структурно метаболическая теория в радиобиологии» (1986г.). В этой теории ведущая роль в радиационном эффекте отводится нарушениям в кле­точном ядре и биомембранах. Биомембраны играют исключительно важную роль в делении клетки. Экспериментально было показано, что ДНК связана с биомембранами: начало расплетания спирали и синтеза ДНК происходит в точках ее прикрепления к мембране. На поверхности биомембран имеются особые рецепторы, передающие сигналы гормонов через липиды мембран. Липиды мембран, подвер­гаясь воздействию ионизирующей радиации, в присутствии кисло­рода образуют пероксиды и продукты их распада. Эти изменения при­водят к нарушению проницаемости мембран и важных метаболичес­ких процессов: инактивации ферментов, гормонов, подавлению энер­гетических функций митохондрий и синтеза ДНК и РНК, расстрой­ству управляющих систем и другим тяжелым последствиям.

Таким образом, в структурно-метаболической теории к радиацион­ному поражению ядерных макромолекул как фактору прямого действия согласно теории мишени добавляются нарушение цитоплазматических структур и изменение нормального их функционирования.

А. М. Кузин ввел понятие о веществах, влияющих на геном клет­ки, и назвал их триггер-эффекторами. Под действием различных доз радиации триггер-эффекторы (семихиноны, хиноны, гормоны и др.) в зависимости от их концентрации могут оказывать депрессивное или репрессивное действие на геном клетки, а следовательно, и на биосинтетические процессы. Само ионизирующее излучение рас­сматривают как неспецифический триггер-эффектор. Признано, что ионизирующие излучения в числе других факторов внешней среды являются постоянными раздражителями биологических объектов, своеобразным стресс-фактором. Реакция организма зависит от силы раздражителя, т. е. от дозы ионизирующего излучения. Под влия­нием радиации в организме не возникает принципиально новых хи­мических соединений. Некоторые из токсических метаболитов  всегда в небольших количествах содержатся в клетках здоровых тканей. Под действием радиации содержание их значительно увеличи­вается и дополнительно появляются новые токсические соединения. Первичные радиотоксины образуют большое количество вторичных радиотоксинов, которые играют существенную роль в патогенезе и исходе лучевых поражений.

В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно можно выделить следующие этапы:

1) первичные физические явления — поглощение энергии излучения атомами и молекулами биологического объекта, в результате они могут претерпевать возбуждение, ионизацию или диссоциацию;

2) радиационно-химические процессы, при которых образуются свободные радикалы, взаимодействующие с органическими и неорганическими веществами по типу окислительных и восстановительных реакций;

3) биохимические реакции, обусловливающие изменения функций и структур органов и систем и реакций целостного организма.

Они определяют в конечном итоге механизм развития и специфику патологического процесса.

Структурно-метаболическая теория отличается большей аргументацией и дает более детальное представление о первичных механиз­мах действия радиации на организм, которое в дальнейшем усиливается нейроэндокринными и гуморальными реакциями, т. е. опо­средованно.


Опосредованное действие радиации.




 Четко выделить непосред­ственные и опосредованные пути воздействия ионизирующего излучения на организм трудно.

Участие нервной системы в опосредованном действии ионизирующего излучения хорошо показано в трудах отечественных ученых И. Р. Тарханова, М. Н. Ливанова, А. В. Лебединского и др., которые отметили высокую чувствительность нервной системы к радиации и одновременно высокую пластичность и способность к компенсации.

Путем химической (анестезия) и хирургической (рассечение) денервации выяснено рефлекторное воздействие облучения на трофику тканей. При малых дозах происходит усиление биохимических процессов, а при больших дозах (500 Р и более) возникают глубокие трофические расстройства, приводящие к образованию язв. Опосредованное участие нервной системы в реакциях на облучение обнаружено при развитии изменений во всех тканях и системах организма. Один из механизмов этого участия — рефлекторный, при этом в процесс вовлекаются вегетативный отдел нервной системы, ретикулярная формация и, вероятно, кора и подкорка.

Вторым путем опосредованного влияния радиации на функции и структуры органов служит эндокринная система. Ряд исследова­телей, особенно зарубежных, определяют лучевое поражение как одну из форм стресс-реакции. Обоснованием для этого вывода по­служило то, что в первое время после лучевого воздействия наступа­ет гиперсекреция коры надпочечников, уменьшаются размеры тимуса и селезенки, развивается лимфопения. Облучение животных после удаления надпочечников не приводит к указанным измене­ниям в органах (П. Д. Горизонтов). В опосредованных реакциях на лучевое воздействие участвуют также гипофиз, щитовидная и дру­гие эндокринные железы.

В качестве гуморального пути опосредованного действия радиа­ции служат токсические вещества, образующиеся в организме при лучевой болезни. По П. Д. Горизонтову, понятие «радиотоксины» (лучевые токсины, токсические вещества) включает качественные и количественные изменения биологических свойств крови, лим­фы, тканевой жидкости и других сред, развивающиеся при воздей­ствии радиации и либо вызывающие патологические изменения, либо усугубляющие течение лучевого поражения. В определенные этапы лучевой болезни к токсическим агентам с полным основани­ем можно отнести медиаторы, гормоны, ферменты, продукты обме­на веществ и распада тканей. Например, при облучении в крови по­вышается содержание ацетилхолина, который возбуждает рвотный центр, что вызывает рвоту; увеличенное выделение надпочечных гормонов приводит к повышению содержания гликогена в печеноч­ной ткани. Облучение цитоплазмы клеток HeLa приводит к тормо­жению синтеза ДНК в ядре (А. М. Кузин). Установлено лейкопеническое действие крови облученных доноров при введении ее интактным реципиентам. Бактерицидные свойства кожи после введения радиотоксинов из облученных тканей восстанавливаются до исход­ного уровня через 14...16дней, что на несколько дней опережает вос­становление морфологического состава крови (Н. А. Свердлов).

Заключение.


Из приведенных материалов видно, что опосредованное действие радиации имеет большое значение в развитии основных синдромов лучевого поражения. Исследование механизмов непосредственно­го и опосредованного действий радиации на организм позволяет более дифференцированно использовать методы усиления или ос­лабления того или иного процесса лучевого повреждения, что имеет очень важное значение для лечения животного.

Эффекты, возникающие при действии ионизирующего излуче­ния на организм, делят на 3 группы:

1) соматические нестохастические (детерминированные) — эф­фекты, возникающие у облученного сразу после облучения большими дозами — острая и хроническая лучевая болезнь, локальные лу­чевые повреждения (катаракта), поражения кожи, нарушение реп­родуктивной функции и т. д. Вероятность появления такого эффек­та в целом практически равна нулю при малых дозах, но будет резко возрастать при превышении некоторого уровня (порога) доз. Таким образом, тяжесть эффекта определяется дозой;

2) соматические стохастические — эффекты, возникающие у об­лученного через длительное время после облучения, т. е. это отда­ленные последствия: понижение сопротивления инфекциям, сокра­щение продолжительности жизни, возникновение опухолей, лейко­зов. Предполагают, что вероятность их проявления и тяжесть явля­ются беспороговой функцией дозы;

3) генетические или наследственные — эффекты, проявляющи­еся в потомстве облученных людей и животных. Эти эффекты явля­ются также стохастическими. При этом могут возникать доминант­ные и рецессивные генные мутации, хромосомные аберрации.

Список литературы.


1)     Белов А.Д., Киршин В.А., Лысенко Н.П. и др. –М.: Колос, 1999. – 384 с.

2)     Кузин А.М. Cnhernehyj-метаболистическая теория в радиобиологии. – М., 1986

3)     Радиационная медицина. Сб. статей. Под редакцией А.И. Бурназяна. Атомиздат, 1968.



Оглавление.

Введение. 2

Обзор литературы. 3

Теория липидных радиотоксинов (первичных радиотоксинов и цепных реакций). 7

Структурно-метаболическая теория радиационного поражения. 8

Опосредованное действие радиации. 11

Заключение. 13

Список литературы. 14


1. Реферат Судебно-медицинская травматология 2
2. Курсовая на тему Розвиток дитячого балету
3. Реферат Птицеводство. Задачи и проблемы отрасли
4. Реферат на тему Theater Free Term Papers Book Reports
5. Контрольная работа Управление конкурентоспособностью предприятия
6. Реферат на тему Героизм народа во время блокады Ленинграда
7. Реферат История развития бенчмаркинга
8. Реферат Экономическая политика партии большевиков в годы гражданской войны и строительства социализма
9. Задача Транспортные аспекты внешнеторгового контракта
10. Доклад Нагарджуна