Основы радиобиологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н. Э. Баумана»

Кафедра фармакологии, токсикологии и радиобиологии

Факультет ветеринарной медицины

Контрольная работа по радиобиологии

Выполнила: студентка гр. ФМ-402

Кислицына Николина

Проверил: к.б.н., доцент

Гилемханов М.И.

Казань, 2019

1. Дозиметрия, ее цель и задачи. Дозы облучения. Мощность дозы излучения. Единицы измерения (основные, дольные, кратные)

Дозиметрия (от греч. dosis - доза, порция и metreo - измерять, мерить) - раздел ядерной физики, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещество, а также методы и приборы для его качественного и количественного измерения.

Имеются и другие определения дозиметрии. Дозиметрия - раздел ядерной физики, изучающий принципы, средства регистрации и измерения ионизирующих излучений, характеризующих поле излучения или взаимодействие излучения с веществом. Или дозиметрия - измерение рассеивания и поглощения энергии ионизирующего излучения в определенном материале. дозиметрия облучение ионизирующий

С 60-х гг. ХХ века интенсивное развитие получила микродозиметрия. Микродозиметрия занимается исследованием микроскопического распределения энергии при взаимодействии излучения с веществом (квантов и частиц с ядрами, атомами вещества, клеточными структурами и клетками ткани).

Дозиметрия используется для предсказания или оценки радиационного эффекта.

Распространенными дозиметрическими величинами являются доза излучения, керма, интенсивность излучения, плотность потока, взвешивающие коэффициенты и ряд других величин.

Керма (kerma - аббревиатура от английских слов kinetic energy released in material) используется для оценки воздействия на среду косвенно ионизирующих излучений.

Керма - суммарная начальная кинетическая энергия заряженных частиц (dЕн), образованных в единице массы (dm) облучаемой среды под действием косвенно ионизирующего излучения:

К = dЕн/dm.

Применительно к гамма-излучению в условиях электронного равновесия при пренебрежении потерей энергии электронов и позитронов на тормозное излучение керма совпадает с дозой. Измеряется в единицах как и поглощенная доза - Гр, рад.

Интенсивность излучения (плотность потока энергии) - переносимая излучением энергия в единице времени через малую сферу, отнесенная к площади поперечного сечения этой сферы. Измеряется в единицах Вт/м2.

«Малая сфера» означает, что она не вносит искажения в поле излучения.

Плотность потока частиц (фотонов) - отношение числа частиц (dF), пересекающих в единицу времени малую сферу, к площади центрального поперечного сечения (dS) этой сферы:

ц = dF/dS.

Плотность потока частиц измеряется в следующих величинах: с-1 •м-2, а также (в зависимости от вида излучения) бета-част./ (с • м2), фотон / (с • м2).

Задачи дозиметрии:

1. Контроль и учет загрязнения внешний среды (местности, воздуха, воды, продовольствия и др.).

2. Измерение величины излучения для предсказания или оценки радиобиологического эффекта при внутреннем и внешнем облучении живых организмов.

Без дозиметрии не может быть речи о радиационной безопасности.

Доза (от греческого - доля, порция) - энергия ионизирующего излучения (ИИ), поглощённая облучаемым веществом и часто рассчитанная на единицу его массы. Измеряется в единицах энергии, которая выделяется в веществе (поглощается веществом) при прохождении через него ионизирующего излучения.

Доза поглощенная (D) - величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

,

где dЕ - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm - масса вещества в этом объеме.

Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж·кг-1), и имеет специальное название - грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад=100 эрг/г равна 0,01 Гр.

Рад - внесистемная единица поглощённой дозы. Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм (сотая часть «Грэя»).

1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр = 2,388·10-6 кал/г

Грэй (Гр.) - единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества.

1 Гр. = 1 Дж/кг = 104 эрг/г = 100 рад.

Доза эквивалентная (DТ.R) - поглощенная доза, рассчитанная для биологических объектов (человек, орган, ткань), с учетом соответствующего взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, WR: равна произведению поглощённой дозы на WR

DТ.R= D·WR,

где DT,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, а WR - взвешивающий коэффициент для излучения R.

При оценке доз в медицинской практике можно считать (с минимальной погрешностью), что экспозиционная доза в 1 рентген для биологической ткани соответствует (эквивалентна) поглощённой дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр (при К=1), то есть, грубо говоря, что 1 Р, 1 рад и 1 бэр - это одно и то же.

Замечание. Зиверт - большая единица дозы: грубо говоря (для биологических объектов) 1 зиверт = 100 рентген, поэтому на практике используются меньшие единицы.

Доза эффективная (эквивалентная) годовая - сумма эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год.

Единица годовой эффективной дозы - зиверт (Зв).

Доза эффективная коллективная - мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения; она равна сумме индивидуальных эффективных доз. Единица эффективной коллективной дозы - человеко-зиверт.

Коэффициент качества - устаревшее название взвешивающих коэффициентов для отдельных видов излучения.

Мощность дозы - доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час).

Нормы радиационной безопасности - разрабатываются и утверждаются на основании Закона Республики Казахстан "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" и имеют обязательную силу. В настоящее время действуют Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП.2.6.1.758-99.

Период полувыведения Тб - время, за которое активность нуклида, накопленного в организме (или органе), уменьшается вдвое только вследствие процессов биологического выделения.

Распределение радионуклидов в организме - избирательная повышенная концентрация ряда радионуклидов в отдельных органах организма, обусловленная как химическими свойствами элементов, так и особенностями деятельности органов.

Фон - мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения в данном месте.

Фон естественный - мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения, создаваемая всеми природными источниками ИИ.

Эффекты облучения детерминированные - клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше - тяжесть эффекта зависит от дозы.

Эффекты облучения генетические - вызванные облучением генные лучевые повреждения в организме, которые могут привести к изменениям в организме его потомства.

Эффекты облучения канцерогенные - приводящие к возникновению злокачественных опухолей.

Эффекты излучения стохастические - вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.

Эффекты облучения соматические - изменения в организме самого облученного индивидуума, не передающиеся потомству.

Единицы активности и дозы

Предельно допустимые и летальные дозы

· в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения;

· в условиях радиационной аварии;

· от природных источников излучения;

· при медицинском облучении.

Требования норм, а соответственно и санитарных правил, не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними:

· индивидуальную годовую эффективность дозу не более 10 мкЗв;

· индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике глаза не более 15 мЗв;

· коллективную эффективную годовую дозу не более 1 чел. Зв.

Требования норм так же не распространяются на космическое излучение на поверхности земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием - 40, на которые практически не возможно влиять.

Нормами радиационной безопасности устанавливаются основные дозовые пределы и производные от них контролируемые параметры. К основным дозовым пределам относятся: эффективная доза, эквивалентные дозы облучения хрусталика глаза, кожи, кистей и стоп за год. При оценке доз облучения персонала или населения необходимо учитывать характер облучения: при общем облучении доза сравнивается с эффективной дозой, а при местном облучении - с пределом эквивалентной дозы для облучаемой части тела. Распределение получаемой дозы в течение года не регламентируется, за исключением женщин в возрасте до 45 лет, для которых месячная доза облучения области живота не должна превышать 1 мЗв, а годовое поступление радионуклидов не должно превышать 1/20 предела годового поступления (ПГП) для персонала.

Летальные дозы. Если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Гр вызывают настолько серьезное поражение центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней (Рис.2). При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек скорее всего все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте.

При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений желудочно-кишечного тракта или организм с ними справится, и тем не менее смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга - главного компонента кроветворной системы организма: от дозы в 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных.

2. Влияние ионизирующего излучения на кроветворные органы и кровь, органы пищеварения, размножения и потомство животных.

Степень изменения в кроветворных органах и в крови сосудов находится в прямой зависимости от дозы радиации. Малые стимулирующие дозы облучения приводят к усилению костно-мозгового кроветворения. Повышается число форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов) и количество гемоглобина. Однако усиление функции костного мозга, как правило, не изменяет гематологический профиль. Сдвиги в системе крови начинают проявляться при воздействии сублетальными дозами облучения, и по мере их возрастания усиливается степень нарушений. У сельскохозяйственных животных изменение костно-мозгового кроветворения наступает при общем внешнем облучении дозой выше 100 Р, В этом случае развивается лучевая болезнь -- подавляется гемопоэз, уменьшается число клеток в периферической крови, снижается общее количество клеток в 1 мм3 костно-мозгового пунктата. Регистрируются изменения и в самих клетках: лизис, пикноз и гиперсегментоз ядер, вакуолизация ядра и протоплазмы, появление гигантских гиперсегментированных гранулоцитов и других форм. Для оценки степени тяжести нарушений костно-мозгового кроветворения В.А. Верхолетов (1981) предложил использовать показатель состояния костного мозга -- индекс нейтрофильный.

Индекс нейтрофильный представляет собой количественное соотношение сегментно- и палочкоядерных нейтрофилов в мазке костного мозга. Он характеризует интенсивность регенерации клеток. При этом относительное содержание сегментоядерных форм увеличивается, в результате возрастает соотношение сегментно- и палочкоядерных нейтрофилов. По степени этого увеличения можно судить о глубине сдвигов в миэлопоэзе и в костно-мозговом кроветворении в целом, которое определяется дозой облучения и функциональным состоянием кроветворной системы.

Изменяется размер и форма эритроцитов, что отражает степень функционально-морфологических изменений клеток в ответ на радиационное воздействие.

Многочисленными исследованиями установлены структурно-метаболические нарушения, происходящие в Лимфоидных клетках после облучения ионизирующими излучениями. При этом наблюдаются: угнетение биоэнергетических реакций, нарушение ионного баланса, подавление синтеза ДНК, РНК, белков, усиленный распад нуклеотидов, деградация ядерного хроматина. Следовательно, можно предположить, что независимо от вида ионизирующего излучения возникает единая последовательность реакций, приводящих клетку к гибели. Однако полного совпадения в развитии патологического процесса и последующем восстановлении нарушенных функций в миелоидной и лимфоидной системах не отмечается. Так, фаза разгара лучевого повреждения характеризуется сильной депрессией лимфоцитов, менее выраженным угнетением гранулоцитов и малым изменением эритроцитов. Напротив, фаза восстановления повреждений проявляется умеренной гранулоцитопенией, абсолютным или относительным лимфоцитозом и анемией различной степени.

Влияние на органы пищеварения. Все органы пищеварения проявляют реакции на ионизирующее излучение. По степени радиочувствительности они распределяются следующим образом: Тонкий кишечник, слюнные железы, желудок, прямая и ободочная кишка, поджелудочная железа, печень. При воздействии большими дозами на весь организм или только на область живота в первую очередь наступает быстрое и сильное поражение кишечника, в результате чего развивается желудочно-кишечный синдром. Среднелетальные и более высокие дозы вызывают функциональные и морфологические изменения в кишечной стенке.

Слюнные железы: на радиацию отвечают количественными и качественными сдвигами секреции. При этом может изменяться состав и обнаруживаться другие вещества, не свойственные нормальной слюне.

Желудок: Секреция желудочных желез при общем излучении в малых дозах изменяется в зависимости от исходного состояния: при гиперсекрециях понижается, при гипосекрециях повышается. При этом изменяются количество отделяемого желудочного сока и его переваривающая сила. Большие дозы угнетают желудочную секрецию и приводит к массивным морфологическим изменениям - кровоизлияниям, катарам, язвам.

Кишечник: Секреторная и ферментативная функции тонкого кишечника, особенно двенадцатиперстной кишки, как при локальном, так и при общем облучении изменяются волнообразно: в первые дни повышаются, а затем снижаются. Это продолжается до развития восстановительных процессов, при тяжелых случаях до гибели животного.

Поджелудочная железа: отмечается переменный характер изменения функции и структуры железы в зависимости от дозы излучения. Малые стимулируют образование ферментов, большие угнетают выделение панкреатического сока, снижают активность амилазы липазы, трипсина, инсулина вызывает кровоизлияния, дегенеративные и некротические процессы в железистой ткани.

Печень: По морфологическим изменениям ткани после радиации печень относят к радиорезистентным органам. При общем облучении среднелетальными дозами в органе понижается активность каталазы и окислительного фосфорилирования, повышается активность щелочной фосфатазы, угнетаются процессы желчеобразования. Изменяется обмен холестерина. Дегенеративные процессы, очаги кровоизлияний и некрозов в печеночной ткани.

Влияние ИИ на органы размножения и потомство животных:

Начиная от зародыша и кончая половозрелым состоянием радиочувствительность орагнизма и его органов с увеличением возраста понижается. У половозрелых животных отмечены различия в радиочувствительности. У самок в отдельные стадии полового цикла чувствительность заметно снижена, что связано с защитной функцией половых гормонов.

Половые железы реагируют однотипно, больше страдает генеративная функция (гаметогенез) и меньше - гормональная деятельность.

Припостоянном облучении производительная функция животных может не нарушаться. Она нередко восстанавливается после переболевания этой болезнью с острым течением. Если родители выздоровели и в их половых клетках нет мутаций, то они дают полноценное потомство.

У потомства, полученного от пораженных матерей, наблюдаются большие изменения, чем при внешнем облучении. При этом с молоком матери продолжают поступать радионуклиды в концентрации в 5-12 раз больше, чем при внутриутробном развитии.

3. Применение РВ и ионизирующего излучения в биологии, ветеринарной медицине и других отраслях народного хозяйства

Радиотерапия (или лучевая терапия) -- это лечение ионизирующими излучениями. Применяется главным образом для воздействия на опухоли. Дело в том, что наиболее чувствительными к ионизирующим излучениям в процессе исследования оказались молодые, быстрорастущие и размножающиеся клетки.

Однако лучевая терапия может быть использована также и при некоторых неопухолевых заболеваниях (воспалительных, процессах типа мастита, панариция, гидраденита и др., экземе, нейродермите и др.). К этому виду терапии обращаются, когда другие методы лечения оказались безуспешными.

Принцип действия ионизирующего излучения можно описать следующим образом. Под воздействием излучения образуются свободные радикалы в среде микроокружения клеток. Свободные радикалы и оксиданты взаимодействуют с молекулами ДНК, вызывая большое количество разнообразных нарушений ее структуры. Это ведет к дефектам восстановительных функций клетки и, в конце концов, к ее гибели.

Радиотерапия может быть классифицирована по нескольким критериям.

Так, в зависимости от локализации болезненного процесса и его характера для лечебных воздействий используют альфа-, бета и гамма-излучения (гамма-излучение может проникать в ткани на любую глубину и даже проходить через все тело, в то время как бета-частицы могут проникать в ткани только на глубину около 20 мм, а альфа-частицы - на глубину до 100 микрон).

По способам облучения можно выделить две основные группы:

· способы дистанционного, или наружного, облучения;

· способы контактного облучения, при котором источники излучения размещаются либо в полости органа, либо внутри опухолевой ткани (соответственно внутриполостная или внутритканевая лучевая терапия); также этот способ называют брахитерапией.

Сочетание двух способов облучения или двух видов излучений принято называть сочетанной лучевой терапией.

Кроме того, лучевое лечение злокачественных опухолей может быть радикальным, паллиативным и симптоматическим. Радикальное лечение предусматривает полное уничтожение, как первичного очага опухоли, так и возможных метастазов. Паллиативное лечение преследует цель задержать рост и развитие опухоли, продлить жизнь больному. Симптоматическое лечение назначается, чтобы снять какие-либо тяжелые проявления опухолевого роста, например, сдавливание опухолью прилежащих органов с развитием тяжелых функциональных расстройств.

В современном мире область применения закрытых ионизирующих источников весьма разнообразна:

- в металлургии применяются ускорители заряженных частиц, рентгеновские аппараты, аппараты для г-дефектоскопии, радиоизотопные приборы (уровнемеры).

- в строительной индустрии применяются ускорители заряженных частиц, рентгеновские аппараты, аппараты для г-дефектоскопии.
- в химической промышленности применяются мощные г-установки, радиоизотопные приборы (уровнемеры, толщиномеры, приборы для снятия электростатических зарядов).

- в сельском хозяйстве возможно применение мощных г-установки.

- не стоит забывать о применении закрытых источников излучения в научных исследованиях. В различных научно-исследовательских институтах применяют ускорители заряженных частиц, рентгеновские аппараты, мощные г-установки, нейтронные, г- и в-источники.

Список использованной литературы

1. Ветеринарная радиобиология. Краткий курс лекций. Методическое пособие. Саратов, 2016

2. Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. / Изд. 3-е, перераб. и доп. Под редакцией E. Л. Столяровой. Учебник для вузов. - M.: Атомиздат, 1976.

3. Основы клинической радиобиологии. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. - 600 c.

4. Основы радиобиологии и радиационной медицины / А.Н. Гребенюк и др. - М.: Фолиант, 2012. - 232 c.

5. Ярмоненко, С.П. Радиобиология человека и животных. / С.П. Ярмоненко, А.А. Вайсон. - М.: Высшая школа, 2004. - 549 c.

Размещено на Allbest.ru