Биофизические основы действия ионизирующего излучения презентация

Сравнение фото- и радиобиологических процессов
Как и в ФБ-процессах, в радиобиологических процессах выделяют
ПЕРВИЧНЫЕ –
РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ
и
РАДИОХИМИЧЕСКИЕ
СТАДИИ.
Но:
ПРИ ВЗАИМОДЕЙ-СТВИИ ЧАСТИЦ И КВАНТОВ
ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
С МОЛЕКУЛАМИ ВЕЩЕСТВА –
НЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ,
А СРАЗУ
ИОНИЗАЦИЯ.

Различия ФБ и РБ процессов
2. ИОНИЗАЦИЯ - ПРАКТИЧЕСКИ ВСЕХ ТИПОВ МОЛЕКУЛ -
ОТСУТСТВИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ, СВОЙСТВЕННОЙ СВЕТУ.
(Свет разных длин волн
по-разному поглощается
различными веществами.)
3. РАЗВИТИЕ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
ПО ЦЕПНОМУ МЕХАНИЗМУ
(С САМОУСИЛЕНИЕМ).
(Одни свободные радикалы порождают другие,
цепочки разветвляются и редко обрываются.)

2. ПРЯМОЕ И НЕПРЯМОЕ ДЕЙСТВИЕ И.И.
ВСЕ ЖИЗНЕННО ВАЖНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ФУНКЦИОНИРУЮТ В ВОДНОМ ОКРУЖЕНИИ. –
ИОНИЗАЦИИ
НА РАДИАЦИОННО-
ФИЗИЧЕСКОЙ СТАДИИ ПОДВЕРГАЮТСЯ МОЛЕКУЛЫ
КАК ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ,
ТАК И ВОДЫ:
H2O + hν → H2O+ + e-
Поэтому на следующей, радиохимической стадии
процессы могут развиваться
по ПРЯМОМУ и
НЕПРЯМОМУ
(КОСВЕННОМУ) механизму.

ПРЯМОЕ ДЕЙСТВИЕ
НА РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЙ СТАДИИ
НЕПОСРЕДСТВЕННО ПРЕОБРАЗУЮТСЯ
ИОНИЗИРОВАННЫЕ
ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ.
НЕПРЯМОЕ
ДЕЙСТВИЕ
НА РАДИОХИМИЧЕСКОЙ СТАДИИ
ПРЕОБРАЗУЮТСЯ СНАЧАЛА
ИОНИЗИРОВАННЫЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ.
ПРОДУКТЫ ЭТОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ВСТУПАЮТ В РЕАКЦИИ
С ОРГАНИЧЕСКИМИ МОЛЕКУЛАМИ
ЖИВОЙ ТКАНИ.

РАДИОЛИЗ ВОДЫ
РАЗЛОЖЕНИЕ ИОНИЗИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛ ВОДЫ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ –
РАДИОЛИЗ ВОДЫ:
H2O+ → H+ + OH·
e- + H2O → H2O-
H2O- → OH- + H˙
H2O+ + e- → H2O*
H2O* → H˙ + OH˙

В присутствии кислорода:
H˙ + O2 → HO˙2
(гидроперекисный радикал)
HO˙2 + HO˙2 →
→ H2O2 + 2O
(перекись водорода и
атомарный кислород)
Продукты радиолиза
взаимодействуют
с органическими молеку-
лами и вызывают
их аналогичные
превращения.
⇓
НЕПРЯМОЕ ДЕЙСТВИЕ –
действие
«ЧЕРЕЗ ВОДУ».

Последствия
Свободные радикалы и прочие высокоактивные продукты первичных стадий РБ процессов вызывают изменение проницаемости мембран, активности ряда ферментов и в итоге приводят к значительным повреждениям клеток.
Более того, если – под влиянием ионизирующего излучения – эти радикалы образуются в белках и нуклеиновых кислотах, то происходит изменение первичной структуры и пространственной организации этих важнейших биополимеров.
Если не срабатывают механизмы репарации,
то наступает лучевая болезнь.

3. ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ
ДОЗИМЕТРИЯ изучает ВЕЛИЧИНЫ,
характеризующие действие И.И. на вещества,
а также МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ
для их измерения.
ДОЗЫ
ЭКСПОЗИЦИОННАЯ
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ
ПОГЛОЩЕННАЯ
(ИЗЛУЧЕНИЯ)

ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ, или
ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
ДЛЯ ЛЮБОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
Это
ЭНЕРГИЯ, ПОГЛОЩЕННАЯ ЕДИНИЦЕЙ МАССЫ ОБЛУЧАЕМОГО ВЕЩЕСТВА -
D = E / m.
МОЩНОСТЬ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ:
ND = D / t.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ D:
СИ – Дж/кг = Гр (грей)
Внесистемная единица – рад
(Radiation Absorbed Dose)
1 рад = 10 - 2 Гр
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ND:
Гр / с
рад / с

ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
ДЛЯ ФОТОНОВСКИХ ИЗЛУЧЕ-НИЙ - РЕНТГЕНОВСКОГО
И ГАММА.
ЗАРЯД, СОЗДАННЫЙ ПРИ ИОНИЗАЦИИ ФОТОНОВСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЕДИНИЦЫ МАССЫ ВОЗДУХА –
X = Q / m.
МЕРА ИОНИЗАЦИИ ВОЗДУХА РЕНТГЕНОВСКИМИ И ГАММА - ЛУЧАМИ.
МОЩНОСТЬ
ЭКСПОЗИЦИОННОЙ
ДОЗЫ:
NX = X / t.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ Х:
СИ – Кл / кг.
Внесистемные единицы - рентген ( Р )
1 Р = 2,58 ⋅ 10- 4 Кл / кг.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ NX:
Кл / ( кг ⋅ с ) = А / кг.
Р / с.

Связь поглощенной и
экспозиционной доз:
D = f X,
где f – коэффициент, зависящий от облуча-емого вещества и от энергии фотонов.
Для воды и мягких тканей
человека f = 1 при измере-
нии доз во внесистемных
единицах.
Для костной ткани
с увеличением энергии фотонов
f уменьшается от 4,5 до 1.
Связь между активностью препарата – источника гамма-фотонов
и мощностью экспозиционной дозы:
NX = kγ A / r2,
где kγ – гамма-постоянная, характерная для ядра данного изотопа.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА
ХАРАКТЕРИЗУЕТ
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
ДАННОГО ВИДА
ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ.
H = D·K
Здесь
D – поглощенная доза
(количественный аспект –
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
ЛЮБОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ТЕМ БОЛЬШЕ,
ЧЕМ БОЛЬШЕ ЕГО
ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА).
К, или ОБЭ –
коэффициент качества,
или
относительная биологи-ческая эффективность
(качественный аспект –
ПРИ ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ
ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЕ
ВОЗДЕЙСТВИЕ
РАЗЛИЧНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
РАЗНОЕ).

КОЭФФИЦИЕНТ КАЧЕСТВА (ОБЭ)
ПОКАЗЫВАЕТ,
ВО СКОЛЬКО РАЗ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
ДАННОГО ВИДА ИЗЛУЧЕНИЯ
БОЛЬШЕ ФОТОНОВСКОГО
ПРИ ОДИНАКОВОЙ ДОЗЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В ТКАНЯХ.
Величина К зависит от
ВИДА ИЗЛУЧЕНИЯ и
ЕГО ЭНЕРГИИ .
для ФОТОНОВСКИХ, а также БЕТА-излучений
K = 1.
для АЛЬФА-излучения
К ≈ 20.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ:
СИ - зиверт (Зв)
Внесистемная единица - бэр
(биологический эквивалент рентгена)
1 бэр = 10 - 2 Зв
Радиоактивный фон соответствует эквивалентной дозе 125 мбэр.
Минимальная летальная доза гамма-излучения (при облучении всего организма) -
около 600 бэр.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ В МЕДИЦИНЕ
Классификация
методов -
по назначению
и по действующему фактору.
По назначению -
ДВЕ ГРУППЫ МЕТОДОВ:
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ
МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ
По действующему фактору -
действие рентгеновского излучения
и
радиоактивных излучений

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ:
рентгенодиагностика
РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКА -
ПРОСВЕЧИВАНИЕ
ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
рентгеновскими лучами.
ОСНОВА - РАЗЛИЧНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ РАЗНЫМИ ТКАНЯМИ.
Взаимодействие в
основном через
ФОТОЭФФЕКТ, μ = μФ.
Интенсивность невелика
Разновидности:
РЕНТГЕНОСКОПИЯ
и
РЕНТГЕНОГРАФИЯ.
РЕНТГЕНОСКОПИЯ:
ИЗОБРАЖЕНИЕ НА ЭКРАНЕ,
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕМ В РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ.
РЕНТГЕНОГРАФИЯ:
ИЗОБРАЖЕНИЕ НА ФОТОПЛЕНКЕ.
ФЛЮОРОГРАФИЯ.

Флюорография
В этом методе
изображение с экрана переснимается на
особо чувствительную малоформатную
пленку.
Все необходимые
для съемки элементы объединены в общую
светонепроницаемую систему, что
позволяет производить
съемку в незатемненном помещении.
Современные
диагностические аппараты обеспечивают скорость
съемки до 6 кадров в секунду.
Высокая пропускная
способность флюорогра-фического кабинета,
относительно небольшая лучевая нагрузка,
удобство хранения флюорограмм
делают флюорографию массовым методом обследования.

Рентгеновская томография
Современный эффек-
тивный вариант р/д –
КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕНТГЕ-
НОВСКАЯ ТОМОГРАФИЯ,
т.е. послойная запись (сканирование)
участков тела в рентг.
лучах
с последующей обработкой
изображения на ЭВМ.
Позволяет видеть
очень маленькие
опухолевые
образования.
В 1979 г. ученым, разра-
ботавшим компьютер-
ный рентгеновский
томограф,
была присуждена
Нобелевская премия.

Синхротронное излучение
Интересный вариант –
применение для диагностики
СИНХРОТРОННОГО излучения = смесь
мягкого рентгеновского и УФ.
Позволяет производить
раннюю диагностику злокачественных опухолей.
Особенности механизма:
СЕЛЕКТИВНО ПОГЛОЩАЕТСЯ НЕКОТОРЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ (НАПРИМЕР, ИОДОМ),
СОДЕРЖАНИЕ КОТОРЫХ В ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННЫХ ТКАНЯХ БЫВАЕТ ПОВЫШЕНО.

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ:
радиодиагностика
СЦИНТИГРАФИЯ –
МЕТОДИКА ВВЕДЕНИЯ В ОРГАНИЗМ
И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ИЗУЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ.
Это разновидность
МЕТОДА МЕЧЕНЫХ АТОМОВ.
Основан на существо-
вании стабильного и
радиоактивных
изотопов элемента.
Радиоактивные изо-
топы имеют свойство избирательно накапливаться
в определенных органах и тканях.

Сцинтиграфия
У ЧЕЛОВЕКА:
ИОД - В ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЕ;
УРАН, СТРОНЦИЙ, РАДИЙ - В КОСТЯХ;
КАЛИЙ - В НЕРВНОЙ И МЫШЕЧНОЙ ТКАНЯХ.
ПРОДУКТЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА ИХ ЯДЕР –
С ПОМОЩЬЮ ДЕТЕКТОРОВ.
ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ И
СКОРОСТИ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ –
О СОСТОЯНИИ ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ.
КОЛИЧЕСТВО ВВОДИМЫХ ИЗОТОПОВ МАЛО.

Ионная радиография
ИОННАЯ РАДИОГРАФИЯ
-
РЕГИСТРАЦИЯ ПОТОКА РАЗОГНАННЫХ
В УСКОРИТЕЛЕ
АЛЬФА-ЧАСТИЦ И ПРОТОНОВ
ДО И ПОСЛЕ ПРОХОЖДЕ-НИЯ ОБЪЕКТА.
МОЖНО РАЗЛИЧАТЬ СТРУКТУРЫ РАЗНОЙ ПЛОТНОСТИ.
МЕТОД, РОДСТВЕННЫЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ, НО ПОЗВОЛЯЕТ ЛУЧШЕ РАЗЛИЧАТЬ СТРУКТУРУ МЯГКИХ ТКАНЕЙ.

МЕТОДЫ ТЕРАПИИ
ИОНИЗАЦИЯ
И ОБРАЗОВАНИЕ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ ⇒ РАЗРУШЕНИЕ ТКАНЕЙ.
⇓
ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ -
УНИЧТОЖЕНИЕ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ.
РЕНТГЕНО- И ГАММА-ТЕРАПИЯ :
т.к. фотоны успевают проделать большой путь до взаимодействия с частицами вещества,
ГЛУБОКО РАСПОЛОЖЕННЫЕ ОПУХОЛИ РАЗРУШАЮТСЯ,
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ТКАНИ ПОВРЕЖДАЮТСЯ МАЛО.

АЛЬФА-ТЕРАПИЯ:
ВВЕДЕНИЕ АЛЬФА-ЧАСТИЦ ВНУТРЬ ОРГАНИЗМА.
Пример:
РАДОНОВАЯ ТЕРАПИЯ - ЛЕЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫМИ ВОДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ РАДИОАКТИВНЫЙ ИЗОТОП РАДОНА 222Rn86
И ЕГО ДОЧЕРНИЕ ПРОДУКТЫ.
ВОЗДЕЙСТВИЕ:
- НА КОЖУ - В ВИДЕ ВАНН,
- ОРГАНЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ - ПРИ ПИТЬЕ,
- ОРГАНЫ ДЫХАНИЯ - ПУТЕМ ИНГАЛЯЦИЙ.
ВОЗМОЖНО ВВЕДЕНИЕ ЛЕЧЕБНОГО ПРЕПАРАТА НЕПОСРЕДСТВЕННО ВНУТРЬ ОРГАНА
И ОБРАЗОВАНИЕ ТАМ АЛЬФА-ЧАСТИЦ
ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ОРГАНА НЕЙТРОНАМИ.
ЭЛЕКТРОНЫ И ПРОТОНЫ, разогнан-ные в ускорителях.

По действующему фактору
Рентгеновское излучение
Рентгено- Рентгено-
диагностика терапия
Р.-скопия Р.-графия
Синхротронное
излучение