ОСНОВЫ РАДИОБИОЛОГИИ
Радиоактивность Радиочувствительность
Радиоактивность самопроизвольный распад ядра с выделением различных видов излучений, энергии и превращением одних элементов в другие
Радиочувствительность выраженность лучевого повреждения клеток и тканей, способность их к восстановлению после облучения.
Пример крайне низкой радиочувствительности: Бактерии обнаруженные в канале ядерного реактора. Micrococcus radiodurens ( микрококк радиорезистентный)
Видовая Вид гибель 50% Птицы 8-20 Гр Рыбы 8-20 Гр Кролик 9-10 Гр Змеи 80-200 Гр Насекомые 10-100 Гр Растения 10-1500 Гр Индивидуальная - степень радиочувствительности сильно варьирует внутри одного вида - для отдельного индивидуума может зависеть от возраста и пола
Органная радиочувствительность зависит от радиочувствительности тканей Классификация органов по радиочувствительности: самые радиочувствительные (лимфоидные органы, красный костный мозг, гонады, тонкий кишечник) средняя степень радиочувствительности (кожа, эндокринные железы) радиорезистентные (печень, почки, головной мозг)
Деление тканей на радиочувствительные и радиорезистентные – условно, так как зависит от избранного критерия. Ткани, относящиеся к радиорезистентным по непосредственным лучевым реакциям, оказываются чувствительными по отдаленным последствиям
Изучение природы радиочувствительности и механизмов ее регуляции имеет большое теоретическое значение и большое прикладное значение, особенно для медицины (возможность искусственного управления радиочувствительностью тканей)
Радиочувствительность – синоним поражаемости изучаемых объектов (радиопоражаемости) Радиорезистентность (радиоустойчивость) – понятие альтернативное радиочувствительности
Радиочувствительность – многочисленные реакции биосистемы на воздействие ионизирующего излучения. Радиочувствительность может характеризоваться любой регистрируемой реакцией, вне зависимости от ее значения для жизнеспособности объекта Сравнение радиочувствительности разных объектов нужно производить по степени проявления данной реакции
Многие лучевые реакции строго специфичны для определенных объектов (тканей и систем) и отсутствуют у других Пример: универсальная реакция клеток на облучение – задержка деления, легко выявляется в активно пролиферирующих тканях и не может быть обнаружена в тканях, где клеточное деление выражено слабо Мы не можем использовать эту реакцию для оценки радиочувствительности. ?!
Многие лучевые реакции строго специфичны для определенных объектов (тканей и систем) и отсутствуют у других Пример: функциональные реакции, являющиеся проявлением высокодифференцированных свойств определенных тканей, органов, систем (активация и ингибирование специфического метаболизма – ферментных систем, гормонов и т.п.) Мы не можем использовать эти реакции для оценки радиочувствительности. ?!
Многие лучевые реакции строго специфичны для определенных объектов (тканей и систем) и отсутствуют у других Пример: даже на уровне клетки можно зарегистрировать самые различные летальные и нелетальные реакции на облучение (биохимические, морфологические и т.п.). Эти реакции могут по-разному проявляться во время разных клеточных циклов. Мы не можем использовать эти реакции для оценки радиочувствительности. ?!
Требование к критериям сравнительной оценки радиочувствительности: использование показателей поражения одного типа эти показатели должны быть количественными использование величины, обратной отношению доз ионизирующего излучения, вызывающих количественно равные специфические эффекты в сравниваемых системах !
К большинству биологических задач применительны такие интегральные критерии радиочувствительности: непосредственное изменение выживаемости объектов в результате облучения показатели поражения, связанные с выживаемостью
Наиболее часто мерой радиочувствительности для организма служит доза излучения, вызывающая гибель 50 % особей за определённый срок наблюдения (LD 50 ).
Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых объектов: для инактивации клеток — показатель D 37 или D 0 на кривой выживаемости. N – число выживших клеток, D – любая доза облучения, D 0 – доза, при которой доля живых клеток уменьшается в е раз
с увеличением дозы излучения увеличивается не только (и не столько) степень поражения всех облученных клеток, сколько доля пораженных, т.е. погибших клеток. Характерные кривые выживания: 1 — бактерии и гаплоидные дрожжи; 2 — диплоидные дрожжи и клетки млекопитающих; 3 — инфузории и амёбы. Стрелками показан метод определения D 0 и D Q. Ось абсцисс — доза облучения (условные единицы); ось ординат — выживаемость (%). Масштаб полулогарифмический.
Биологические особенности тканей и клеток влияющие на радиочувствительность: степень дифференцировки пролиферативная активность фаза клеточного цикла
Некоторые условия среды, влияющие на радиочувствительность: гипотермия гипертермия гипогидротация гипергидротация гипоксия гипероксигенация
Помимо биологических особенностей и условий среды, радиочувствительность клеток и организмов зависит от: физических свойств излучений мощности дозы особенностей фракционирования облучения (продолжительность и кратность облучения – используется при лучевой терапии)
Радиочувствительность можно модифицировать с помощью радиопротекторов и радиосенсибилизаторов (лучевая терапия, радиационная защита)
Что такое радиочувствительность? Какие виды радиочувствительности существуют? Перечислите требования к критериям сравнительной оценки радиочувствительности Что характеризует величина ЛД 50 ?
В чем причина разнообразия радиочувствительности Каковы механизмы, определяющие естественную радиочувствительность
Энергия излучений передается атомам и молекулам вещества возбуждение и ионизация молекул ! Этап электрофизических изменений
! Этап химического поражения клетки В основе первичных радиохимических реакций лежит два механизма, обозначаемые как прямое и косвенное действие радиации
Прямое действие Изменения возникающие в результате поглощения энергии излучения самими исследуемыми молекулами («мишенями»)
Косвенное воздействие Изменения молекул в растворе, вызванные продуктами радиолиза воды или растворенных веществ, а не энергией облучения В настоящее время считают, что на уровне клетки непрямое действие ионизирующего излучения обеспечивает 70‑90% лучевых повреждений критических клеточных структур, в том числе молекул ДНК.
Радиолиз воды Процесс радиолиза воды весьма сложен и окончательно еще не выяснен. Основные реакции, протекающие при радиолизе воды:
I. Поглощение энергии ионизирующего излучения молекулой воды может привести к ее ионизации (энергия, которая для этого необходима, составляет 12,56 эВ)
т.е. из молекулы воды выбивается электрон. Образовавшийся положительный ион воды взаимодействует с молекулой воды с образованием иона гидроксония H₃O + и гидроксильного радикала: а электрон взаимодействует с молекулой воды с образованием гидроксильного иона и радикала водорода
Электрон может стабилизироваться до относительно долгоживущего состояния, известного под названием « гидратированный электрон» ( е – гидр, или е – aq ), путем структуризации вокруг себя молекул воды, являющихся, как известно, полярными молекулами. Первая гидратная оболочка гидратированного электрона состоит из 6 молекул воды, расположенных в вершинах октаэдра и повернутых в сторону электрона одним из своих атомов водорода. Гидратированный электрон может диффундировать на значительно более далекие расстояния, чем обычный электрон, и взаимодействует с растворенными биологическими молекулами уже вдали от места своего появления в результате радиолиза воды.
II. Если поглощенная молекулой воды энергия излучения не достаточна для ионизации, но составляет по крайней мере 7 эВ, то молекула воды переходит в возбужденное состояние и распадается непосредственно с образованием двух радикалов – радикала водорода и гидроксильного радикала: При рекомбинации радикалов Н • и ОН • возникают вторичные молекулярные продукты радиолиза воды – водород Н 2 и перекись водорода Н 2 О 2 :
радикал водорода H•, гидроксильный радикал OH•, супероксиданионрадикал и перекисный радикал, нерадикальные продукты : гидратированный электрон е – aq нерадикальные продукты : перекись водорода H 2 O 2 Гидроксильный радикал OH• является мощным окислителем и считается наиболее химически активным продуктом радиолиза воды. Гидратированный электрон также обладает высокой реакционной способностью, однако, уже в качестве восстановителя. Перекись водорода, хотя и не является радикалом, представляет собой очень неустойчивое соединение и является источником радикальных продуктов.
