- •Радиология и радиобиология. Предмет и задачи с/х радиобиологии и связь с другими науками.
- •Элементы ядерной физики. Строение атома. Физическая характеристика элементарных частиц, входящих в состав атома
- •Изотопы, изобары, изомеры. Стабильные и нестабильные изотопы.
- •Явление радиоактивности. Естественная и искусственная радиоактивность.
- •Радиоактивные излучения. Их виды и характеристика (природа, заряд, энергия, пробег).
- •Типы ядерных превращений.
- •Закон радиоактивного распада. Активность радиоактивного элемента и единицы активности.
- •Искусственные преобразования атомных ядер.
- •Взаимодействие альфа- и бета-излучений с веществом. Закон ослабления пучка бета-частиц. Слой половинного ослабления бета-частиц в веществе. Обратное рассеивание. Самопоглощение.
- •Виды взаимодействия гамма-излучения с веществом. Закон поглощения пучка гамма-излучения.
- •Основные эффекты взаимодействия нейтронов с веществом. Наведенная радиоактивность. Защита от ионизирующих излучений.
- •Понятие о радиометрии и дозиметрии, их цели и задачи.
- •Доза излучения, их виды и мощность. Единицы измерения доз и мощности дозы.
- •Относительная биологическая эффективность различных видов излучений. Коэффициент качества.
- •Расчет доз при внешнем и внутреннем облучении. Связь между активностью источника и дозой излучения.
- •Методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений. Ионизационные методы детектирования ионизирующих излучений.
- •Ионизационная камера.
- •Устройство и классификация счетчиков.
- •Сцинциляционный метод регистрации и измерения ионизирующих излучений. Разновидности сцинциляционных методов. Сцинтиллирующие кристаллы, сцинтиллирующие жидкости.
- •Полупроводниковые детекторы ионизирующих излучений.
- •Фотографичский, химический, калориметрический методы регистрации ионизирующих излучений.
- •23. Радиометрические приборы, их назначение и принципиальные узлы устройства. Классификация.
- •24. Спектрометрические методы радиационного контроля.
- •25. Отбор и подготовка проб к радиационному контролю.
- •26. Гаммаспектрометрические методы
- •27. Бета-спектрометрические методы
- •28. Альфаспектрометрические методы
- •29. Радиохимические методы радиационного контроля
- •30. Дозиметрические приборы. Их назначение и принципиальные узлы устройства. Классификация.
- •31. Основные методы измерения радиоактивности (абсолютный, расчетный, относительный)
- •32. Естественные источники ионизирующих излучений и радиоактивных загрязнений внешней среды.
- •33. Искусственные источники ионизирующих излучений.
- •34. Общие закономерности перемещения радиоактивных веществ в биосфере.
- •35. Радиоэкология и её задачи.
- •Физико-химическое состояние радионуклидов в воде, почве, кормах
- •37. Закономерности метаболизма радионуклидов в организме животных.(в уч не нашла)
- •38. Источники и пути поступления радиоактивных изотопов в организм.
- •39. Типы распределения радионуклидов в организме.
- •40. Накопление и выведение радионуклидов из организма. Понятие о критическом органе.
- •41. Эффективный период полувыведения. Ускорение выведения радиоактивных веществ из организма.
- •42. Группы радиотоксичности.
- •45) Основные факторы, обуславливающие токсичность радионуклидов.
- •46) Предельно допустимые концентрации радионуклидов в кормах для продуктивных животных. (Бк/кг или Бк/л)
- •47) Допустимые уровни содержания радионуклидов в продуктах и сырье животноводства, полученных от животных и птиц, содержащихся на загрязненной территории.
- •48) Пути использования кормов, животных и продукции животноводства, загрязненных радионуклидами.
- •49) Основные задачи радиационного мониторинга апк. (Арбитражный процессуальный кодекс)
- •50) Основные принципы организации радиационного мониторинга апк в аварийных ситуациях.
- •51) С помощью каких средств и технологических приемов можно добиться снижения содержания радионуклидов в организме животных и получаемой продукции?
- •52) Каковы принципы нормирования поступления радионуклидов в организм с/х животных?
- •53) Режим питания и содержания животных при радиоактивном загрязнении среды.
- •54) Использование веществ, ускоряющих выведение радионуклидов из организма животных.
- •55) Пути использования кормовых угодий, кормов, животных и продукции животноводства, загрязненных радионуклидами.
- •56) Современные представления о механизмах биологического действия излучений на молекулярном и клеточном уровнях.
- •57) Прямое и непрямое действие ионизирующих излучений.
- •58) Радиочувствительность и радиорезистентность.
- •59) Влияние ионизирующего излучения на цнс, органы чувств, железы внутренней секреции, систему крови, лимфоидные ткани, жкт, ссс, органы выделения, кости, хрящи, мышцы, половые железы.
- •60) Действие ионизирующего излучения на зародыш, эмбрион и плод.
- •61) Генетические эффекты. Радиационный мутагенез. Возможные последствия мутации в соматических клетках: лейкозы, рак. Зависимость ген.Эффекта от величины доз облучения во времени.
- •62) Влияние ионизирующих излучений на иммунобиологическую реактивность.
- •63) Значение естественной радиоактивности и малых доз радиации в биологических процессах.
- •64) Лучевая болезнь, ее формы и степени: лучевая травма, генетические эффекты.
- •65) Острая лучевая болезнь (олб), вызванная внешним облучением, ее периоды и степени тяжести.
- •66) Патогенез, клинические признаки, патологические изменения, диагноз, прогноз, лечение и профилактика лучевой болезни.
- •67. Особенности клинической и паталогоанатомической картины острой лучевой болезни, вызванной попаданием р-акт. В-в внутрь организма.
- •68. Особенности течения лучевой болезни у разных видов с/х животных.
- •69. Хроническая лб. Особенности и течение развития, течение заболевания. Диагноз, прогноз, исходы. Лечение и профилактика хрон. Лб.
- •70. Лб при внутреннем поражении. (см.67)
- •71. Лучевые ожоги. Этиология, патогенез, клин.Признаки, течение и исходы. Отличительные признаки луч.Ожогов от термических и химических. Профилактика и лечение.
- •72. Комбинированные луч.Поражения.
- •73. Отдалённые последствия действия радиации.
- •74. Хозяйственно полезные качества животных, подвергнувшихся воздействию ионизир. Излучения.
- •75. Использование биол.Действия иониз. Излучений на растит. И животные организмы с целью стимуляции роста, развития и продуктивности животных, изменение наследственный свойств организма.
- •77. Использование ион. Изл. В диагностике болезней, терапии, биол.Промышленности и др. Отраслях нар. Хоз-ва.
- •78. Применение радиоиндикаторного метода при исследовании функционального состояния органов и систем орг-ма, изучение обмена в-в у животных, фармакодинамики лек.В-в.
- •79. Приборы для оснащения радиационных служб и их назначение.
- •80. Технологические приёмы переработки животноводческой продукции, загрязнённой р-нуклидами.
- •81. Радиометрические, дозиметрические способы контроля.
- •82. Радиационный контроль мясн. Сырья и крс.
- •84. Каковы принципы рад. Безопасности.
- •85. Каковы основные пределы доз разных категорий населения.
- •86. Назовите средства и методы индив. Защиты при работе с рад.Источниками.
- •87. Назовите средства и методы индив. Защиты при нахождении в местности с высоким уровнем р-нуклидного загрязнения. (см. 86)
- •88. Перечислите правила личн.Гигиены при работе в зоне р-активного загрязнения.
- •89. Назовите принципы зонирования территорий, подвергшихся радионуклидному загрязнению.
- •90) Виды радиоактивных отходов и методы их обезвреживания.
56) Современные представления о механизмах биологического действия излучений на молекулярном и клеточном уровнях.
У различных излучений механизм биол.действия в основном одинаковый, начиная от исходных актов поглощения и переноса энергии излучения и заканчивая физиологическими и морфологическими изменениями в организме. По выражению Н. В. Тимофеева-Ресовского «Необходимо понять и преодолеть основной радиобиологический парадокс, состоящий в крайнем несоответствии между ничтожной величиной поглощенной энергии и крайней степенью выраженности реакций биологического объекта, вплоть до летального эффекта». Например, при гамма-облучении дозой 9-10 Гр, смертельной для большинства млекопитающих, ткани поглощают ничтожно малую энергию — около 170 кал ( что равно тепловой энергии, полученной человеком от выпитого стакана горячего чая).
В механизме биол. действия излучений можно выделить 2 этапа. 1 этап - первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей; 2 — опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации.
По гипотезе Штрауса (1923) – в основе поражения лежит действие излучения на липоиды ароматического ряда как на наиболее радиочувствительные компоненты клетки. Со временем был накоплено много материалов о повреждающем действии излучений. Однако механизм оставался неизвестным.
Для изучения этих вопросов были взяты в качестве биологической модели простые белки, протеиды, ферменты, вирусы, бактерии и грибы различных видов. Их подвергали облучению в различных условиях и агрегатных состояниях: сухом (высушенном) виде, в растворах, при глубоком замораживании в жидком азоте, в различных условиях кислородного режима (при насыщении среды кислородом или при отсутствии его). Исследования проводили на животных различных видов.
В результате этих опытов были выдвинуты 2 теории механизма первичного, т. е. непосредственного, действия радиации, которые в настоящее время являются признанными: 1) Теория прямого действия излучений на составляющие молекулы вещества; 2) Теория косвенного действия.
Было показано, что при прохождении излучения через в-во или макромолекулы энергия излучения передается атомам вещества, вызывая в них возбуждение и ионизацию. Этот первый этап воздействия излучения характеризует акт прямого их взаимодействия. Следовательно, под прямым действием понимают такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими молеку лами, а поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромолекул. Под косвенным (непрямым) действием понимают изменение молекул клеток и тканей, обусловленное радиолизом воды и растворенных в ней веществ, а не энергией излучения, поглощенной молекулами.
57) Прямое и непрямое действие ионизирующих излучений.
ТЕОРИИ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ.
Теория мишени и попаданий. Эта теория объясняла наличие в клетке жизненно важного центра (гена или ансамбля генов) — мишени, попадание в которую одной или нескольких частиц атомной радиации достаточно для разрушения и гибели клетки. Чем больше доза, тем вероятнее попадание в мишень (дозаэффект). В опытах на микробных клетках была показана количественная зависимость между дозой и биологическим эффектом: с увеличением дозы в геометрической прогрессии увеличивается количество поврежденных единиц. Когда гибель клеток, разрушение молекул, инактивацию ферментов можно описать экспоненциальной кривой, говорят об одноударном поражении, т. е. инактивация объекта происходит под действием одного попадания (это для микробных клеток, бактерий, вирусов). Для разрушения клеток животных и растительных тканей требуется более одного попадания в мишень. Поэтому данный процесс называется многоударным, и гибель клеток описывается S-образной кривой. Таким образом, в основе теории мишени лежат два положения. Первое из них — принцип попадания — характеризует особенность действующего агента (излучения). Эта особенность заключается в дискретности поглощения энергии излучения, т. е. поглощения порций энергии при случайном попадании в мишень. Второе положение — принцип мишени — учитывает особенность облучаемого объекта (клетки), т. е. различие в ее ответе на одно и то же попадание. Однако эта теория многого не объясняет (зависимость радиобиологического эффекта от температуры и наличия кислорода). Было замечено, что понижение температуры и снижение концентрации кисло рода в среде снижают радиационный эффект, т.е. гибель клеток уменьшается. По мнению Д. Е. Ли, одного из авторов теории мишени, эта теория может быть справедливой только при инактивации бактерий, вирусов и одноклеточных организмов и при мутации ( радиационная генетика и селекция м-мов, грибов и растений; способ холодной стерилизации вакцин, сывороток, гормонов, витаминов, медицинских инстр-в и перевязочного материала).
Стохастическая (вероятностная) теория. Предложена в конце 1960х годов О. Хугом и А. Келлером. В отличие от теории мишени, эта теория еще учитывает и состояние клетки как биологического объекта, лабильной динамической системы. Клетка как лабильная динамическая система постоянно находится в стадии перехода из одного состояния в другое путем митоза. На каждой стадии деления существует вероятность повреждения ее вследствие различных факторов, в том числе и радиационного. Излучение влияет на все фазы клеточного цикла, однако радиочувствительность клетки в различные стадии митоза неодинаковая. Наибольшую чувствительность - в стадии профазы, т. е. в начале деления. Облучение в период интерфазы приводит к потере способности приступать к новому делению. В клетках, уже начавших делиться (профаза), облучение тормозит его завершение. В этих случаях легко нарушается структура хроматинового вещества, в результате чего клетка может погибнуть.
На основании различия радиочувствительности клеток ученые Бергонье и Трибондо (1903) сформулировали правило: чувствительность клеток к облучению прямо пропорциональна интенсивности клеточного деления и обратно пропорциональна степени их дифференцировки (исключение- неделящиеся нервные клетки и лимфоциты). Следовательно, наиболее повреждаемы клетки тех тканей, которые обладают высокой митотической активностью. К ним относятся клетки органов кроветворения (ККМ, селезенка, лимфоузлы), половых желез, эпителия кишечника и желудка, а также клетки быстрорастущих опухолей. Наибольшая поражаемость принадлежит ядру.
ТЕОРИИ НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. Наиболее выражен процесс радиолиза (радиационного разрушения) воды, потому что вода составляет основу важнейших структур клетки (80...90%). Именно в воде растворены все важные вещества, являющиеся основными компонентами клетки, которым легко может быть передана энергия, первоначально поглощенная водой. Процесс радиолиза воды совершается в три фазы: физическая — длится 10–13-10–16 с; фаза первичных физико-химических превращений — 10–6-10–9 с; фаза химических реакций — 10–5-10–6 с. При взаимодействии ионизирующих излучений (гамма-кванта, заряженной частицы) с электронной сферой атомов происходит возбуждение и ионизация атомов или молекул вещества.
В физическую фазу происходит взаимодействие ионизирующего излучения с молекулой воды, в результате чего выбивается электрон с внешней орбиты атома и образуется + заряженный ион воды: е- + Н2О+ .
«Вырванный» электрон присоединяется к нейтральной молекуле воды, образуя отрицательный ион воды:
е- + Н20 = Н20- .
При эффекте возбуждения образуется нейтрально заряженная молекула воды с избытком энергии, привнесенной ионизирующим излучением: Н2О* .
Физ-хим 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:
Н2О+ = Н+ + ОН˚ ;
Н2О– = Н˚ + ОН– ;
H2O* = Н˚ + ОН˚ .
Далее развивается фаза химических реакций. Обладая высокой хим. активностью за счет наличия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодействуют друг с другом или с растворенными в воде веществами. Реакции могут идти следующими путями:
Н˚ + ОН˚ = Н2О (рекомбинация, восстановление воды);
Н˚+Н˚ = Н2 (образование молекул водорода);
ОН˚ + ОН˚ = Н2О + О (образование молекул воды и выделение кислорода, который является сильным окислителем);
ОН˚ + ОН˚ = Н2О2 (образование пероксида водорода).
При наличии в среде растворенного кислорода О2 возможна реакция образования гидропероксидов:
Н˚ +О2 = НО2˚ (гидропероксидный радикал).
Гидропероксиды могут взаимодействовать между собой, образуя пероксиды водорода и высшие пероксиды, которые обладают высокой токсичностью, но они очень быстро разлагаются ферментом каталазой на воду и кислород: НО˚2 + НО˚2 = Н2О2 +О2; НО˚2 + Н˚ = Н2О2 (пероксид водорода); HO˚2 + HO˚2 = Н2О4 (высший пероксид).
Взаимодействие свободных радикалов с орг./неорг. веществами идет по типу окислительно- восстановительных реакций и составляет эффект непрямого (косвенного) действия.
В чистых сухих веществах будет преобладать прямое, а в слабо растворенных— косвенное действие радиации. Уживотных 45% поглощенной энергии излучения вызывают прямое действие, а остальные 55% энергии -непрямое действие. О различии прямого и косвенного действия радиации можно судить по двум феноменам — эффекту разведения и кислородному эффекту.
Эффект разведения— состояние, при котором число поврежденных молекул в слабом растворе не зависит от его концентрации. Кислородный эффект. С повышением концентрации кислорода в окружающей среде и объекте облучения усиливается эффект лучевого поражения, и наоборот. Выраженность кислородного эффекта зависит от их линейной потери энергии (ЛПЭ); с повышением ее эффект уменьшается. Кислородный эффект применяется при лечении злокачественных новообразований. У млекопитающих максимальная радиочувствительность тканей отмечается при нормальном парциальном давлении кислорода (30-45 гПа). Снижая насыщенность тканей кислородом, можно повысить радиорезистентность животного.
Таким образом, в кислородной среде образуется больше токсических веществ.
Теория липидных радиотоксинов (первичных радиотоксинов и цепных реакций). Была предложена в 1950-е годы Б.Н.Тарусовым, Ю.Б.Кудряшовым, Н.М.Эмануэлем. Они показали, что уже в первые часы после облучения в тканях жив-х образуются вещества, которые при последующем введении их интактным животным вызывают гемолиз. Липидные радиотоксины представляют собой лабильный комплекс продуктов окисления ненасыщенных кислот, гидропероксидов, альдегидов и кетонов. Они вызывают не только гемолиз, но и : торможение клеточного деления, нарушение кроветворения, повреждение хромосомного аппарата и др. 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. При облучении вначале поражаются липиды клеточных мембран, что приводит к нарушению химизма клетки.
Структурно-метаболическая теория радиационного поражения. Автор - А. М. Кузин. 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 радиации, в присутствии кислорода образуют пероксиды. Эти изменения приводят к нарушению проницаемости мембран и метаболических процессов. Таким образом, в структурно-метаболической теории к радиационному поражению ядерных макромолекул добавляются нарушение ЦП-структур. А. М. Кузин ввел понятие о веществах, влияющих на геном клетки, и назвал их триггер-эффекторами. Под действием радиации триггер-эффекторы (семихиноны, хиноны, гормоны и др.) могут оказывать депрессивное или репрессивное действие на геном клетки, а следовательно, и на биосинтетические процессы.
В механизме действия ионизирующих излучений можно выделить 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 веществами; 3) биохимические реакции, обусловливающие изменения функций и структур органов и систем и реакций организма.
Структурно-метаболическая теория 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. Участие НС в опосредованном действии ионизирующего излучения показано в трудах И.Р.Тарханова, М.Н.Ливанова, А.В.Лебединского, которые отметили высокую чувствительность НС к радиации и высокую пластичность и способность к компенсации. Один из механизмов участия НС в реакциях на облучение - рефлекторный; второй - эндокринная система. Ряд исследователей, определяют лучевое поражение как одну из форм стресс-реакции (в первое время после излучения - гиперсекреция коры надпочечников, уменьшаются размеры тимуса и селезенки, развивается лимфопения). В опосредованных реакциях участвуют также гипофиз, щитовидная и другие эндокринные железы. В качестве гуморального пути действия радиации служат токсические вещества, образующиеся при лучевой болезни. По П. Д. Горизонтову, понятие «радиотоксины» (лучевые токсины) включает качественные и количественные изменения биол. свойств крови, лимфы, тканевой жидкости и др. К токсическим агентам 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.
Эффекты, возникающие при действии ионизирующего излучения:
1.Соматические нестохастические (детерминированные)— эффекты, возникающие сразу после облучения большими дозами: острая и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения (катаракта), поражения кожи, репродуктивной функции. 2.Соматические стохастические— отдаленные последствия: понижение сопротивления инфекциям, сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей, лейкозов. 3. Генетические, или наследственные — эффекты, проявляющиеся в потомстве облученных людей и животных. Эти эффекты являются также стохастическими (генные мутации, хромосомные аберрации).