Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Вивчення радіобіології як науки
Радіобіологія — це наука, що вивчає дію іонізуючих випромінювань на біологічні системи різних рівнів організації, в тому числі на живі організми та їх угруповання.
Із визначення видно, що коло конкретних об’єктів, на яких досліджуються механізми впливу іонізуючих випромінювань, надзвичайно широке. При цьому радіобіологія, з одного боку, досліджує реакції на опромінення будь-яких біологічних об’єктів — вірусів, мікроорганізмів, окремих еукаріотичних клітин, тканин, багатоклітинних організмів тваринного й рослинного світу, людини, видових популяцій, угруповань (біоценозів) і навіть біосфери в цілому, а з іншого — вивчає механізми процесів, які спричинюють формування радіобіологічної відповіді клітини. Ці процеси відбуваються на різних рівнях: взаємодія фотонів або частинок іонізуючого випромінювання з атомами й молекулами, формування активних форм молекул, ушкодження біологічно важливих макромолекул, індуковані останнім процеси в ядрі клітини, в мембранних системах, інших ультраструктурах клітини, в клітинних популяціях, у складних організмах, у видових популяціях, в екосистемах,^
Унаслідок різноманітності досліджуваних біологічних об’єктів і рівнів здійснення радіобіологічних процесів радіобіологія використовує дуже багато різних методів досліджень, запозичаючи їх у суміжних наук —фізики, фізикохімії, біохімії, молекулярної біології, генетики та ін.
Відповідно до рівнів досліджуваних систем у радіобіології виділяються розділи, які тією чи іншою мірою набули рис самостійних наук із властивими для них методологією досліджень, системою понять і логікою теоретичного аналізу досліджуваних явищ. Водночас загальна радіобіологія прагне об’єднати все розмаїття фактів, що виявляються під час дослідження різних біологічних систем, в уза- гальнювальну теорію. Отже, автономність окремих розділів радіобіології є досить умовною.
2. Предмет та завдання радіобіології, її особливості як науки
У залежності від рівнів організації життя основними об’єктами дослідження радіобіології є наступні:
екологічні системи, популяції, організми, органи, тканини;клітини, клітинні органоїди, біологічні мембрани;макромолекули і “малі” молекули.
Основними фундаментальними задачами радіобіології є наступне:дослідження радіаційного ураження організмів за умови їх тотального опромінення; пізнання загальних закономірностей біологічної відповіді на дію іонізуючого опромінення пізнання причин різної радіочутливості організмів і радіобіологічного парадоксу; керування радіобіологічними ефектами; пошуки різних способів захисту організмів від опромінення;пошуки способів і шляхів після радіаційного відновлення від ураження;
прогнозування небезпеки для людства рівня радіації довкілля, що підвищується; пошуки новіи шляхів використання іонізуючого випромінювання в медицині,сільському господарстві, харчовій і мікробіологічній промисловості тощо.
Об’єктом радіобіологічних досліджень є людина, тварини, рослини, мікроорганізми, макромолекули, окремі структури клітини, процеси метаболізму тощо. Радіобіологія вивчає міграцію радіонуклідів, дію радіації на довкілля, закономірності і шляхи переходу радіонуклідів з одного природного комплексу до іншого.
Предметом дослідження радіобіології є молекули, віруси, мікроорганізми,найпростіші, рослини, тварини, людина, біоценози, агроценози, інші екосистеми та процеси, що в них відбуваються під впливом іонізуючого випромінювання.
Задачею курсу є наступне:
- дослідження шляхів міграції і дії інкорпорованих (тих, що поглинуті
організмами рослин, тварин, людини) радіонуклідів;
- розробка заходів, що попереджують накопичення радіонуклідів в організмі;
встановлення стійкості (толерантності) рослин і тварин до іонізуючого
опромінювання;
- виявлення можливостей використання іонізуючого випромінювання в науці,
біології, медицині, ветеринарній медицині, гігієні, хроногеології, сільському
господарстві тощо;
- вивчення впливу радіації на мікроорганізми;
- вивчення впливу радіації на біоту;
- вивчення впливу радіації на імунну систему людини і тварин;
- розробка заходів захисту від радіації, техніки безпеки при роботі в умовах
підвищеного рівня радіації;
3. Структура та основні напрямки сучасної радіобіології
Виділяють дві групи розділів радіобіології.
Перша група об’єднує напрями, що вивчають процеси, індуковані під впливом іонізуючих випромінювань, на різних рівнях організації біологічних систем. Це радіаційна біофізика, радіаційна хімія, радіаційна біохімія, радіаційна молекулярна біологія, радіаційна мембра- нологія, клітинна радіобіологія, радіаційна цитогенетика, радіобіологія клітинних популяцій, радіаційна генетика, радіаційна популяційна генетика.
До другої групи належать розділи, що досліджують радіобіологічні реакції організмів — представників великих таксонів.
Всі розділи радіобіології дуже тісно пов’язані між собою, доповнюють один одного й у своїй сукупності створюють загальну теорію біологічної дії іонізуючих випромінювань.
Радіаційна біофізика розглядає первинні процеси передавання енергії іонізуючого випромінювання атомам і молекулам речовини.
Радіаційна хімія досліджує властивості хімічних форм, що виникають унаслідок взаємодії іонізуючих випромінювань із речовинами, та особливості їх хімічних перетворень. Із застосуванням відповідних методів хімії й хімічної фізики вивчаються хімічні реакції, що відбуваються за участю індукованих опроміненням активних хімічних форм молекул.
Радіаційна біохімія вивчає зміни в обміні речовин, які спричиняються появою в метаболічних системах клітини продуктів радіаційно-хімічних перетворень.
Радіаційна молекулярна біологія досліджує вплив іонізуючих випромінювань на процеси, в яких беруть участь біологічні макромолекули, передусім ДНК, а саме — на реплікацію ДНК, транскрипцію,
Клітинна радіобіологія вивчає вплив іонізуючих випромінювань на клітинні процеси: мітотичні й мейотичні поділи, проходження етапів клітинного циклу, регуляцію онтогенезу клітини та її диференціацію, міжклітинні взаємодії, трансдукцію сигналів, біогенез субклітинних структур, генерацію клітинних потоків.
Радіаційна цитогенетика розглядає механізми радіаційно-індуко- ваних перетворень цитогенетичних структур.
Радіобіологія клітинних популяцій. Одноклітинні організми існують у формі більш або менш численних груп — популяцій.
Радіаційна генетика досліджує механізми виникнення генетичних, спадкових змін, мутацій унаслідок опромінення клітин, механізми їх збереження або елімінації, припинення, поширення в геномі популяції, роль у формотворенні тощо.
Радіаційна вірусологія досліджує вплив радіації на структуру бактеріофагів і вірусів та їхні властивості — вірулентність, життєвий цикл, еволюцію.
Радіобіологія мікроорганізмів має низку важливих аспектів теоре- тичного й прикладного характеру. Велика різноманітність бактерій, особливості структурно-функціональної організації. їхніх клітин, а також численність адаптивних властивостей, притаманних окремим видам мікроорганізмів, зумовлюють прояви в них різноманітних радіобіологічних реакцій. Серед мікроорганізмів є й дуже радіостійкі, й дуже радіочутливі види.
Радіобіологія рослин, або радіаційна ботаніка. Царству рослин притаманні надзвичайна різноманітність організації клітин та струк-турно-функціональпі особливості різних видів.
Радіаційна селекція — розділ, близький до радіобіології рослин, — обґрунтовус методи добування вихідного матеріалу для селекції культурних рослин шляхом використання індукованих дісю радіації спадкових змін.
Радіобіологія тваринних організмів досліджує радіобіологічні реакції в різних видів тварин —представників різних класів.
Радіобіологія людини. Хоча фізіологічні процеси в ссавців і людини дуже подібні, та все ж між ними є певні відмінності.
Радіаційна гематологія. Система кровотворення (гемопоезу) належить до иайрадіочутливіших, і зміна числа клітин у периферичній крові є визначальним чинником у формуванні радіаційного ураження людини за певних доз опромінення.
Радіаційна імунологія. В разі опромінеіпія людини й тварин, яке спричиняє ушкодження низки клітинних систем і порушення функцій, уражається Імунна система, що може супроводжуватися негативними для життєдіяльності організму змінами — втратами властивостей клітинного та гуморального імунного захисту.
Радіаційна онкологія. Здатність іонізуючого випромінювання гальмувати проліферацію клітин застосовують у онкології:
Медична радіологія, теоретичну основу якої становить радіобіологія людини,
Радіоекологія досліджує розподіл, міграцію та кругообіг радіоактивних речовин в екосистемах та в біосфері в цілому, а також вплив іонізуючого випромінювання, зумовленого наявністю радіоактивних речовин у довкіллі, на біогеоценози.
Сільськогосподарська радіологія розробляє й обґрунтовує різні агрохімічні й агротехнічні заходи для запобігання нагромадженню радіоактивних речовин у продуктах харчування й кормах, а отже, потрапляння їх в організм людини.
Радіаційна біоценологія. Внаслідок дії іонізуючої радіації на угруповання, або біоценози .
Крім розглянутих розділів радіобіології, є ще й такі: кількісна радіобіологія — створює математичні моделі для характеристики дозових залежностей радіобіологічних ефектів; стохастичнарадіобіологія — опрацьовує концепцію ймовірнісного характеру первинних подій радіаційного ушкодження макромолекул у клітині та їх участі в подальшому формуванні радіаційного ураження клітини; мікро-дозиметрія досліджує розподіл передаваної енергії випромінювань за мікрооб'смами клітини та вплив цього розподілу на розвиток радіобіологічного ураженім; теоретична радіобіологія —узагальнює погляди на механізми розвитку радіаційного ураження.
4. Етапи розвитку радіобіології
Сьогодні можна виділити такі етапи розвитку радіобіології:
І-й етап - з 1881 до 1920 років - виявлення катодного випромінювання І.П.Пулюєм і демонстрація на Міжнародній електротехнічній виставці в Парижі “лампа Пулюя”, за яку він одержав срібну медаль, вивчення уражаючої дії радіації на різні системи організму; пізнання природи і сутті радіації;
вивчення радіоактивного гальмування поділу клітин;встановлення уражаючої дії радіації на субклітинні елементи, клітини, тканини.Найбільш яскраві представники вчених першого періоду: І. Пулюй, П. Кюрі, М.Складовська-Кюрі, А. Бекерель, К. Рентген, Н. Бор, Н. Тесла, Е. Лондон, І.Тархановта інші.
ІІ-й етап - починаючи з 1920 до 1945 років - розвиток дозиметрії, вивчення зв’язку між дозою і ефектом, розробка атомної бомби;вивчення впливу радіації на живі системи у залежності від її дози та якості;розробка заходів захисту і лікування від радіації. Найбільш яскраві представники вчених другого періоду Ф. Дессауєр, Л.Грей, М.В. Тимофєєв-Рясовський, Д.Ли та інші.
ІІІ-й етап починається з 1945 до 1986 років – вивчення впливу радіації на навколишнє середовище, розробка методів використання радіації в науці, промисловості_______, сільському господарстві, медицині, дослыджуються ураження радыацыэю срматичних та генеративних клытин, розвиток атомної енергетики до Чорнобильської аварії тощо. Найбільш яскраві представники вчених третього періоду Ярмоленко, Дубинін.
ІV-й етап – починається з аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 році і триває до нині.
Окрім того, у розвитку радіології, радіобіології, радіоекології можна виділити три періоди, що поперемінно чередуються і повторюються, - це радіоейфорфї (необґрунтованого захоплення радіації), радіофобії (патологічної боязні всього, що пов’язане з радіацією) та радіо амнезії (забуття про переоцінку і тяжки наслідки впливу радіації на людину і довкілля).
5. Явище радіоактивності.
Радіобіологія досліджує вплив на біологічні системи іонізуючих випромінювань різних типів — електромагнітних хвиль, потоків заряджених елементарних частинок (електронів, протонів, позитронів, нейтронів) та прискорених ядер елементів. Ці типи іонізуючих випромінювань істотно відрізняються за своїми властивостями, що визначають характер взаємодії їх із речовиною. Саме від особливостей взаємодії випромінювання з речовиною залежить передавання енергії молекулам і атомам, які при цьому зазнають іонізації або збудження й утворюють хімічно активні форми. Останні ініціюють хімічні реакції, що супроводжуються появою продуктів, не характерних для нормальної життєдіяльності клітини й багатоклітинного організму.
Оскільки первинні процеси взаємодії іонізуючих випромінювань із різними речовинами, що входять до складу живих клітин, є пусковими механізмами радіаційного ураження, то дослідженням цих процесів та зв’язку їх перебігу з характеристиками іонізуючих випромінювань присвячений спеціальний розділ радіобіології — радіаційна біофізика.
Отже, до іонізуючих належать випромінювання різних типів, які під час проходження крізь речовину в актах дискретного передавання енергії здатні іонізувати або збуджувати атоми й молекули.
Іонізація — це перетворення нейтральних атомів чи молекул на частинки, які несуть позитивніш або негативний заряд. Іонізація під впливом іонізуючого випромінювання здійснюється передаванням енергії випромінювання електронам зовнішніх орбіталей у такій кількості, щоб електрони були відірвані від молекули або атома й перенесені в нескінченність (у тому сенсі, що на них у цьому стані не діє електромагнітне поле атома чи молекули, які зазнали іонізації). Очевидно, кількість енергії, що передана атому або молекулі, має перевищувати енергію зв’язку електрона з атомом чи молекулою.
Радіоактивність – це всякі іонізуючі випромінювання, взаємодія яких зі зовнішнім середовищем викликає іонізацію з утворенням електричних зарядів різних знаків. Радіоактивність є кількісною характеристикою іонізуючого випромінювання. Якісною характеристикою іонізуючого випромінювання є вид і енергія випромінювання, проникаюча здатність, період напіврозпаду.
Розрізняють корпускулярне і фотоне іонізуюче випромінювання. У першому випадку перетворенні атомів виділяються часточки – альфа, бета, нейтрони, протони тощо. Альфа-розпад властивий для радіоактивних елементів з великим порядковим номером (уран, радій, плутоній). Бера-розпад існує в
двох різновидностях – елементарний і позитроний при фотоному (потік електромагнітних хвиль, що випускаються окремими порціями - квантами) випромінюванні утворюється квант енергії – рентгенівські або гама- випромінювання. Гама-промені поширюються зі швидкістю світла, вони не
несуть електричного заряду, але здатні вибивати електрони з атомів любих хімічних елементів (фотоелектрична дія). Джерелами радіації є природні і штучні радіоактивні речовини, космічний простір, ядерні реактори, рентгенівські трубки, різноманітні прискорювачі заряджених часток – бетатрони, циклотрони, лінійні прискорювачі, синхротрони, мікротрони.
6. Природні радіоізотопи.
Природна радіоактивність. За звичайних умов будь-який організм найбільшу дозу опромінення одержує від природних джерел іонізуючих випромінювань, насамперед від природних радіоактивних елементів. .,У земній корі виявлено 340 ізотопів хімічних елементів, що мають радіоактивні ядра. З них близько 70 належать до важких елементів. Усі елементи з атомним номером вищим за 80 є радіоактивними. Виділяють три групи радіонуклідів, що містяться в земній корі:
: • радіоактивні елементи, поява яких зумовлена ядерними реакціями із зарядженими частинками космічних променів, — космогенні природні радіонукліди;
Космогенні радіонукліди виникають унаслідок ядерних реакцій між ядрами елементів земного походження й частинками космічних променів. Оскільки в земній корі космічні промені швидко поглинаються, найбільше цих природних радіонуклідів містиі"ься н атмосфері й верхніх шарах земної кори.
Швидкості утворення та розпаду космогенних радіонуклідів зрівноважені. Тому їх уміст у атмосфері підтримується постійним.
До поодиноких природних радіонуклідів належить досить багато радіоізотопів різних хімічних елементів із масовими числами від 40 до 190 .Більшість елементів із такими масовими числами мають по кілька ізотопів, і деякі з них є радіоактивними. Внаслідок біогеохімічних або геохімічних перетворень елементів з указаними значеннями масових чисел їхній ізотопний склад практично не змінюється. Зрозуміло, періоди напіврозпаду поодиноких радіонуклідів дуже великі, бо Інакше за час існування Землі вони мали б практично повністю розпастися.
Сімейства важких природних радіоактивних елементів. Важкі природні радіоактивні елементи відрізняються від поодиноких радіонуклідів тим, що вони пов'язані між собою як продукти послідовних радіоактивних перетворень у трьох групах елементів, що дістали назву радіоактивних сімейств. Практичне значення в природі мають три радіоактивні сімейства: урану—радію, родоначальником якого є ШІІ, актиноураігу ( 235ІД що розпочинається від цього ізотопу урану, й торію, родоначальником якого с радіонуклід ТЬ
Біогеохімічні властивості важких природних радіоактивних елементів визначаютіїся фізико-хімічними особливостями цих елементів та середовшц їх міграції-
У біосфері радіонукліди важких елементів містяться в будь-яких природних матеріалах у розсіяному стані. В грунтах важкі природні радіоактивні ізотопи можуть міститися в кристалічних ґратках алюмосилікатних мінеральних частинок, у формі розчинних у воді основ, у вигляді Іонів і молекул, адсорбованих органічними й глинистими колоїдами, а також у формі окисних та інших важкорозчинних сполук. Лише в деяких із цих форм радіонукліди доступні для живих організмів, зокрема рослин, а відтак, здатні до біогеохімічної міграції. Співвідношення між доступними й малодоступними формами радіо-ігуклідів важких природних елементів" істотно залежить від типу грунту, кислотності ґрунтового розчину, обмінної ємності та деяких інших властивостей грунтів.
Уран дуже поширений у земній корі й міститься в будь-яких породах і ґрунтах. Цей елемент входить до складу мінералів і утворює рудні родовища.
Торій також с водним мігрантом. У природі цей елемент міститься в 4-валентній формі. Він також утворює рудні родовища, найчастіше пов'язані з пегматитовими жилами в гранітах, де оксид торію представлений домішкою до фосфатних мінералів
Радій-226 виявляється в будь-яких гірських породах, ґрунтах і природних водах.
7. Космічне випромінювання.
На всі земні об'єкти діють космічні промені — потоки заряджених частинок І атомних ядер, які безперервно надходять на Землю з космічного простору. Космічні промені поділяють на первинне космічне випромінювання, яке домінує на значних висотах у атмосфері (20...30 км над рівнем моря), й вторинне, що властиве малим висотам.
Первинне космічне випромінювання складається переважно з протонів (92 %), альфа-частинок (7 %), нейтронів і швидких ядер легких елементів (1 %). Середня енергія космічних променів дуже велика — близько 10 ГеВ.
Вторинне космічне випромінювання виникає внаслідок взаємодії первинних променів з атомами речовин атмосфери й тропосфери. Під час зіткнення частинок первинних космічних променів з атомними ядрами відбувається розщеплення останніх, і це визначає склад вторинних космічних променів, до якого входять електрони, позитрони, у-фотони (м'яка компонента), а також р.-, п- І ЛГ-мезони (жорстка компонента). Мезони як нестійкі елементарні частинки перетворюються на стабільні частинки (електрони, позитрони, у-фотони). Оскільки протони та інші ядра первинних космічних променів мають дуже велику енергію, то їх взаємодії з атомами речовин атмосфери, переважно азоту й кисню, є множинними, коли виникає ціла злива частинок вторинних космічних променів.
Інтенсивність космічних променів періодично й неперіодично коливається, що пов'язане зі змінами потужності магнітного поля Землі й сонячної активності. Власне сонячною активністю зумовлена незначна частина космічних променів із пижчими енергіями частинок. Високоенергетичні частинки надходять із Галактики.
Біля поверхні Землі космічні промені представлені переважно високоенергетичними електронами й у-фотонами, але інтенсивність цих променів дуже мала.
Інтенсивність космічних променів біля поверхні Землі майже постійна, але її магнітне поле впливає на розподіл їх потоків: ближче до полюсів інтенсивнісгь космічних променів дещо вища, ніж на екваторі. Крім того, інтенсивність космічних променів істотно залежип, від висоти над рівнем моря.
8. Природна радіоактивність рослин.
У біосфері радіонукліди важких елементів містяться в будь-яких природних матеріалах у розсіяному стані.
Лише в деяких із цих форм радіонукліди доступні для живих організмів, зокрема рослин, а відтак, здатні до біогеохімічної міграції.
Середні значення коефіцієнтів нагромадження важких радіоактивних елементів у рослинах здебільшого доволі низькі — порядку 10"', проте іноді спостерігаються й істотні коливання їх у межах (0,01...60)10-'.
Природна радіоактивність рослин i продуктів харчування обумовлена поглинанням ними радіоактивних речовин зі довкілля. З природних радіоактивні речовини найбільшу питому активність в рослинах становить До40, особливо у бобових рослинах. Багато наземні рослини, особливо водорості, у змозі концентрувати у тканинах радій з грунтів та води, деякі накопичують уран. Аналізи різних продуктів показали, що радій є постійною у хлібі, овочах, м'ясі, рибі й інших продуктах харчування.
9.Дозові навантаження, обумовлені природною радіоактивністю
Відомо, що в середньому, доза опромінення населення від всіх природних джерел іонізуючого випромінювання становить на рік близько 200 мР, хоча це значення може коливатися в різних регіонах Землі .
Переважна частина у дозі опромінення людини припа-дає на природні джерела радіації, які відповідальні за природний радіаційний фон.
Природний радіаційний фон формується з космічного випромінювання, космоген-них радіонуклідів, радіоактивних елементів земної кори, будівельних матеріалів, води, повітря, продуктів харчування, а також радіоактивних елементів, які входять до складу живих організмів. Головна маса природних радіоактивних речовин (7Be, 10Be, 35S, 32P, 33P, 22Na, 14C, 3H), які виникають при взаємодії космічного випроміню- вання з ядрами атомів хімічних елементів, що входять до складу повітря, утворю-ється в стратосфері, де і відмічаються найбільші їхні концентрації.
Земні джерела радіації у сумі відповідальні за більшу частину опромі-нення, котрому людина піддана від природної радіації. У середньому вони забезпе-чують більше 5/6 річної ефективної еквівалентної дози, яку отримує населення, в основному внаслідок внутрішнього опромінення.
Сукупність природних джерел іонізуючої радіації земного походження в значній мірі визначає природну радіоактивність ґрунтів і гірських порід. Чим ближче ці по-роди виходять на поверхню землі, тим більший внесок вони здійснюють у природ-ний радіаційний фон.
Сучасні дані свідчать, що доз опромінення населення зростає через продукти харчування з особистих господарств та від споживання продуктів лісу . Останні мають великий розкид значень радіоактивного забруднення, що і спричиняє широкий розподіл величин радіаційних навантажень на населення
Оцінка дозових навантажень населення забруднених радіонуклідами свідчить, що головною в структурі річної дози опромінення є доза внутрішнього опромінення.
Радіаційний стан, дозові навантаженя населення, передусім, зумовлюється включенням радіонуклідів до харчових ланцюгів «ґрунт-рослина-тваринна продукція», що значною мірою залежить від технологічних та екологічних умов сільгоспвиробництва.
10.Радіаійно-гігієнічні регламенти
Радіаційна гігієна є наймолодшою і складною галуззю гігієнічної науки. Вона вивчає дію радіоактивних речовин та інших джерел іонізуючого випромінювання на організм людей, які працюють з ними, а також на все населення при підвищеному вмісті радіоактивних ізотопів у навколишньому середовищі (гірських породах, ґрунті, атмосферному повітрі, водоймах, підземних водах, флорі і фауні, питній воді, харчових продуктах і об'єктах, що контактують із ними) у разі його забруднення радіоактивними відходами (газоподібними, рідкими, твердими, сипкими) і викидами.
Головними завданнями радіаційної гігієни є: дослідження для обґрунтування ГПК радіоактивних речовин і рівнів опромінень у виробничих умовах та навколишньому середовищі; вивчення умов праці й стану здоров'я людей, які працюють із радіоактивними речовинами та джерелами іонізуючих випромінювань; створення комплексу загальних та індивідуальних захисних засобів, що забезпечували б безпечні умови праці; контроль за дотриманням заходів з охорони навколишнього середовища від забруднення радіоактивними речовинами (відходами, викидами, стічними водами) та за радіологічною чистотою атмосферного повітря, поверхневих і підземних вод, ґрунту, харчових продуктів, питної води, матеріалів, які використовують у будівництві і побуті (одяг, косметика, домашнє господарство тощо).
11. Штучна радіоактивність
Штучні іонізуючі випромінюваннч можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними. Електромагнітне (фотонне) випромінювання – це гама- та рентгенівське
випромінювання. Корпускулярне випромінювання – це альфв- , бета- випромінювання та потік частинок (нейтронів, протонів).
Штучні джерела іонізуючої радіації: Медичні прилади, Польти в літаках, Телевізор ,Комп’ютер
Теплові електростанції, Випробування ядерної зброї.
Використання іонізуючих випромінювань у медицині. Опромінення в медичних "цілях зумовлює істотну складову дози, поглинутої людиною. Опромінеїшя відбувається під час проведення рентгенодіагностики (загальна й стоматологічна рентгенографія), внаслідок вживання преларатів, до складу яких входять радіоактивні речовини, з метою діагностики, а також у ході радіаційної терапії при онкологічних та деяких інших захворюваннях.
Випробування атомної зброї супроводжуються викидами великої кількості різних радіонуклідів, що виникають унаслідок поділу урану, а також у ядерних реакціях за участю нейтронів.
Найбільшу небезпеку для сучасного та прийдешніх поколінь становлять радіоактивні ізотоіги (радіонукліди) які мають великі періоди напіврозпаду (Т1/2):' 11С (ТІ/2 = 5730 років), Са (Г1/2= ЗО років), и5г (Т1/2 =30 років), тритій {Тіп = 12 років). За рахунок цих радіонуклідів нагромаджується основна частка піввікової очікуваної дози, й найзначніша роль у цьому процесі належить радіовуглецю.
Радіонукліди, що потрапляли в атмосферу внаслідок вибухів атомних бомб, розносилися вітрами по всій земній кулі й урешті-решт випадали на поверхню Світового океаігу та континентів, забруднюючи води, грунти, рослинність.
Промислові процеси, що збільшують дозоутворювальну здатність природних радіонуклідів. Є чимало промислових процесів, які призводять до винесення на поверхню землі матеріалів, у яких концентрація природних радіоактивних елементів істотно перевищує середній рівень. До таких процесів належить насамперед видобування ураігу, виробництва та використання фосфорних добрив, Виробництво електроенергії на теплових електростанціях, спалюванням вугілля.
Атомна енергетика. Виробництво електроенергії на атомних електростанціях супроводжується викидами радіонуклідів у довкілля навіть за умов нормального функціонування цих електростанцій.
12.Класифікація радіонуклідів
Штучні радіонукліди ( внаслідок дії електромагнітного та корпускулярного випромінювання);
Природні радіонукліди:
Виділяють три групи радіонуклідів, що містяться в земній корі:
: • радіоактивні елементи, поява яких зумовлена ядерними реакціями із зарядженими частинками космічних променів, — космогенні природні радіонукліди;
За ступенем радіаційної небезпеки:
Група А (дуже висока)- Po210. Ra226.
Група Б (висока)-V235. Ra224.
Група В (середня)-P32. Ca35.
Група Г (мала)-H3. C14.
13. Іонізація та збудження
Іонізація — це перетворення нейтральних атомів чи молекул на частинки, які несуть позитивніш або негативний заряд. Іонізація під впливом іонізуючого випромінювання здійснюється передаванням енергії випромінювання електронам зовнішніх орбіталей у такій кількості, щоб електрони були відірвані від молекули або атома й перенесені в нескінченність (у тому сенсі, що на них у цьому стані не діє електромагнітне поле атома чи молекули, які зазнали іонізації). Очевидно, кількість енергії, що передана атому або молекулі, має перевищувати енергію зв’язку електрона з атомом чи молекулою.
Збудженим називають такий стан атомів чи молекул, коли вони мають енергію, більшу ніж в основному стані. Підвищення енергії в системі атомів чи молекул відбувається шляхом електронних переходів з основного стану в збуджений.
У молекулі існує система електронних енергетичних рівнів. Для хімічних та оптичних властивостей молекули визначальними є два рівні —верхня за значенням енерги заповнена молекулярна орбіталь і незаповнені молекулярні орбіталі. На кожній заповненій орбіталі може бути лише два електрони, які характеризуються протилежними власними магнітними моментами (аіггипаралельні спіни). Якщо ж на орбіталі залишається один електрон, то йдеться про наявність неспа-реного електрона. В разі поглинання молекулою енергії, яка відповідає різниці значень енергій верхнього заповненого й одного з незаповнених рівнів, матиме місце електронний перехід.
Молекула при цьому переходить у збуджений стан. Кожному з цих станів молекули відповідають певні енергетичні рівні. Мінімальна енергія властива основному стану молекули.
Зі стаїту збудження молекула може повернутися до основного стану кількома способами: перетворенням енергії електронного збудження на тепло (теплова конверсія); випромінюванням кванта енергії, який за значенням відповідає різниці енергій певних електронних рівнів (флуоресценція); передаванням енергії збудження іншій молекулі; перетворенням збудженої молекули на молекулу або молекули інших речовин (фотохімічна реакція).
Час перебування молекули в збудженому стані залежить від форми збудження. Якщо в разі збудження спін електрона залишається незмінним, то такий стан називають синглетним, а якщо спін змінюється, то виникає триплетний етап. Оскільки перехід із триплетного стану в основний за законами квантової фізики заборонений, то відповідно тривалість перебування молекули в триплетному стані збудження на кілька порядків більша, ніж у синглетному, для якою час життя становить 10_|\..10~п с. Перехід із триплетного стану в основний здійснюється шляхом теплової конверсії, випромінювання фотона вповільненої флуоресценції, фотохімічних перетворень молекули або продавання енергії електронного збудження іншій молекулі
внаслідок поглинання іонізуючого випромінювання в речовині утворюються вільні електрони, позитивно заряджені іонізовані частинки, а також молекули чи атоми в стані збудження, перетворення яких може супроводжуватися виділенням тепла, фотонів флуоресценції й фотохімічними реакціями. Оскільки збуджені атоми й молекули на збвнігїгяіх орбіталях мають поодинокі електрони, вони характеризуються підвищеною реакційною здатністю.
14. Потенціал іонізації
Енергію, яка має бути витрачена для відриву електрона від атома чи молекули, називають потенціалом іонізації.
Потенціал іонізації — характеристика потенціальної ями, в якій перебуває електрон в атомі, іоні або молекулі в разі незбудженого стану. Для відриву електрона від атома або молекули потрібна мінімальна енергія
Енергію електронних переходів виражають в електрон-вольтах (еВ). Це позасистемна одиниця енергії.
Потенціал іонізації визначають за спектроскопічними даними та характеристиками ударної іонізації й виражають у вольтах.
Відрив одного електрона від нейтрального незбудженого атома характеризується першим потенціалом іонізації, відрив другого електрона описуєті>ся другим потенціалом іонізації й т. д. Черговий потенціал іонізації з переходом до елекгронів глибшої електронної оболонки, різко зростає. Зі збільшенням порядкового номера атомів, коли посилюється екранізація ядра глибинними електронами, перший потенціал іонізації зменшується.
Енергія, за значенням менша від потенціалу іонізації, також може поглинатисБ атомом чи молекулою, які при цьо.чу переходять у стан збудження,.
15. Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною
Радіобіологія досліджує вплив на біологічні системи іонізуючих випромінювань різних типів — електромагнітних хвиль, потоків заряджених елементарних частинок (електронів, протонів, позитронів, нейтронів) та прискорених ядер елементів. Ці типи іонізуючих випромінювань істотно відрізняються за своїми властивостями, що визначають характер взаємодії їх із речовиною. Саме від особливостей взаємодії випромінювання з речовиною залежить передавання енергії молекулам і атомам, які при цьому зазнають іонізації або збудження й утворюють хімічно активні форми. Останні ініціюють хімічні реакції, що супроводжуються появою продуктів, не характерних для нормальної життєдіяльності клітини й багатоклітинного організму.
Оскільки первинні процеси взаємодії іонізуючих випромінювань із різними речовинами, що входять до складу живих клітин, є пусковими механізмами радіаційного ураження, то дослідженням цих процесів та зв’язку їх перебігу з характеристиками іонізуючих випромінювань присвячений спеціальний розділ радіобіології — радіаційна біофізика.
Отже, до іонізуючих належать випромінювання різних типів, які під час проходження крізь речовину в актах дискретного передавання енергії здатні іонізувати або збуджувати атоми й молекули.
16.ЛПЕ (лінійна передача енергії)
Гамма-фотони й заряджені частинки з підвищеною кінетичною
енергією, взаємодіючи з атомами та молекулами речовини, передають
їм свою енергію у формі іонізації й електронного збудження. Оскільки
в процесі цих взаємодій фотони розсіюються й утрачають енергію, а
заряджені частинки гальмуються в речовині й передають енергію на
іонізацію та збудження, то потоки і фотонів, і частинок, проходячи
крізь товщу речовини, ослабляються. Це ослаблення еквівалентне
ослабленню потоку енергії.
іонізація й збуджеїшя атомів і молекул унаслідок проходження фотонів і заряджених частинок здійснюються не лише безпосередньо ними, а й під впливом вторинного випромінювання — фотоелектронів, комптонівських електронів, ядер віддачі. Оскільки й-електрони, які виникають у результаті фотоефекту й комптонівського розсіяння, можуть мати досить значну кшетичну енергію, то, взаємодіючи з молекулами й агамами за тими самими механізмами, що й первинне випромінювання, вони генерують вторинні електрони другого порядку, які, своєю чергою, спричинюють появу електронів третього порядку. Цей процес триватиме доти, доки не вичерпається енергія вторинних електронів до рівнів, менших за іонізаційний потенціал, після чого передавання енергії іонізуючого випромінювання речовині припиниться.
Основною величиною, що характеризує передавання енергії іонізуючого випромінювання атомам і молекулам речовини, є лінійне передавання енергії (ЛПЕ). Ця величина показує, яка кількість енергії була передана в актах взаємодії випромінювання й речовини на одиницю довжини треку, а це й є дЕ/дх. [ЛПЕ| = 1 Дж/м (позасистемна одиниця — сВ/нм).
Значення ЛПЕ істотно залежить від енергії фотонів або частинок.
Енергія, що витрачасться на утворення однієї пари іонів, залежить від природи речовини.
Значення ЛПЕ для іонізуючих випромінювань різних типів істотно відрізняються.
Для біологічних середовищ має місце така сама залежність.
Оскільки за однакових поглинутих доз у речовині виникає одна й та сама кількість іонізованих атомів і молекул, то просторовий розподіл іонів у опромінюваному об'єкгі для випромінювань із різними значеннями ЛПЕ має бути різним.
17.ВБЕ (відносна біологічна ефективність) іонізуючого випромінювання
Відносна біологічна ефективність (ВБЕ) випромінювання — це коефіцієнт, який характеризує відносну ефективність дії радіації з різними значеннями ЛПЕ щодо певного біологічного ефекту.
Значення ВБЕ для одного й того самого типу випромінювання можугь бути неоднаковими за різних умов опромінення й станів опромінюваного організму. Проте в практиці нормувань і протирадіаційного захисту людини ВБЕ розглядають як сталу величину, й на основі цього параметра вводять коефіцієнт, що враховує біологічну ефективність іонізуючих випромінювань різних типів —радіаційний зважуючий фактор. У нехтуванні варіабельністю ВБЕ прихований елемент певної умовності радіаційного зважуючого фактора. Проге використання цієї величини неминуче, бо завжди є потреба оцінювати дію опромінення на організм за інтенсивністю прояву його реакції на цю дію. Тому, крім доз, що мають чітке фізичне визначення, застосовують допоміжні величини, які враховують поправку на специфіку біологічної дії радіації, — еквівалентну й ефективну дози та їхні похідні. Хоча ці величини опрацьовувалися для радіолоіїчного нормування умов опромінення людини, вони повною мірою відповідають радіобіологічним дослідженням будь-яких біологічних систем.
18.Дозиметрія та радіометрія
Дозиметрія розділ ядерної фізики вимірювальної техніки, в якому вивчають величини, що характеризують дію іонізуючого випромінювання на речовини, а також методи і прилади для його якісного та кількісного виміру.
Радіометрія-розділ прикладної ядерної фізики, який розробляє теорію і практику вимірювання радіоактивності іідентіфікацію радіоізотопів.
Незважаючи на відмінність завдань радіометрії та дозиметрії, базуються вони на загальних методичних принципах виявлення та реєстрації іонізуючих випромінювань.
Біологічна дія рентгенівського і ядерних випромінювань на організм обумовлено іонізацією і збудженням атомів і молекул біологічного середовища. На процес іонізації випромінювання витрачають свою енергію (іонізаційні втрати). У результаті взаємодії випромінювань з біологічною середовищем живому організму передается определенная величина енергій. Частина надходить випромінювання, яка пронизує опромінюваний об'єкт (без поглинання), дії на нього не робить. Тому основна величина, що характеризує дію випромінювання на організм, знаходиться в прямій залежності від кількості поглиненої енергії.
Радіоактивні випромінювання не сприймаються органами чуття. Ці випромінювання можуть бути виявлені (детектировать) за допомогою приладів і пристосувань, робота яких основана на фізико-хімічних ефектах, що виникають при взаємодії випромінюванніз речовиною. Практиці найбільш споживані іонізаційні детектори випромінювань, які вимірюють безпосередні ефекти взаємодії випромінювання з речовиною-іонізація газового середовища (іонізаційні камери, пропорційні лічильники лічильники Гейгера-Мюллера, а також коронні і іскрові лічильники).
Інші методи передбачають вимір вторинних ефектів, обумовлених іонізацією фотографічний, люмінесцентний, хімічний, калориметричний та ін
19. Способи опромінення
Способи передавання дози опромінюваним об'єктам, тобто часові характеристики опромінення, здебЬіьшого визначають особливості процесів, що розвиваються внаслідок опромінення.
За часом передавання дози об'єкту розрізняють кілька способів опромшення.
Якщо дозу дають за порівняно короткий проміжок часу (протягом якого не встигає змінитися фізіологічний стан організму або клітини), опромшення називають гострим.
Якщо нагромадження дози досягається внаслідок кількаразового гострого опромінення відповідною частинкою дози, опромінення називають гострим фракціонованим. . Якщо дозу подрібнено на однакові порції, то йдеться про еквівалентне фракціоноване опромінення, а якщо на різні, — про нееквівалентне. Проміжки часу між окремими опромінюваннями також можуть бути однаковими або різними. Найчастіше використовують еквівалентне фракціоноване опромінення двома однаковими порціями дози (по 0,5Д). Гостре фракціоноване опромінення застосовують у ренттено- й радіотерапії при злоякісних пухлинах.
Пролонгованим опроміненням називають такий спосіб радіаційного впливу, коли об'єкт отримує дозу за час, що значно перевищує тривалість гострого опромінення. При цьому під час опромінювання стан об'єкта може істотно змінюватися. Пролонговане опромінення буває безперервним і фракціонованим. У разі фракціонованого пролонгованого опромінення можна змінювати порції дози, часові інтервали між ними, тривалість процесу передавання об'єкту кожної порції дози.
Якщо об'єкт зазнає дії Іонізуючих випромінювань протягом усього життя, то таке опромінення називають хронічним. Потужність дози в разі хронічного опромінення може бути постійною або може змінюватися з часом. Дозу, яку отримує організм за хронічного опромінення Д^, називають довічною.
20.Дози опромінення
Якщо в речовинному складі середовиша є радіоактивні ізотони, то під час розпаду атомів останніх середовище зазнає опромінення, яке називають внутрішнім, Відповідно дозу від внутрішнього опромінення називають дозою внутрішнього опромінення.
Стосовно внугрішнього опромінення застосовують поняття ЛПЕ, ВБЕ, коефіцієнт зважування та ін.
У випадку нерівномірного розподіїгу радіоактивної речовини в середовищі значення локальних доз внутрішнього опромінення відповідно варіює, відображаючи гетерогенність концентрації радіоактивності. Зміну біологічної ефективності опромінення, зумовлену нерівномірним розподілом по тканинах організму радіонуклідів, характеризують фактором розподілу дози.
Дозиметричні величний, що характеризують умови опромінення людини, внормовують дозові навантаження на людей для запобігання негативним наслідкам дії радіації на їхнє здоров'я. Із цих величин найчастіше використовуються:
очікувана еквівалентна доза — результат сумації еквіва-. лентних доз опромінення, які людина отримас за певний період її життя. Ця величина с інтегралом по часу від потужності еквівалентної дози.
очікувапа ефективна доза —результат Інтегрування потужності ефективної дози по часу з тими самими часовими інтервалами, що й у випадку очікуваної еквівалентної дози.
Одиницею цих доз є зіверт.
Зазначені величини характеризують дози, які отримує або може отримати окрема людина протягом життя.
Для кількісної оцінки опромінення певної популяції людей, усього населення або окремих його груп застосовують спеціальні величини — колективну еквівалентну та колективну ефективну дози.
Розглянуті величини можна використовувати для нормування дозових навантажень не тільки на людину, а й па будь-яку біологічну систему.
21.Потужність дози випромінювання
Під потужністю дози розуміють величину дози, віднесену до одиниці часу. Одиниця потужності дози — грей у секунду (Гр/с) і несистемна — рад у годину (рад/год).
Класифікація потужностей доз опромінення. Традиційно умовно виділяють чотири групи потужностей доз опромінення:
22. Закономірності впливу потужності дози опромінення на біологічні реакції
Зміна експресії генів. Унаслідок дії малих доз іонізуючого випромінювання змінюється експресія окремих генів. Цей процес мас виразно вибірковий характер, оскільки після опромінення посилюється експресія не всіх генів, а лише окремих.
Хромосомні перебудови. Унаслідок дії малих доз іонізуючого випромінювання відбуваються дуже виразні структурні перебудови хромосом лімфоцитів. Частота хромосомних аберацій у цих клітинах різко зростає за опромінення в дозах понад 2 мГр на рік.
Невеликі хромосомні аберації, які супроводжують опромінення в малих дозах, не .завдають шкоди цілісній рослині.
Мутагенез. Розроблено метод виявлення індукованих опроміненням мутаїцй, що полягає в застосуванні спеціальних маркерів імунної природи.
Розрахунки генетичних ефектів на одиницю дози хронічного опромінення свідчать про вищу ефективність малих доз опромінення порівняно з великими.
Вплив малих доз на стан імунної системи. За дії іонізуючого випромінювання в малих дозах спостерігається чітка тенденція в зміні стану імунної системи людини, що проявляється у зменшенні чисельності й зниженні функції зрілих Т-лІмфоцитів, ослабленні фагоцитарної функції відповідних клітин та пригніченні гормоно-твірної функції тимуса.
Зазначені зміни функцій Імунної системи свідчать про порушення імунного гомеостазу та розвиток імунного дефіциту.
В разі хронічного опромінення за малих потужностей поглинутих доз спостерігаються порушення життєдіяльності різних видів тварин і рослин. Так, у безхребетних за умов хронічного Опроміненим гальмується розвиток, що здебільшого зумовлене зниже лням реп дукгивиої функції.
За більших доз опромінення переважають наслідки ушкоджень макромолекул.
В області малих доз опромінення характеризується підвищеною ефективністю порівняно
великими дозами. Ефекти опромінення в малих дозах дуже різноманітні: є такі, що свідчать як про активацію фізіологічних процесів, так і про негативні зсуви у функціях окремих систем організм.
Проблема біологічної дії малих доз іонізуючого випромінювання є надзвичайно важлиюю з огляду на необхідність достовірної оцінки ступеня небезпеки малих доз для здоров'я людини й унормовування дозових навантажень.
23.Радіобіологічні ефекти
Радіобіологічний ефект – відповідна реакція живої клітини або цілого організму на його опромінення. Виділяють детерміністичні й стохастичні радіобіологічні ефекти: радіостійкість, радіочутливість, метаболічну виживаність, системні радіаційно-біохімічні перетворення і модифікації на рівнях ДНК, РНК, клітин і організмів.
За характером дозових залежностей розрізняють радіобіологічні реакції двох типів:
1) від значення дози залежить інтенсивність їх прояву;
2) від значення дози залежить частота їх прояву.
Ефекти першого типу називають детерміністичними. До них належать, наприклад: променева хвороба, яка являється комплексом патологічних змін – радіаційним синдромом, а також численні прояви радіаційного ураження. За дуже малих доз опромінення детерміністичні ефекти можуть не проявляться.
Інтенсивність прояву радіобіологічного детерміністичного ефекту є функцією дози.
Ефекти другого типу називають стохастичними (імовірнісними). До них належать такі реакції біологічної системи на опромінення, прояв яких характеризується імовірнісною величиною: після опромінення ефект може проявитися, а може й ні, при чому інтенсивність стохастичного ефекту не залежить від дози, від неї залежить частота його прояву.
Стохастичними ефектами є цитогенетичні ушкодження, поява мутації, трансформація клітин, що супроводжується канцерогенезом. Трансформація клітин відбувається внаслідок перетворення у хромосомах, для чого необхідне втручання іонізуючого опромінення в певні її ділянки, що є ймовірним явищем. Тому зміна клітин – стохастичний ефект.
24.Основні події радіобіологічного процесу
Радіобіологічний ефект -— відповідь живої клітини або багатоклітинного організму на опромінення — реалізується в послідовності окремих явищ, які відбуваються на різних рівнях біологічної системи
У радіобіології розрізняють такі рівні реалізації радіобіологічних ефектів у біологічних системах:
Розпочинаючися з поглинання об'єктом енергії іонізуючого випромінювання (процесом суто фізичним), радіобіологічний ефекг заверпгується кінцевим проявом на відповідному рівні біологічної сисіеми. Тому с підстава стверджувати, що формування будь-якого радіобіологічного ефекту — кількаетапний процес, і кожному з етапів відповідають певні міри.
Звісно, для визначення причинно-наслідкових зв'язків у формуванні відповіді організму на дію іонізуючого випромінювання треба з'ясовувати закономірності проявів тест-сфектів із різними часовими характеристиками, а відтак, слід добирати адекватні міри радіобіологічних ефектів.
У міру ускладнення біологічної системи формування радіобіологічних ефектів дедалі більше зумовлюється не прямими радіащйними упжодженнями молекулярних структур клггини, а спричиненими цим вторинними «нашаруваннями» метаболічного, цитогеиетичного й фізіологічного характеру.
25. Міра радіобіологічних ефектів
Ефекти опромінення біологічних систем дуже різняться за рівнем реалізації, формою прояву, а також за часом їх здійснення, який варіює від мільйонних часток секунди до багатьох десятків років.
Оскільки основна методологія радіобіології Шунтується на з'ясуванні функціональних зв'язків між проявами радіобіологічних ефектів і дозами опромінення, дуже важливим є визначення системи параметрів — мір радіобіологічних ефектів, які б найповніше відповідали кількісним характеристикам інтенсивності прояву цих ефектів. Головна вимога до таких кількісних параметрів полягає в тому, що вони мають однозначно характеризувати індуковані опроміненням ефекти на різних рівнях їх прояву.
Кількісні оцінки радіобіологічних ефектів відображують інтенсивність прояву тих або інших реакцій, і вибір таких оцінок визначається метою дослідження, особливостями опромінюваної біологічної системи й можливостями проведення експерименту.
Деякі з мір радіобіологічних ефектів збігаються з відомими кількісними показниками фізіологічних, цитогенетичних, біохімічних процесів. Це показники кінетики окремих біохімічних реакцій і фізико-хімічних процесів, характеристики стану рівноваги, швидкість поділу клітин, рівень генетичної мінливості тощо. Проте використовуються й спеціальні параметри.
Будь-яка міра радіобіологічного ефекту виражається в певних одиницях, що мають відповідну розмірність. Вибираючи одиницю міри, слід ураховувати можливості експериментального вивчення й використання її в аналізі радіобіологічних ефектів. Здебільшого в процесі дослідження відповіді біологічної системи на опромінення доводиться розглядати кілька взаємопов’язаних мір радіобіологічних ефектів.
Нехтування зазначеним правилом може звести нанівець будь-яке радіобіологічне дослідження. Слід вибрати відповідні міри ефектів.
26.Зовнішнє опромінення
Опромінення - вплив на людину іонізуючого випромінювання, яке може бути зовнішнім опроміненням внаслідок практичної діяльності від джерел іонізуючого випромінювання поза тілом людини або внутрішнім опроміненням від джерел іонізуючого випромінювання, які знаходяться всередині тіла людини.
Зовнішнє - опромінення організму людини джерелами іонізуючих випромінювань, що знаходять поза тілом.
Під зовнішнім опроміненням необхідно розуміти такий вплив випромінювань на людину, коли джерело радіації знаходиться поза організмом і виключена ймовірність потрапляння радіоактивнихречовин усередину організму. При цьому людина опромінюється тільки впродовж того часу, що вона знаходиться поблизу джерела випромінювання. При зовнішньому опроміненні найбільш небезпечне рентгенівське, гамма- і нейтронне опромінення. Біологічний ефект залежить від дози опромінення, його виду, часу впливу, розмірів опромінюваної поверхні, індивідуальної чутливості організму. Альфа- і бета-частинки, маючи незначну проникну здатність, викликають при зовнішньому опроміненні тільки шкірні ураження.
Зовнішнє гамма-випромінювання людини поза приміщеням зумовлено наявністю радіонуклідів у різних природних середовищах (грунті, гідросфері, біосфері).
Основний внесок у дозу зовнішнього гамма-опромінення вносять гамма- радіонукліди урано-радієво і торієва радій і калій-40.
Середня щорічна еквівалентна доза зовнішнього опромінення для населення всієї земної кулі береться такою, що дорівнює 0,65 мЗв.
27.Внутрішнє опромінення
Опромінення - вплив на людину іонізуючого випромінювання, яке може бути зовнішнім опроміненням внаслідок практичної діяльності від джерел іонізуючого випромінювання поза тілом людини або внутрішнім опроміненням від джерел іонізуючого випромінювання, які знаходяться всередині тіла людини.
Внутрішнє - опромінення організму людини (його окремих органів і тканин) джерелами іонізуючих випромінювань, які знаходяться в самому тілі.
Під внутрішнім опроміненням розуміють вплив на організм людини випромінювань радіоактивних речовин, що потрапляють всередину організму.
Внутрішнє опромінення людини створюється радіонуклідами, що потрапляють в організм разом із їжею, повітрям і водою.
При попаданні радіонуклідів усередину організму людина зазнає постійного опромінення до того часу, поки радіонуклід не виведеться з організму в результаті розпаду або фізіологічного обміну. Це опромінення дуже небезпечне, тому що викликає ураження різних органів, які довго не заживають.
Можливі чотири шляхи проникнення радіоактивних речовин в організм: через органи дихання, через шлунково-кишковий тракт (ШКТ), через ушкодження і розриви на шкірі і шляхом абсорбції через здорову шкіру.
Найбільш небезпечний перший шлях.
При попаданні радіоактивних речовин в організм будь-яким шляхом вони вже через кілька хвилин виявляються в крові. Якщо надходження радіоактивних речовин було однократним, то концентрація їх у крові спочатку зростає до максимуму, а потім протягом 15-20 діб знижується.
При пероральному (травним каналом) надходженні радіоактивні речовини потрапляють у ШКТ, звідки всмоктуються в кров і розносяться по різних органах і тканинах. Чим менша розчинність сполуки, що містить радіонуклід, тим більше її проходить транзитом по ШКТ і евакуюється з організму.
Радіоактивні речовини, які потрапили через шкіру, надходять безпосередньо в кров, і далі радіонукліди залежно від хімічних властивостей накопичуються в конкретних органах, що спричиняє високі локальні дози радіації.
Якщо радіонукліди не закріпилися в тканинах і органах тіла, вони через деякий час проходять через нирки і виводяться із сечею.
Слід зазначити, що найбільш уразливими до опромінення органами людини є червоний кістковий мозок та інші елементи кровотворної системи, репродуктивні органі, легені й кровоносні судини.
Небезпека внутрішнього опромінення значно вища, оскільки джерело опромінення впритул наближене до опроміненого органу й неможливо використати будь-який захист Крім того, окремі радіонукліди мають властивість вибірково акумулюватися в тих чи інших органах.
28.Механізм дії іонізуючого випромінювання
В основі дії іонізуючого випромінювання лежить його здатність іонізувати атоми речовини.
При впливі a -, b-частинок або фотонів у-променів на атоми, що знаходяться в стабільному стані => електрони цих атомів можуть вибиватися зі своїх звичайних орбіт. => Атоми, що втратили електрони, стають позитивно зарядженими іонами. => Вільні електрони приєднуються до нейтрально зарядженим атомам і ті перетворюються в негативно заряджені іони. => Іони, що входять до складу молекул, підвищують їх хімічну активність. => Молекули реагують між собою, в результаті чого з'являються нові, чужорідні для організму молекули.
Якщо в результаті впливу a -, b-частинок або фотонів g-променів на атоми, що знаходяться в стабільному стані, їм буде повідомлена енергія недостатня для того, щоб "відірвався" електрон => відбудеться збудження атома, тобто електрон перейде на більш високий енергетичний рівень. => Молекула в результаті цього також стає більш реакціоноспособной.
Енергія випромінювань передається молекулам і атомам навколишнього природного середовища. Далі відбувається ряд перетворень.
В основі первинних радіаційно-хімічних змін молекул існує два механізми:
1.Пряма дія, за якою дана молекула підлягає змінам безпосередньо при проходженні неї електрону.
2. Непряма дія – молекула, що змінюється, безпосередньо не поглинає енергію випромінювання, а отримує її шляхом передачі від іншої молекули.
Пряма дія - це безпосередній вплив іонізуючої радіації на молекули різних біологічних структур (в першу чергу, гормонів та ферментів). Залежно від дози поглинених променів може йти процес b> деполімеризації колоїдних структур або, навпаки, їх полімеризації.
Непряме дію - обумовлено шкідливим впливом на біологічні структури організму продуктів радіолізу води: Н 2 O 2, О 2 -, ОН -. Пероксидні речовини володіють сильними окисними і токсичними властивостями. Вступаючи в з'єднання з органічними речовинами, вони викликають значні хімічні зміни в клітинах і тканинах, денатурації білкових та інших органічних структур з утворенням токсичних гістаміноподібну речовин.
Радіохімічні процеси викликають деполімерізацию гіалуронової кислоти, глюко-і ліпопротеїдів, порушують проникність клітинних мембран, викликають зміни в ДНК і РНК.
Різниця між прямою і непрямою дією найбільш чітко виявляється при опромінення водних розчинів.
29.Пряма та опосередкована дія, їх відносна роль в променевому пошкодженні клітин
Організм людини – це складна органічна система, тому відслідкувати всі механізми дії іонізуючого випромінювання на нього дуже складно.
В основі первинних радіаційно-хімічних змін молекул існує два механізми:
1.Пряма дія, за якою дана молекула підлягає змінам безпосередньо при проходженні неї електрону.
Пряма дія - це безпосередній вплив іонізуючої радіації на молекули різних біологічних структур (в першу чергу, гормонів та ферментів). Залежно від дози поглинених променів може йти процес b> деполімеризації колоїдних структур або, навпаки, їх полімеризації.
2. Непряма дія – молекула, що змінюється, безпосередньо не поглинає енергію випромінювання, а отримує її шляхом передачі від іншої молекули.
Непряме дію - обумовлено шкідливим впливом на біологічні структури організму продуктів радіолізу води: Н 2 O 2, О 2 -, ОН -. Пероксидні речовини володіють сильними окисними і токсичними властивостями. Вступаючи в з'єднання з органічними речовинами, вони викликають значні хімічні зміни в клітинах і тканинах, денатурації білкових та інших органічних структур з утворенням токсичних гістаміноподібну речовин.
Радіохімічні процеси викликають деполімерізацию гіалуронової кислоти, глюко-і ліпопротеїдів, порушують проникність клітинних мембран, викликають зміни в ДНК і РНК.
Різниця між прямою і непрямою дією найбільш чітко виявляється при опромінення водних розчинів.
30. Первинна та вторинна дія
Іонізуюче випромінювання, проникаючи через ту або іншу речовину, взаємодіє з його атомами і молекулами. У результаті такої взаємодії атом втрачає один або декілька електронів, перетворюється в позитивно заряджений іон, відбувається первинна іонізація. Електрони, отримані при першій іонізації, самі взаємодіють з вторинними атомами, створюють нові іони - це вторинна іонізація. Так, енергія випромінювання, проходячи через речовину, витрачається в основному на іонізацію середовища. Число пар іонів, створюваних іонізуючим випромінюванням в речовині на одиницю шляху пробігу, називається питомої іонізацією, а середня енергія, яка витрачається іонізуючим випромінюванням на утворення однієї пари іонів - середньої роботою іонізації.
Оскільки первинні процеси взаємодії іонізуючих випромінювань із різними речовинами, що входять до складу живих клітин, є пусковими механізмами радіаційного ураження, то дослідженням цих процесів та зв’язку їх перебігу з характеристиками іонізуючих випромінювань присвячений спеціальний розділ радіобіології — радіаційна біофізика.
31. Зміни речовини в опроміненій клітині
Стан речовин у клітинах і в простих розчинах часто істотно відрізняється. Наявність значної кількості макромолекул полісахаридів, нуклеїнових кислот і білків, які мають гідрофільні й гідрофобні групи, є передумовою кластеризації молекул води — впорядкування структури так званої зв'язаної води. Мембрани з їхньою складною ліпідно-білковою основою забезпечують компарт-ментальний, камерний спосіб розмежування клітинного простору. Ці особливості структурної організації цитоплазми й ядра урізноманітнюють стан будь-якої речовини в клітині.
Доля первинних іонів і вільних радикалів, що виникають унаслідок опромінення, залежигь від особливостей фізико-хімічних станів речовин. Зокрема, на перетворення первинних продуктів радіолізу може впливати наявність міжмолекулярних асоціатів, бо в деяких із них може відбуватися міграція електрон-збуджених станів на значні відстані, й при цьому-має "місце теплова дисипація енергії.
Кластеризація води, прилеглої до білкових молекул, змінює умови дифузії розчинних молекул малої маси, а також катіонів і аніонів. В оструктуреній воді дифузійні пробіги молекул зменшуються.
Очевидно, під час досліджень радіаційно-хімічних процесів у живій клітині слід ураховувати відмінність фізико-хімічних умов у клітинному просторі й у звичайних розчинах. До цього ж додається специфіка радіаційно-хімічних реакцій у мембранах, будова яких зумовлює існування двох орієнтованих шарів ліпідів, що взаємодіють із білковими молекулами й кластеризованою водою. В ліпідних шарах елементарної мембрани радіаційно-хімічні реакції здійснюються нібито не в тривимірному просторі (об'ємі), а в двовимірному. Очевидно, це також впливає на кінетику реакцій.
Близьким до істинних розчинів у клітинному просторі, певно, с лише вміст вакуолей рослинних клітин.
32. Теорія «Мішені»
Розвиток поглядів на першопричини радіаційного ураження клітини як акти взаємодії іонізуючого випромінювашгя зі структурами клітин відобразився в теорії мішені. Ця теорія становить основу теоретичної радіобіології, що відрізняється значною евристичністю.
Принципи влучання й мішені базуються на таких аксіоматичних твердженнях:
Принцип влучання. За цим принципом фізичною основою променевого ураження клітини є випадковий акт влучання фотона або зарядженої частинки в певну її ділянку, де відбувається дискретне передавання енергії випромінювання речовині.
Прийшлі мішені формулюється так: інактивація клітини відбувається лише за умови влучання в певні її ультраструктури. Це означає, що не всі молекули й складніші ультраструктури клітини рівнозначні в системі клітинних процесів. Справді, будь-яка клітина характеризується дуже істотною структурно-функціональною гетерогенністю, й функціональні значення окремих її компартментів дуже відрізняються.
Молекули й складніші ультраструктури клітини, влучання в які призводить до її інактивації, є реальною структурою мішені.
Безперечно, будь-якій мішені необхідно ставити у відповідність
реальні клітинні структури
До основних понять, якими оперує теорія мішені, належать:
Мішень — це структура, ушкодження якої спричинює інактивацію клітини. Ушкодження мішені може бути наслідком прямого влучання у відповідігу молекулярну структуру або ж непрямої дії випромінювання, за якої в місце перебігу критичної радіаційно-хімічної реакції енергія передається від хімічно активних форм, що виникли під впливом опромінення за межами мішені.
Принцип посилювача. поглинання малої кількості енергії, що ініціює інактивацію, спричинює розвиток інактивації клітини, якій передують складні процеси з перетворенням різноманітних молекул І складних надмолекулярних структур, наприклад, у разі формування хромосомної аберації. Власне в цій закономірності — неадекватності масштабів інщіюючої й результативної подій у разі дії іонізуючого випромінювання — Й полягає принцип посилювача.
33. Утворення та участь радіотоксинів в радіаційному пошкодженні об’єкту
Радіотоксини - це продукти вільнорадикального окислювання, які утворюються в тканинах під дією радіоактивного опромінення. Найбільше значення в патогенезі променевих ушкоджень мають ліпідні радіотоксини (ліпідні гідропероксиди, епоксиди, альдегіди, кетони), які є проміжними і кінцевими продуктами пероксидного окислювання ліпідів. Вони
накопичуються в мембранах клітин і порушують їхні бар'єрні властивості.
Крім того, в опромінених клітинах із деяких амінокислот (тирозин,триптофан) утворюються хінонові радіотоксини, які пригнічують активність багатьох ферментів.
Радіотоксини, потрапляючи з ушкоджених клітин у кров, здійснюють патогенний вплив на віддалені від місця їхнього утворення органи і тканини. Цим можна пояснити загальні порушення в організмі при місцевих порушення в організмі при місцевих променевих ушкодженнях.
Радіотоксини пригнічують синтез нуклеїнових кислот, діють на молекулу ДНК як хімічні
мутагени, змінюють активність ферментів, реагують з ліпідно-білковими внутріклітинними мембранами.
34. Етапи процесу утворення та участі радіотоксинів в пошкоджені біологічного об’єкту
35. Кисневий ефект
Вплив кисню на перебіг радіаційно-хімічних перетворень речовин, який посилює прояв радіобіологічної реакції, дістав назву кисневого ефекту. Цей ефект проявляється в разі опромінення біологічних об'єктів у атмосфері, що містить кисень у різних концентраціях.
Кисневий ефект зумовлений взаємодією кисню з вільними радикалами, які виникають унаслідок дії іонізуючого випромінювання на молекули різних речовин, насамперед води. В складних біологічних системах вплив кисню на вихід продуктів радіаційно-хімічних перетворень молекул визначає подальший розвиток радіобіологічного ефекту.
Кисневий ефект проявляється на різних рівнях організації процесів у біологічних системах, починаючи з елементарних радіаційно-хімічних реакцій — радіолізу води, й закінчуючи складними, інтегральними радіобіологічними реакціями клітин, тканин і багатоклітинних організмів.
Прояв кисневого ефекту — посилення індукованої іонізуючим випромінюванням реакції — поширюється на різні системи — як прості хімічні, так І складні біологічні: за наявності кисню в середовищі спостерігається збільшення виходу радіаційно-хімічних реакцій унаслідок опромінення окремих речовин, а також клітин, органів і цілісного багатоклітинного організму.
Кисневий ефект як дуже чітко відтворюване явище виявляли стосовно дуже широкого кола об'єктів (рис,. 10.1—10.3): різних речовин у сухому стані й у розчинах, штучних і природних мембран, ізолюваних клітинних органел, клітин бактерій, культури клітин і тканин ссавців, людини й рослин, насіння рослин у стані спокою, меристемних тканин і паростків рослин, злоякісних пухлин, цілісних організмів вищих тварин.
Оскільки кисневий ефект проявляється внаслідок опромінення дуже простих хімічних систем, то вважають, що його механізм пов'язаний із первинними радіаційно-хімічиими процесами. Однак у разі опромінення складніших об'єктів, наприклад цілісного організму тварини, до прямого впливу кисню на виходи радіаційно-хімічних перетворень речовин можуть додаватися вторинні ефекти, опосередковані фізіологічними й обмінними процесами, які зазнають істотних змін за умов гіпоксії або надлишку кисню в середовищі.
В радіобіології поняття «кисневий ефект» використовують як у широкому значенні — посилення шкідливої дії радіації за наявності кисню в середовищі, так і у вузькому —відношення радіочутливосте й організму за умов властивої для норми оксигенації та при гіпоксії.
36. Радіаційно-біологічні процеси клітинних структур рослинних клітин
Окрім ефектів опромінення, що виражаються в гальмуванні ростових процесів, виявляються також фізіологічні порушення, які є типовими для опромінення рослин:
Якщо на ранніх етапах розвитку рослини або ще під час ембріогенезу виникають соматичні мутації клітин, які ще життєздатні Й можугь без обмежень ділитися, не підпадаючи диплонтному добору, то угворюються химери — організми, в яких частина тканин формується з нормальних клітин, а частина — з мутантних.
У рослин під впливом певних видів бактерій або фітопатогенних грибів розвиваються захворювання, які характеризуються утворенням наростів і пухлин.
Внаслідок опромінення рослин виникають пухлини, розвиток яких не пов'язаний із бактеріальною інфекцією, а спричиняється порушенням генетичного контролю над морфогенезом. Ці пухлини утворюються на сім'ядолях, стеблах, пластинках базальних листів.
Спотворення морфогенезу — утворення терат, яке є наслідком проліферативної загибелі окремих клітин у мсристемах, відбувається тому, що поява інактивованих щодо поділу клітин порушує регу-лярність формування клітинних потоків, І це призводить до просторово невпорядкованого нагромадження тканин
37. Іонізуюче випромінювання та фізіологічні процеси у рослин
Наземна рослинність — це перший екран, що затримує радіоактивні речовини повітря.
У рослин, як і в тварин, після впливу іонізуючого випромінювання розвивається радіаційний синдром, що на початку зародження має спільні риси з аналогічним у тварин, але в подальшому набуває своєї специфіки.
При рівномірному опроміненні рослини, коли будь-яка її частина одержує однакову дозу радіації, її пошкодження зумовлене радіаційним ушкодженням найбільш радіочутливих тканин. Такі радіо чутливі тканини, ушкодження яких призводить до формування радіаційного синдрому у рослин, називаються критичними. Критичними органами у рослин є всі меристеми: апікальні, латеральні, інтеркалярні. Оскільки всі органи рослини формуються з меристем, то при їх опроміненні спостерігається ушкодження майже всіх органів - як вегетативних, так і генеративних.
Найбільш радіочутливі тканини за високої мітотичної активності та інтенсивного росту.
Ступінь впливу іонізуючого випромінювання на рослини визначається потужністю джерела випромінювання, тривалістю його дії на рослини.
Розрізняють гострий та хронічний вплив іонізуючого випромінювання на рослину.
Під час гострого опромінення організм одержує дозу радіації за порівняно нетривалий час, після чого йому вже не загрожує поява нових радіаційних ушкоджень і розвиток променевого ушкодження відбувається в умовах, сприятливих для розвитку рослини.
Під час хронічного опромінення в клітинах організму постійно виникають променеві пошкодження молекул, створюючи фон безперервного накопичення цих пошкоджень. Оскільки найбільше ушкоджуються точки росту рослини, що перебувають у стані активного поділу, під час гострого опромінення ушкодженими виявляються клітини, що в мить опромінення були на стадії поділу. При хронічному опроміненні меристеми, що поступово розпочинають поділ, зазнають постійної дії радіації.
Летальний вплив радіації, що призводить до загибелі рослинних клітин, може відбуватися двома шляхами: через ушкодження їх генетичного апарату, що спричиняє репродуктивну загибель клітин, або за безпосереднього руйнування клітин. Щоб спричинити загибель клітин безпосередньо, необхідна доза в 3-4 рази більша, між для того, щоб позбавити її здатності до поділу. Летальний вплив іонізуючої радіації може змінюватись залежно від стану рослини в момент опромінення та від навколишніх умов.
38. Післядія інкорпорованих речовин на послідуючі покоління рослин
Інкорпоровані радіонукліди зумовлюють внутрішнє опромінення організму.
Особливо небезпечними радіонукліди стають при проникненні в організм у вигляді так званих «гарячих» часток. До таких належать аерозолі мікронного й субмікронного розмірів, які мають радіоактивність на кілька порядків вище, ніж середня активність часток відповідних параметрів. Звичайно, це частки реакторного палива, які містять відпрацьовані продукти розподілу урану, високорадіоактивні частки, які утворилися при атомних вибухах.
Радіоактивність «гарячих» часток дуже висока.
Найчутливішою до впливу іонізуючого випромінювання з усіх органів рослин є репродуктивна сфера. Важливість цього моменту полягає в тому, що порушується "свята святих" будь-якого живого організму - геном. Будь-яке найменше порушення в нормальному функціонуванні генома може призвести в ряді поколінь до найнесподіваніших ефектів.
39. Близькі ефекти та віддалені реакції рослин на опромінення
Радіобіологічні реакції проявляються в різні строки після впливу радіації, у зв’язку з чим розрізняють близькі та віддалені наслідки опромінення. Одним із віддалених ефектів опромінення є індуковане скорочення тривалості життя (Александров, 1978).
Відомо кілька гіпотез, за допомогою яких намагаються пояснити механізми формування віддалених наслідків опромінення, зокрема, радіаційно - індукованого старіння (Кузин, 1978). У більшості з цих гіпотез зміни в генетичному апараті клітин розглядаються як визначальні події у розвитку віддалених ефектів радіаційного впливу на живі організми, проте унітарної концепції, яка б усебічно розкривала суть цих ефектів, ще й досі не створено.
Розкриття механізмів формування віддалених ефектів опромінення є досить складним завданням, оскільки, по - перше, для проведення дослідів, як правило, потрібні тривалі терміни часу, по-друге, нашарування метаболічних процесів вторинних, опосередкованих змін на прямі механізми формування віддалених наслідків опромінення істотно заважає інтерпретацію результатів досліджень. Саме ці обставини й обумовлюють певні обмеження стосовно вибору експериментальних систем для досліджень віддалених ефектів опромінення. На нашу думку, перспективним у вивченні закономірностей радіаційно - індукованого старіння може бути використання моделі прискореного старіння опроміненого насіння.
40. Кумулятивні, схоластичні та не схоластичні ефекти при опроміненні.
Кумулятивний ефект-дія малих доз іонізуючого випромінювання може накопичуватись.
Ефекти детерміністичні (нестохастичні) – ефекти радіаційного впливу, що виявляються тільки у випадку перевищення допустимого рівня, а тяжкість наслідків яких залежить від величини отриманої дози. Викликають гостру променеву хворобу, променеві опіки тощо.
До них належать, наприклад: променева хвороба, яка являється комплексом патологічних змін – радіаційним синдромом, а також численні прояви радіаційного ураження. За дуже малих доз опромінення детерміністичні ефекти можуть не проявляться.
Ефекти стохастичні – безпорогові ефекти радіаційного впливу, імовірність виникнення яких існує за будь-яких малих доз іонізуючого випромінювання та зростає із збільшенням дози. Відносна тяжкість виявлень опромінення від дози не залежить. До стохастичних ефектів належать злоякісні новоутворення (соматичні ефекти) та генетичні зміни, що передаються нащадкам (спадкові ефекти).
До них належать такі реакції біологічної системи на опромінення, прояв яких характеризується імовірнісною величиною: після опромінення ефект може проявитися, а може й ні, при чому інтенсивність стохастичного ефекту не залежить від дози, від неї залежить частота його прояву.
41.Радіочутливість
Всі живі організми мають власну радіочутливість - здатність реагувати у відповідь на подразнення, що викликане поглинутою енергією іонізуючого випромінення. Радіочутливість частіше всього оцінюється за смертельною дією радіації. Різні біологічні об’єкти мають різний рівень радіочутливості.
Розрізняють наступні рівні радіочутливості: на клітинному рівні - мікро- та макрорадіочутливість ( на рівні молекул та на рівні органоїдів), у багатоклітинних організмів розрізняють тканинний рівень, організмений рівень.
Всі живі організми мають класову, видову і індивідуальну радіочутливість. Їх радіочутливість оцінюється напівлегальною, критичною і летальною дозами. Складність та різноманітність процесів, що мають місце між початковим поглинанням радіаційної енергії та кінцевим проявом біологічного ушкодження, обумовлюють можливість багаточисельних фізичних, хімічних, біологічних модифікацій.
Радіочутливість клітин зростає прямолінійно зі збільшенням ДНК, розмірів і кількості хромосом та інших структур у клітині, швидкості їх ділення, інтенсивності росту, швидкості та інтенсивності процесів обмінуречовин.
На радіочутливість впливає хімічний склад клітини, фізіологічний стан (фаза клітинного циклу, фаза диференціації), умови під час опромінення.
Багатоклітинні організми мають вищу радіочутливість, ніж одноклітинні.
42. Радіочутливість рослин
Царство рослин представлено дуже різноманітними життєвими формами широкого кола відмінних щодо радіостійкості таксонів. Синьо-зелені водорості-прокаріоти, подібні до бактерій, мають надзвичайну радіостійкість . Про радіочутливість зелених водоростей судять за ростом клітинної популяції в рідкому середовищі .
Мохоподібні папороті мають високо ефективну систему репродукційного відновлення. Повне інгібування росту спостерігається при 280-800 Гр. Проте навіть і за таких випадків інактивація верхівкових клітин спонукала утворення додаткових бічних розгалужень.
Голонасінні та покритонасінні характеризуються дуже великою варіабельністю радіостійкості у межах класу, родини, а іноді і роду. Як основний критерій радіостійкості використовують виживаність рослин наприкінці вегетації.
Радіостійкість вищих рослин залежить від стану в якому перебуває рослина в момент опромінення: радіостійкість насіння на 1-2 порядки вища ніж рослини, що вегетує. Найвищу радіостійкість мають рослини родини хрестоцвітних, найнижчу - родину бобових.
Основні закономірності радіобактеріологічних ефектів рослин:
1) підвищена радіочутливість клітин у стані профілеративної активності;
2) прояв детерміністичних та стохастичних ефектів;
3) сукупна дія простих і опосередкованих ефектів дії радіації;
4) генетичні і соматичні зміни;
5) формування віддалених ефектів.
Критичними органами рослин є: еристеми пагона й коренів. У насінні - тканини зародку. Радіостійкість рослин характеризується напівлетальною дозою ; критичною дозою , летальною дозою . Проміжок часу коливається для однорічних і багаторічних.
За ступенем радіостійкості насіння рослин поділяють:
1) радіочутливі ( =510 кГр.).
2) середньорадічутливі ( =1520 кГр.)
3) високорадіостійкі ( >20 кГр.).
Окрім ефектів опромінення, що виражаються в гальмуванні росту, є також фізіологічні порушення:
- індукція органогенезу;
- гігантизм клітин;
- морфологічні аномалії;
- формування радіаційних химер;
- зміна тривалості вегетативного періоду;
- зміна плідності клітин.
43.Закон Бергоньє-Трибондо
У результаті досліджень біологічної дії радіації на сім’яники щурів французькі вчені Брегоньє та Трибонто в 1906 році зробили перше фундаментальне узагальнення і сформулювали закон, що найвищою радіочутливістю характеризуються клітини, котрі перебувають у стані активної проліферації, що супроводжується підвищенням напруженості метаболічних процесів. Отже, рівень радіочутливості чи радіостійкостівизначається не типом клітин, а їхньою проліферативною активністю. Чим
вища проліферативна активність клітин, тим вища їхня радіочутливість. Наприклад, високою проліферативною активністю характеризуються стовбурні клітини кісткового мозку, меристема рослин, тому і радіочутлмвість їх дуже висока.
Радіочутливість тканин прямо пропорційна її мітотичній активності та обернено пропорційна ступеню диференціювання клітин, з яких вона утворена.
Так, у ссавців печінка, м’язи, мозок, кістки, хрящі та сполучна тканина відносяться до резистентних, а кістковий мозок, генеративні клітини, епітелій кишківника та шкіри є високо радіо чутливими.
Закон Бергоньє-Трибонто відповідає зв’язку незворотних змін росту і розвитку окремих частин організму з їх енергією росту і факторами зовнішнього середовища, виявленого М.П. Чирвинським (1888) та А.А. Малігоновим (1925) – ті частини організму, які в данний період мають найвищу інтенсивність росту і розвитку найбільш чутливі до факторів зовнішнього
середовища, в тому числі й до радіації.
44. Радіобіологічні ефекти малих доз іонізуючого випромінювання
Під впливом іонізуючого випромінювання в малих дозах індукується низка ефектів, які не спостерігаються за опромінення в більших лозах.
Так само, як і за великих доз опромінення, під впливом малих доз проявляються стохастичні й детерміністичні ефекти.
До стохастичних ефектів належать хромосомні аберації, точкові мутації, трансформації клітин, інакше кажучи, ті радіобіологічні реакції, які не мають дозового порога.
Частота прояву стохастичних ефектів за дії малих доз с дуже низькою.
До основних детерміністичних ефектів малих доз належать:
інтенсифікація різних біохімічних і фізіологічних процесів унаслідок опромінення клітин і багатоклітинних організмів, яка може супроводжуватися заіальною активацією процесів життєдіяльності організму.
Адаптивна відповідь, яка має неспецифічний характер, зумовлює збільшення стійкості організму до дії несприятливих факторів різної природи.
важко відрізнити наслідки індукції адаптивної відповіді від гормезису.
Ефекти малих доз не вичерпуються зазначеними вище явищами, неоднаково проявляючися в різних біологічних системах.
45. Хронічне та гостре опромінення
Способи передавання дози опромінюваним об'єктам, тобто часові характеристики опромінення, здебЬіьшого визначають особливості процесів, що розвиваються внаслідок опромінення.
За часом передавання дози об'єкту розрізняють кілька способів опромшення.
Якщо дозу дають за порівняно короткий проміжок часу (протягом якого не встигає змінитися фізіологічний стан організму або клітини), опромшення називають гострим.
Якщо нагромадження дози досягається внаслідок кількаразового гострого опромінення відповідною частинкою дози, опромінення називають гострим фракціонованим. Якщо дозу подрібнено на однакові порції, то йдеться про еквівалентне фракціоноване опромінення, а якщо на різні, — про нееквівалентне. Проміжки часу між окремими опромінюваннями також можуть бути однаковими або різними. Найчастіше використовують еквівалентне фракціоноване опромінення двома однаковими порціями дози (по 0,5Д). Гостре фракціоноване опромінення застосовують у ренттено- й радіотерапії при злоякісних пухлинах.
Якщо об'єкт зазнає дії Іонізуючих випромінювань протягом усього життя, то таке опромінення називають хронічним. Потужність дози в разі хронічного опромінення може бути постійною або може змінюватися з часом. Дозу, яку отримує організм за хронічного опромінення Д^, називають довічною.
46. Гостре опромінення
Способи передавання дози опромінюваним об'єктам, тобто часові характеристики опромінення, здебЬіьшого визначають особливості процесів, що розвиваються внаслідок опромінення.
За часом передавання дози об'єкту розрізняють кілька способів опромшення.
Якщо нагромадження дози досягається внаслідок кількаразового гострого опромінення відповідною частинкою дози, опромінення називають гострим фракціонованим. Якщо дозу подрібнено на однакові порції, то йдеться про еквівалентне фракціоноване опромінення, а якщо на різні, — про нееквівалентне. Проміжки часу між окремими опромінюваннями також можуть бути однаковими або різними. Найчастіше використовують еквівалентне фракціоноване опромінення двома однаковими порціями дози (по 0,5Д). Гостре фракціоноване опромінення застосовують у ренттено- й радіотерапії при злоякісних пухлинах.
47. Опромінення та середня тривалість життя
Вихідний фон ендокринно-вегетативної регуляції є одним із найважливіших чинників, які зумовлюють як наслідки впливу на людину низьких доз випромінювання, так і дуже значні відмінності у чутливості до такого впливу різних індивідуумів. Стан ендокринної системи може мати велике значення й у прояві таких наслідків опромінення, як тривалість циклів розвитку і зміна клітинних популяцій у тканинах різних органів (кровотворні органи, епітелій слизових оболонок та ін.). Інтегрально все це може призводити до деякого скорочення тривалості життя при хронічних променевих впливах. Як свідчать розрахунки, в разі щоденного впливу поглиненої дози випромінювання 0,001 — 0,0001 Гр (0,1 — 0,01 рад) середня тривалість життя може зменшитися приблизно на 150 днів, тобто на 0,5 — 0,6 %. при хронічному опромінюванні осіб старших вікових груп може прискорити вікові зміни кришталика і судин ока.
На відміну від людини, вплив опромінення на тривалість життя досить добре вивчено на мишах і пацюках.
48.Радіаційний канцерогенез
Протягом ста років, що минули після відкриття рентгенівських променів, нагромаджено багато різноманітних даних, які однозначно свідчать: опромінення людини спричиняє зростання частоти захворювань на злоякісні пухлини різної локалізації.
Злоякісні ігухлини поділяють на два типи: карциноми — пухлини, що виникають унаслідок злоякісного переродження (малігиізації) епітеліальних тканин, і саркоми, які утворюються.внаслідок малігиізації мезеїгхімних тканин.
Більшість злоякісних пухлин виникає з. однієї ініціальної клітини, ^яка зазнала злоякісної трансформації. Вважають, що початковим етапом у радіаційному канцерогенезі с поява мутації критичного онкогена або гена-супресора пухлин.
Як правило, між опроміненням і розвитком пухлини проходить багато часу. Таке відстрочення реалізації радіаційного ефекту пов'язують Із латентним періодом. У людини латентний період може тривати понад ЗО років.
В радіаційному канцерогенезі проявляється кумулятивний ефект дози, коли відбувається сумація ефектів від послідовно здійснюваних опромінень.
Кількісно радіаційний канцерогенез характеризують частотою прояву на одиницю дози. Цю величину називають ризиком канцерогенезу.
49. Генетичні наслідки опромінення
Зміна експресії генів. Унаслідок дії малих доз іонізуючого випромінювання змінюється експресія окремих генів. Цей процес мас виразно вибірковий характер, оскільки після опромінення посилюється експресія не всіх генів, а лише окремих.
Хромосомні перебудови. Унаслідок дії малих доз іонізуючого випромінювання відбуваються дуже виразні структурні перебудови хромосом лімфоцитів.
Мутагенез. Розроблено метод виявлення індукованих опроміненням мутаїцй, що полягає в застосуванні спеціальних маркерів імунної природи. Цей метод характеризується дуже високою, чутливістю, і використання його дало змогу ідентифікувати як малі, так і великі мультилокусні транслокації й делеції в клітинах гризунів за опромінення в дуже малих дозах.
Розрахунки генетичних ефектів на одиницю дози хронічного опромінення свідчать про вищу ефективність малих доз опромінення порівняно з великими.
Вплив малих доз на стан імунної системи. За дії іонізуючого випромінювання в малих дозах спостерігається чітка тенденція в зміні стану імунної системи людини, що проявляється у зменшенні чисельності й зниженні функції зрілих Т-лІмфоцитів, ослабленні фагоцитарної функції відповідних клітин та пригніченні гормоно-твірної функції тимуса.
Підвпливом малих доз змінюється популяційний склад периферичної крові, пригнічується прояв гіперчутливості вповільненого типу, активується локальний синтез І^Е-антитіл у легенях.
Зазначені зміни функцій Імунної системи свідчать про порушення імунного гомеостазу та розвиток імунного дефіциту.
50. Хронічне опромінення
Способи передавання дози опромінюваним об'єктам, тобто часові характеристики опромінення, здебЬіьшого визначають особливості процесів, що розвиваються внаслідок опромінення.
За часом передавання дози об'єкту розрізняють кілька способів опромшення.
Якщо об'єкт зазнає дії Іонізуючих випромінювань протягом усього життя, то таке опромінення називають хронічним. Потужність дози в разі хронічного опромінення може бути постійною або може змінюватися з часом. Дозу, яку отримує організм за хронічного опромінення Д^, називають довічною.
51. Ефект А. Петко
Поглинена доза радіації протягом тривалого терміну призводить до більш суттєвих уражень, ніж така ж доза, що отримується одразу (Ефект Петко). При зменшенні дози опромінення ризик захворювання не зменшується пропорційно. Тобто порушується монотонність залежності доза-ефект.
Ефект Петко - сильний радіобіологічний ефект надмалих доз радіації при їх тривалому впливі, що виражається в зворотній залежності від потужності дози і гіперрадіочутливості клітин.
Ефект пов'язаний з пошкодженням мембран.
Залежність радіобіологічних ефектів від потужності дози зручно оцінювати також за показниками прояви адаптивної відповіді.
Пряма або зворотна залежності радіобіологічного ефекту від потужності дози опромінення в малих дозах виявлені при використанні в якості показників реакції та інших фізіологічних, біохімічних, цитогенетичних характеристик клітин і цілісних організмів.
52. Поняття про модифікації радіаційного ураження
Унаслідок впливу різних факторів на опромінену систему може змінюватися ступінь прояву радіобіологічною ефекту. Такі впливи називають модифікувальними, а явище, що полягає в управлінні формуванням радіобіологічного ураження, —модифікацією променевого ураження.
Щодо типізації' модифікації є два підходи.
По-перше, виділяють модифікацію променевого ураження, яка спричиняє або підвищення, або зменшення радіостійкості під впливом модифікувального фактора.
По-друге, враховують, за яких проміжків часу дії модифікатора відносно моменту опромінення його модифікувальний вплив виявляється найефективнішим.
Впливи, які спричиняють модифікувальний ефект після опромінення, певно, мають бути пов'язані зі змінами відповідних процесів відновлення клітини або розвитку ЇЇ ушкодження. Вони не запобігають появі первинних радіаційних ушкоджень.
За характером розрізняють позитивну й негативну модифікацію променевого ураження, залежно від того, ослаблюється чи посилюється прояв радіобіологічної реакції внаслідок дії модифікуваль-ного фактора.
Найчастіше поняття «модифікація променевого ураження» розглядається в контексті радіобіологічної реакції клітини або організму, проте його можна застосовувати й до систем будь-якої складності, в тому числі до видових популяцій і біоценозів. Отже, модифікація радіаційних уражень може здійснюватися на різних рівнях: молекулярних субклітинних процесів, процесів у клітинних популяціях, компенсаторних процесів у багатоклітинному організмі, у видових популяціях і біоценозах.
53. Класифікація впливів щодо наслідків опромінення
Кістково-мозковий синдром-Причиною розвитку цього синдрому є ушкодження популяції стовбурних клітин системи кровотворення, розташованих у кістковому мозку.
Гастроінтестинальний синдром--Причиною розвитку цього синдрому є радіаційне ураження клітинної популяції вистильного епітелію шлунка й кишечнику.
Радіаційне ушкодження шлунково-кишкового тракту супроводжується дуже істотним порушенням функцій інтестини. Це проявляється в розвитку низки патологічних станів, оскільки вповільнюється або й зовсім припиняється оновлення інтестинальних клітин.
Синдром центральної нервової системи - У разі опромінення тварини в дозах порядку десятків грей швидка загибель настає внаслідок ураження клітин центральної нервової системи (ЦНС). Оскільки нервові клітини с глибоко диференційованими й не діляться, синдром ЦНС відображує порушення функціонування нейронних мереж, зумовлене ушкодженням клітинних мембран.
Синдроми гострого опромінення у ссавців-Унаслідок гострого опромінення ссавців залежно від значення летальної дози спостерігаються різні синдроми радіаційного ураження та їх комбінації, а неминуча смерть настає через різні проміжки часу після опромінення.
Гостре радіаційне ураження людини. Опромінення людини в дозах, що перевищують 0,5 Гр, супроводжується типовою системою симптомів, характерних для променевої хвороби.
Синдром радіаційно-індукованого імунодефіциту. Зниження імунітету людини й тварин унаслідок дії іонізуючих випромінювань часто спричиняє розвиток певного синдрому імунодефіциту
Молекулярний рівень впливу-При опроміненні водних розчинів навіть чистих хімічних речовин можуть спостерігатися надзвичайно складні процеси. Тим паче що належить до таких складних молекулам, як білки чи нуклеїнові кислоти, які під час опромінення піддаються різним хімічним чи фізико-хімічним змін.
Клеточний рівень впливу- Клеточний рівень впливу включає у собі порушення і процеси, зумовлені змінами функціональних властивостей опромінених клітинних структур. Найбільш небезпечними ушкодженнями клітини є ушкодження механізму мітозу і хромосомного апарату Кількість клітин із такими ушкодженнями воблученной популяції перебуває у прямої залежності від дози опромінення, блокування процесів фізіологічної регенерації, життєстійкості організму. Зміни на клітинному рівні призводять до порушення спадкових структур, обмеження кровотворення, придушення сперматогенезу, обмеження кровотворення тобто., зрештою, впливають все механізм життєдіяльності організму багатоклітинних та вищих тварин.
Организменний рівень впливу - Организменний (системний) рівень результатом біологічного впливу іонізуючого випромінювання на клітини, і органи живого організму, оскільки діяльність всіх їх перебуває у постійної взаємозв'язок харчування та взаємозалежності. Під впливом енергії радіоактивних частинок чи електромагнітних коливань може статися освітураневой поверхні чи розрив хромосом. У абсолютній більшості випадків у своїй клітини гинуть, але у поодиноких випадках, за наявності особливих біохімічних умов, клітини з пошкодженими хромосомами діляться й прокурори дають початок нової тканини, невластивоїоблученному органу (пухлини).
54. Хімічна модифікація
Унаслідок впливу різних факторів на опромінену систему може змінюватися ступінь прояву радіобіологічною ефекту. Такі впливи називають модифікувальними, а явище, що полягає в управлінні формуванням радіобіологічного ураження, —модифікацією променевого ураження.
Модифікація променевого ураження може відбуватися під впливом факторів різної природи — фізичної, хімічної й біологічної.
До хімічних модифікувальних факторів належить багато хімічних речовин, під впливом яких змінюєтііся інтенсивність прояву радіобіологічних реакцій біологічних систем.
однаковими.
Безперечно, дуже часто вплив факторів хімічної й фізичної природи опосередковується біологічними факторами.
Хімічні радіомодифікатори променевого ураження й радіопро-тектори часто класифікують за хімічною природою речовин, які виявляють відповідні радіомодифікувальні властивості.
55. Фізичні радіозахисні і радіо сенсибілізуючі фактори
Речовини, що сприяють зменшенню радіаційного ураження, за часом, протягом якого попи справляють радіопротекторну дію, поділяються на такі групи;
Радіопротектори. Відомо дуже багато різних за хімічною природою речовин, які мають протирадіаційні захисні властивості.
За хімічними властивостями радіопротектори поділяють на такі класи.
І. Сульфогідрильні сполуки — речовини, до складу яких входить SН-група. Серед цих речовин с сполуки з найсильнішими радіо-протскорними властивостями, зокрема цистеамін і цистеїн
II. Відновники — аскорбінова кислота та її похідні, бугиловий
спирт, гідроксиламін, гідросульфіт натрію, мєтабісульфіт натрію,
метиловий спирт, пропілгалат, пропіловий спирт, сульфіт натрію,
станоламін »НС1, етиловий спирт та ін.
V. Іони металів —Ге2,, Ре3+, Си\ М§г'- Са2+, Не3'1 Со2' та ін.
Радіопротекторну дію справляють також деякі кофактори —НАФ, ФАД, /ьбензохінон, цитохром с, АТФ .Радіопротскторні влас-типості виявляють і деякі вітаміни —тіамін, ціанокобаламін.
Кількісна характеристика радіопротекторного ефекту. Радіопротскторні ефекти характеризують коефіцієнтом захисту (КЗ),
Під впливом низки хімічних сполук зростає радіочугливість клітин. Це явище називають радіосенсибілізацією, а сполуки, що спричиняють ефект радіосенсибілізації, —рад'шсепсибілізаторами.
Серед радіосенсибілізаторів є речовини різної хімічної будови, що свідчить про ісігуванпя кількох механізмів радіосенсибілізації.
До радіосепсибілізаторів належать насамперед кисень, за наявності якого в опромінюваній клітині або тканині радіаційні ефекти, як правило, істотно посилюються, а також
Кількісною характеристикою ефекту радіосенсибілізації є фактор зменшення дози (ФЗД) — коефіцієнт, який показує, на скільки збільшується радіочутливість клітин під вшіивом радіо сенсибілізатора
56. Природні радіопротекторні речовини рослин
Крім синтетичних речовин, які підвищують радіостійкість організму, використовують також природні сполуки або їх суміші, що екстраіують із рослин. Так, істотні захисні властивості мають екст- ракти синьозелсних водоростей. Одним із найефективніших радіо-протекторів є хлорин Е6 (похідна порфірину).
Природні адаптогени, зокрема екстракт родіоли рожевої (КЬобіоІа ітсеа Ь.), впливають на інтенсивність репарації ДНК, що виявляють за зменшенням виходу мікроядер, підвищенням інтенсивності позапланового синтезу та іншими показниками ефективності репараційних процесів у опромінених клітин.
Робилися численні спроби віднайти метаболічні композиції або компоненти дієти, які підвищували б радіостійкість оріанізмів. Так, добуто безоболонковий пггам хлорели Момотаро Е-25, екстракти бурих водоростей, які мають радіопротекторнІ властивості. Збагачення раціону мікроелементом селеном істотно знижує ризик прояву віддалених наслідків опромінення (лейкемії та різних форм злоякісних ігухлип). Радіозахисну речовину синаїптш виділено з рослин родини хрестоцвітих.
Аналіз властивостей речовин, котрі в дослідах на тваринах і рослинах виявляли радіолротекгорну дію', показує, що механізми, завдяки яким здійснюється протипроменевий захист, охоплюють різні системи організму. Внаслідок того, що різні препарати мають неоднакові механізми радіолротекгорної дії, можна створювати композиції з радіопротекторів, вплив яких характеризується адитивністю впливів кожного з компонентів композиції.
57. Фітогормони як радіопротектори
Аналіз властивостей речовин, котрі в дослідах на тваринах і рослинах виявляли радіолротекгорну дію', показує, що механізми, завдяки яким здійснюється протипроменевий захист, охоплюють різні системи організму. Внаслідок того, що різні препарати мають неоднакові механізми радіопротекторної дії, можна створювати композиції з радіопротекторів, вплив яких характеризується адитивністю впливів кожного з компонентів композиції.
Висунуто гіпотезу «ендогенного фону радіорезистентності», котра стверджує: радіостійкість організму зумовлена наявністю в клітинах речовин-у рослинах саме фітогормонів, які впливають на розвиток індукованих опроміненням реакцій у такий спосіб, що кінцеві ефекти опромінення ослаблюються. Сукупність цих речовин І створює ендогенний фон радіорезистентності. До них у тваринному організмі належать амі-нотіоли, гістамін, серотонін, дофамін, адреналін, норадреналін, а у рослинному організмі- всі фітогормони. Ці речовини гальмують розвиток радіаційно-біохімічних процесів на початку формування радіобіологічної відповіді. Вважається, що будь-який вплив на рівень цих речовин є модифікацією радіостійкості організму.
58. Роль іонів металів та елементів живлення як модифікаторів
59. Радіомодифікація при хронічних та пролонгованих діях іонізуючого випромінювання
Пролонгованим опроміненням називають такий спосіб радіаційного впливу, коли об'єкт отримує дозу за час, що значно перевищує тривалість гострого опроміпсішя. При цьому під час опромінювання стан об'єкта може істотно змінюватися. Пролонговане опромінення буває безперервним і фракціонованим. У разі фракціонованого пролонгованого опромінення можна змінювати порції дози, часові інтервали між ними, тривалість процесу передавання об'єкту кожної порції дози.
Приклад фракціонованого пролонгованого опромінення —передавання дози рослинам, які вирощуються в умовах у-поля, де джерело іонізуючого випромінювання вимикається на кілька годин. Пролонгованого безперервного опромшення зазнають організми, які живуть в умовах радіонуклідного забруднення.
Якщо об'єкт зазнає дії Іонізуючих випромінювань протягом усього життя, то таке опромінення називають хронічним. Потужність дози в разі хронічного опромінення може бути постійною або може змінюватися з часом. Дозу, яку отримує організм за хронічного опромінення Д^, називають довічною\
60. Фон радіорезистентності
РАДІОРЕЗИСТЕНТНІСТЬ- здатність організму, окремих тканин або клітин витримувати високі дози іонізуючого випромінювання, не втрачаючи життєздатності.
Радіорезистентні організми - організми, що мешкають в середовищах з дуже високим рівнем іонізуючого випромінювання.
Найбільш вичерпним узагальненням уявлень про механізми захисного протипроменевої ефекту є гіпотеза ендогенного фону радіорезистентності, що розвивається радянськими радіобіології Є. Н. Гончаренко та Ю. Б. Кудряшовим.
Автори виходять з точно встановлених фактів. З одного боку, під впливом радіації в клітинах виникає ряд високоактивних продуктів вільнорадикального окислення - фенольних (хіноїдному) і ліпідних радіотоксінов.
Будучи введені нормальним тваринам, ці радіотоксини відтворюють у них ряд найважливіших симптомів променевого ураження, по суті імітують картину гострої променевої хвороби. У опромінених тварин їх введення збільшує тяжкість променевого ураження. Нарешті, вихідна кількість цих речовин в тканинах здорових тварин у великій мірі зумовлює їх природну радіочутливість.
61. Пострадіаційне відновлення
Радіаційні ушкодження частково, залежно від дози опромінення, репаруються. Ця здатність тканин, органів чи організму пов’язана із властивістю клітин відновлюватися після ушкоджень, спричинених опроміненням. Феномен пострадіаційного відновлення зумовлений тим, що за певних умов летальні ушкодження клітини можуть бути ліквідовані системами репарації.
Проте, якщо клітини загинули, ушкодження може бути усунене тільки шляхом заміни їх новими. Одним із факторів виживання організму після опромінення у високій дозі стає наявність залишку життєздатних стовбурових клітин критичних систем ― кровотворної, травної, імунної. Зокрема, доведено, що лікувальний ефект трансплантації кісткового мозку визначається виключно наявністю в ньому стовбурових клітин.
Стан сталої динамічної рівноваги будь-якої клітинної популяції в живому організмі, необхідної для нормальної життєдіяльності, підтримується системами оновлення клітин. Втрата частини клітин у системі з будь-якої причини, під дією опромінення в тому числі, відновлюється виникненням відповідної кількості нових. Клітини кожного типу мають свою характерну середню тривалість життєвого циклу і відповідно різняться темпом оновлення. Отже, дорослий організм постійно перебуває в стані строго збалансованого клітинного самооновлення, яке відбувається неперервно в низці його життєво важливих систем. Щохвилинно в кожній з них відмирають десятки і сотні тисяч «віджилих» клітин, які замінюються новими, готовими через точно визначений термін «пожертвувати» собою, і так ― до кінця життя організму. Ця стійка рівновага системи клітинного самооновлення, надто важлива для надійної підтримки життєздатності організму за будь-яких обставин, називається клітинним гомеостазом.
Фаза відновлення після опромінення забезпечується невеликим залишком життєздатних стовбурових клітин, які після спустошення можуть проявляти здатність до необмеженого розмноження. При цьому вони не тільки продукують собі подібні клітини для поповнення власного пулу, але й клітинні елементи, необхідні для репопуляції диференційованих клітин. Оскільки на ці процеси потрібен час, відновлення клітинного складу тканини затримується і перший етап початку відновлення проходить повільно.
Якщо дозу опромінення розділити на кілька фракцій, її біологічна ефективність зменшується. Це зумовлюється двома головними чинниками:
Заміна клітин може здійснюватися також міграцією здорових клітин із неопромінених ділянок.
62. Поняття про репарацію рослинних клітин
Розкриття механізмів репарації ДНК у клітинах — видатна подія в розвитку біології. Значення репарації ДНК виходить далеко за межі проблем радіобіології, оскільки цей процес забезпечує високу надійність, нсушкоджуваність геному, здатність клітин відновлювати інформацію, закодоваїгу в нуклеотидних послідовностях ДНК, що спотворена під впливом будь-яких факторів.
Еволюція видів відбувалася в умовах, коли рівень природного радіоактивного фону був не настільки вагомим, щоб виявитися небезпечним для стаїгу геному щодо індукованих радіацією молекулярних ушкоджень— занадто малою була частота влучань заряджених частинок або гамма-фотонів від природних радіоактивних елементів, щоб у ході еволюції розвинулася складна система репарації ДНК, яка контролюється багатьма десятками генів.
давня універсальна система репарації ДНК є необхідною умовою збереження структури геному та йото стабільності за неминучої спонтанної появи ушкоджень ДНК, а також негативного впливу на геном достатньо агресивного середовища, в якому діють ультрафіолетові промені, електростатичні поля, відбуваються відхилення температури від оптимальних для біологічної системи значень, є реактивно-активні хімічні сполуки тощо.
За неоднакових умов опромінення — різних потужностей доз, використання кількаразового опромінення, а також за різних фізіологічних станів опромінюваного організму — ступінь радіаційного ураження клітин може істотно відрізнятися.
Численні факти, які свідчать про залежність ефекту опромінення від умов передавання дози, дають підстави вважати, що клітини можуть позбавлятися первинних молекулярних ушкоджень, тобто відновлюватися від. радіаційного ураження. Цей процес ліквідації молекулярних ушкоджень названо післярадіаційним відновленням, або репарацією (лат. герагаїіо —відновлення).
Післярадіаційне відновлення в опроміненій клітині, де сталися ушкодження макромолекул і надмолекулярних структур, які визначають життєздатність клітини, полягає в здійсненні процесів повної або часткової ліквідації цих ушкоджень, зменшені їх числа. Завдяки цьому клітина знову набуває здатності нормально розвиватися без будь-яких наслідків опромінення, якщо повністю були виправлені всі дефекти молекул.
Виправлятися можуть і соматичні, й генетичні радіацпіні ушкодження клітин.
63. Радіаційний мутагенез
Індуковані опроміненням структурні зміни макромолекул є основною передумовою подальшого розвитку радіобіологічних ефектів. Опосередковувальним етапом у формуванні клітинних ефектів — між появою ушкоджених опроміненням макромолекул до інактивації клітини — є розвиток порушень елементарних біохімічних і фізіологічних функцій, у яких беруть участь молекули зі зміненою структурою.
Виділяють три групи порушень молекул у клітині: 1) втрата здатності молекулярних структур виконувати властиві їм у нормі функції; 2) втрата здатності відповідних молекул забезпечувати структурні перебудови хромосом, що супроводжують поділ клітини; 3) зміна колового, інформаційного та функціонального значення послідовності мономерів у біологічних макромолекулах.
Із зазначеними ушкоджешіями макромолекул асоціюються такі прояви реакцій клітини на опромінення, як відхилення від норми метаболічних процесів, генетичної регуляції функції! клітини й генетичні порушення, що можуть проявлятися в насгуиних ноколгянях, у нащадків опроміненого організму.
Ушкодження молекули ДНК проявляються в різних молекулярно-біологічних і клітинних реакціях, які є мірою радіобіологічного ефекту.
Модифікації основ, поява одно- й двониткових розривш, зшивки ДНК з білками спричиняють структурно-функціональні порушення ядерних структур га клітин у цілому: появу різного типу хромосомних унгкоджень —аберащй, проліферативну загибель клітини, порушення регуляторних механізмгв. Ці порушення або призводять до загибелі клітини, або виражаються в появі цитогенстичних змін, у формуванні мутацій.
Зумовлені ушкодженням ДНК функціональні порушення в клітині можуть позначатися на поведінці інших клітин організму через прояв компенсаторних функцій багатоклітинних систем або як наслідок різноманітних обмежень, пов'язаних із появою ушкоджених клітин.
Виявлено зменшення зв'язування молекул ДНК і РНК у процесі їх гібридизації внаслідок змін структури ДНК, індукованих опроміненням. При цьому збільшення дози опромінення супроводжувалося зменшенням гібридизації ДНК і РНК. Отже, ушкодження матриці призводить до появи аномальних транскриптів, що й є причиною порушення генетичної регуляції клітинних процесів
64. Отримання нових сортів сільськогосподарських рослин
Нові сорти рослин - це об’єкти права інтелектуальної власності, є науковою продукцією із високою урожайністю, поліпшеною їх якістю або кращою стійкістю до шкідників і хвороб, здатністю значно збільшити продуктивність і якість продукції у сільському господарстві. Селекціонер, який створив новий сорт рослин, вправі відшкодовувати власні витрати на його створення та отримувати дохід від його використання протягом певного часу.
Генетична дія іонізуючих випромінювань найбільш глибоко було вивчено на рослинах і мікроорганізмах. Ще в 1928 р. Л. М. Делоне, а в 1934 р. А. А. Сапегін застосували рентгенівське випромінювання для отримання мутацій при селекції.
На основі радіаційного мутагенезу в рослинництві успішно вирішуються питання отримання високоврожайних, стійких до несприятливих умов середовища і дії патогенних шкідників нових сортів сільськогосподарських рослин. Селекціонери майже в 5 разів скоротили термін виведення нових сортів ячменю і пшениці, використовуючи мутагенний ефект гамма-опромінення. За допомогою експериментального мутагенезу в нашій країні виведені 45 сортів пшениці, 5 з яких районовані, наприклад сорт пшениці Новосибірська 67, сорт ячменю Обский. У країнах різних континентів зареєстровано 412 сортів мутаційної селекції, що надійшли у виробництво, в їх числі 28 сортів пшениці з покращеною продуктивністю, зимостійкістю, ранньостиглі, великим вмістом білка, стійкі до вилягання, борошнистої роси, бурої і стеблової іржі, з високими хлібопекарськими та іншими якостями . Частка сортів найважливіших сільськогосподарських культур становить понад 50% з них отримано з використанням радіації 93% мутантів, а за допомогою хімічного мутагенезу - 7%.
65. Подолання несхрещуваності при віддаленій гібридизації
Віддалена гібридизація дозволяє поєднувати в одному організмі цінні ознаки різних видів і навіть родів. Така гібридизація здійснюється насилу, і міжвидові гібриди звичайно безплідні, оскільки утруднена кон'югація хромосом різних видів при мейозі. Подолати безплідність міжвидових гібридів вперше вдалося Г. Д. Карпеченку в 1924 р. Він отримав гібрид редьки і капусти з диплоїдним набором хромосом 18 (9 «редькових» і 9 «капустяних»), який був абсолютно безплідний. Для подолання безплідності учений подвоїв число хромосом кожного виду (отримав поліплоїдну форму гібрида), внаслідок чого в каріотипі опинилося 36 хромосом (по 18 «редькових» і «капустяних»). Отриманий міжвидовий гібрид став плодовитим. Таким чином, поліплоїдія е одним із способів відновлення плодючості міжвидових гібридів у рослин.
Великий внесок в селекцію рослин зробив І. В. Мічурін (1855—1935). В основі його робіт лежить поєднання трьох основних методів: гібридизації, добору і дії умов середовища на гібриди, що розвиваються.
Широко використовував І. В. Мічурін і віддалену гібридизацію: отримав гібриди малини і ожини, горобини і сибірського глоду тощо. Щоб подолати несхрещуваність при віддаленій гібридизації, Мічурін розробив низку методів.
Метод вегетативного зближення полягає в попередньому щепленні одного виду рослин на іншому; внаслідок цього змінюється хімічний склад тканин, що, напевно, сприяє проростанню пилкових трубок у маточці материнської рослини. Так можна добитися запліднення при гібридизації таких видів, які звичайно не схрещуються. Саме завдяки цьому методу були отримані гібриди груші і горобини, яблуні з грушею, вишні й японської черемхи (церападус), айви з грушею.
Метод посередника полягає в наступному: якщо схрещування між двома віддаленими формами (А і В) не вдається, то підшукують третю (С), яка схрещується з однією з перших двох (наприклад, з А). Здобутий від цього схрещування гібрид (D), що має розхитану спадковість, порівняно легко схрещується з другою з двох спочатку намічених для гібридизації форм (з В). Гібрид D і є «посередником», зв'язуючою ланкою між А і В. Цим методом Мічурін вивів сорт північного персика.
Метод суміші пилку реалізується через використання для штучного запилення суміші пилку декількох сортів батьківського виду і материнської рослини, а іноді ще і з додаванням пилку інших видів рослин.
66. Подолання трансплантантної несумісності при прищепленнях в плодівництві та виноградарстві
Нормальне зрощення прищепи та підщепи ще не гарантує в подальшому гарного росту і продуктивності прищепленого плодового дерева, що проявляється при несумісності прищепи та підщепи. Тому, приступаючи до щеплення, необхідно чітко уявляти, що і на чому можна щепити. Рослини, прищеплений один до одного, повинні бути у відомому ботанічному спорідненість, хоча з цього положення є винятки.
Підщепи повинні:
- Бути добре пристосованими до природних умов району їх використання, володіти стійкістю до несприятливих факторів (наприклад, морозостійкістю кореневої системи в областях з низькими зимовими температурами або глибокозалягаючих кореневою системою на сухих, піщаних і супіщаних грунтах і, навпаки, поверхневої - на грунтах з високим стоянням грунтових вод);
- Мати хорошу сумісність з прищеплюється на них сортами;
- Надавати сприятливий вплив на найважливіші якості культурних сортів.
Взаємовідносини підщепи та прищепи складні. Підщепа - фундамент плодового дерева. Від нього залежить час вступу у плодоношення, тривалість продуктивного періоду плодового дерева, він впливає на смак, величину, привабливість, міцність прикріплення плодів, на терміни їх дозрівання і терміни споживання. Підщепа може змінювати також час закінчення росту деревини, впливати на морозо-і посухостійкість, силу росту та інші властивості плодових дерев.
Великий вплив робить і прищепа; особливо сильно вплив старих сортів.
67. Радіостимуляція зерна та посадкового матеріалу сільськогосподарських культур
У певному діапазоні доз ядерні випромінювання мають стимулюючу дію. Така стимуляція виявляється в усіх біологічних об'єктів, починаючи з одноклітинних і кінчаючи високоорганізованими рослинами і тваринами. Вперше ефект радіаційної стимуляції було отримано на рослинах і описаний М. Мальдінеем і К. Тувіненом в 1989 р., тобто всього лише через 3 роки після відкриття рентгенівських променів. Прискорення проростання насіння, опромінених рентгенівськими променями, привернуло увагу багатьох дослідників, що працювали з іонізуючими випромінюваннями. У наступні роки з'явилася велика кількість робіт, присвячених радіаційної стимуляції рослин. Серед них передпосівний гамма-опромінення насіння сільськогосподарських рослин, овочевих культур, кормових трав з метою підвищення врожаю й поліпшення якості продукції.
Опромінення насіння в стимулюючих дозах перед їх посівом призводить не тільки до прискорення проростання насіння, а й до збільшення врожаю та покращення його якості. Добре відомо, що насіння в момент їх проростання дуже сприйнятливі до дії різних фізичних і хімічних агентів, які здатні впливати на їх розвиток. Саме на цьому засновані такі відомі методи їх обробки, як яровизація, прогрів УВЧ, намочування в розчинах ростових речовин, мікроелементів, що призводять до прискорення розвитку і підвищенню врожаю.
Вивчаючи процес радіаційної стимуляції на молекулярно-біо-хімічному рівні, радіобіології показали, що опромінення рослин призводить до активації багатьох процесів обміну: посилюється синтез нуклеїнових кислот, білків, гормонів, підвищується активність деяких ферментів, змінюється проникність мембран, посилюється надходження в рослини поживних речовин. Все це призводить у результаті до прискорення росту і розвитку рослин. Проте пусковий момент, на думку А. М. Кузіна, - дерепресія і активізація під впливом радіації певної групи генів. Речовини, які запускають весь процес активації геному, так звані тригер-ефектори, можуть не тільки утворюватися в клітці в результаті зміненого під дією опромінення метаболізму, а й бути привнесеними ззовні - з інших тканин, зовнішнього середовища.
68.Затримки проростання посадкового матеріалу при зберіганні
Якщо опромінене насіння пророщують не відразу після передавання дози, а після зберігання, то прояв радіобіологічної реакції посилюється (рис. 16.4). Це явище називають ефектом зберігання. Він проявляється особливо сильно, коли насіння пересушене. Ефект зберігання може не проявитись, якщо опромінене насіння витримувати в безкисневому середовищі. За звичайних умов зберігання різке посилення радіаційного ураження розпочинається через кілька тижнів.
Проростати можуть лише насіння, в яких є розвиненою зародок і необхідний мінімум поживних речовин.
Деяка частина стиглих насінин виявляється недорозвиненою. Такі насіння або зовсім не проростають, або дають кволі паростки і для посіву непридатні. При тривалому зберіганні насіння втрачають здатність до проростання. Несприятливими умовами для зберігання насіння є, в першу чергу різке коливання температури, яка призводить до підвищення вологості; в результаті конденсації вологи повітря насіння пліснявіє або нагрівається і втрачає життєздатність. Дуже сухе повітря також негативно відбивається на схожості насіння.
При правильному зберіганні насіння різних культур не втрачають здатність до проростання протягом тривалого часу. Так, насіння кавунів і помідорів зберігають задовільний схожість до 8-10 років, динь — до 7 років, огірків — до 5, буряків — до 4-5, петрушки, селери, цибулі — до 2 років, пастернаку — тільки 1 рік.
Термін проростання насіння залежить від температури. При дуже низьких і при дуже високих температурах відсоток схожості насіння знижується.
69. Перспективи застосування нових радіаційних біотехнологій
Сучасні досягнення науки, рівень розвитку техніки і створення принципово нових її зразків забезпечують можливість розробки і широкого впровадження у виробництво найновіших технологій: електронно-променевих, плазмових, імпульсних, біологічних, радіаційних, мембранних, хімічних тощо. Такі технології дають можливість багаторазово підвищити продуктивність праці, підняти ефективність використання ресурсів і знизити енерго- і матеріалоємність виробництва.
У розвитку сучасних технологій і на перспективу серед великої їх різноманітності виділяють чотири основних напрями.
Перший напрям передбачає повсюдний перехід від періодичних до безперервних технологічних процесів.
Характерними прикладами безперервних процесів є розливання сталі, видалення соку з цукрових буряків, варіння целюлози та напівцелюлози тощо.
Другим напрямом розвитку технологічних процесів є застосування замкнутих циркуляційних схем і перехід до безвідходної технології, яка забезпечує комплексне використання сировини. Замкнені циркуляційні процеси і побудовані на них технологічні схеми надають змогу повторно використовувати сировину, допоміжні матеріали та енергію.
Третім напрямом розвитку технологічних процесів є освоєння нових методів дії на речовини і матеріали, застосовуючи нейтронне та лазерне опромінювання, надвисокі температури і тиски, дію плазми тощо. Результатом цього може стати отримання нових матеріалів з наперед заданими властивостями, які раніше були недосяжними. Четвертий напрям передбачає заміну багатостадійних і енергомістких процесів одностадійними. Це один з шляхів створення малоопераційної технології, яка забезпечує економію ресурсів виробництва.