DOCX (1123295), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

νβ=gH/h

Из этого выражения видно, что резонансное поглощение можно наблюдать:

а) при изменении частоты ν электромагнитного излучения при постоянстве H

б) при изменении H при постоянстве ν.

Из технических соображений применяется второй способ регистрации.

Метод ЯМР в основном использует измерение сигналов от протонов ядер водорода. Если бы протон был совершенно изолирован, он давал бы одну узкую линию в спектре ЯМР. Но в органических молекулях протон оказывается в магнитном поле, которое складывается из приложенного к образцу внешнего магнитного поля и из локального магнитного поля, сформированного движением электронов по орбиталям внутри молекулы. Суперпозиция внешнего и внутреннего магнитных полей приводит к тому, что положение линии протона в спектре ЯМР сдвигается на ту или иную величину в зависимости от химического строения той группы, в окружении которой этот протон находится. Ценность метода ЯМР при изучении биологических мембран заключается не столько в том, что по спектрам ЯМР можно сказать, сколько тех или иных групп содержит образец (содержание их пропорционально площади соответствующих пиков), сколько в том, что ширина полос позволяет судить о подвижности соответствующих групп в мембранах. Увеличение вязкости микроокружения приводит к уширению полос и уменьшению их амплитуды. Таким образом было показано, что холестерин, встраиваясь в мембрану, ограничивает подвижность в первую очередь восьми-десяти ближайших к сложноэфирной связи атомовжирнокислотных цепей.

Основные радиационные факторы, определяющие радиобиологические эффекты:

внешнее и внутреннее облучение, вид ионизирующего излучения, доза облучения

(основные характеристики дозовой кривой гибели), пространственное

распределение дозы облучения в организме, временнoе распределение дозы

облучения.

Ионизирующее излучение — любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Оно представляет собой поток заряженных и (или) незаряженных частиц. Ионизирующее излучение наблюдается как среди корпускулярных излучений (альфа-, бэта-излучения, протонное, нейтронное), так и среди электромагнитных (рентгеновское и гамма-излучение). Среди электромагнитных есть и неионизирующие излучения (видимое, инфракрасное, микроволновое, радиочастотное). УФ-излучение можно отнести и к ионизирующим, и к неионизирующим (см. далее). 12,5 эВ – граница между ионизирующим и неионизирующим ЭМИ (соответствует энергии кванта, необходимой для ионизации молекулы H₂O). Значению энергии кванта 12,5 эВ соответствует длина волны l ≈ 100 нм: (10.2.1)

(c – скорость света (3 · 10⁸ м/с), h – постоянная Планка (6,626 · 10^-34 Дж · с; 1 Дж = 6,24 · 10¹⁸ эВ). УФ-излучение — это электромагнитное излучение в диапазоне от 10 нм до 400 нм. Низковолновую область УФ-излучения (10-100 нм) можно отнести к ионизирующим излучениям.

Ионизирующее излучение вызывает в биологических объектах различные патологические изменения, крайним проявлением которых является гибель облученных организмов. Степень и характер проявления радиобиологических эффектов зависят от различных радиационных факторов, характеризующих условия облучения, и от биологических факторов, характеризующих объект облучения. К радиационным факторам относятся: 1)место расположения источника излучения по отношению к облучаемому организму; 2)вид ионизирующего излучения; 3)пространственное распределение дозы ионизирующего излучения в организме; 4)временнóе распределение дозы ионизирующего излучения; 5)доза облучения. К биологическим факторам относятся: вид живого организма; возраст; пол; физиологическое состояние; используемая пища и т.д. (подробное описание этого в вопросе не требуется, если что, см. 13.2).

Радиационные факторы, определяющие радиобиологические эффекты

1. В зависимости от места расположения источника излучения по отношению к облучаемому биологическому объекту облучение может быть: внешним — когда источник излучения находится во внешней среде вне облучаемого организма; внутренним — когда облучение происходит в результате воздействия излучения от попавших в организм радиоактивных веществ (радионуклидов); комбинированным — в реальной экологической обстановке встречается наиболее часто. Проникновение в организм радиоактивных веществ может осуществляться различными путями: ингаляционным путем (с вдыхаемым воздухом); алиментарным, или пероральным путем (с продуктами питания и водой); перкутанным путем (через кожные покровы); через слизистые оболочки (глаза); через раны. Инкорпорированные в организм радионуклиды в зависимости от своих химических и физико-химических свойств могут распределяться в организме либо равномерно, либо неравномерно — органотропно, т.е. преимущественно в определенных органах и тканях. Для большинства радионуклидов характерна неравномерность распределения в организме. В зависимости от типа распределения в организме радионуклиды подразделяют на 5 основных групп: (10.2.2)

Соответственно органы и ткани, в которых накапливается тот или иной радионуклид, подвергаются бóльшему радиационному поражению при поступлении в организм этих радионуклидов. В некоторых случаях тип распределения радионуклида может меняться - распределение кислорода, азота, водорода и углерода зависит от тех химических соединений, в составе которых они поступают в организм.

Снижение содержания попавших в организм радионуклидов происходит главным образом через желудочно-кишечный тракт и почки, в меньшей степени — через легкие и кожу, а также с молоком и плодом (например, яйца). Основное количество радионуклидов выводится в первые дни после поступления в организм. Быстрее всего выводятся из организма благородные газообразные радионуклиды, например радон. Из мягких тканей радионуклиды обычно выводятся быстрее, чем из костной ткани. Уменьшение количества радионуклидов в организме осуществляется по экспоненциальному закону в результате двух процессов: биологического выведения и радиоактивного распада. (10.2.3) =(10.2.4) . Константа λ_эфф называется константой эффективного выведения и представляет собой сумму константы биологического выведения λ_биол и константы радиоактивного распада λ_расп. Еще можно сказать про эффективный период полувыведения - время, в течение которого содержание радионуклида в организме снижается вдвое. Константа эффективного выведения и эффективный период полувыведения связаны: (10.2.5) или (10.2.6) .

Соответственно: (10.2.7) или (10.2.8) .

Из последней формулы видно, что эффективный период полувыведения долгоживущих радионуклидов (т.е. имеющих большой период полураспада T_расп) определяется в основном биологическим периодом полувыведения T_биол, а эффективный период полувыведения короткоживущих радионуклидов (т.е. имеющих небольшой период полураспада T_расп) определяется в основном периодом полураспада T_расп. Эффективный период полувыведения существенно зависит от вида, возраста, функционального состояния организма.

2. Вид ионизирующего излучения. Радиобиологические эффекты зависят от вида ионизирующего излучения, воздействующего на биологический объект: рентгеновское излучение, гамма‑излучение, бета‑излучение, альфа‑излучение, нейтронное излучение.

При внешнем облучении наибольшую опасность представляют те виды ионизирующих излучений, которые обладают наиболее высокой проникающей способностью, т.е. нейтронное, гамма‑ и рентгеновское излучения. Альфа-излучение из-за низкой проникающей способности (в живой ткани — до 110 мкм для альфа-излучения с энергией 10 МэВ) практически не представляет опасности при внешнем облучении организмов, размеры которых значительно превышают проникающей способности α-излучения. Наружный слой кожи, образованный отмершими клетками, ткань одежды практически полностью задерживают α-излучение. Однако при внешнем облучении организмов, сравнимых по размерам с величиной проникающей способности α-излучения (например, одноклеточных организмов), а также при внутреннем облучении более крупных биологических объектов α-излучение является чрезвычайно опасным. В этих случаях способность α-излучения повреждать клетки в 20 раз выше, чем у γ‑излучения. Проникающая способность β‑излучения занимает промежуточное положение между α- и γ‑излучениями: пробег β‑частиц с энергией 1 МэВ в живой ткани не превышает 0,5 см. Поэтому при внешнем облучении относительно крупных организмов поражающему действию β‑излучения подвержены в основном только внешние ткани — кожа и глаза. Наибольшую опасность β‑излучение представляет при внутреннем облучении. Способность β‑излучения повреждать биологические клетки такая же, как у γ‑излучения (при одинаковой поглощенной дозе).

3. Пространственное распределение дозы ионизирующего излучения в организме. В зависимости от того, подвергается ли воздействию излучения весь организм или только какая-либо его часть, облучение разделяют на следующие типы: общее/тотальное облучение — воздействию излучения подвергается все тело; субтотальное облучение — воздействию излучения подвергается бóльшая часть тела при защитном экранировании (например, свинцовыми пластинами) отдельных его областей или органов; парциальное облучение — воздействию излучения подвергается отдельная область тела; локальное облучение — воздействию узких пучков излучения подвергается отдельный орган или небольшой участок тела. Субтотальное, парциальное и локальное облучения в экспериментальной радиобиологии применяют для оценки значения нарушения функционирования отдельных органов и тканей в развитии лучевого поражения организма. При аварийных ситуациях происходит обычно либо общее, либо парциальное облучение. Локальное и парциальное облучения используют в лучевой терапии для лечения различных заболеваний, главным образом злокачественных опухолей. Летальный исход для организма при общем облучении наблюдается обычно при более низких дозах, чем при других типах облучения. Поэтому локальное или парциальное облучение (особенно тех областей тела, которые не играют определяющего значения для выживания организма) даже в таких высоких дозах, которые значительно превышают смертельную дозу, характерную для общего облучения, могут не привести к летальному исходу. Общее облучение не подразумевает наличия равномерности облучения всего организма - более удаленные от источника излучения области тела получают меньшую поглощенную дозу излучения вследствие экранирования их менее удаленными областями тела. Степень неравномерности облучения в первом приближении можно оценить учитывая, что живая ткань на 90% состоит из воды, а слой половинного ослабления для наиболее часто используемых в радиобиологических экспериментах жестких рентгеновских лучей с энергией 250 кэВ составляет для воды 5,5 см. Для достижения бóльшей равномерности облучения внутри крупных биологических объектов вместо рентгеновских лучей используют γ‑излучение ⁶⁰Co (обладающее энергией 1,17 и 1,33 МэВ); слой половинного ослабления в воде в этом случае составляет несколько более 10 см. Бóльшую равномерность облучения крупных биологических объектов достигают также путем многостороннего облучения. Принято считать, что облучение является равномерным, если различия в распределении поглощенной дозы в облучаемом организме не превышает ±10%. В большинстве аварийных ситуаций наблюдается неравномерное облучение.

4. Временнóе распределение дозы ионизирующего излучения - длительность облучения, а также наличие или отсутствие перерывов в облучении. Основным показателем, характеризующим распределение поглощенной дозы во времени, является мощность поглощенной дозы — это отношение приращения поглощенной дозы излучения dD за интервал времени dt к этому интервалу времени. Единица мощности поглощенной дозы в системе СИ — грей в секунду (Гр/с). В качестве внесистемных единиц мощности поглощенной дозы часто используют Гр/мин, сГр/сут, кГр/час и т.п. 4 основныех типа облучения: острое/кратковременное облучение — лучевое воздействие при большой мощности дозы (ориентировочно от 0,1 Гр/мин и выше) длительностью от нескольких секунд до 2 часов; пролонгированное/протяженное облучение — лучевое воздействие при сравнительно небольшой мощности дозы (от 0,1 Гр/час и ниже) длительностью от 2 часов до нескольких недель; дробное/фракционированное облучение — многократное лучевое воздействие с любой мощностью дозы (чаще при высокой мощности дозы в каждой фракции) с временными интервалами между фракциями облучения; хроническое облучение — лучевое воздействие длительностью от нескольких месяцев до нескольких лет, осуществляемое либо постоянно (т.е. без перерывов) при низкой мощности дозы (порядка 0,01 Гр/сут и ниже), либо фракционированно (т.е. с некоторыми перерывами) в небольших разовых дозах при любой мощности дозы.

Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют, что фракционирование дозы и снижение мощности дозы приводит обычно к ослаблению большинства биологических эффектов (при одной и той же поглощенной дозе), причем эффект может снижаться в несколько раз. Наиболее сильное ослабление радиобиологических реакций наблюдается при снижении мощности дозы в диапазоне от нескольких единиц до долей рад/мин. В диапазоне от сотен до десятков рад/мин ослабление менее выражено. Однако, в области сверхвысоких мощностей дозы (выше нескольких тысяч рад/мин) возможна противоположная зависимость величины радиобиологического эффекта от мощности дозы, т.е. наблюдается снижение эффекта с увеличением мощности дозы. В целом зависимость величины радиобиологического эффекта от величины мощности дозы: (10.2.9)

Ослабление эффекта облучения при снижении мощности дозы или при фракционировании дозы связано с осуществлением в организме восстановительных (репарационных) процессов, в результате которых часть радиационных повреждений клеточных структур к моменту следующего взаимодействия с ними кванта излучения успевает репарироваться. Эта репарация, однако, не успевает произойти при более высокой мощности дозы. В результате этого чаще возникают невосстанавливаемые (нерепарируемые, нерепарабельные) повреждения клеточных структур (пример — двунитиевые повреждения ДНК). По этой же причине ослабление эффекта облучения при снижении мощности дозы выражено отчётливее в случае редкоионизирующих γ- и рентгеновского излучений и может быть значительно слабее или даже полностью отсутствовать при действии плотноионизирующих излучений, вызывающих значительно более тяжелые, невосстанавливаемые повреждения. Эффект ослабления более характерен также для тех тканей организма, которые обладают высокой пролиферативной активностью и соответственно более высоким уровнем восстановительных (репарационных) процессов. Особенно отчетливо этот эффект наблюдается при лучевом поражении слизистой тонкой кишки. (10.2.10)

Характеристики

Список файлов вопросов/заданий