Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер






НазваниеКурс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер
страница12/19
Дата публикации04.03.2017
Размер2.7 Mb.
ТипЛекция
h.120-bal.ru > Документы > Лекция
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   19

F=CM/Q



где С – концентрация радионуклида в органе или ткани, Бк/кг;

М – масса органа или ткани, г;

F – количество радионуклида, поступающего в организм животных ежедневно, Бк.
3. Всасывание радионуклидов в желудочно-кишечном тракте.

Важнейшую роль в пероральном поступлении играет механизм всасывания нуклидов в желудочно-кишечном тракте. Основным местом их всасывания у свиней является желудок, а у крупного рогатого скота, овец и коз – рубец, книжка и тонкий кишечник. При этом скорость и эффективность резорбции нуклидов у свиней с их однокамерным желудком выше, чем в четырехкамерных желудках жвачных.

По величине резорбции в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных радиоизотопы могут быть расположены в ряд: йод, цезий, кальций, стронций, цинк, кобальт, железо, марганец, барий, рутений, цирконий, церий, иттрий, плутоний.

131I>137Cs>45Ca>89.90Sr>б5Zn>60Со>59Fe,54Мn>140Ва>106Ru>95Zr>144Се>90Y>239Pu

Для оценки биологической подвижности радионуклида используют коэффициент всасывания:

fВС=А/В100%
где А – количество перешедших в кровь радионуклидов, Бк;

В – количество радионуклидов, поступивших с суточным рационом, Бк.
Все элементы I (щелочные) и VII (галогены) основных групп Периодической системы, а также все элементы 1 (Н) и 2 (Li, В, С, N, О, F) периодов, за исключением Ве и инертных газов, почти полностью всасываются в желудочно-кишечном тракте. Слабее, хотя и достаточно хорошо всасываются элементы II главной группы (Мg, Са, Sr, Ва, Rа). Элементы всех других групп, за немногими исключениями, всасываются весьма плохо.

Существует высокая изменчивость поступления радиоизотопов в организм в зависимости от вида и возраста животного. У моногастричных животных и птиц коэффициенты всасывания значительно выше, чем у жвачных. Например, взрослые коровы, овцы, козы, свиньи и куры усваивают соответственно 8, 7, 6, 19 и 59% радиостронция и 60, 57, 69, 100 и 67% радиоцезия.

Молодые особи усваивают радионуклиды интенсивнее, чем взрослые. Кроме того, фиксация нуклидов в организме у них происходит полнее. Уменьшение всасываемости радионуклидов в желудочно-кишечном тракте связано с меньшей потребностью взрослого организма в минеральных веществах, а также ухудшением проницаемости мембран кишечной стенки.
4. Распределение и метаболизм радиоактивных веществ в организме.

Всосавшиеся в желудочно-кишечном тракте радионуклиды разносятся кровью по всем органам и тканям. Распределение нуклидов по органам и тканям тесно связано с их природой и ритмом поступления в организм. Щелочноземельные радиоизотопы (7Ве, 45Са, 90Sr, 140Ва, 140Ra) концентрируются в минеральном компоненте костной ткани, редкоземельные (48V ванадий, 75Se селен, 76As мышьяк, 125Sb сурьма , 238Uуран) – в печени и ретикулоэндотелии, йод – в щитовидной железе, а 137Сs, щелочные металлы, тритий и радиоуглерод распределяются в организме более равномерно.

При длительном поступлении радионуклидов в организм их концентрация в органах может быть значительно выше, чем при разовом (до 30-50 раз). В условиях длительного поступления рано или поздно наступает момент, когда уровень поступления изотопа оказывается равен его выведению. Для 90 Sr такое равновесное состояние наступает на 5-7 сутки у крупного и мелкого рогатого скота и на 30-90 сутки у свиней и кур. Для 137 Cs оно наступает позднее: у овец и коз к 105 суткам, у крупного рогатого скота – к 150 суткам с начала поступления.

Накопление радиостронция в организме животных при его хроническом поступлении зависит от состояния кальциевого обмена. При дефиците кальция его место занимает стронций. Насыщение кальцием дефицитного по этому элементу рациона позволяет уменьшить поступление 90 Sr в организм в 2-4 раза. Однако этот эффект достигается лишь в том случае, если кальция до этого в кормах явно не хватало.

Сходная зависимость характерна для метаболизма радиоцезия. Так, известно, что у животных, таких, как КРС, козы и овцы, питающихся грубыми и сочными кормами, богатыми калием, химическим аналогом которого является Сs, коэффициенты накопления в организме 137Сs значительно меньше, чем у кур, свиней, собак и человека.
5. Выведение радионуклидов из организма животных.

Радионуклиды, поступившие в организм, выводятся через желудочно-кишечный тракт, почки, легкие, кожу и молочную железу. К этим путям можно добавить выведение радионуклидов с плодом при родах и с яйцом у кур-несушек.

Ведущим путем выведения для большинства радиоизотопов является желудочно-кишечный тракт. Помимо выведения с экскрементами не всосавшихся в ЖКТ радионуклидов, этим путем выделяются и экскретирующиеся через стенки желудка и кишечника стронций, рубидий и другие изотопы. Изотопы йода и цезия экскретируются из организма преимущественно через почки. При этом существуют видовые, возрастные и физиологические особенности выведения разных нуклидов. Например, 137Сs у жвачных выводится преимущественно через желудочно-кишечный тракт, а у свиней - с мочой. Лактирующие коровы через молочную железу выводят всего лишь 3.2% 131 I, в то время как овцы и козы - 20.5 и 40%.

Выведение радиоизотопов из организма сельскохозяйственных животных с молоком имеет большое практическое значение, так как молоко и молочные продукты являются важными источниками поступления радионуклидов в организм человека. По степени перехода радионуклидов в молоко радиоизотопы образуют ряд: 131I > 45Ca > 137Cs > 90Sr >99Mb > 106Ru > 140Ba > 144Ce. При этом интенсивность выведения того или иного изотопа существенно колеблется и определяется в основном формами, в которых он находится в организме.

Для количественного описания скорости, с которой организм освобождается от радионуклидов, используют специальный показатель – период полувыведения (Т). Различают биологический период полувыведения биол) – время, в течение которого концентрация нуклида снижается вдвое в результате процессов метаболизма, и эффективный период полувыведения – время, за которое из организма выбывает 50% первоначального количества нуклидов как за счет метаболического выведения, так и за счет физического распада.

Быстрее всего организм освобождается от радионуклидов, накапливающихся в мягких тканях, таких, как цезий, йод, молибден. Остеотропные радионуклиды, такие, как стронций, выводятся гораздо медленнее. Так, у крупного рогатого скота для 137 Cs Т1=3 сут., Т2=46 сут., в то время, как для 90 Sr Т1 превышает 3000 сут. (Т – период полувыведения).

Так как содержание радионуклидов в продукции животноводства находится в прямой зависимости от содержания их в растениях и почвах, то для составления прогноза вероятностного поступления радионуклидов в рацион животных необходимо располагать данными о количественном переходе разных радионуклидов из почв в корма и продукцию животноводства. Это осуществляется с помощью коэффициентов перехода – отношение содержания радионуклида в каждом последующем звене пищевой цепи к предыдущему.
Тема 5. ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
Лекция 13: Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.


  1. Общие аспекты действия ионизирующего излучения.

  2. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.

  • Физическая фаза;

  • Фаза первичных физико-химических реакций;

  • Фаза химических реакций.

  1. Эффект разведения и кислородный эффект.


1. Общие аспекты действия ионизирующего излучения.

Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они способны вызывать ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцировать длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является, как правило, нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях животного и человека.

В механизме биологического действия ИИ на живые объекты условно можно выделить два основных этапа.

Первый этап – первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей.

Второй этап – опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации.

В настоящее время признаны две теории механизма первичного (непосредственного) действия ионизирующей радиации – теории прямого и косвенного действия излучений на составляющие молекулы вещества.
2. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.

Прямое действие ионизирующих излучений – такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими молекулами, а поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромолекул (т.е. с утерей или приобретением электрона самими рассматриваемыми молекулами («мишенями»)).

Косвенное (непрямое) действие ионизирующих излучений – изменения молекул клеток и тканей, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) окружающей эти молекулы воды и растворенных в ней низкомолекулярных соединений, а не энергией излучения, поглощенной самими исследуемыми молекулами.

На основе представления о прямом действии ИИ возникла теория мишени и попаданий. Эта теория объясняла наличие в клетке жизненно важного центра (гена или ансамбля генов) – мишени, попадание в которую одной или нескольких высокоэнергетических частиц атомной радиации достаточно для разрушения и гибели клетки. Попадание в мишень – вероятностное событие. Дальнейшим развитием теории прямого действия излучений явилась стохастическая (вероятностная) теория. Она, так же как и теория мишени учитывает вероятностный характер попадания излучения в чувствительный объем клетки, но в отличие от нее она еще учитывает и состояние клетки как биологического объекта, лабильной динамической системы [Радиобиология / Белов А.Д. и др., 1999].

При косвенном действии ИИ наиболее важен процесс радиолиза (радиационного разрушения) воды, потому что вода составляет основу важнейших структур клетки (80-90%). Именно в воде растворены белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, гормоны и другие жизненно важные вещества, являющиеся основными компонентами клетки, которым легко может быть передана энергия, первоначально поглощенная водой [Радиобиология / Белов А.Д. и др., 1999].

Под действием ионизирующего излучения в клетке начинаются физико-химические процессы, в результате которых образуются химически высокоактивные соединения, радикалы и ионы, повреждающие биологические структуры организма и вызывающие рассогласование его функций [Симак С.В. и др., 1998].

Воздействие ионизирующей радиации на живое вещество проходит в три фазы: в физическую – длится 10-13 – 10-16с; в фазу первичных физико-химических превращений – 10-6 – 10-9с; в фазу химических реакций – 10-5 – 10-6с.

Физическая фаза по существу – один из моментов прямого действия ИИ на молекулярные и биологические структуры клетки. При взаимодействии ИИ (гамма-кванты, заряженные частицы, и т.д.) с электронными оболочками атомов происходит возбуждение и ионизация атомов или молекул вещества, через которые излучения проходят. При этом на один акт ионизации приходится 10 – 100 возбужденных атомов, которые в процессе рекомбинации излучают избыток энергии в виде характеристического рентгеновского излучения.

В физическую фазу происходит взаимодействие ИИ с молекулой воды, в результате чего выбивается электрон с внешней орбиты атома и образуется положительно заряженный ион воды:

γ → Н2О → е + Н2О+.

«Вбитый» электрон присоединяется к нейтральной молекуле воды, образуя отрицательный ион воды:

е + Н2О → Н2О.

При эффекте возбуждения образуется нейтрально заряженная молекула воды с избытком энергии, привнесенной ИИ:

γ → Н2О → Н2О*.

Физико-химические свойства ионизированных и возбужденных молекул воды будут отличаться от молекул воды электрически нейтральных. Продолжительность существования таких молекул очень короткая; они распадаются (диссоциируют), образуя высокореактивные свободные радикалы водорода и гидроксила (Н и ОН); наступает вторая фаза радиолиза воды.

Фаза первичных физико-химических реакций:

Н2О+ → Н+ + ОН

Н2О→ Н + ОН

Н2О* → Н + ОН

Гидроксильные радикалы (ОН) – сильные окислители, а радикал водорода (Н) – восстановитель. Образование свободных радикалов может идти и другим путем. Выбитый из молекулы воды под действием излучения электрон может присоединиться к положительно заряженному иону воды с образованием возбужденной молекулы:

Н2О+ + е → Н2О*.

Избыточная энергия этой молекулы расходуется на ее расщепление с образованием свободных радикалов водорода и гидроксила:

Н2О* → Н + ОН.

Ионизированная молекула воды (Н2О+) может реагировать с другой нейтральной молекулой воды (Н2О), в результате чего образуется высокореактивный радикал гидроксила (ОН):

Н2О+ + Н2О → Н3О+ + ОН.

На этом заканчивается физико-химическая фаза и развивается третья фаза действия ионизирующего излучения.

Фаза химических реакций. Обладая очень высокой химической активностью за счет наличия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодействуют друг с другом или с растворенными в воде веществами. Реакции могут идти следующими путями:

Н + ОН → Н2О (рекомбинация, восстановление воды);

Н + Н → Н2О + О (образование молекул воды и выделение кислорода, который является сильным окислителем);

ОН +ОН → Н2О2 (образование пероксида водорода).

При наличии в среде растворенного кислорода О2 возможна реакция образования гидропероксидов:

Н + О2 → НО2 (гидропероксидный радикал).

Эта реакция указывает на роль кислорода в повреждающем эффекте ИИ.

Гидропероксиды могут взаимодействовать между собой, образуя пероксиды водорода и высшие пероксиды, которые обладают высокой токсичностью, но они очень быстро разлагаются в организме ферментом каталазой на воду и кислород:

НО2 + НО2 → Н2О2 + О2;

НО2 + Н → Н2О2 (пероксид водорода);

НО2 + НО2 → Н2О4 (высший пероксид).

Появление свободных радикалов и их взаимодействие составляют этап первичных химических реакций воды и растворенных в ней веществ, а в случаях облучения животных и растений – и биологических молекул.

Энергия излучения может поглощаться и непосредственно молекулами органических соединений. При этом также образуются возбужденные молекулы, ионы, радикалы и перекиси, при реакциях типа:

a) hv → RH → RH* → R + H;

R + O2 → RO2;

RO2 + H → HRO2

  1. hv → RH →RH+ + e

  2. hv → RH → R + H+

  3. RH + H → R + H2

  4. RH + OH → R + Н2О

Возможна также диссоциация органических молекул или присоединение к ним радикала. В результате они либо разрушаются, либо инактивируются, теряя свои биологические свойства.

Энергия излучения, поглощенная молекулой белка или нуклеиновой кислоты, может передаваться ее структурами, разрушая молекулу в определенных, наиболее уязвимых местах по вышеприведенной схеме.

Таким образом, первичные процессы, происходящие в организме непосредственно в момент действия изучения, заключаются в образовании возбужденных молекул, ионов, радикалов и перекисей.



Рис. 13.1. Продукты радиолиза воды.

На биологической стадии воздействия эти высокоактивные в химическом отношении соединения вступают в реакции с компонентами сложных биохимических систем живого организма, что приводит к нарушениям химических процессов и структур клеток и, как следствие – к нарушению функций на уровне целостного организма.

Величина прямого и непрямого действия в первичных радиобиологических эффектах различных систем неодинаковая. В абсолютно чистых сухих веществах будет преобладать прямое, а в слаборастворенных – косвенное действие радиации. У животных, по данным М.А. Кузина, примерно 45% поглощенной энергии излучения действует непосредственно на молекулярные структуры – прямое действие, а остальные 55% энергии непрямое действие.
3. Эффект разведения и кислородный эффект.

О различии прямого и косвенного действия радиации на биологические объекты и величине их влияния на развитие лучевого поражения можно судить по двум феноменам – эффекту разведения и кислородному эффекту.

Эффект разведения

При косвенном действии радиации, независимо от разведения раствора, абсолютное число поврежденных молекул остается постоянным, а доля их от общего числа изменяется обратно пропорционально их концентрации.

При прямом действии радиации число инактивированных молекул при заданной дозе увеличивается пропорционально концентрации раствора, а их доля от общего числа молекул остается постоянной.

Кислородный эффект

В развитии первичных реакций при облучении биообъектов большое значение имеет концентрация кислорода в среде. С повышением его концентрации в окружающей среде и объекте облучения усиливается эффект лучевого поражения, и, наоборот, при понижении концентрации кислорода наблюдается уменьшение степени лучевого поражения. Выраженность кислородного эффекта у разных видов излучений неодинаковая и зависит от их линейной передачи энергии (ЛПЭ); с повышением ее эффект уменьшается. При действии излучений с малой плотностью ЛПЭ наблюдается наибольший эффект, а при воздействии излучений с высокой ЛПЭ он полностью отсутствует.

В присутствии кислорода происходит значительное усиление косвенного действия продуктов радиолиза воды и низкомолекулярных органических соединений. Свободные радикалы, взаимодействуя с кислородом, образуют гидропероксиды, пероксиды и высшие пероксиды, которые оказывают токсическое действие на организм. Наличие кислорода в облучаемой среде усиливает также прямое действие радиации. При попадании гамма-кванта в молекулу органического вещества, так же как и в случае с водой, образуются активные радикалы в результате ионизации и возбуждения молекул. Эти радикалы, взаимодействуя с кислородом, образуют гидропероксиды и пероксиды (RОО), которые приводят к глубокому изменению молекул [Белов А.Д. и др., 1999].
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   19

Похожие:

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКонспект лекций по дисциплине введение в профессию социальная работа лекция 1
Изучением курса “Введение в специальность” студенты начинают постижение самой, пожалуй, молодой, и в то же время сложной профессии...

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция №8. Особенности занятий легкой атлетикой с детьми, подростками,...
Лекция №6. Организация и проведение соревнований по легкой атлетике

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconУчебное пособие Содержание Введение Тема Теория социальной работы...
Тема Теория социальной работы как учебная дисциплина; научные основы социальной работы

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция Физическая культура в общекультурной и профессиональной подготовке...
Лекция Физическая культура в общекультурной и профессиональной подготовке студента

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconТехнологии «черного» pr в избирательных кампаниях (2012) содержание: введение (3 стр)
«Черный» pr – неотъемлемая технология любой предвыборной кампании (8 стр)

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКонспект лекций
Лекция Тема: Современные трактовки предметной области политической философии (4 час.)

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКурс лекций общепрофессиональной дисциплины оп. 14 Безопасность жизнедеятельности
Лекция Здоровье и здоровый образ жизни. Факторы, способствующие укреплению здоровья

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция Отечественная историография Гражданской войны в России Лекция...
Лекция Национальная политика советского государства: теория и практика вопроса

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconЛекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир...
Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой

Курс лекций Ставрополь, 2015 содержание стр. Введение лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер iconКонспект лекций по дисциплине «Технология и организация въездного туризма»
Лекция Инкаминг. Характеристика современного туррынка. Особенности истории развития въездного туризма






При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
h.120-bal.ru
..На главнуюПоиск