Методика радиобиология

дозаға Грейге эквивалент Зв (зиверт).

Биологиялық жүйелердің /ұлпалардың/ жұтатын дозасы  әртүрлі болғандықтан радқа көшу үшін мына формуланы  қолдануға болады;

                                   Д (рад) = fA(P) =>

Д/Р/- рентгенмен анықталған экспозициялық доза, f -алмасу коэффициент. Су және жұмсақ ұлпалар үшін f = 0,93-ке тең болса, сүйек, сүйек ұлпалары үшін f—2-5. I рентген 88 эрг/г-га эквиваленті 88:100 = 0,88 рад=1 рентген /I рад=1,14 рентген.

      Иондаушы сәулелердің биологиялық әсерін анықтауда дозаны білумен қатар, осы доза қанша уақыт әсер еткенін де білген жөн. Айталық, ұзақ уақыт әсер еткенде барлық дозаның қосындысы өлім дозасынан да жоғары болуы мүмкін, бірақ оның әсері білінбейді.

Ал доза өлім дозасынан төмен болса да, аз уақытта әсер етсе, онда жануар сәуле әсері ауруына шалдығуы мүмкін. Mіне, осыны ескере отырып, дозаның қуаты есепке алынады; P = O/t D = /Pt/. Демек, экспозициялық дозаның қуат өлшем бірлігі'СИ системасында Вт/кг; Рад/сағ; Рад/мин; Рад/сек. Дозалары бірдей әртүрлі иондаушы сәулелердің биологиялық әсері әртүрлі, бірақ бұл айырмашылық сәулелердің меншікті иондау қаблетіне тәуелді. Сондықтан әр иондаушы сәулелер ,.-үшін салыстырмалы биологиялық эффектілік /СБЭ/ немесе   сапалық коэффициент (СК) қолданылады. Бұл коэффициент иондаушы сәуленің /α,β,R,γ,n,p/ рентген және γ-сәулесімен салыстырғандағы әсерін көрсетеді.

 

Иондаушы с. түрлер	СК	Әдебиеттер
R, γ, β сәул. үшін α - бөлш, протондар n-саябыр неитрондар  n-жылдам нейтрондар ауыр ядролар	I 20 3-5 10 20	В.А. Киршин 1987ж. Дозы эффект, риск. 1988 В.Д. Киршин 1987 В.Д. Киршин 1987 В.Д. Киршин 1987

Иондаушы сәулелердің биологиялық әсерін бағалау үшін рентгеннің, радтың биологиялық эквиваленті деген шамалар қолданылады. Рентгеннің биологиялық эквиваленті деп кез-келген иондаушы сәуленің әсерінен I рентген тудыратындай биологиялық жүйедегі өзгерісті айтады /РБЭ/. Ал, радтың биологиялык, эквиваленті үшін де осы анықтаманы қолдануға болады /РадБЭ/. Биологиялык, доза РадБЭ /қазақша/ - Бэрад мына формула бойынша анықталады. Дбэрад=СК.Драд. Өлшем бірліктері килобэрад= 10³ бэрад, миллибэрад= 10~³ бэрад, микробэрад= 10⁶ бэрад.

 

Практикалы сабақ № 4

Тақырыбы: Иондаушы сәулелердің биологиялык әсері.

Мақсаты. Иондаушы сәулелердің биологиялык ағзаларға әсерлерін зерттеу

Қажеті құрал-жабдықтар Плаккаттар, схемалар, оқулықтар және т.б.

Сабақ түрі: Зертханалық сабақ

Сабақ әдістері: Ауызша, пікірлесу, түсіндіру, әңгіме жән т.б.

Өткен сабақ қайталау сұрақтары  Иондық сәулелердің дозиметриясы мен радиометриясы

1. Иондық сәулелер және оның қандай түрлері бар ?
2. Дозиметрия нені зерттейді Доза, дозалану  процесі  дегеніміз не?
3. Иондаушы  сәулеледің өлшем бірліктері қалай өлшенеді?

Жана сабақты сұрау  және түсіндіру 

Иондаушы сәулелердің биологиялық  жүйелерге әсері аса жоғары және күрделі, өйткені олар түскен тірі ортада иондау процесі жүріп, активтілігі жоғары еркін радикалдар түзеледі. Бұл радикалдар тірі жүйеге тән химиялық, биохимиялық реакциялардың ретін, жүру тәртібін бұзып, ағзадағы тән емес функционалдық өзгерістер кіргізіп, соңында морфологиялық өзгерістерге душар етеді. Тіптен егер доза үлкен болса, тіршілік иесі өліп кетуі мумкін.

Тапсырмалар

• Иондаушы сәулелер және  олардың әсер механизімін түсіндіріндер.
• Иондаушы сәулелердін клеткаға әсері және клеткада жүретің процестерге сипаттама беріндер.
• Жануарлардың иондаушы сәулслср әсеріне сезімталдығы қандай және олардың қандай топтары болады ?
• Ионданушы сәулелердің өсімдікке әсерін қандай?.

 

Иондаушы сәулелердің  әсер механизімі. Әзірше радиацияның биологиялық жүйелереге әсері толық анықталмаса да көптеген зерттеулердің нәтижесінде мына жағдайлар анықталған.

Біріншіден, иондаушы сәулелер жұтылғанда жұтылған ортада иондар пайда болады.

Екіншіден, химиялық, биохимиялық реакциялар кезінде еркін радикалдар бөлініп, ол радикалдар ортада бірсыпыра өзгерістер әкеледі.

Үшіншіден, ортадағы өзгерістер клетка, ұлпа, мүшелердің функциясы /атқаратын қызмет/ өзгерген ұлпада, клеткада құрылым (құрылыс) өзгерісі болатыны өзінен-өзі анық.

 Биологиялық жүйелер өте  күрделі болғандықтан осы айтылған  төрт жағдайды бір уақытта бір тұрғыдан байланыстыра қарастыру керек, болмаса иондаушы сәуле әсер механизмін түсіну мүмкін болмайды.

Иондаушы сәулелердің  биологиялық әсерін екі кезеңге  бөлсек, оның біріншісі иондаушы сәулелердің биохимиялық реакцияларға клеткалар, ұлпаларға, мүшелерге тікелей әсері болса, екіншісі, осы әсерлерден жүйке клеткаларында, гуморальдық клеткаларда әртүрлі ығысу өзгерістер шақыруы.

Радиацияның бірінші ретті әсер механизмін түсіндіру үшін бірсыпыра  гипотезалар, теориялар үсынылады, олардың ішіндегі біз қарастыратындар:

Иондаушы сәулелердің  биологиялық жүйелерге   тікелей    және бөгде әсері.

Құрылым - зат алмасу теориясы.

Радиацияның тікелей әсерінен молекулаларда, атомдарда иондану болады, осының әсерінен иондаушы сәуле түскен орта зақымдалады, ал биологиялық жүйелердегі ең көп зат су болатын болса, радиацияның әсерінен клеткадағы, ұлпадағы, мүшедегі су радиолизданып жоғары активті заттар түзеледі.

 

Мысалы:

Н• +О Н=>Н2 О 

Н•+ Н• =>Н2

ОН + ОН =>Н2О +О

ОН + ОН=>Н 2О2 немесе

 Н+О2=>НО2

НО2+НО2=>Н2О2+20

НО2+Н=>Н2О2т.с.с.

Еркін радикалдардың  ортамен өзара әсері тотығу реакциясы  бойынша жүреді де - бөгде әсеріне  жатады. Иондаушы сәулелердің тікелей немесе бөгде әсерінің арасындағы айырмашылықты   мына екі құбылысты қарастырып көргеннен кейін түсінуге болады.

Сұйылту эффектісі. Берілген экспозициялық дозада зақымдалған молекулалар саны тұрақты және бастапқы молекулалардың концентрациясына тәуелді болмайды, өйткені ерітіндідегі еркін радикал сандарында тұрақты болады. Бұл құбылыс радиацияның бөгде әсерін көрсетеді.

Оттегі эффектісі. Алғашқы иондаушы сәуленің әсеріне жауап реакцияның дамуында оттегінің ролі зор. Егер қоршаған ортада, оттегінің мөлшері көп болса, биологиялык, жүйенің зақымдалуы күшейеді. Сәуле түскен ортада оттегі мөлшері аз болса, онда жүйенің сәуле әсерінен зақымдалуы да төмендейді. Оттектілік эффект барлық радиобиологиялық құбылыстарға тән және қатерлі ісік ауруына ұшыраған адамдарды емдеуге қолданады. Қатер пайда болған мүшеге келетін оттегінің мөлшерін көбейтіп, ал оны қоршаған ортаға оттегінің келуін азайтады /гипоксия/. Иондаушы сәулелердің тікелей әсерінен болатын процестерге байланысты Кроутер, Тимофеев-Ресовский,  Ли,   Циммерлер   нысана   теориясын дамытты.  Теория  бойынша  иондаушы  сәуле  өте  сезімтал құрылымға немесе молекулаға әсер етеді. Бұл әсер дозаға байланысты, егер клетканың өлімін, ферменттің активтілігінің төмендеуін  экспоненциалдық функциямен өрнектей  алсақ онда иондаушы сәуленің бір рет қана түсуінен деп есептеуге болады. Бірақ өсімдік, жануар клеткаларына сәуленің әсері S тәрізді  қисықпен  анықталады,  демек  бұл әсер  көп  ретті болады деген сөз. Сонымен қатар бұл теория алғашқы сәуле әсерінен болған реакциялардың кинетикасын ескермейді.

     Бірінші ретті биомолекулалардың активтігінің жоғарылауы иондаушы сәулелер тікелей және бөгде әсері кезінде де бола береді. Әсерден пайда. болған радиотоксиндер бауырда,  көк бауырда, басқа мүшелерде, клеткалардың май қабыршықтарында шоғырланып, клетканың химиясын бұзып, органикалық қосылыстардың молекулаларын тотықтырады. Осының әсерінен биолипидтердің тотығуы күшейіп бір еркін радикалдың орнына бірнешеуі түзеліп, тізбекті реакция пайда болады. Осы құбылыстарға сүйеніп Б.Н.Тарусов, Ю.Б.Кудряшов липидтік радиотоксиндер теориясын ұсынған.

     Тағы бір  теория құрылым зат алмасу  теориясы бойынша 
клеткадағы зақымдану, зат алмасу процестерінің бұзылуы цитоплазмалық құрылымдардың радиацияның әсерінен бұзыл- 
ғанын көрсететін теория. Гипотезаның негізі ретінде бірінші 
ретті радиотоксиндердің хинон немесе ортохинондардың зат 
алмасу процесіне әсері алынған. Клеткада зат алмасу кезінде 
аздаған улы зат бөлінетін белгілі, ал радиация әсер еткенде                                                                                                                                                                                                                                                              уытты заттардың мөлшері көбейеді де сәуле ауруы кезінде 
негізгі роль атқарады. Иондаушы сәулелердің бірінші ретті әсері механизм туралы гипотезалар, теориялардың ешқайсысы радиацияның биологиялық әсер механизмін түсіндіре алмайды.Өйткені айтылған гипотезалар эксперимент жағдайында жылы қандылар үшін орындалмай отыр.

 

 

Иондаушы сәулелердін  клеткаға әсері.

Иондаушы сәулелер әсеріне аса  сезімтал - клетканың ядросы. Мысалы, ядросы радиацияның әсеріне шалдыққан клетка өледі. Клеткадағы өзгерістерді нақтылы және аз уақыт аралығында анықтау үшін дозасы 1000 рентгеннен артық сәуле беру керек. Алғашқы клеткадағы өзгеріс клетканың мембранасында болады:

Мембрананың өткізгіштігі жоғарылайды;

Цитоплазманың тұтқырлығы өзгереді;

а)Доза жоғары болса, цитоплазманың  тұтқырлығы жоғарылайды;

б)Доза төмен болған кезде, цитоплазманың  тұтқырлығы төмендейді;

Цитоплазмада вакуольдер түзеледі;

Жарықтың сынуы жоғарылайды, себебі белоктар иондаушы сәулелер әсерінен денатурацияланады;

Бояуды қабылдаудың  өзгеруі.

Сәуле түскен клеткада ядро ісініп қабынады, көлемі ұлғаяды, үш-төрт ядролы үлкен  ядролар пайда болады. Иондаушы сәуленің әсерінен ДНК молекулаларында ыдырау, хромосомдық аберрация болады. Клетка құрылымдарының өзгерістеріне байланысты клетканың ішіндегі органеллаларының функциялары өзгеріп, митохондриядағы энергия алмасу, зат алмасу процесі нашарлайды.

     Радиацияның клетканың бөлінуне әсері күрделі және митоздың кезеңдеріне байланысты. Ғылыми деректер бойынша иондаушы сәулелер ұлпада тез бөлінетін жаңа клеткаларға қатты әсер етеді, әсіресе күрделі бөліну кезіндегі әсер дәрежесі аса жоғары болады.

Митоз /күрделі бөлінуі/ екі фазадан тұрады:

• Интерфаза;
• Кәдімгімитоз.

Интерфазаның өзі үш сатыдан тұрады:

1) түзілу алдындағы саты G;

2) ДНК молекулаларының түзілуі,  хромосоманың белоктары түзіледі - S;

3) түзілу болғаннан кейінгі саты - G2, бұл саты профазаға көшеді.

Митоз төрт сатыға бөлінеді:

1) профаза /бөлінудің басталуы/;

2) метофаза /хромосомның екі жартыға  бөлінуі арасында саңылау пайда  болады/;

3) анафаза /хромосомның екі полюске  қарай ығысуы/;

4) телефаза /жаңа пайда болған  клетканың тұрақталуы/.

 Иондаушы сәулелердің осы  фазалардың әрқайсысындағы әсер дәрежесі әртүрлі болады. Егер клеткаға радиация интерфаза кезінде әсер етсе, клетканың бөліну қабілеті төмендеп доза жоғары болса, шығынға ұшырайды. Француз ғалымдары Бергонье және Трибонда бойынша клетканың иондаушы сәуле әсеріне сезімталдығы өтіп жатқан бөліну интенсивтігіне тура пропорционал да, олардың дифференциясына кері пропорционал болады. Осы ережеге сәйкес   радиацияның сезімтал қан түзейтін мүшелері, қызыл қан кемігі, көк бауыр, жыныс бездері,    ішек-қарынның    кілегей    қабаттары    клеткалары жатады..Өйткені мұндағы ұлпалардың клеткаларындағы митоз интенсивті түрде жүреді. Кейінгі кезде бөлінбейтін жүйке, лимфоцит    клеткалары    да    радиацияға    өте    сезімтал болатындығы анықталды.

Иондаушы сәулелердің клеткаға әсер механизмі өте күрделі, сондықтан да клеткадағы бір-екі өзгеріске қарай толық мағлұмат алу мүмкін емес. Бірақ тәжірибеден алынған мағлұматтар бойынша сәуле жұтқан клеткалардың бөлінуіне мынадай себептер әсер етеді:

1. Иондаушы   сәулелер   әсерінен   бөлінуді   тездететін заттардың бұзылуы;
2. Клеткада бөлінуді тежейтін заттардың пайда болуы;
3. Клетка мембранасының өткізгіштігінің бұзылуы;

Нуклеин қышқылдарын түзеудің бұзылуы;

Хромосомның жарақаттануы.

Клетка ядросының цитоплазмасының, функциясының, кұрылымының өсу кезіндегі бұзылуы қайтымды және қайтымсыз болуы мүмкін. Егер бөліну, өсіп-өнуі кезіндегі әсер еткен доза төмен болса, онда бастапқы кезде бөліну ритмі төмендейді, бірақ біртіндеп қалпына келеді. Ал митоз кезінде әсер дозасы жоғары болса, онда митоз бұзылып клетканың өніп-өсуі процесі тоқталады.

 

Жануарлардың иондаушы сәулслср әсеріне сезімталдығы.

Жануарлардың  иондық сәулелерге сезімталдығына көптеген зерттеулер жүргізілген.Зертханалық  тәжірибелерде  сүтқоректілер иондық радияциясы бар заттың тұрған жерін  анықта алған.Тышқандарды арнайы камераларда жұмыс істеп тұрған аппараттың шуы кезінде ұйықтауға әдет етіп үйреткен.Рентген аппататының сәулелерің тышқандар жатқан жаққа жібергенде бірнеше секунд ішінде олар ояна бастаған.Рентген аппаратының сәулелерің тышқандар жатқан жаққа жібермегенде олар оянбаған.Көзі көрмейтің, соқыр жануарларда осылайша әсерленген.