Коэффициент качества излучений связь его с ЛПЭ заряженных частиц, формирующих дозы в биологической ткани.

ЛПЭ зависит от энергии частиц и типа вещества, в котором частица теряет свою энергию. ЛПЭ оказывается характеристикой качества излучения. Под качеством понимают такую характеристику излучения, которая имеет одно и тоже значение у разных видов излучения, если при одинаковых условиях облучения данного объекта и одинаковой дозе наблюдается один и тот же радиационный эффект. Коэффициент качества (кк) является регламентированной величиной, устанавливаемой специальными научными комиссиями на основании медицинских и радиобиологических данных. Помимо численных значений коэффициент качества для различных видов излучений устанавливается зависимость кк от ЛПЭ излучения. Излучение с одинаковым кк при равных дозах и одинаковых условиях облучения приводит к одинаковому биологическому эффекту. Итак, коэффициент качества есть зависящий от ЛПЭ коэффициент, на который надо умножить поглощенную дозу, чтобы для целой радиационной защиты биологический эффект облучения людей выражался в одной и той же мере независимо от вида излучения.

19. Преобразование энергии ионизирующих излучений в биологическом материале.

При прохождении через вещество заряженная частица теряет свою энергию, вызывая ионизацию и возбуждение атомов до тех пор, пока общий запас энергии уменьшится настолько, что частица утратит ионизирующую способность. Энергию, переданую заряженной частицей на единице длины ее пробега в веществе, называют линейной передачей энергии (ЛПЭ) и измеряют в кэВ/мкм. ЛПЭ заряженных частиц возрастает со снижением их скорости, поэтому в конце пробега передача энергии заряженной частицей веществу максимальна, что приводит к характерному распределению ионизации.

На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. Поглощенная энергия может мигрировать по макромолекулам, реализуясь в слабых местах. В белках, вероятно, это SН-группы, в ДНК - хромофорные группы тимина, в липидах - ненасыщенные связи. Указанный этап повреждения может быть назван физической стадией лучевого воздействия на клетку.

Второй этап - химические преобразования, соответствующие процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и биомолекулами, а также возникновению органических перекисей, вызывающих быстро протекающие реакции окисления, которые приводят к появлению множества измененных молекул. В результате этого начальный эффект многократно усиливается.

Нарушения, наступающие в результате высвобождения ферментов из клеточных органелл и изменения их активности, соответствуют третьему этапу лучевого поражения клетки - биохимическому. Высвободившиеся ферменты путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко проникают в нее благодаря увеличению проницаемости мембран. Под воздействием этих ферментов происходит распад высокомолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков. Было бы неправильным особо выделять какое-то одно биохимическое нарушение, возникающее при этом, так как радиационный эффект отмечается в результате многих самых разнообразных повреждений тонко сбалансированного механизма биохимических реакций.

Радиолиз воды и водных растворов биомолекул. Основные продукты радиолиза воды и их роль в инактивации биомолекул. Влияние на ход радиолиза ЛПЭ излучений, мощности дозы, присутствия кислорода в облучаемой среде.

Косвенное действие радиации осуществляется продуктами радиолиза воды, входящей во все живые системы. Косвенное действие ионизирующего излучения связано с образованием свободных радикалов.

Радиолиз - разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений с образованием свободных радикалов. Предмет изучения радиационной химии. Один из факторов первичных процессов в радиобиологии.

Основные продукты и их роль:

Гидроксильный радикал - высокореакционный и короткоживущий радикал •OH, образованный соединением атомов кислорода и водорода.

Считается, что цитотоксическое действие кислородных радикалов более чем на 50 % обусловлено ОН•-радикалами, при этом в клетках выделяют два критических объекта повреждения: нуклеиновые кислоты и мембранные белки. Основные типы повреждений биомолекул гидроксильными радикалами являются: отрыв атома водорода; присоединение к молекулам по двойным связям; перенос электронов.

В образовании гидроксильного радикала важное значение имеют ионы металлов с переменной валентностью, в первую очередь ионы железа. Являясь сильным окислителем, гидроксильные радикалы разрывают любую СН-связь, вызывают повреждения белков и нуклеиновых кислот.

Пероксид водорода - запускает каскад реакций повреждения липидов клеток.

Пероксидное (перекисное) окисление липидов молекулярным методом представляет собой цепной свободно-радикальный процесс. Наиболее легко подобным образом окисляются ненасыщенные липиды или свободные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов биологических мембран. Поэтому скорость перекисного окисления липидов прежде всего оказывает влияние на функцию мембран и на развитие в них патологических изменений.

Пероксидное окисление может полностью разрушить липидную основу мембраны. Накопление таких продуктов пероксидного окисления, как гидропероксиды липидов, приводит к ингибированию многих ферментных белков и нарушает их функцию. Кетоны, альдегиды и диальдегиды образуют ковалентные внутримолекулярные и межмолекулярные связи («сшивки») и с функциональными группами белков и других биомолекул, что также ведет к изменениям клеточных функций.

Супероксид анион (супероксидный радикал) это ион молекулы кислорода с неспаренным электроном.

Относится к свободным радикалам, короткоживущий, способен спонтанно дисмутировать с водой в кислород и пероксид водорода. Супероксидрадикал является высокореакционным соединением, которое вследствие высокой гидрофильности не может покидать клетку и накапливается в цитоплазме.

Комбинация OH• и супероксид анион-радикала вызывает изменение первичной, вторичной и третичной структуры белков. Супероксид анион-радикал ингибирует активность каталазы, ацетилхолинэстеразы, глутатионпероксидазы и других ферментов.

Влияние на ход радиолиза:

1. Мощности дозы.

Поскольку процессы передачи энергии излучения молекулам среды крайне быстро заканчивается возникновением свободных радикалов, можно сказать, что мощность дозы характеризует скорость образования в облученной системе свободных радикалов. Однако в реальных условиях образование радикалов не будет продолжаться без конца, т.к. со временем пара образованных радикалов рекомбинируют.

2. Присутствие кислорода.

В присутствии кислорода образуются дополнительные реакционноспособные радикалы, которые обладают выраженным поражающим действием. Кроме того, молекула кислорода обладает электронакцепторными свойствами, активно взаимодействует с образующимися при действии излучения радикалами биологических молекул — как бы фиксирует возникшие в них потенциальные повреждения и делает их труднодоступными для репарации. Следовательно, в присутствии кислорода при радиолизе отмечается усиление лучевого повреждения по сравнению с анаэробными условиями. (кислородный эффект)

3. ЛПЭ излучения.

При увеличении ЛПЭ выходы короткоживущих продуктов падают, а стабильных - растут. Более того, при достаточно большой ЛПЭ может оказаться, что выходы короткоживущих продуктов будут очень малы, и эти частицы уже не смогут обеспечить эффективного разложения стабильных продуктов. В этом случае стационарное состояние устанавливаться не будет, и радиолиз воды будет происходить с постоянной скоростью, не зависящей от времени (дозы). Кроме того, с увеличением ЛПЭ кислородный эффект уменьшается.