Действие ионизирующего излучения на организм человека.
Под действием ионизирующих излучений происходят химические превращения вещества, получившие название радиолиза.
Взаимодействие молекул органических соединений с ионизирующими излучениями может образовать возбужденные молекулы, ионы, радикалы и перекиси, которые будут взаимодействовать с остальными молекулами биологической системы, что приведет к нарушениям мембран, клеток и функций всего организма.
Способность к делению – наиболее уязвимая функция клетки, поэтому при облучении, прежде всего, поражаются растущие ткани. Действие ионизирующего излучения на быстрорастущие ткани используют также при терапевтическом воздействии на ткани опухоли.
Действие излучения можно разделить на соматическое (действие на облученного человека) и генетическое (действие на его потомство). Из соматических эффектов наиболее распространенными являются: помутнение хрусталика глаза (катаракта), опухоли щитовидной железы, лейкемия, хромосомные аберрации в лейкоцитах крови. Реакция может вызвать мутации посредством невосстановимых разрушений в хромосомах или нарушений в структуре ДНК.
Кроме того, облучение делят на проникающее, если его получают в течение короткого интервала времени (обычно от секунд до часов), и постоянное, если его получают в течение длительного интервала времени (обычно годы и десятилетия).
В отличие от соматического, генетическое действие установить
значительно труднее. Однако известно, что радиация может вызвать мутации посредством невосстановимых нарушений в хромосомах или за счет изменения последовательности оснований в цепи ДНК. Уровень радиации, при котором мутации становятся существенными, известен.
189. Изотопы. Атомы, ядра которых состоят из одинакового числа
протонов, но из различного числа нейтронов, называются изотопами. Например, у водорода имеется четыре изотопа: протий 1Н1, дейтерий (тяжелый водород), тритий и т.д.
Все изотопы одного химического элемента имеют одинаковое
строение электронных оболочек. Химические и физические свойства изотопов, связанные со структурой электронных оболочек, одинаковы.
Физические свойства, связанные со структурой ядра (массовое число, плотность, радиоактивность), заметно отличаются.
190. Радиоизотопная диагностика (РД) – это направление, которое
разрабатывает теорию и практику применения радиоактивных изотопов для распознавания болезней. Её сущность заключается в регистрации и измерении излучения радиоактивных элементов, введенных в организм.
Например, для диагностики заболеваний щитовидной железы в
организм вводят радиоактивный йод, часть которого концентрируется в этой железе; счетчиком, расположенным поблизости от неё, фиксируют накопление йода. Рак щитовидной железы может давать метастазы в разные органы. Накопление радиоактивного йода в них может дать информацию о метастазах.
Современные регистрационные устройства способны улавливать излучение ничтожно малых в весовом отношении количеств радиоактивных изотопов. Такие предельно малые количества получили наименованиеиндикаторных количеств, а обусловленные ими дозы облучения –индикаторных доз. Они не оказывают вредного действия на организм и не нарушают нормального течения жизненных процессов.
191. Гамма-топограф (сцинтиграф). Используется для обнаружения
распределения радионуклидов в разных органах тела. Он представляет собой сканирующий счетчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного и автоматически регистрирует распределение интенсивности радиоактивного препарата. Метод относительно груб.
192. Метод авторадиографии.В этом методе на исследуемый объект,
например, биологическую ткань, наносится слой фоточувствительной фотоэмульсии. Содержащиеся в объекте радионуклиды оставляют след в соответствующем месте эмульсии, как бы фотографируя себя. Метод авторадиографии дает более детальные сведения, чем гамма-топограф.
193. Лучевая терапия– это наука о применении ионизирующих излучений для лечения болезней. Экспериментальные и клинические наблюдения показали, что ионизирующие излучения оказывают повреждающее действие на опухолевую ткань. Кроме того, было установлено, что клетки злокачественной опухоли в организме больного обычно более чувствительны к облучению, чем окружающие нормальные ткани.
Главным методом, который используется при радиотерапии, служит лучевое воздействие на организм.
Биологическое действие. Первый этап биологического действия начинается с поглощения энергии ионизирующего излучения в биологическом объекте, вызывающего первичную ионизацию воды, которая составляет около 70% веса всего человеческого тела. Под воздействием ионизирующего излучения претерпевают изменения и белковые молекулы. Белки, находящиеся в организме в водной среде, подвергаются расщеплению.
194. Виды лучевой терапии.
Альфа-терапия –этоприменение альфа-излучения в дозах,
оказывающих терапевтический эффект. В качестве источников альфа-излучения применяют короткоживущие или быстро выделяющиеся из организма радиоактивные изотопы, в частности радон. Радон применяют в виде общих или местных радоновых ванн или орошений водой, содержащей радон. Кроме того, радон назначают для приема внутрь в виде радоновой воды или путем вдыхания воздуха, обогащенного радоном.
Аппликационная лучевая терапия. Это метод лечения, осуществляемый путём наложения радиоактивного препарата на поверхность кожи или слизистых оболочек с помощью устройств, называемых аппликаторами.
Последние представляют собой маски, в которые вделаны стальные трубочки с находящимся в них радиоактивным препаратом кобальта. При этом бета-излучение кобальта задерживается стальными стенками трубочки, а гамма-излучение, проникающее сквозь её стенки, воздействует на подлежащие ткани, оказывая терапевтический эффект.
Внутриполостная лучевая терапия – это метод лечения, осуществляемый путём введения источника ионизирующего излучения непосредственно в ту или иную полость человеческого тела. Применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую поглощенную дозу в стенке пораженной патологическим процессом полости при относительно небольшой дозе излучения за пределами очага поражения.
195. Ускорители частиц. Первыми источниками излучений высокой энергии служили природные радиоактивные вещества. Но они давали исследователям лишь ограниченный набор частиц, интенсивностей и энергий. В 1930-х годах ученые начали работать над созданием установок, которые могли бы давать более разнообразные пучки. Такие установки получили название ускорителей частиц.
В ускорителях с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц с энергией, значительно превышающей тепловую энергию. В процессе ускорения повышаются скорости частиц, причем нередко до значений, близких к скорости света. Существует простой и экономичный способ ускорения пучка путем многократного сообщения ему небольших порций энергии. Для этого с помощью сильного магнитного поля пучок заставляют двигаться по круговой орбите и много раз проходить один и тот же ускоряющей промежуток.
196. Применение ускорителей в биологии и медицине.Ускорители играют важную практическую роль в медицинской терапии и диагностике. Многие больничные учреждения во всем мире имеют в своем распоряжении небольшие электронные линейные ускорители, генерирующие интенсивное рентгеновское излучение, применяемое для терапии опухолей. В меньшей мере используются циклотроны или синхротроны, генерирующие протонные пучки. Протонная терапия особенно эффективна при лечении опухолей мозга и глаз, когда повреждение окружающих здоровых тканей должно быть по возможности минимальным.
Оптимальным вариантом является применение потоков электронов, которые ускоряются в компактных линейных ускорителях, сконструированных специально для целей радиационной терапии. Наиболее эффективным является облучение глубоколежащих образований ионами высоких энергий, таких как углерод, кислород или неон. Исследования показали, что при этом окружающая здоровая ткань получает сравнительно небольшую дозу радиации.
Исключительная яркость таких пучков рентгеновского излучения позволяет создать новое поколение рентгеновских микроскопов для изучения биологических систем в их нормальной водной среде. Открывается возможность быстрого анализа структуры вирусов и белков для разработки новых фармацевтических препаратов с узкой направленностью действия на болезнетворные факторы и минимальными побочными эффектами.
Яркие пучки рентгеновского излучения могут служить мощными микрозондами для выявления самых ничтожных количеств примесей и загрязнений. Они дают возможность очень быстро анализировать экологические пробы при исследовании путей загрязнения окружающей среды.
197. Шкала электромагнитных волн.Из теории Максвелла следует, что различные электромагнитные волны, в том числе и световые, имеют общую природу. В связи с этим целесообразно представить всевозможные электромагнитные волны в виде единой шкалы.
Вся шкала условно подразделена на шесть диапазонов: радиоволны (длинные, средние, короткие), инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-излучение. Эта классификация определяется либо механизмом образования волн, либо возможностью зрительного восприятия их человеком.
Радиоволны обусловлены переменными токами в проводниках и электронными потоками (макроизлучатели). Инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения исходят из атомов, молекул и быстрых заряженных частиц (микроизлучатели). Рентгеновское излучение возникает при внутриатомных процессах, g-излучение имеет ядерное происхождение.
198. Гипотеза де Бройля. Де Бройль высказал предположение, что
движение материальных частиц сопровождается распространением волны, длина которой определяется выражением:
,
где h – постоянная Планка, р – импульс частицы.
Позже эта гипотеза была подтверждена экспериментально Дэвиссоном, Джермером (США) и Томсоном (Англия), которые обнаружили дифракцию электронов.
199. Электронный микроскоп.В электронном микроскопе вместо света используется поток электронов. Поскольку длина волны быстродвижущегося электрона мала, дифракционный эффект, который ограничивает использование оптических микроскопов, отсутствует. Таким образом, электронный микроскоп обладает преимуществом перед оптическим микроскопом.
Дебройлевская длина волны электрона, разогнанного из состояния покоя до потенциала U, равна:
,
где p – импульс электрона, m – его масса, v – скорость движения, U – ускоряющее напряжение. Тогда предел разрешения электронного микроскопа равен:
.
Предел разрешения z электронного микроскопа зависит от ускоряющего напряжения U и можно добиться, чтобы он был значительно меньше, а разрешающая способность значительно больше, чем у оптического микроскопа.
В оптическом микроскопе носителем информации является свет. В электронном микроскопе носителем информации о предмете является электрон. После взаимодействия с предметом поток электронов преобразуется и содержит информацию о предмете. Для фокусировки электронов в микроскопе используются электрические и магнитные линзы. Изображение регистрируется на чувствительной к электронам фотопленке или люминесцирующем экране. Электронные микроскопы дают увеличение в 600000 раз с разрешающей способностью 0,17 нм.
200. Понятие о волновой или квантовой механике. Обнаружение
волновых свойств микрочастиц свидетельствует о том, что классическая механика не может дать правильного описания поведения подобных частиц. Возникла необходимость создать механику микрочастиц, которая учитывала бы также и их волновые свойства. Новая механика, созданная Шредингером, Гейзенбергом, Дираком и другими, получила название волновой или квантовой механики.