лекция введение в мед радиологию

Тема лекции: Введение в Медицинскую радиологию.

Медицинская радиология –
предмет, изучающий использование ионизирующего излучения в клинической медицине (в диагностике и лечении заболеваний).

После атомной энергетики и военно-промышленного комплекса, медицина является крупнейшим потребителем и использователем иоизирующего излучения.

Сегодня невозможно представить себе современную клинику без различных видов рентгеновского обследования, изотопной диагностики, компьютерной и эмиссионной томографии.

В лечении онкологических больных огромную роль играет лучевая терапия.

И все эти виды медицинского оборудования являются источниками ионизирующего излучения.

Таким образом, каждый врач, в какой бы области практической медицины он ни работал, должен иметь представление о данном виде излучений, его свойствах и возможных последствиях влияния на организм человека.

Ионизирующее излучение – это излучение, которое при взаимодействии с веществом вызывает ионизацию и возбуждение его атомов и молекул.

Выделяют следующие свойства ионизирующих излучений:
1. способность нарушать атомно-молекулярную структуру вещества
2. проникающая способность.

К ионизирующим излучениям относятся излучения, энергия которых превышает энергию кулоновских электромагнитных сил внутри атома, т.е. выше 10 эВ.

По своей физической природе все ионизирующие излучения подразделяются на фотонные, которые представляют собой электромагнитную волну и корпускулярные излучения – это поток нейтральных или заряженных частиц







1. фотонные излучения.
К фотонным излучениям относятся рентгеновское и гамма-излучение радионуклидов.
Рентгеновское излучение имеет энергию от 50 до 500 кэВ, его источником в медицине являются рентгеновская трубка и ускорители.
Гамма-излучение является частью спектра радиоактивного распада изотопов. Имеет энергию выше 500 кэВ.

Фотонное излучение является косвенно ионизирующим и имеет низкую относительную биологическую эффективность (ОБЭ) в связи с низкой линейной плотностью ионизации (ЛПИ).


2. Корпускулярное излучение – поток частиц с ненулевой массой (электроны, нейтроны, протоны и т.д.).
Источниками корпускулярного излучения в медицине являются радионуклиды и медицинская ускорительная техника.

В основном, корпускулярные излучения являются непосредственно ионизирующими и имеют высокие значения относительной биологической эффективности.

Кроме вида ионизирующего излучения необходимо учитывать величину его линейной плотности ионизации (ЛПИ) – это среднее число пар ионов в единице пути излучения в веществе.

Так в 1 см трека альфа-частицы регистрируется 40 000 пар ионов
В 1 см трека протона – 10 000
В 1 см трека электрона – 400
В 1 см трека фотонного излучения – 5 пар ионов


Обращает на себя внимание, то что величина плотности ионизации корпускулярных видов излучения намного выше плотности ионизации фотонного излучения, что значительно отражается на биологических свойствах различных видов излучений.

И для понимания биологических свойств различных видов ионизирующих излучений необходимо сформулировать следующие закономерности:

Относительная биологическая эффективность излучения прямо пропорциональна величине линейной плотности ионизации.
Проникающая способность прямо пропорциональна энергии излучения, обратно пропорциональна линейной плотности ионизации и плотности облучаемой материи.
Стадии действия ионизирующего излучения на биологические системы:
физическая
физико-химическая
химическая
биологическая

1.Физическая стадия – в эту стадию происходят процессы поглощения энергии и образование ионизированных и возбуждённых атомов и молекул.

Процесс поглощения энергии не зависит от химического строения вещества, а зависит от удельного веса его составляющих.

В связи с тем, что удельный вес молекул воды в клетке очень высок, 75% энергии излучения поглощается именно этой молекулой.


Физико-химическая стадия.
Поглощённая молекулами энергия реализуется разрывами химических связей и образованием свободных радикалов, которые обладают высокой химической активностью.

Так в результате радиолиза воды образуются радикалы: гидратированный электрон (обладает сильнейшими восстановительными свойствами) и гидроксильный радикал (является окислителем).

В связи с полупроводниковыми свойствами биополимеров, поглощённая энергия «мигрирует» по молекулам, нанося повреждения в «химически слабых» местах. В нуклеиновых кислотах это пиримидиновые нуклеотиды, в белковых молекулах – тиоловые и дисульфидные группировки, аминокислоты триптофан и тирозин.

Необходимо ещё раз отметить, что фотонное излучение является косвенно ионизирующим, т.е. первично запускает процессы радиолиза воды, продукты которого и реализуют биологические эффекты.
А большинство видов корпускулярного излучения являются вызывают и процессы радиолиза и непосредственно повреждают крупные молекулы биополимеров (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.


3. Химическая стадия.
Новообразованные радикалы вступают в химические реакции с интактными молекулами, повреждая их.
Это стадия реализации косвенного действия ионизирующего излучения.

В нуклеиновых кислотах происходят следующие процессы – разрушение фосфоэфирных и водородных связей, нарушения связи ДНК-белок, разрывы пуриновых и пиримидиновых колец, нарушение конформации хроматина. Эти изменения лежат в основе хромосомных аббераций.

В белковых молекулах происходит радиолиз углеводного компонента, разрывы дисульфидных и водородных связей, нарушение вторичной и третичной структуры. Эти повреждения, прежде всего, отражаются на ферментативной активности биологических процессов.

Повреждения молекул фосфолипидов приводят к изменению проницаемости биологических мембран, смещению ионных градиентов в клетках, нарушению процессов активного транспорта. Крайняя степень изменений – выход гидролитических ферментов лизосом и запуск аутолиза клетки.

Кислородный эффект – явление усиления радиопоражаемости биологических объектов в присутствии кислорода.

В эксперименте даже при напряжении кислорода 3 мм.рт.ст. наблюдается усиление радиопоражаемости в 2 раза по сравнению с анаэробными условиями, а при достижении 60 мм радиопоражаемость биологических молекул увеличивается в 3 раза.

Механизм: в результате химического взаимодействия кислорода с первичными продуктами радиолиза воды, образуются высокоактивные радикалы (супероксидный анион-радикал 02- и гидроперекисный радикал НО2-). Их повреждающая химическая активность в 3 раза выше, чем у первичных продуктов радиолиза.
При облучении в условиях повышенного содержания кислорода количество двунитевых разрывов молекул ДНК увеличивается в 2 раза.


Биологическая стадия.
Процессы, происходящие на первой, второй и третей стадии, являются основой радиобиологических изменений на субклеточном, клеточном и организменном уровне.

Основные процессы на клеточном уровне при воздействии ионизирующего излучения:
А. Замедление или остановка деления клеток. Длительность задержки деления находится в прямой зависимости от поглощенной дозы излучения. Возможна задержка перехода из одной фазы клеточного цикла в другую.


Б. Гибель клетки после облучения.
Варианты гибели клеток при воздействии ионизирующего излучения:
1. репродуктивная гибель клетки
2. интерфазная гибель клетки

- репродуктивная гибель клетки. Механизм: дефекты молекулы ДНК, вызванные ионизирующим излучением, позволяют пройти клетке подготовительные к делению фазы цикла, но при вхождении в митоз клетка уничтожается в связи с наличием хромосомных аберраций. От момента облучения до момента гибели клетки может пройти неопределённое количество времени.

- интерфазная гибель клетки. Такая форма гибели реализуется либо через некроз (активация и выход протеолитических ферментов в связи с разрушением мембран лизосом),
либо через апоптоз (в связи со значительным повреждением молекулы ДНК активируются некоторые участки генома, например ген р53, которые запускают программу самоубийства клетки).


В. Нелетальные повреждения генома.
Некоторые стойкие повреждения молекулы ДНК или неправильно репарированные дефекты позволяют продолжать существование клетки, выполнение функции и даже проходить весь процесс деления.
Если это соматическая клетка, то такие нелетальные повреждения генома могут привести к замедлению пролиферации и формированию патологических процессов или явиться причиной последующей злокачественной трансформации.
Если имеются стойкие нелетальные дефекты ДНК в половых клетках, то возможны дефекты развития у потомства.

Г. Полная репарация радиационных повреждений.
Молекулярные повреждения, наносимые ионизирующим излучением, не являются уникальными и система внутриклеточной репарации, в основе работы которой заложен принцип копирования, способна восстанавливать минимальные нелетальные повреждения молекул биополимеров.

В течение 1 часа после облучения происходит восстановление практически всех однонитевых разрывов нуклеиновых кислот. Но двунитевые разрывы являются абсолютно летальными, особенно для быстропролиферирующих клеток.




Факторы радиочувствительности клеток и тканей.

пролиферативная активность клетки или ткани
степень дифференцировки
фаза клеточного цикла
парциальное давление кислорода в тканях
функциональное напряжение или патологические процессы в тканях


Закон Бергонье и Трибондо- радиочувтсвительность тканей и клеток прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки.

Фазы клеточного цикла.
Максимальная радиочувствительность наблюдается в фазу митоза, далее – постсинтетический и предсинтетический период. Максимальная радиорезистентность наблюдается в интерфазу и синтетический период. Таким образом, радиочувствительность ткани определяется пулом пролиферирующих в ней клеток.

К факторам радиочувствительности так же относят парциальное давление кислорода в ткани, состояние функционального напряжения или наличие патологических процессов.

С учётом факторов радиочувствительности давайте перечислим наиболее радиочувствительные клетки и ткани, хотя часть из них не подчиняется вышеперечисленным законам:
- стволовые клетки костного мозга
- эпителий
- герминогенный эпителий
- лимфоциты
- хрусталик глаза

Отдалённые последствия облучения.

При высоких поглощённых дозах облучения, через короткий промежуток времени (часы, дни) можно наблюдать симптомы функциональных или органических расстройств системы, органа или ткани, и даже гибель ткани или организма.
Но при облучении в малых дозах, через большой промежуток времени превалируют отдалённые последствия, которые подразделяются на два вида:
- детерминированные эффекты
- стохастические эффекты

Детерминированные эффекты – характеризуются наличием порога дозы излучения, ниже которого они не наблюдаются. Проявляются в виде явной патологии (лучевая болезнь, ожог, катаракта, лейкопения, бесплодие и т.д.).
На пример, при хроническом гамма-облучении катаракта возникает при превышении дозы 15 Зв, а бесплодие – 3 Зв.
Стохастические (вероятностные, случайные) эффекты – для появления данных последствий нет дозового порога. Имеют длительный латентный период (годы). Носят неспецифический характер.
На сегодня доказаны два вида стохастических эффектов:
злокачественная трансформация как следствие мутаций генома соматической клетки
2) наследуемые врождённые пороки у потомства при мутациях генома половой клетки


На сегодня мировой научной общественностью принята беспороговая гипотеза биологического действия ионизирующих излучений. Исходя из данной гипотезы, при любом уровне поглощённой дозы, теоретически всегда имеется вероятность биологических последствий. С увеличением дозы, вероятность последствий возрастает линейно с поглощённой дозой.












13PAGE 15


13PAGE 14615





Приложенные файлы

  • doc 395406
    Размер файла: 62 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий