Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

к модулям / Клетка / kletka_fizika2

.rtf
Скачиваний:
12
Добавлен:
14.03.2015
Размер:
103.74 Кб
Скачать

1 Строение БМ. Основа структуры любой БМ - двойной липидный слой. Молекулы липидов состоят из двух функционально различных частей - полярной головки и 2х неполярных углеводородных хвостов. Полярные головки гидрофильны (могут притягивать дипольные молекулы воды), хвосты гидрофобны. Двойной липидный слой образуется из 2х монослоев липидов так, что гидрофобные хвосты обоих слоев направлены внутрь. Головки взаимодействуют с внешними белковыми слоями и молекулами воды, образуя с ними водородные связи. Двойной липидный слой выполняет барьерную ф-ю и ф-ю матрицы (основа для удержания различных белков). в липидную матрицу встроены белки и функциональные белковые комплексы. За счет этих белков осуществляются специфические ф-ии мембраны. Виды белков: 1 - поверхностные белки - могут находиться и на внутреннем и на внешнем липидном монослое, удерживаясь электростатическими силами. Занимают 75-80% поверхности. Покрывая мембрану с обеих сторон придают ей эластичность и устойчивость к механическим повреждениям. 2 - интегральные белки - пронизывают слой липидов насквозь, являются главным компонентом, ответственным за избирательную проницаемость БМ. 3 - белки, формирующие ионный канал - образуют систему селективных каналов (пор) или функционируют как ионные насосы.

2 Свойства БМ. БМ находятся в жидкокристаллическом сотоянии, одновременно проявляя св-ва твердого и жидкого тела. Подвижность БМ и диффузия частиц через нее говорит о том, что билипидный слой ведет себя подобно жидкости, с другой стороны БМ - упорядоченная структура, т.е твердое тело. Механические св-ва БМ: 1 - прочность - чтобы довести БМ до разрыва достаточно внутреннего давления 100 паскаль. 2 - деформируемость - легко подвергается деформации. Упругость - св-во тела сохранять форму под д-ем внешних сил. Деформация - /\ формы и размеров тела под д-ем внешних сил. 3 - вязкость - сила внутреннего трения, возникающая между движущимися слоями жидкости. Оказывает влияние на проницаемость БМ. Липидный слой БМ имеет вязкость 30-100 мПа * С (соответсятвует вязкости растительного масла). 4 - поверхностное натяжение - работа, которую нужно совершить для / поверхностной энергии при /\ единици площади. ПН БМ на 2-3 порядка \, чем у воды: и = (0,3-0,5) * 1 в -3й степени (н/м). При /\ t в БМ можно наблюдать фазовые перходы: плавление липидов при нагревании и кристаллизация при охлаждении. БМ состоит из жидких и твердых участков. Твердая часть создает каркас, придавая необходимую жесткость и упругость, а жидкая часть обеспечивает проницаемость. Оптимальное функционирование клеток, обусловлено определенным состоянием твердой и жидкой фаз.

3 4 Подвижность компонентов БМ. Латеральная диффузия, флип-флоп. Основным видом молекулярного движения БМ является латеральная диффузия - хаотическое тепловое перемещение молекул липидов и белков в плоскости БМ в пределах одной стороны биомолекулярного слоя. Тау жэ = 10 в -7 степени. Т.е за 1 сек каждая молекула липидов обменивается местами с соседним липидом десятки миллионов раз. Помимо лат дифф возможно вращательное движение молекулы вокруг своей оси с высокой скоростью. Поворот на 1 рад совершается за 10 в -9 степени сек. Флип-флоп - перемещение молекул липидов поперек БМ. Для осуществления ФФ молекула липидов должна оторвать головку от воды, развернуться и пройти через жирорастворимую часть. Для такой диффузии необходимо большое кол-во энергии, поэтому ФФ происходит редко. Среднее время перскока - 1 час. Все виды диффузии фосфолипидов необходимы для ЖД клетки. Большой разрыв времени между ЛД и ФФ обеспечивает постоянство поддержания асимметрии молекулярной структуры БМ. Асимметрия - один из важнейших факторов, обусловливающих векторные св-ва БМ, т.е однонаправленный перенос в-в через БМ.

5 Модели БМ. Изучение св-в БМ оказалось возможным при использовании моделей мембран. 3 модели: 1 - плоская монослойная модель. Ее можно получить если поместить липиды на границу раздела фаз вода-воздух или вода-масло. С помощью этой модели можно определить площадь молекул фосфолипидного слоя и поверхностное натяжение. На этой модели ихучают /\ состояния фосфолипидного слоя при /\ t и хим состава хвоста. 2 - плоская бислойная модель. В водном р-ре молекулы фосфолипидов собираются так, что гидрофобные углеводородные цепи закрыты от воды, а полярные головки выставлены в воду. Такая модель позволяет изучать ионную проницаемость генерацию электрического сигнала на мембране. 3 - сферическая модель (липосомы) - если липидные бислои имеют большую протяженность, то они стремятся замкнуться сами на себя чтобы спрятать гидрофобные хвосты от воды, при этом образуются везикулы (пузырьки) - липосомы. Получают обработкой смеси липидов и воды ультразвуком, т.е липосомы - БМ полностью лишенные белковых молекул. На них проводят эксперименты по изучению влияния различных факторов на св-ва мембран. Или, наоборот, влияние мембранного окружения на св-в встраиваемых белков.

6 Явление переноса. Диффузия. Явление переноса - самопроизвольные необратимые процессы, в результате которых в физической системе происходит перемещение массы, импульса, энергии и др. диффузия - явление самопроизвольного переноса массы в-ва из области с большей концентраией в область с меньшей. Приводит к распределению в-ва по всему объему. Количественно диффузия описывается следующими параметрами: 1 - поток переносимого в-ва (Ф) - кол-во в-ва, переносимого за единицу времени через элемент поверхности. Ф = m/t = (кг/с или моль/с). 2 - плотность потока в-ва (I) - кол-во в-ва, кот за 1 сек переносится через единичную площадку, расположенную перпендикулярно диффузионному потоку. I = Ф/S = (кг/м в квадрате * с). I = -D * dc/dx - ур-е диффузии. D - коэффициент диффузии, зависит от св-в жидкости, св-в диффундирующих частиц и t. dc/dx - градиент концентрации. Градиентом какой либо величины называется величина равная отношению изменения этой величины к изменению ее координаты. Вектор градиента всегда направлен из области меньшего значения в область большего, а явление переноса всегда произходит из области большего значения в область меньшего.

7 Ур-е Фика для диффузии мембраны. Ур-е Фика описывает диффузию в однородной среде. Выведем его для случая диффузии через мембрану. На границе раздела 2х фаз обязательно имеет место скачкообразное изменение концентрации частиц диффундирующего в-ва. Коэффициент распределения в-ва (К) - величина, = отношению концентрации частиц в различных средах К = С среды 1 / С среды 2. Рассмотрим диффузию незаряженных частиц (молекула, атом) через БМ. В-во, диффундирующее через БМ преодолевает 3 барьера - примембранный слой, саму мембрану, противоположный примембранный слой. Концентрация в-в внутри и вне клетки соответственно равны Сi и Co. Концентрация частиц в мембране у ее внешней и внутренней поверхности обозначены Cmi и Cmo. Рис. Коэффициент распределения в-ва между мембраной и окр средой = коэффициенту распределения в-в между мембраной и клеткой. К = Cmo/Co = Cmi/Ci; Cmo = K * Co; Cmi = K * Ci. Градиент концентрации диффундирующего в-ва постоянен и = dc/dx = Cmo - Cmi/L, тогда I = -D * Cmo - Cmi/L = DK * Ci - Co/L. Введем коэффициент проницаемости мембраны P = DK/L (м/с), который зависит от коэффициента диффузии, толщины мембраны и коэффициента распределения в-ва между мембраной и окр средой. I = P(Ci - Co) - ур-е Фика для диффузии мембран.

8 Ур-е Нернста-Планка. За счет полупрониц-ти БМ концентрация ионов внутри и вне клетки различна, т.е существует разность потенциа-лов, и на мембране создается эл поле. На отдельный ион в эл поле д-ет сила fo = q * E, Е - напряжен-ность эл поля в кот находится ион. q = Z * e, q - заряд иона, Z - валент-ность иона, е - заряд электрона (= 1,6 * 10 в -19 ст Кл). напряженность эл поля выражается чарез градиент эл потенциала Е = -dф/dx. В даль-нейшем будем рассматривать силу f, действующую на 1 моль ионов f = fo * Na (6,02 * 10 в 23), f = -Z * e * Na * dф/dx. F = е * Na - постоянная Фарадея (9,65 * 10 в 4й). Помимо эл силы на ионы д-ют различные силы сопротивления, поэтому в среднем их движение является равномерным и хар-ся средней скоростью V. Между средней скоростью движения ионов и силой, действующей на 1 моль существует зависимость: V = Um * f, где Um - подвижность ионов (Um = D/RT). V = -Um * Z * F * dф/dx. Чтобы найти поток в-ва, переносимый ионами через элемент поверхности S выделим цилиндри-ческий объем электролита, ограни-ченный 2мя элементами. Рис. Длина цилиндра l = V * t, v - объем цилиндра и = S * l = S * V * t. За время t все ионы, находящиеся в цилиндре пройдут через левую площадку S. Кол-во перенесенного при этом в-ва m = C * v = C * S * V * t. По формуле Ф = m/t найдем поток Ф = c * S * V. Плотность потока I = c * V. I = -c * Um * Z * F * dф/dx. В общем случае перенос частиц определяется градиентом их концентраций и воздействием эл поля. I = -D dc/dx - CumZF dф/dx. I = -D (dc/dx + CZF/RT * dф/dx).

9 Пассивный транспорт в-в через БМ. - транспорт в-в через БМ без затрата энергии. 3 вида: 1 - простая диффузия. Зависит от растворимости в липидах, размера молекулы и заряда. 2 - облегченная диффузия - с помощью белков-переносчиков. Скорость выше, чем при простой диффузии. 3 - по ионным каналам. Имеет 3 части - наружная пора (гидрофильна), селективный фильтр (пропускает ионы без водной оболочки) и ворота (М-ворота (быстрые) и Н-ворота (медленные). В К-вом канале только М. Ионные каналы - интегральные белки (гликопротеины), пронизывающие липидный бислой и способные при адекватных внешних воздействиях (изменение потенциала на мембране, действие гормона или медиатора) избирательно менять проницаемость мембраны для определенных ионов (Na, K, Са, Сl). Например, в покое (мембрана не деполяризована) Naвый канал не пропускает ионы Na, поскольку закрыты М-ворота. При деполяризации М-ворота (акти-вационные) открываются и канал активируется, т. е. начинает пропус-кать ионы Na. В открытом состоя-нии проводимость канала в опреде-ляется его селективным фильтром, который не пропускает анионы и гораздо более свободно пропускает Na, чем K или Са. При более длите-льной деполяризации закрываются Н-ворота (инактивационные), распо-ложенные у внутренней стороны мембраны, и канал инактивируется. Реполяризация до уровня потенциала покоя вновь приводит к открытию Н-ворот и закрытию М-ворот. В этом состоянии канал можно вновь активировать деполяризующим стимулом.

10 Активный транспорт через БМ. Важным условием для формирования МПП является отличие ионного состава внутри клетки от ионного состава внешней среды. Стабильность градиента концентрации ионов достигается посредством активного транспорта: мембранные белки переносят ионы через мембрану против электрического и концентрационного градиентов, потребляя для этого энергию. Наиболее важный процесс активного транспорта - это работа Na/K-насоса. Na/K-транспортный белок представляет собой АТФазу. На внутренней поверхности мембраны она расщепляет АТФ на АДФ и фосфат. На транспортировку трех ионов натрия из клетки и одновременно двух ионов калия в клетку используется энергия одной молекулы АТФ, т. е. суммарно за один цикл из клетки удаляется один положительный заряд. Таким образом, Na/K-насос создает электрический ток через мембрану, что приводит к увеличению электроотрицательности мембранного потенциала приблизительно на 10 мВ. Транспортный белок выполняет эту операцию с высокой скоростью: от 150 до 600 ионов натрия в секунду. Существуют 2 вида активного транспорта: 1 - унипорт - транспорт одного в-ва. 2 - котранспорт - одновременный транспорт 2х в-в: симпорт (однонаправленный), антипорт (разнонаправленный).

11 Потенциал покоя. Концентрация ионов в норме различна по разные стороны БМ, что приводит к появлению в клетке разности потенциалов. Потенциал покоя - разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой. Важным условием для формирования ПП является отличие ионного состава внутри клетки от ионного состава внешней среды. Стабильность градиента концентрации ионов достигается посредством активного транспорта: мембранные белки переносят ионы через мембрану против электрического и концентрационного градиентов, потребляя для этого энергию АТФ. На транспортировку трех ионов Na из клетки и || двух ионов K в клетку используется энергия одной молекулы АТФ, т. е. суммарно за один цикл из клетки удаляется один положительный заряд, что и создает разность потенциалов (формирует ПП, значение которого в норме = -80 мВ). Наличие ПП доказала мембранно-ионная теория Ходжкина и Хаксли и их эксперимент на гигантском аксоне кальмара. В результате эксперимента лежат 3 постулата: имеет место ионная асимметрия, избирательная проницаемость мембраны и механизм активного транспорта. Значение ПП состоит в том, что электрическое поле ПП обеспечивает закрытое состояние активационных ворот натриевых каналов и открытое состояние их инактивационных ворот. Этим обеспечивается состояние покоя и готовности к возбуждению. Jтношение Р К : Р Na :p Cl в покое 1 : 0,04 : 0,45.

12 Потенциал действия. ПД - быстрое колебание мембранного потенциала, возникающее в ответ на достаточное по силе раздражение, что сопровождается перезарядкой мембраны. Если подействовать на аксон подпороговым раздражителем, то он вызовет деполяризацию мембраны ниже критического уровня (-60 мВ) - локальный ответ, пропорциональный силе стимула. Во время локального ответа происх частичное открытие Na-каналов и Na по градиенту концинтрации движется внутрь клетки. Действуя на аксон пороговым раздражителем (наименьший раздражитель, способный вызвать ответную реакцию) или раздражителем выше порогового уровня происходит полное открытие Na-каналов и Na лавинообразно устремляется в клетку (фаза быстрой деполяризации). Когда мембранный потенциал выравнивается остановки деполяризации не происходит, т.к Na-канал - активный механизм, и заряд внутри клетки меняется на противоположный (overshoot). Затем следует фаза реполяризации, которая обусловлена поступлением ионов К в клетку. Амплитуда пика = 120 мВ, время у нервной клетки - 1 мс, мышечной - 10, кардиомиоцита - 300. При развитии пика ПД отношение Р К : Р Na :p Cl становится 1 : 20 : 0,45 (в покое оно составляет 1 : 0,04 : 0,45).

13 Ультразвук. Излучатели УЗ. УЗ - упругие механические колебания волн, частота которых лежит в интервале 2 * 10 в 4й - 2 * 10 в 12 Гц. Верхняя граница частоты обусловлена физической природой упругих волн, кот могут распространяться в среде при условии, что длина волны не меньше расстояния между элементами среды. Один из способов излучения и регистрации УЗ основан на применении пьезоэлектрического эффекта, кот применяют для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. УЗ-излучатели основаны на явлении обратного пьезоэл-го эффекта, принцип которого заключается в механической деформации тел под д-ем эл поля. УЗ-излучатель состоит из пластинки с пьезоэл-ми св-вами, электродов, нанесенных на нее в виде проводящих слоев и генератора от которого к электродам приложено переменное эл напряжение. При подаче на электроды переменного напряжения от генератора, пластинка начинает деформироваться. Величина деформации пропорциональна напряжению. Пластинка вибрирует, излучая механическую волну с соответствующей частотой. Преимуществом пьезопреобразователей является то, что источник УЗ может одновременно служить и приемником. Используется в ЭХО-кардиографии.

14 Ультразвук. Приемники УЗ. УЗ - упругие механические колебания волн, частота которых лежит в интервале 2 * 10 в 4й - 2 * 10 в 12 Гц. Верхняя граница частоты обусловлена физической природой упругих волн, кот могут распространяться в среде при условии, что длина волны не меньше расстояния между элементами среды. Один из способов излучения и регистрации УЗ основан на применении пьезоэлектрического эффекта, кот применяют для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. УЗ-приемник состоит из пластинки с пьезоэл-ми св-вами, электрода, электродов, нанесенных на нее в виде проводящих слоев и генератора от которого к электродам приложено переменное эл напряжение. УЗ-приемники основаны на явлении прямого пьезоэл-го эффекта - под д-ем механической УЗ-волны возникает деформация кристаллической пластинки, которая приводит к генерации переменного эл поля и переменного напряжения на электродах. Преимуществом пьезопреобразователей является то, что источник УЗ может одновременно служить и приемником. Используется в ЭХО-кардиографии.

15 Распространение УЗ-волны. Направленность и поглощение. По физической сущности УЗ-волна не отличается от звуковой и представляет собой механическую волну. При ее распространении образуются чередующиеся участки сгущения и разряжения частиц среды. Скорости распространения УЗ и звуковой волн одинаковы. Однако существуют особенности: 1 - направленность - длина УЗ-волны существенно <, благодаря чему дифракция УЗ происходит на объектах меньшего размера. Например тело, размером 1 метр не будет препятствием для звуковой волны с лямбда = 1,5 м, но станет преградой для УЗ-волны, при этом возникнет УЗ-тень. Поэтому в некоторых случаях можно рассматривать УЗ-волны как лучи и применять к ним законы преломления и отражения, т.е при определенных условиях УЗ-волна распространяется направленным потоком, к которому можно применять законы геометрической оптики. 2 - поглощение. При прохождении УЗ через в-во произходит его ослабление вследствие поглощения и = I = Io * 2 в степени -h/H. I и Io - интенсивность УЗ-волны у поверхности в-ва и на глубине h соответственно. Н - глубина полупоглощения зависящая от частоты УЗ-волны, а также от вязкости и плотности среды. Глубина полупоглощения - глубина на которой интенсивность УЗ-волны \ вдвое. Поглощение УЗ в в-ве значительно, что обусловлено его малой длиной волны

16 Распространение УЗ-волны. Преломление и отражение. По физической сущности УЗ-волна не отличается от звуковой и предста-вляет собой механическую волну. При ее распространении образуются чередующиеся участки сгущения и разряжения частиц среды. Скорости распространения УЗ и звуковой волн одинаковы. Длина УЗ-волны сущес-твенно <, благодаря чему дифракция УЗ происходит на объектах меньше-го размера. Например тело, разме-ром 1 метр не будет препятствием для звуковой волны с лямбда = 1,5 м, но станет преградой для УЗ-волны, при этом возникнет УЗ-тень. Поэтому в некоторых случаях можно рассматривать УЗ-волны как лучи и применять к ним законы преломления и отражения, что происходит при прохождении УЗ через границу раздела сред с различным волновым сопротивле-нием. Энергия падающей УЗ-волны распределяется между преломлен-ной и отраженной волнами. Энергия отраженной (Wотр) и преломленной (Wпрел) волн расчитывается через коэффициент отражения ( r ), кот принимает значения от 0 до 1. Wотр = r * W, Wпрел = (1-r) * W, где W - энергия падающей волны. Коэффициент отражения зависит от угла падения и угловых сопротивлений обеих сред. Волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха, поэтому отражение на границе воздух-кожа составляет 99,99%, поэтому чтобы УЗ проникал сквозь кожу на ее поверхность наносят слой водного желе для исключения воздушной прослойки между УЗ-излучателем и кожей.

17 Д-е УЗ на в-во. 1 - деформация, капитация. При распространении УЗ-волны в в-ве развиваются деформации, связанные с поочередным сгущением и разряжением его частиц, т.к УЗ-волна является продольной. В зависимости от интенсивности УЗ-волны эти деформации могут вызвать либо незначительные /\ структуры, либо ее разрушение. При распространении УЗ в жидкости в области разряжения возникают растягивающие силы, которые могут привести к разрыву в сплошной жидкости в данном месте и образованию пузырьков, заполненных парами этой жидкости. Это явление называется кавитацией. Кавитационные пузырьки образуются когда растягивающее напряжение в жидкости становится больше порога кавитации. Когда пузырьки захлопываются в-во в кавитационных областях разогревается, что может привести к ионизации и диссоциации молекул. 2 - деление тепла. Поглощение УЗ в-вом сопровождается преходом механической энергии в тепло, которое образуется в областях, примыкающих к границам раздела сред с различными волновыми сопротивлениями. Тепло выделяется и при отражении УЗ, при этом интенсивность волны вблизи границы /, соответственно / кол-во поглощенной энергии. 3 - химические р-ии. При д-ии УЗ в в-ве могут происходить окислительные и восстановительные р-ии, причем и такие, которые в обычных условиях невозможны.

18 Биофизическое д-е УЗ. 1 - механическое д-е на клетки. Ультразвуковые механические колебания частиц в-ва в тканях могут вызвать благоприятные структурные перестройки вследствие микровибрации на клеточном и субклеточном уровнях и микромассажа тканевых структур. 2 - д-е на мембрану. УЗ оказывает воздействие на клеточные мембраны и приводит к переносу в-в и перемешивании жидкостей. Внутри клетки микротоки могут менять взаиморасположение клеточных органелл, перемешивать цитьплазму и /\ ее вязкость. Они могут отрывать от мембран биологические макромолекулы, /\ поверхностный заряд мембран и их проницаемость. 3 - разрушение м/ов. Облучение УЗ-ом с интенсивностью выше порогового уровня кавитации используют для разрушения бактерий и вирусов в жидкостях. 4 - химическое д-е - проявляется в частности в реакции расщепления молекулы воды на радикалы (Н и ОН) с последующим образованием Н2О2. 5 - тепловое д-е. При облучении УЗ-ом происходит нагревание тканей. Теплота выделяется в основном не в объеме тканей а на границе раздела тканей с разными сопротивлениями или в одной и той же ткани на неоднородностях ее структуры. Локальный нагрев тканей на доли градусов способствует жд биологических объектов, / интенсивность процессов обмена, однако длительное возд-е может привести к перегреву.

19 ИИ, источники ИИ. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Источники ИИ можно разделить на 2 группы: 1 - естественные (космическое излучение, радиоактивность недр земли, радиоактивность пищи), 2 - искусственные (технические устройства, научные, медицинские приборы). 20 Виды взаимодействия ИИ с в-вом. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Виды взаимодействия ИИ с в-вом: 1 - возбуждение атомов и молекул. заключается в переходе атомов на более высокие энергетические уровни с последующим переходом в основное состояние, которое сопровождается излучением кванта видимого света. 2 - ионизация. Заключается в отрыве электронов от атомов, в результате чего образуются положительные ионы и свободные электроны.

1 Строение БМ 2 Свойства БМ 3 4 Подвижность компонентов БМ. Латеральная диффузия, флип-флоп 5 Модели БМ 6 Явление переноса. Диффузия 7 Ур-е Фика для диффузии мембр 8 Ур-е Нернста-Планка 9 Пассивный транспорт в-в через БМ 10 Активный транспорт через БМ 11 Потенциал покоя 12 Потенциал действия 13 Ультразвук. Излучатели УЗ 14 Ультразвук. Приемники УЗ 15 Распространение УЗ-волны. Направленность и поглощение 16 Распространение УЗ-волны. Преломление и отражение 17 Д-е УЗ на в-во 18 Биофизическое д-е УЗ 19 ИИ, источники ИИ Виды взаимодействия ИИ с в-вом 21 Характеристики взаимодействия ИИ с в-вом 22 Количественная оценка д-я ИИ на 23 Д-е ИИ на клетку 24 Количественная характеристика гибели облученных клеток 25 Физ-хим процессы в облученной клетке

21 Характеристики взаимодействия ИИ с в-вом. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Характеристики взаимодействия ионизирующих частиц с в-вом: 1 - линейная плотность ионизации. Это величина, равная i = dn/dв (м в -1ой), т.е число ионов одного знака, образованной заряженной ионизирующей частицей при провождении ею пути dв. 2 - линейная тормозная способность (L) - величина, равная отношению энергии dE, теряемой заряженной частицей при прохождении пути в в-ве к длине dl этого пути: L = dE/dl (Дж/м). Если W - энергия, необходимая для образования одной пары ионов, то i = L/W.

22 Количественная оценка д-я ИИ на в-во. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Дозометрия - раздел ядерной физики, в котором изучаются величины, характеризующие д-е ИИ на в-во, а также методы и приборы для их измерения. Различают следующие величины: 1 - доза излучения (D) - величина, равная отношению энергии dE, переданной элементу облучаемого в-ва к массе dm этого элемента. D = dE/dm (Дж/кг). 2 - бивалентная доза. Различные виды ИИ при одинаковой дозе излучения приводят к различным биологическим эффектам. Для учета вредности анализируют качество ИИ. Коэффициент качества К (относительная биологическая интенсивность) показывает во сколько раз эффективность биологического д-я данного вида излучения больше, чем рентгеновского при одинаковой поглощенной дозе в тканях. Бетта и гамма - К=1, медленные нейтроны - К=5, быстрые нейтроны и протоны - К=10, альфа-частицы - К=20. Эквивалентная доза (Н) - величина, равная произведению коэффициента качества на поглощенную дозу излучения. Н = К * D.

23 Д-е ИИ на клетку. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Д-е ИИ на клетку: реакция клеток на облучение: А - митотическая (репродуктивная) гибель клеток - гибель клетки, находящейся в фазе митоза. Она св-венна быстро делящимся клеткам или клеткам со стимулированным делением. Происходит задержка вступления клеток в митоз, клетка задерживается в интерфазе и не может разделиться. Чем больше доза ИИ, тем дольше клетка не делится. Часть клеток вступает в митоз, но не делится после этого. В этом случае клетки гибнут от разрушения мембраны. Если клетки и делятся, то после этого они оказываются мертвыми. Б - интерфазная гибель - характерна для неделящихся клеток. Проиходит первые часы после облучения но некоторые клетки могут прожить еще несколько суток.

24 Количественная характеристика гибели облученных клеток. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Количественная характеристика гибели облученных клеток: Результат эксперимента по облучению клеток изображен в виде графика. Рис. Для объяснения этой зависимости используется теория попадания и мишени. Предполагают, что биологический эффект связан с некоторым критическим числом ионизаций, попадающих в пределах мишени, находящейся в клетках. Рассчеты показали, что размеры мишени оказались сопоставимыми с размерами ядра клетки. N/No = e в степени - D/Do. No - исходное кол-во клеток, N - число выживших клеток, Do - доза, достаточная для гибели всех клеток, если попадание будет только в живые клетки. Если D = Do, то N/No = e в -1ой, следовательно N = 0,37 * No. Do - доза облучения, при которой число выживших клеток составляет 37% от числа исходных. Do служит количественной характеристикой радиочувствительности клетки.

25 Физико-хим процессы в облученной клетке. Ионизирующее излучение - потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. к ИИ относят рентгеновское излучение, альфа-излуение и жесткий ультрафиолет. Облучение клетки проходит через следующие стадии: 1 - физическая стадия (Т = 10 в -13ой сек) - ионизирующая частица передает свою энергию молекулам, расположенным вдоль траектории ее движения. Молекулы переходят в возбужденное состояние (ионизируются). 2 - физико-химическая стадия (Т = 10 в -10ой сек) - поскольку возбужденные молекулы нестабильны они вступают в хим р-ии. 3 - химическая стадия (Т = 10 в -6ой сек) - взаимодействие биорадикалов между собой и с окружающими молекулами приводит к стойким повреждениям в структуре молекул, входящих в живую клетку. 4 - биологическая стадия (Т = неск часов, дней, месяцев) - происходят структурные и функциональные нарушения, повреждение ДНК и прочие мутации. 5 - восстановление клетки - клетка обладает способностью восстанавливаться от радиационных повреждений. Восстановление зависит от полученной дозы.

Соседние файлы в папке Клетка