- •Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
- •Величина лпэ в кэВ/мкм зависит от плотности вещества.
- •Относительная биологическая эффективность различных видов излучений
- •Физико-химические основы биологического действия ионизирующего излучения. Защита от ионизирующих излучений
- •Ионизационные потери
- •Тормозное и черенковское излучения
- •Прямое и косвенное действие излучений на мишени в клетках
- •Первичные продукты радиолиза воды и их взаимодействие с биомолекулами
- •Дифференциальное уравнение гармонического колебания.
- •Уравнение для смещения, скорости и ускорения колеблющейся точки.
- •Энергия при гармоническом колебании.
- •Таким образом, полная энергия гармонического колебания оказывается постоянной в отсутствие сил трения. Сложение гармонических колебаний, направленных по одной прямой.
- •Сложное колебание и его гармонический спектр.
- •Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний.
- •Затухающие колебания.
- •Уравнение волны.
- •Эффект доплера.
- •Акустика.
- •Природа звука.
- •Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука.
- •Физические основы звуковых методов исследования в клинике.
- •Голография
- •Дифракция света. Дифракция на щели в параллельных лучах.
- •Дифракция решётки. Дифракционный спектр.
- •Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощенная и экспозиционная дозы. Мощность дозы. Связь мощности дозы и активности. Дозиметрические приборы.
- •Внесистемная – рад
- •Детекторы ионизирующего излучения. Ионизационные камеры.
- •Газоразрядные счетчики. Фотографические сцинтилляционные,
- •Полупроводниковые и черенковские детекторы.
- •Авторадиография.
- •Импульсный сигнал и его параметры.
- •Генераторы импульсных (релаксационных) электрических колебаний. Мультивибратор. Блокинг-генератор.
- •Дифференцирующая и интегрирующая цепи: принципиальная схема, зависимость формы выходного импульса от длительности входного и постоянной времени цепи.
- •Физиотерапевтические аппараты низкочастотной терапии. Электронные стимуляторы для физиологических исследований и для лечебных целей. Типы и устройство кардиостимуляторов.
- •Дефибрилляторы.
- •Магнитные моменты электрона, атома и молекулы.
- •Магнитные свойства вещества.
- •Аппарат терапии переменным магнитным полем.
- •Физические основы магнитокардиографии.
- •Мембранные потенциалы и их ионная природа.
- •Диффузия. Пассивный перенос неэлектолитов через биомембраны, уравнение Рика. Транспорт неэлектролитов через мембраны путем простой и облегченной (в комплексе с переносчиком) диффузии.
- •Механические свойства биологических тканей.
- •Вязкоупругие, упруговязкие и вязкопластичные
- •Системы. Механические свойства мышц, костей,
- •Кровеносных сосудов, лёгких
- •Задачи, объекты и методы биомеханики.
- •Биомеханика опорно-двигательной системы человека. Биомеханические аспекты остеогенеза.
- •Эргометрия. Механические свойства тканей организма.
- •Микроскоп. Формула для увеличения.
- •Разрешающая способность. Значение апертурного угла. Формула для предела разрешения.
- •Ультрафиолетовый микроскоп.
- •Иммерсионные системы.
- •Полезное увеличение.
- •Специальные приемы микроскопии:
- •Основные характеристики ядер атомов.
- •Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность.
- •Ядерные реакции. Методы получения радионуклидов.
- •Пассивный и активный транспорт веществ
- •Лиганд - малая молекула (ион, гормон, лекарственный препарат и др.). Второй этап работы фермента - гидролиз атф. При этом происходит образование энзим - фосфатного комплекса (е-р).
- •Перенос кальция из области меньшей (1-4 х 10-3 м) в область больших концентраций (1-10 х 10-3 м) - это и есть та работа, которую совершает Са - транспортная атФаза в мышечных клетках.
- •Проницаемость.
- •Поляризация света.
- •Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляризационные устройства.
- •Вращение плоскости поляризации (оптическая активность).
- •Дисперсия оптической активности. Использование поляризованного
- •Света в медико-биологических исследованиях: поляриметрия
- •(Сахариметрия), спектрополяриметрия, поляризационный микроскоп.
- •Прохождение тока через ткани организма. Удельное сопротивление биологических тканей жидкостей при постоянном токе.
- •Первичное действие постоянного тока на ткани организма.
- •Гальванизация.
- •Лечебный электрофорез.
- •Прохождение тока через ткани организма. Удельное сопротивление биологических тканей жидкостей при постоянном токе.
- •Первичное действие постоянного тока на ткани организма.
- •Гальванизация.
- •Лечебный электрофорез.
- •1. Механические волны, их виды и скорость распространения.
- •Уравнение волны.
- •Акустика. Природа звука. Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
- •Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
- •Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука.
- •Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах уха человека. Физика слуха.
- •Поглощение и отражение звуковых волн. Реверберация.
- •Физические основы звуковых методов исследования в клинике.
- •2. Механические колебания: гармонические, затухающие и вынужденные колебания.
- •Дифференциальное уравнение гармонического колебания.
- •Энергия при гармоническом колебании.
- •Затухающие колебания.
- •Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Автоколебания.
- •Разложение колебаний в гармонический спектр. Применение гармонического анализа для обработки диагностических данных. Сложение гармонических колебаний, направленных по одной прямой.
- •Сложное колебание и его гармонический спектр.
- •Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний.
- •Ультразвук. Методы получения и регистрации.
- •Источники и приемники акустических колебаний и ультразвука.
- •Физические основы действия ультразвуковых волн на вещество. Низкочастотный и высокочастотный ультразвук.
- •Физические основы применения ультразвуковых волн в медицине Ультразвуковая диагностика. Хирургическое и терапевтическое применение ультразвука.
- •Эффект Доплера и его применение для неинвазивного измерения скорости кровотока.
- •Инфразвук, особенности его распространения. Физические основы действия инфразвука на биологические системы.
- •Вибрации, их физические характеристики
- •Ударные волны.
- •Модель Вольтера
- •Модель, представляющая сердечно-сосудистую систему как электрическую цепь. Чисто резистивная модель
- •1.1.2.5. Модели электрической активности сердца
- •1. Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи
- •Уравнение Бернулли.
- •Внутреннее трение (вязкость) жидкости. Формула Ньютона.
- •Ньютоновские и неньютоновские жидкости.
- •Методы определения вязкости жидкости.
- •Реологические свойства крови, плазмы и сыворотки. Факторы, влияющие на вязкость крови в организме.
- •Фотоэффект.
Ионизационные потери
Потери энергии заряженными частицами при прохождении в веществе на ионизацию и возбуждение атомов называются ионизационными. Потери энергии на тормозное излучение называются радиационными. Обычно рассчитываются удельные потери энергии частицами на единицу пути их в веществе: , где Е – полная энергия частицы.
Тормозное и черенковское излучения
Излучение, возникающее при прохождении электрона через поле атома или ядра, называется тормозным. Тормозное излучение имеет непрерывный спектр, ограниченный максимальной частотой , которая при<< 1 равна, где- начальная скорость электрона,m – его масса, h – постоянная Планка.
При движении электрона (или другой заряженной частицы – протона, мезона и т.д.) в среде с показателем преломления «n» его скорость «» может оказаться больше фазовой скорости света «» в данной среде, т.е.<<C.
В этом случае наблюдается электромагнитное излучение, которое называется свечением Вавилова-Черенкова.
Излучение Вавилова-Черенкова заключено внутри конуса, образующие которого составляют с направлением, вдоль которого движется электрон, угол «θ».
Прямое и косвенное действие излучений на мишени в клетках
Анализ первичных физико-химических процессов, протекающих в облученной клетке, имеет первостепенное значение для создания общей теории биологического действия ионизирующих излучений. В большинстве случаев затруднительна и мало оправдана прямая экстраполяция данных, полученных при облучении простых модельных систем (молекул, вирусов, субклеточных органоидов), на высокоорганизованную и активно метоболизирующую систему – живую клетку. Логика современного исследования требует планомерного поэтапного анализа механизмов действия излучения.
Радиационно-химическое изменение данного растворенного вещества, обусловленное продуктами радиолиза воды или других растворенных веществ, называется косвенным или непрямым действием излучений.
Радиационно-химические превращения, вызванные непосредственным действием энергии радиации в месте ее поглощения или в результате недиффузионного переноса энергии, составляет прямое действие излучений.
Существует уникальная структура – мишень, поражение которой вследствие поглощения энергии излучения однозначно приводит клетку к гибели. Вероятностный характер гибели клеток определяется вероятностью переноса энергии излучения к соответствующей мишени. Неодинаковая радиочувствительность клеток может объясняться различными геометрическими размерами или физико-химическими свойствами их критических мишеней.
Мишень, ответственная за гибель клеток, локализована в клеточном ядре и конкретно молекула ДНК служит мишенью радиационного поражения и возникающие в ней повреждения оказываются определяющими в репродуктивной гибели клеток. Показано, что при облучении в дозе До на клетку приходится от500 до 900 радионитевых разрывов полинуклеотидной цепи ДНК и около 60 двойных разрывов.
Медленно делящиеся клетки, клетки с ограниченной способностью к делению или неделящиеся клетки гибнут вскоре после облучения (в первые несколько часов или же в первые сутки), и их гибель не связана с процессами клеточными деления – она происходит в интерфазе. Важность излучения интерфазной гибели для радиобиологии объясняется той ролью, которую играет этот тип гибели в радиационном поражении млекопитающих. При интерфазной гибели клеток наблюдаются изменения, связанные с механизмом образования АТФ; эффекты, обусловленные нарушением проницаемости мембран; биохимические изменения, связанные с дезорганизацией ядерных структур.
Ионизирующие частицы, пронизывающие высокоорганизованную микрогетерогенную структуру живой клетки, с определенной вероятностью передают часть своей энергии отдельным молекулам, расположенным вдоль треков частиц. Молекулы, поглотившие энергию излучения, переходят в различные возбужденные состояния, часть которых заканчивается ионизацией. Эта первая, или физическая, стадия действия излучения на клетку должна закончиться в первые 10-13с. Ее результатом служит возникновение ионизированных и возбужденных молекул, неравномерно распределенных вдоль треков ионизирующих частиц. Ионизированные и возбужденные молекулы нестабильны.
Помимо прямого действия на биомолекулы ионизирующие излучения вызывают их поражение косвенным путем – диффундирующими водными радикалами H', ОН', еˉгидр и другими, возникающими в результате радиолиза воды. В липидной фазе могут возникать высокоактивные перекисные радикалы и другие продукты радиационного окисления, способные передавать энергию молекулам, погруженным в липидную фазу клеток.
Процессы, связанные с внутримолекулярной миграцией энергии и диффузией радикалов воды, различными межмолекулярными перестройками возбужденных и ионизированных клеточных структур, относятся к физико-химической стадии действия излучения на клетку, которая длится около 10-10с. Возникающие первичные продукты, как правило, неустойчивы и быстро претерпевают вторичные превращения, приводящие к образованию биорадикалов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой.
Взаимодействие биорадикалов друг с другом и с окружающими молекулами должно привести к возникновению стойких молекулярных изменений – разнообразных повреждений в структуре молекул, составляющих живую клетку. Рассматриваемая стадия действия излучения получила название химической, ее продолжительность около 10-6с.
Под действием излучения произойдет нарушение первичной структуры белков (селективное разрушение отдельных аминокислот), изменится их вторичная структура, нарушится конформация и, возможно, структура активного центра ферментов. В нуклеиновых кислотах возникнут одно- и двухнитевые разрывы полинуклеотидных цепей, разрушатся некоторые азотистые основания, возникнут межмолекулярные сшивки (ДНК-ДНК, ДНК-белок). Могут оказаться пораженными молекулы nРНК, тРНК и рибосомы. В липидах мембран будут инициироваться реакции свободнорадикального перекисного окисления, накапливаться токсические для клетки продукты окисления тканевых липидов.
Различные структурные повреждения молекул клетки могут привести к радиообразным функциональным нарушениям, составляющим последнюю, биологическую, стадию действия излучения.