🗊Презентация Физические основы действия ионизирующих излучений на биологические объекты. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений

ТЕМА: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПЛАН: ПОНЯТИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПОТЕНЦИАЛ ИОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЕНИЕ АТОМОВ ИЛИ МОЛЕКУЛ ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ – излучения, способные вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ – излучения, способные вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Ионизация – это превращение нейтральных атомов или молекул в частицы, которые несут «+» или «–» заряд.

Энергия освобождения электрона: Энергия освобождения электрона: W = ∆Е – Ее¯, где ∆Е – количество энергии, передаваемое излучением электрону; Ее¯ – энергия связи электрона с атомом (молекулой) Потенциал ионизации – энергия, которая затрачивается на отрыв электрона от атома или молекулы (Ее¯) Для ионизации большинства элементов, входящих в состав биосубстрата необходим потенциал ионизации 10 -12 эВ. эВ (электронвольт) – внесистемная единица измерения излучения: 1 эВ = 1,6·10¹² эрг; 1 эВ 1,6·10-¹9 Дж (СИ). КэВ = 10³ эВ МэВ = 106 эВ. Отрыв одного е¯ от нейтрального атома характеризуется 1-м потенциалом ионизации, отрыв другого е¯ описывается 2-м потенциалом ионизации и т.д. Очередной потенциал ионизации с переходом к электронам более глубокой (внутренней) электронной оболочки резко возрастает.

Электрон, оторванный от атома, при столкновении с другими молекулами или атомами ионизирует их, пока не исчерпает свою критическую Е и не присоединится к нейтральной молекуле с образованием «–» иона. Электрон, оторванный от атома, при столкновении с другими молекулами или атомами ионизирует их, пока не исчерпает свою критическую Е и не присоединится к нейтральной молекуле с образованием «–» иона. В том случае, если передаваемая атому или молекуле Е кванта излучения меньше потенциала ионизации облучаемого вещества, происходит их возбуждение. Возбужденным называют такое состояние атомов или молекул, когда они имеют Е больше, чем в основном состоянии. Повышение Е в системе атомов или молекул осуществляется путем электронных переходов из основного состояния в возбужденное. Это происходит при перескоке е с ближней к ядру атома орбитали на более далекую (внешнюю), происходит возбуждение. При этом Е затрачивается.

Поскольку возбужденные атомы или молекулы на внешних орбиталях имеют неспаренные е, они характеризуются повышенной реакционной способностью. Состояние атомов и молекул, для которого характерно наличие на орбиталях электронов с неспаренными спинами называют свободнорадикальным. Поскольку возбужденные атомы или молекулы на внешних орбиталях имеют неспаренные е, они характеризуются повышенной реакционной способностью. Состояние атомов и молекул, для которого характерно наличие на орбиталях электронов с неспаренными спинами называют свободнорадикальным. Это состояние нестабильное. Поэтому из состояния возбуждения молекула может вернуться в основное состояние (перескок е на ближнюю орбиталь, при этом Е выделяется) несколькими способами: превращением Е электронного возбуждения в тепловую (тепловая конверсия); излучением кванта Е (флуоресценция); передачей Е возбуждения другим молекулам; превращением возбужденной молекулы в молекулу или молекулы других веществ (фотохимическая реакция).

В результате поглощения ионизирующего излучения в веществе образуются свободные е, «+» заряженные ионизированные частицы, а также молекулы и атомы в возбужденном состоянии, превращение которых сопровождаются выделением тепла, фотонов флуоресценции и фотохимическими реакциями. В результате поглощения ионизирующего излучения в веществе образуются свободные е, «+» заряженные ионизированные частицы, а также молекулы и атомы в возбужденном состоянии, превращение которых сопровождаются выделением тепла, фотонов флуоресценции и фотохимическими реакциями. Возбуждение и ионизация – основные процессы, в которых расходуется Е излучений, поглощенная в облучаемом объекте.

В основе первичных радиационно-химических изменений молекул лежат 2 основных механизма: прямое и косвенное действие ИИ. В основе первичных радиационно-химических изменений молекул лежат 2 основных механизма: прямое и косвенное действие ИИ. Под прямым действием понимают такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими исследуемыми молекулами (мишенями). Под косвенным действием понимают изменения молекул в растворе, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) воды или растворенных веществ, а не энергией излучения, поглощенной самими исследуемыми молекулами.

При косвенном действии наиболее существенен процесс радиолиза воды, составляющей 90% вещества в клетках. При косвенном действии наиболее существенен процесс радиолиза воды, составляющей 90% вещества в клетках. При радиолизе воды молекула ионизируется заряженной частицей, теряя электрон:

В присутствии кислорода образуются и другие продукты радиолиза, обладающие окислительными свойствами, гидропероксидный радикал НО2, пероксид водорода Н2О2 и атомарный кислород 2О. В присутствии кислорода образуются и другие продукты радиолиза, обладающие окислительными свойствами, гидропероксидный радикал НО2, пероксид водорода Н2О2 и атомарный кислород 2О. Таким образом, О2 принимает участие в образовании биологически активных свободных радикалов, а также органических и неорганических пероксидов. Ни Н2О-, ни Н2О+ не являются стабильными молекулами и каждая из них распадается, образуя ион и свободный радикал:

Они могут также вступать в реакцию друг с другом или димеризоваться (образовывать пары): Они могут также вступать в реакцию друг с другом или димеризоваться (образовывать пары): Н°+Н°  Н2, ОН°+ОН°  Н2О2, Н° + ОН°  Н20 или вступать в реакцию с другими молекулами воды, например, а также реагировать с продуктами предыдущих реакции, в которых участвовали радикалы: Н2О° - гидроперекисный радикал

Свободные радикалы способны вырывать атом водорода из органических молекул типа RH: Свободные радикалы способны вырывать атом водорода из органических молекул типа RH: RH + OH° R°+H2О RH + H° R° + H2 Такие реакции ведут к появлению новых радикалов. Независимо от своего происхождения свободные радикалы R° могут вступать в реакцию с биологическими молекулами и приводить впоследствии к радиобиологическому поражению клеточных структур. Анион радикал и гидроперекисный радикал способны окислять молекулы органических веществ. Если в веществе присутствуют липиды, то увеличивается ПОЛ R + НО2° RООН гидропероксид