Radiobiologický účinek záření. Helena Uhrová

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Radiobiologický účinek záření. Helena Uhrová"

Přemysl Müller
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Radiobiologický účinek záření Helena Uhrová

2 Fáze účinku fyzikální fyzikálně chemická chemická biologická

3 Fyzikální fáze Přenos energie na e Excitace molekul, ionizace Doba trvání s

4 Fyzikálně-chemická fáze Tvorba sekundárních reaktivních molekul či atomů (např. z vody - kationty H + a anionty OH - ) spontánní přesmyk excitované molekuly či kolize v bezprostřední blízkosti excitované molekuly. Délka trvání této fáze je cca s.

5 Chemická fáze dosažena tepelná rovnováha reakce radikálů - vzájemné - s okolím atak molekul DNA, RNA, enzymů a proteinů radiačně změněné molekuly zlom jednoho nebo obou vláken DNA vznik atypických vazbových můstků uvnitř dvojšroubovice DNA ve vodném systému trvá fáze od 10-6 s až jednotky s

6 Biologická fáze Zeslabení účinků Zesílení účinků v rámci metabolismu - změny funkční - změny morfologické Doba trvání - desítky minut - léta

7 Účinky záření Přímé - zásahová teorie Nepřímé - radikálová teorie - závisí na hustotě ionizace v kritickém místě - nutná kritická hodnota lokální hustoty energie v daném místě a čase Řídce ionizují záření (účinek ~ D 2 ) Hustě ionizují záření (účinek ~ D)

9 Radiolýza vody Ionizační potenciál vody - 12,56 ev HO HO + e e + HO HO H O H + OH 2 H O H + OH ( ) [ ] HO+ hf ev HO H + OH H + O HO HO H O O + na ph jsou reakce závislé pouze pod ph 3 a nad ph 10

10 Reakce organických látek ve vodě Reakcí radikálů vznikají sekundární radikály - řetězová reakce - vysoký kvantový výtěžek - reakce končí zánikem radikálů Molekuly reagují s radikály snadněji při vysoké reaktivitě, koncentraci a velikosti radikálu i molekuly 2 MH + H MH MH + OH MHOH MH + H M + H MH + OH M + H O M O MO MO XH MOOH X X O XO

11 Kinetika nepřímého účinku záření Předpoklad - radikály neinteragují navzájem - počet vzniklých radikálů je úměrný dávce 1. Radikály vody reagují s danou molekulou pouze 1x - další reakce není možná počet poškozených molekul roste lineárně s rostoucí dávkou k velikost biologického terče D - dávka N N 0 kd N/N 0 frakce původních molekul = e kde k = 1/ D 37

12 Kinetika inaktivace pro ozařování ve -- extrapolace z počáteční lineární části N/N 0 : frakce původních molekul D 0 : dávka, při které jsou všechny rozpuštěné molekuly přeměněny zředěných roztocích

13 Kinetika inaktivace pro ozařování ve zředěných roztocích 2. Radikály reagují nahodile s rozpuštěnými molekulami - původními i zreagovanými - se stejnou pravděpodobností v biologických systémech v přítomnosti biopolymerů N N e k kd = = 1 D 0 37

14 Nepřímý účinek v buňkách radikály - vznik uvnitř buněk radiační citlivost závisí na obsahu vody vliv atomárního H na suchý materiál MH hf M + H ( ) RCOOH + H RCOO + H 2

15 uvolňování vodíku bylo prokázáno u suché DNA, cukrů, aminokyselin, bílkovin a bází NA vodík aduje na dvojné vazby molekul sekundární radikály se tvoří odtržením vodíku

16 a) buňky E.coli vlhké b) sušené 90 min c) sušené 24 a 48 h

17 Citlivost k ozáření Klesá s teplotou zmrazení zmenší citlivost vodného roztoku 100x radiační poškození vzniká i pod bodem tuhnutí

18 Kyslíkový efekt zvýšení citlivosti hlavně k ionizujícímu záření paramagnetické vlastnosti kyslíku - vysoká afinita k radiačně indukovaným radikálům B + O BO 2 2 vychytává elektrony 2 2 e + O O

19 v suchém materiálu zabraňuje restituci poškozených molekul + BH + e BH B + H BH

20 Kyslík ve vodných roztocích O 2 reaguje s vodíkovými radikály a hydratovanými elektrony minimální nebo žádné poškození ochranný efekt - reakce s radikály vody zesílení účinků záření - O 2 brání možným opravám

21 DŮSLEDKY ZÁŘENÍ PRO BUŇKY A ORGANISMUS Smrt buňky - klidové stádium (10 2 Gy) - mitoza (jednotky Gy) Mutace somatické gametické D

22 MUTACE VLIVEM ZÁŘENÍ Ionizační záření - závislost mezi dávkou záření a mutagenním účinkem je v určité oblasti přibližně lineární D

23 UV záření ( nm) - existuje optimální dávka, při níž je mutagenní efekt největší thyminové dimery - počet přežívajících buněk je nepřímo úměrný jejich obsahu

24 UV záření - dimery cytosinu deaminace dimetyluracil - působí i na uracilové zbytky RNA

25 Přežívání buněk mikroorganismů a vznik mutantů v závislosti na době působení UV záření

26 Molekulární základy mutageneze Genové mutace Bodové mutace a) ÚPLNÁ ZTRÁTA KOMPLEMENTARITY b) MODIFIKACE

27 MODIFIKACE - transverze AT TA GC CG CG AT - tranzice AT GC TA CG GC AT CG TA - adice - delece

28 Chromosomové mutace

29 Genomové mutace - dědičné změny počtu chromozomů nebo jejich sad Podmínka pro přežití buněk nesmí být zasaženo jádro

30 Mutagenní a letální účinky DNA membránové struktury regulace dějů buněčného cyklu Okamžitá smrt krad nefunguje regulace a koordinace Nemoc z ozáření kostní dřeň a epitel tenkého střeva

31 Citlivost buněk a tkání nízké dávky porucha krvetvorby smrt za dní vyšší dávky - porucha gastrointestinálního traktu smrt za 10 dní projevuje se poruchou resorpce vody, živin a rovnováhy iontů supraletální dávky zasažena centrální nervová soustava - okamžitá smrt

32 Poškození buněčné DNA poškození bází přetržení 1pentlicové DNA přetržení 2 vláknové DNA příčné vazby DNA-DNA (cross links) příčné spojení DNA bílkovina (na opravu není mechanismus)

33 OPRAVY BUNĚČNÉ DNA Enzymy Fotoreaktivace Reaktivace ve tmě

34 Opravy tkání a orgánů závisí na rychlosti množení přežívajících buněk na rychlosti uvolňování a přemisťování nových buněk do poškozenější oblasti rychlosti oprav na úrovni buněk

35 Opravné mechanizmy vícebuněčných organizmů závisí na hustotě ionizace uvnitř organizmu v závislosti na čase rozložení hustoty ionizace uvnitř organizmu na individuální radiorezistenci druhu organizmu

36 Obranné principy povrchové necitlivé vrstvy, bránící průniku záření (srst, peří) u vyšších organismů pigmentace eliminace poškození způsobeného zářením (zapouzdření)

37 Účinek radioprotektiv Kompetitivní protekce - soutěž s biomolekulami o difusibilní radikály Závisí: - na koncentraci obou soutěžících molekul - na reakčních konstantách pro reakci s danými radikály

38 Účinek radioprotektiv Restituční protekce - ochranná látka nemění počet primárních poškození - poškozené místo reaguje s ochrannou látkou - nastolen původní stav

39 Vliv rozpadu radioizotopu inkorporovaného do organizmu 1) interakce s hmotou 2) přeměna v dceřiný atom způsobuje: - chemickou změnu nuklidu v okamžiku rozpadu - elektronickou excitaci způsobenou náhlou změnou rozpadajícího se jádra - zpětný náraz rozpadávajícího se jádra

40 Rozpad T ( 3 H) smrtící účinek je v ionizačním poškození způsobeném částicemi β Rozpad 14 C biochemické změny v molekule DNA po rozpadu 14 C (zpětný ráz excitační energie) Rozpad 35 S inkorporace do proteinu 35 S Cl + X + T He + e + X Rozpad 32P - P S cukerné diestery

41 Způsoby ochrany před zářením čas vzdálenost manipulátory, pinzety stínění bránění kontaminaci vnější vnitřní

42 RADIOMETRICKÁ ANALÝZA Libby a spol N+ n C p 12 až 30 km, přibližně 1 částice/s v 1 cm 3 Biosféra - 98,89 % 12 C, malé množství 13 C poločasem rozpadu 5730 let 14 C/ 12 C je vždy 1:10 13

43 I t = I exp 0, I měrná aktivita uhlíku ve vzorku I 0 měrná aktivita uhlíku v době ukončení látkové výměny t stáří vzorku

45 Schéma pro měření 14 C kapalnou scintilací

46 Závislost čirosti měřeného vzorku na koncentraci alkoholu a množství toluenu (dioxinu) v scintilačním médiu

Podobné dokumenty

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů xhavlikj@fel.cvut.cz

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů xhavlikj@fel.cvut.cz Radioterapie X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů xhavlikj@fel.cvut.cz Radioterapie je klinický obor využívající účinků ionizujícího záření v léčbě jak zhoubných, tak nezhoubných nádorů