ПЗ_08.11.25

1. Основные радиобиологические эффекты на клеточном уровне. Ранние нарушения клеточного метаболизма

Основы ядерной медицины
для специальности 31.05.01
Лечебное дело

2.

Радиобиологические эффекты. Классификация,
уровни формирования, локализация, из связь с дозой
облучения

3.

Исследование изменений в организме человека под
воздействием радиационного излучения представляет собой
масштабную медико-социальную проблему, обусловленную
активным строительством и эксплуатацией объектов, имеющих
ядерную энергетическую установку.
Примером таких объектов могут служить предприятия ядерного
топливного цикла, урановые рудники, гидрометаллургические
заводы, транспортные ядерно-химические установки, военные
объекты, исследовательские атомные реакторы, а также
предприятия по переработке и захоронению радиоактивных
отходов.

4.

Активное использование современных технологий в медицине
также не обходится без ионизирующего излучения, в частности в
виде рентгеновской и радионуклидной диагностики, которые
сопровождаются дозами облучения пациентов и медицинского
персонала.
В настоящее время особые опасения вызывает компьютерная
томография (КТ), особенно при несоблюдении определенных
режимов и частоты их проведения у пациентов.
Одноразовая лучевая нагрузка на пациента в зависимости от
зоны может быть 10–12 мЗв, а при многократном проведении КТ
дозы облучения значительно возрастают.

5.

Известны случаи, когда частота и дозы облучения на организм
человека при проведении стандартных рентгенологических
процедур были достаточно высоки.
Подобное может происходить в ситуациях, когда пациенты
самостоятельно проходят обследование без контроля и
консультаций по радиационным рискам.
Вследствие этого доза радиации от сложной процедуры может
привести к повышенному риску развития онкологических
заболеваний.
В литературе приведены данные, свидетельствующие о резком
увеличении рисков развития злокачественных новообразований у
детей и подростков после проведения компьютерных
томографий, где кумулятивная доза облучения достигала 50–60
мГр.

6.

• Лечение злокачественных опухолей радиационным
излучением является одним из компонентов
комплексного лечения онкологических больных.
• Основная задача использования лучевой терапии –
разрушение опухоли при минимальном лучевом
повреждении окружающих здоровых тканей.
• В России лучевую терапию получают 70 % пациентов в
виде основного адъювантного, неоадъювантного и
паллиативного лечения, однако в этом случае особо
остро встает вопрос лучевых осложнений, которые
снижают качество жизни пациентов, становятся
причиной страданий, инвалидности и смерти больного.

7.

В ходе лучевой терапии в клетках и тканях проходят
целые цепи биофизических, морфологических и
функциональных изменений.
Уменьшение осложнений и побочного действия
ионизирующего излучения на здоровые ткани при
лучевой терапии онкологических больных является
одной из неразрешенных проблем медицинской
радиологии.

8.

В медицинской практике под воздействием
ионизирующего излучения на клеточном уровне
возникают различные радиобиологические
эффекты, которые включают нарушения
клеточного метаболизма и гибель клеток.
Эти эффекты формируются на начальных стадиях
действия ионизирующего излучения и приводят к
поражениям, проявляющимся позднее на более
высоких уровнях биологической организации тканевом, органном, системном, организменном.

9.

Биологическое действие ионизирующих излучений
обусловлено энергией, отдаваемой излучениями
разных видов тканям и органам.
Несмотря на неодинаковую физическую природу
различных видов ионизирующих излучений,
существует определенная общность их биологического
действия, обусловленная их ионизирующим
действием на биосубстраты.

10.

Различают два вида радиобиологических эффектов:
- детерминированные (нестохастические),
- стохастические.
1. Детерминированные - клинически выявляемые вредные
биологические эффекты, вызванные ионизирующими
излучениями, в отношении которых предполагается
существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше
– тяжесть эффекта зависит от полученной дозы.
Клиническая медицина к таким эффектам относит:
- лучевую болезнь,
- лучевой дерматит,
- лучевую катаракту,
- лучевое бесплодие,
- аномалии в развитии плода и др.

11.

Стохастические радиобиологические эффекты –
вредные биологические эффекты, вызванные
ионизирующими излучениями, не имеющие дозового
порога возникновения, вероятность возникновения
которых пропорциональна полученной дозе и для
которых тяжесть проявления не зависит от дозы.
Клинически беспороговые эффекты диагностируются как
злокачественные опухоли, лейкозы, а также
наследственные болезни.

12.

13. Характеристика детерминированных (нестохастические) и стохастических радиобиологических эффектов

РБЭ – радиобиологический эффект

14. Проявления стохастического эффекта ионизирующего излучения А – острая лейкемия; Б – лимфома желудка; В – рак легких; Г –

меланома

15.

Рассматривают соматические и наследственные
радиобиологические эффекты.
Соматические эффекты проявляются у самого
облученного лица, а наследственные – у его потомков.
Соматические эффекты могут быть стохастическими и
нестохастическими.

16.

Механизмы
Повреждающее действие ионизирующего излучения на уровне клетки
реализуется в основном за счёт двух механизмов:
Прямое ионизирующее действие — молекулы утрачивают некоторые
свои характеристики и становятся биологически неактивными.
Образование свободных радикалов (косвенное действие) — эффект
реализуется в основном по этому механизму, например, при
радиолизе воды.
При этом прямое и косвенное действия ионизирующего излучения на
биомолекулы не суммируются, а усиливают одно другое.

17.

Виды
Некоторые виды радиобиологических эффектов на клеточном уровне:
Временное угнетение клеточного деления — радиационное
блокирование митозов. Время задержки деления зависит от дозы
облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии
клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении.
Полное подавление митозов — наступает после воздействия больших
доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но
необратимо утрачивает способность к делению.
Гибель клеток — различают две формы лучевой гибели:
Репродуктивная — связана с процессом деления клетки, наступает
не сразу после облучения, а в ходе нескольких циклов деления.
Основная причина — структурные повреждения ДНК.
Интерфазная — наступает до вступления клетки в митоз,
проявляется в виде дегенеративных изменений ядра и
цитоплазмы.

18.

Диагностика
Для оценки радиобиологических эффектов на
клеточном уровне используют, например:
• Кривые «доза-эффект» — на оси абсцисс
откладывают дозу облучения, а на оси ординат
— процент гибели за определённое время.
• Исследование скорости элиминации
аберантных клеток — это помогает оценить
относительную значимость хромосомных
аберраций в репродуктивной гибели.

19.

На основе радиобиологических заключений
разрабатываются рекомендации по выбору графика
лучевой терапии, например, формулы пересчёта для
внесения изменений в режим фракционирования или
в мощность дозы.
Также на основе радиобиологических заключений
определяют оптимальные параметры облучения для
конкретного пациента.

20.

При рассмотрении действия излучения на организм
необходимо учитывать следующие особенности:
1. Высокая эффективность поглощенной энергии.
Малые количества поглощенной энергии излучения могут
вызвать глубокие биологические изменения в организме.
2. Наличие скрытого, или инкубационного, периода проявления
действия ионизирующего излучения.
Этот период часто называют периодом мнимого благополучия.
Продолжительность его сокращается при облучении в больших
дозах.
3. Действие от малых доз может суммироваться или
накапливаться – эффект кумуляции.

21.

4. Излучение воздействует не только на данный живой
организм, но и на его потомство. Это так называемый
генетический эффект.
5. Различная чувствительность к облучению различных
органов и тканей живого организма.
6. Биологический эффект зависит от кратности облучения.
Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более
глубокие последствия, чем фракционированное.
7. Механизмы биологических эффектов малых и больших
доз облучения могут принципиально отличаться.

22.

Биологическое действие ионизирующих излучений.
Молекулярный и клеточный уровни
радиобиологических эффектов

23.

В литературе описаны молекулярный, клеточный и системный уровни
воздействия ионизирующего излучения на живые ткани.
Молекулярный уровень воздействия представлен сдвигом кислотнощелочного баланса и изменениями в окислительновосстановительных процессах, приводящих к нарушению обмена
веществ в тканях.
Производные радиолиза реагируют с белковыми молекулами с
образованием токсичных соединений, способных инициировать
последовательную цепь биохимических реакций, приводящих к
разрушению клеточных мембран.

24.

Клеточный уровень воздействия характеризуется нарушениями и
процессами, приводящими к функциональным изменениям клеточных
структур.
Принципиально опасными являются изменения, оказывающие
влияние на механизмы митоза и приводящие к повреждению
хромосомного аппарата.
Подобные изменения вызывают блокирование процессов
физиологической регенерации, повреждение наследственных
структур организма, нарушение обмена веществ в клетках.
Системный уровень может быть охарактеризован декомпенсацией
функции органов организма под действием ионизирующего
излучения.

25.

Основным радиобиологическим эффектом является гибель
клеток.
При этом выделяют две ее основные формы:
репродуктивную,
интерфазную.
Репродуктивная форма гибели свойственна
пролиферирующим клеткам, в которых под воздействием
облучения нарушается репликация ДНК, возникают двойные
разрывы или сшивки, впоследствии приводящие к
хромосомным аберрациям и являющиеся причиной
летальности.

26.

Радиочувствительность – относительная восприимчивость клеток, тканей,
органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения.
Альтернативное понятие – радиорезистентность или радиоустойчивость.
Поражение организма во многом определяется радиочувствительностью
отдельных тканей, органов и систем.
Радиочувствительность органов, в свою очередь, определяется
поражаемостью составляющих их клеток, которая значительно варьирует
для разного типа клеток.
Высокую радиочувствительность активно пролиферирующих клеток
связывают с лучевым повреждением уникальных структур – ядерной ДНК.

27.

Эти повреждения наиболее фатальны для делящихся клеток.
В случае неполноценной репарации нарушения ДНК проявляются
в процессе митоза как хромосомные аберрации, несовместимые с
дальнейшей жизнедеятельностью клетки.
При сравнении радиочувствительности двух систем (будь то
клетки, ткани, органы или организмы) важен правильный выбор
адекватных методов и критериев оценки радиочувствительности.
В радиобиологии термин радиочувствительность применяется
чаще всего как синоним радиопоражаемости.
Наиболее значимой реакцией в ответ на облучение является
клеточная гибель.

28.

Оценить радиационную гибель клеток можно
качественно и количественно.
Гибель клетки после облучения развивается по двум
основным путям:
- апоптозу
- некрозу.

29.

Апоптотическая форма клеточной гибели – одна из
наиболее распространенных летальных клеточных
реакций на воздействие ионизирующего излучения.
Апоптотическая гибель клеток происходит при
относительно низких (некроз – при более высоких)
дозах ионизирующего излучения.

30.

Радиационный апоптоз характерен для клеток быстро
обновляющихся тканей (эпителий кишечника, дыхательных путей,
красный костный мозг) и покоящихся клеток (тимоцитов,
лимфоцитов периферической крови).
Некротический путь реализуется при уровне поражений,
несовместимых с жизнедеятельностью клетки.

31.

В медицинской практике используются методы защиты
от негативного воздействия ионизирующих излучений
(ИИ) для пациентов и персонала.
Эти методы направлены на минимизацию облучения при
проведении диагностических и терапевтических
процедур с использованием источников ИИ.

32.

Для пациентов
• Использование средств защиты.
Применяют стационарные (пол, стены, защитные двери),
передвижные (ширмы, экраны) и индивидуальные средства (фартуки,
накидки, шапочки, очки, перчатки).
• Ограничение частоты процедур.
Рентгенологические исследования проводят только при реальной
необходимости, повторные снимки должны быть оправданы.
• Учёт накопленной дозы.
Данные о каждом исследовании фиксируются в амбулаторной карте,
если проводится много обследований, врач анализирует суммарную
дозу.
• Защита органов и тканей, в облучении которых нет
необходимости.
Поскольку облучению в большинстве случаев подвергается не весь
организм, а только его часть, можно выбрать дополнительную защиту
тех органов и тканей, в облучении которых нет необходимости.

33.

Для персонала
• Экранирование источника излучения.
Это позволяет свести до минимума возможность проникновения
излучения в зону пребывания людей.
Материалы для экранирования и толщина экранов определяются
характером ионизирующего излучения и его энергией: чем больше
жёсткость излучения, тем более плотным и толстым должен быть
экранирующий слой.
• Автоматизация операций по перемещению источников
излучения (изъятие их из контейнеров, установка в аппараты) с
помощью дистанционного управления или специальных
манипуляторов.
Это позволяет медицинскому работнику находиться на
определённом расстоянии от источника и за соответствующим
защитным экраном.

34.

• Ограничение времени контакта.
Даже при наличии защиты минимизация облучения
достигается за счёт чёткого регламента рабочего времени,
смены персонала для снижения индивидуальной дозовой
нагрузки.
• Радиационный контроль в медицинских учреждениях.
Каждый кабинет, где проводится диагностика, проходит
обязательную проверку на предмет защиты от излучения. В
систему контроля входят постоянный мониторинг мощности
рентгеновского излучения, проверка свинцовых экранов,
дверей и защитных перегородок.

35.

Контрольные вопросы:
1. Какие виды радиобиологических эффектов возникают
непосредственно в облученных клетках?
2. Как механизмы реализации эффектов отличаются при облучении в
разных дозах?
3. Какие нормы и стандарты регламентируют воздействие
ионизирующих излучений на организм в медицинской практике?
4. Какие методы защиты от негативного воздействия ионизирующих
излучений используются в медицинской практике?
5. Что такое радиобиологические эффекты?
6. Какие критерии используются для классификации
радиобиологических эффектов?
7. Что такое стохастические радиобиологические эффекты? Как они
классифицируются?
8. Какие ранние реакции проявляются после облучения нормальных
тканей?
9. Какие поздние реакции проявляются через определённое время
после облучения нормальных тканей?