Поделиться Поделиться

Биологическое действие ионизирующих излучений.

Под действием ионизирующих излучений происходят химические реакции, которые называют радиолизом.

Рассмотрим радиолиз воды.

Н2О → Н2О* (возбужденная молекула воды)

Н2О → Н2О+ - .

Н2О+ + Н2О → Н3О+ + ОН

При взаимодействии ионизирующего излучения с водой образуются молекулы, ионы, радикалы – высокоактивные частицы

Н2О+ - → Н2О-

Н2О- → ОН - + Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 1

Взаимодействие молекул органического вещества (RH) с ионизирующим излучением:

. .

RH → RH* → R + H

RH → RH+ + е -

RH+ → R+H+

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 2

В результате радиолиза образуются высокоактивные частицы в химическом плане, что приводит к разрушению мембран, клеток.

Процесс лучевого поражения биологических объектов.

Процесс лучевого поражения имеет ряд особенностей:

1. Значительные биологические нарушения вызываются ничтожно малыми дозами поглощенной энергии.

2. Ионизационные излучения действуют не только на сам объект, но и на последующие поколение вследствие наследственности.

3. Характерен скрытый период временного благополучия

( действие биологического излучения развивается во времени:

1 фаза – фаза первичных нарушений

2 фаза – фаза мнимого благополучия

3 фаза – фаза лучевой болезни ).

В радиобиологических исследованиях часто используют понятие дозы, при которой в течении 30 суток гибнет большая часть (50% ) организма, LD = 50/30.

животное LD 50/30, бэр
собака
обезьяна
мышь 500-665
человек 600-700
лягушка
черепаха
тритон
змея 8000-20000

4. Наиболее уязвимой функцией клеток является способность к делению.

5. Ионизирующее излучение в большей степени действует на ткани, чем на соседние клетки.

6. На зависимость интенсивности поражения от дозы облучения влияют внешние факторы (температура, влияние кислорода).

Чем выше температура после облучения, тем больше поражается биологический объект. Реакции поражения протекает с высокой энергией активации. Количество образуемых частиц от температуры не зависит; концентрация О2 во время облучения влияет на поражение, а после – нет.

Способы защиты от облучения:

- необходимо принять вещества, являющиеся ингибиторами реакций, (сера, сахара) – антиоксиданты.

Глава 12. Действие ультразвука на биологические ткани. Его применение в медицине

Характеристики и получение ультразвука

Ультразвук – механические колебания среды, частота которых ниже 20 кГц

Получение ультразвука:

1. Обратный пьезоэлектрический эффект (при наложении переменного электрического поля к пластинкам кварца они начинают менять свои размеры)

2. Магнитно-стрикционный эффект (некоторые материалы, (железо, никель) изменяют свои размеры под воздействием магнитного поля).

Действие ультразвука. Применение в биологии и медицине

Плотность потока энергии (вектор Умова), переносим ультразвуком; пропорционален квадрату частоты:

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 3 Вт/м2

ρ – плотность среды

А – амплитуда колебаний

ω – круговая частота

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 4 - скорость распространения волны

Действие ультразвука на биологические объекты можно условно свести к трем видам:

1) Механическое воздействие (при ультразвуковых колебаниях во время растяжения среды могут возникнуть разрывы сплошности – кавитация; при схлопывании пустот возникает ударная волна, которая приводит к разрушению рядом находящихся объектов).

Кавитация происходит при Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 5 > 1 Вт/м2.

2) Химическое действие (в результате кавитации выделяется много энергии, происходят химические реакции с образованием высокоактивных частиц (радикалов, ионов), которые затем, воздействуя на биологические ткани, разрушают их).

3) Тепловое воздействие (применяют в терапевтических целях, как прогревание).

Применение в медицине:

· для исследования мягких тканей;

· сваривание и резание костных тканей;

· разрушение опухолей мозга;

· стерилизаторы;

· измеряется скорость кровотока (с помощью эффекта Доплера).

Глава 13. Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека

Механические свойства биологических тканей

Тело человека – композиционный материал, основа которого скелет, окруженный мягкими тканями. Сами кости также являются композиционным материалом.

Костная ткань.

2/3 массы кости занимает гидроксилопатит: 3Са3(РО4)2 · Са(ОН)2 + коллаген.

Механическая плотность костной ткани ρ = 2400 кг/см3.

Е = 10 ГПа.

σв = 150 МПа (предел прочности).

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 6

ОА – упругая деформация

АВ – процесс ползучести

ВС – упругая деформация при снятии нагрузки

СД – обратная ползучесть

Кожа.

Состоит из коллагена (75% сухой массы) и 4% эластина (по свойствам похож на резину), а также жира и соединительной ткани.

Эластин растягивается на 200-300%, коллаген на 10%.

Материал Модуль упругости, МПа Предел прочности, МПа
Коллаген 10-100
Эластин 0,1-0,6

Мышцы.

В основном состоят из молекул миозина и актина.

Мышцы делят на:

- поперечно-полосатые;

- гладкие.

Гладкие мышцы образуют полые органы.

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 7 σ скелетная мышца

гладкие мышцы

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 8 Скелетная мышца и сердечная мышца

являются поперечно-полосатыми.

ε

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 9 § 13.2. Моделирование механических свойств биологических объектов

Известен элемент, моделирующий упругие и пластичные свойства, - это пружина.

 
  Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 10


σ

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 11 - закон Гука.

В качестве модели вязкого тела используют поршень, передвигающегося в цилиндре.

 
  Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 12


σ

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 13 - закон вязкого сопротивления

µ - коэффициент дин. вязкости.

Деформацию, сочетающую вязкость и упругость, характерные для полимеров и биологических тканей, называют вязко-упругой.

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 14 1. Модель Максвелла (заключается в том, что 2 элемента соединяются последовательно) (соответствуют гладкие мышцы).


Продифференцируем уравнение (1):

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 15

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 16

ε = εупр + εвязк , Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 17 (3) + (4) :

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 18

1 случай:

Пусть σ = σ0 = const

Из (5) → Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 19

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 20

Интегрируем с начальными условиями:

при t = 0 Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 21

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 22

2 случай:

Если ε = ε0 = const (напряжения будут релаксироваться)

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 23

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 24

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 25

НУ: при t = 0 σ0 = ε0Е

Тогда lnC = lnσ0

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 26

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 27

2. Модель Фойгта(параллельное соединение).

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 28

В этом случае складываются не усилия, а перемещения.

σ = σупр + σвяз (10)

Пусть σ = σ0 = const

Используя (1), (2) и (10):

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 29

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 30

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 31

ГУ: Пусть при t = 0, ε = 0.

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 17 Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 33

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 34

Отсюда Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 35 или Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 36

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 37

ε Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 38

σ0

ε1

t1 t

σ

σ0

t

Из (13) Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 17 при t = t1:

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 40

В соответствии с (11):

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 41

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 42

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 43

При t = t1, ε = ε1, тогда

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 44

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 45

или Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 46

3. Смешанная модель.

Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 47

При движении постоянной нагрузки:

ε Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 48

B

A

C

O D

t

ОА – упругая деформация пружины 1; АВ – вязко-упругая деформация двух параллельных соединенных пружин.

В точке В σ = 0.

σ Биологическое действие ионизирующих излучений. - Инвестирование - 49

σ0

t

ВС – упругая деформация пружины 1.

СД – релаксация напряжений.

← Предыдущая страница | Следующая страница →