Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu này là kết quả tìm hiểu của nhóm Sinh viên đại học Y Dược huế về chủ đề bức xạ ion hóa. Hi vọng tài liệu này có thể giúp các bạn có thêm tài liệu để tham khảo. Phục vụ cho môn học Lý sinh tại các trường đại học. Trong tài liệu này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Mong các bạn bổ sung thêm
Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HUẾ LỚP: Y ĐK & YHDP 4.1 NHÓM 10 BÁO CÁO CHỦ ĐỀ 10 : TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ Nhóm 10 : Nguyễn Chí Dũng Trần Thị Duyên Lê Thị Bích Đầm Phạm Xuân Mạnh Hùng Phạm Thế Duyệt Phan Trọng Nghĩa Lê Duy Vĩnh Huế, ngày 20 tháng năm 2017 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Mục lục : I Phần mở đầu II Nội dung 1.Hiện tượng phóng xạ, chất nguồn gốc tia phóng xạ Tương tác xạ ion hóa .4 2.1 Tác dụng tia phóng xạ có chất hạt với vật chất 2.2 Tương tác tia Roentgen tia y vật chất 2.3 Độ nhạy cảm tia phóng xạ sinh vật Tác dụng sinh học xạ .11 3.1 Cơ chế chung tác dụng tia phóng xạ lên thể sống 11 3.2 Tác dụng hóa học tia phóng xạ .12 3.3 Các hiệu ứng sinh học liên quan tới chiếu xạ 12 3.4 Các thuyết giải thích chế tổn thương tác dụng phóng xạ .13 Tổn thương xạ lên thể sống 15 4.1 Tác dụng tia phóng xạ lên phân tử sinh học 15 4.2 Tác dụng tia phóng xạ lên trình phân bào 16 4.3 Tác dụng tia phóng xạ lên thể sống 17 Những nguyên tắc an tồn phóng xạ .17 III Kết luận .19 IV Tài liệu tham khảo .21 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ I PHẦN MỞ ĐẦU Đã từ lâu, người biết tới bực xạ ion hóa lên tổ chức sinh học hậu Những hiểu biết sâu sắc chế tác dụng, yếu tố ảnh hướng đến hậu tác dụng làm cho người lợi dụng ngăn ngừa hạn chế tác dụng sinh học xa ion hóa Chúng ta biết chất phóng xạ phận tách rời Trái đất chúng ta, tồn Trái đất Các chất phóng xạ tồn tự nhiên, có mặt đất, có khơng khí thực phẩm Chất phóng xạ tồn dạng khí, khơng khí hít thở Cả thể bao gồm : Cơ, xương mơ chứa ngun tố phóng xạ tự nhiên Con người thường phải chịu chiếu xạ xạ tự nhiên Trái Đất từ bên Trái Đất Bức xạ nhận từ bên Trái Đất gọi tia vũ trụ gọi tia vũ trụ hay xạ vũ trụ Chúng ta bị chiếu xạ nhân tạo tia Roentgen, tia y, hạt anpha, proton, notron, dòng điện từ… Các xạ sử dụng để chẩn đoán bệnh điều trị ung thư Tuy nhiên việc sử dụng tia xạ phải tuân thủ an toàn nghiêm ngặn Với mong muốn hiểu rõ thêm nguồn gốc, tương tác xạ ion, tác dụng sinh học ngun tác an tồn việc sử dụng tia phóng xạ Nhóm chúng tơi tìm hiểu hồn thiện báo cáo để đưa nhìn chung tượng vật lý Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ II NỘI DUNG Hiện tượng phóng xạ, chất nguồn gốc tia phóng xạ 1.1 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử ( Ivanenko + Heisenberg ) - Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ proton ( p ) ( mang điện tích nguyên tố dương ), notrơn ( n ) ( trung hòa điện ), gọi chung la nucleon Proton ( p ), mang điện tích dương = 1,6.10-19 C Notron ( n ), không mang điện Khối lượng 1,6.10-27 kg = 931MeV Proton + Notron = Nucleon Nucleon ký hiệu: A Số Notron = N N=A-Z - Ký hiệu hạt nhân: Z XA = - Hạt nhân coi dạng hình cầu có bán kính : R = r0 = 1,4.10-15 m r0 = 1,4.10-15m gọi bán kính điện 1.2 Hiện tượng phóng xạ: Năm 1982 Beccoren quan sát thấy muối uran phát tia khơng nhìn thấy có sức đâm xuyên mạnh Dùng phương pháp điện từ trường để phân tích thấy chùm tia gồm thành phần đặt tên tia anpha mang điện dương, tia beta mang diện âm dương, tia gamma khơng mang điện Những cơng trình Mari Curi Pie Curi, chứng tỏ chum tia phát từ hạt nhân khơng phải từ lớp vỏ ngun tử tính chất chung nhóm ngun tố khơng riêng uran, người ta gọi tính chất ngun tố tính phóng xạ Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Hiện tượng phóng xạ: tượng hạt nhân nguyên tử tự biến đổi dể trở thành hạt nhân nguyên tử nguyên tố khác từ trạng thái lượng cao trạng thái lượng thấp q trình biến đổi hạt nhân phát tia khơng nhìn thấy có lượng cao gọi tia phóng xạ hay xạ hạt nhân Nguyên tố gọi đồng vị phóng xạ 1.3 Phóng xạ tự nhiên phóng xạ nhân tạo Phóng xạ tự nhiên: nguồn phóng xạ tự động xảy tự nhiên vd quặn Uranium thiên nhiên Phóng xạ nhân tạo: người làm cho ngun tử khơng phóng xạ trở thành chất phóng xạ Vd: H4 + 13Al27 → P1530 + n01 n01 + N714 → C614 + H11 (C614 có T= 5730 năm) Tia phóng xạ chia thành hai loại : - Tia phóng xạ có chất sóng điện từ có bước sóng cực ngắn (y 1022 keV Những hạt nhân dùng để ghi hình YHHN có lượng nhỏ 1022keV nên khơng xảy tượng Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Tương tác xảy theo hiệu ứng quang điện, compton hay hiệu ứng tạo cặp phụ thuộc vào nguyên tử số Z chất hấp thụ lượng tia gamma tia X (hình 1.9) Chẳng hạn với tia gamma lượng 0,01MeV vào mô mềm nước 95% xảy theo hiệu ứng quang điện, 5% theo hiệu ứng compton; lượng 0,15 MeV xảy theo hiệu ứng compton; lượng 100 MeV 84% theo hiệu ứng tạo cặp, 16% theo hiệu ứng compton 2.3 Độ nhạy cảm phóng xạ sinh vật Độ nhạy cảm sinh vật trái đất với mức độ tiến hóa khác khác Nhìn chung lồi tiến hóa cao, biệt hóa phức tạp độ nhạy cảm phóng xạ cao Để đánh giá độ nhạy cảm phóng xạ sinh vật, nhà sinh học phóng xạ đưa vào khái niệm liều bán tử vong (Lethally Dose) ký hiệu LD50/30 liều gây chết 50% động vật thí nghiệm 30 ngày theo dõi kể từ sau bị chiếu xạ Độ nhạy cảm phóng xạ sinh vật thể : Lồi có LD50/30 nhỏ độ nhạy cảm phóng xạ cao, ngược lại lồi có LD50/30 lớn độ nhạy cảm phóng xạ thấp Sau độ nhạy cảm phóng xạ số sinh vật, xếp theo thứ tự từ cao đến thấp : TT 10 Sinh vật Người Chó Heo Khỉ Chuột nhắt trắng Chuột cống trắng Thỏ Ếch, nhái, cá Rùa Rắn LD50/30 300R 300R 335R 500R 550R 600R 900R 103R 1500R 103 – 104R 10 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ 11 12 Côn trùng Virus 104R – 106R 106R Trong thể, tế bào mơ có độ nhạy cảm phóng xạ khác Sau độ nhạy cảm phóng xạ tế bào mô xếp theo thứ tự từ cao đến thấp: Bạch cầu lympho ; Hồng cầu non bạch cầu hạt ; Tủy bào ; Tế bào mơ tinh hồn, mơ ruột non, tế bào trứng, tế bào tuyến, tế bào phế nang, tế bào ống dẫn mật ; Tế bào mô liên kết ; Tế bào thận ; Tế bào xương ; Tế bào thần kinh ; Tế bào não ; 10 Tế bào [3] Tác dụng sinh học xạ 3.1 Cơ chế chung tác dụng tia phóng xạ lên thể sống Tác dụng tia phóng xạ lên thể sống phải trải qua giai đoạn sau : - Giai đoạn hóa lý :Giai đoạn có thời gian tồn ngắn, từ 10 -16đến 106 giây Trong giai đoạn phân tử sinh học chịu tác dụng trực tiếp tác dụng gián tiếp tia phóng xạ Thuyết tác dụng trực tiếp cho đối tượng bị chiếu xạ(có thể thể, mơ hay quan, tế bào, phân tử nghiên cứu) trực tiếp hấp thụ lượng tia dẫn đến tổn thương tử vong Thuyết tác dụng gián tiếp lại cho đối tượng bị chiếu xạ không trực tiếp hấp thụ lượng tia mà chúng tương tác với sản phẩm q trình phân ly phóng xạ nước nên dẫn đến tổn thương tử vong Đối với thí nghiệm invitro quan niệm dễ phân biệt với thí nghiệm invivo, nhà nghiên cứu lại qui ước: Khi bị chiếu xạ tác dụng trực tiếp phân tử hữu trực tiếp hấp thụ lượng tia bị tổn thương cấu trúc nên dẫn đến tổn thương chức Nếu tác dụng gián tiếp phân tử hữu không trực tiếp hấp thụ lượng tia mà tương tác với sản phẩm q trình phân ly phóng xạ nước bị tổn thương cấu trúc nên dẫn đến tổn thương chức Trong giai đoạn hóa lý sốphân tử sinh học quan trọng enzyme, nucleoprotein bị tổn thương, người ta gọi tổn thương hóa sinh -Giai đoạn sinh học: Giai đoạn thường kéo dài từ vài ngày đến hàng chục năm sau bị chiếu xạ Trong giai đoạn sinh học tổn thương hóa sinh khơng hồi phục kéo theo tổn thương chuyển hóa, dẫn đến tổn thương hình thái chức Có thể tóm tắt chế chung tác dụng tia phóng xạ lên thể sống theo sơ đồ sau: 11 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ 3.2 Tác dụng hóa học tia phóng xạ Trong thể sống, nước vừa môi trường vừa tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào Ở người, nước chiếm trung bình 65%, cá biệt có mơ nước chiếm 85% Do vậy, chiếu tia phóng xạ lên thể sống gây tượng ion hóa phân tử nước: H2O+hγ→H2O++ e-Các ion H2O + e-→H2O-H2O+→H++ Oho gốc tự H2O-→OH-+ HoH2O+ hγ→H2O++ e-→H2O*→Ho+OHo Gốc tự Ho có thời gian sống ngắn từ 10-6→10-5giây Trong thời gian tham gia vào phản ứng: Ho+ Ho→H2Ho+ OHo→H2O Khi có oxy hòa tan nước xảy phản ứng: Ho+ O2→o2HO+ →Ho2HOo2HO2O2Ho+ →Ho2HO2O2(hidro peroxit) Hidro peroxit độc tố tế bào Gốc tựdo Oho tham gia vào phản ứng - Phản ứng oxy hóa: Fe+++ OHo→Fe++++ OH- Phản ứng tách nguyên tử hidro khỏi phân tử hữu cơ: CH3 - CH2OH + OHo→CH3- CHOH + H2O - Phá vỡ liên kết đôi: CH2= CH + OHo→OH - CH2- CH OOCN CN Như vậy, tác dụng tia phóng xạ xảy q trình phân ly phóng xạ nước dẫn tới hình thành nên trung tâm hoạt động gốc tự do, chúng có khả tham gia vào phản ứng cao Ngồi ra, điều kiện có oxy dẫn tới hình thành nên H2O2 độc tố tế bào 3.3 Các hiệu ứng sinh học liên quan tới chiếu xạ - Hiệu ứng tích lũy :Tác dụng tích luỹ thể chỗ, chiếu liều nhỏ tổn thương lần chiếu sau lớn lần chiếu trước tổn thương cuối gần giống tổn thương chiếu liều tổng phân liều chiếu - Hiệu ứng nghịch lý lượng :Tia phóng xạ có khả gây nên hiệu ứng sinh học lớn lượng tổ chức hấp thu nhỏ Chẳng hạn động vật có vú với liều 10Gy(Gray) tương ứng 0,002cal/g tổ chức gây tử vong - Hiệu ứng pha loãng : Hiệu ứng pha loãng Khi chiếu xạ liều lượng xác định lên dung dịch enzyme thể hiện: Nếu tia phóng xạ tác dụng theo chế trực tiếp với 12 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ quan niệm hạt (hay photon) "bắn trúng"một phân tử enzyme làm cho bị hoạt tính số phân tử enzyme bị hoạt tính có liên quan tới nồng độ enzyme lúc ban đầu Nếu nồng độ lỗng số phân tử enzyme bị hoạt tính nồng độ cao số phân tử enzyme bị hoạt tính nhiều Nếu tia phóng xạ tác dụng theo chế gián tiếp số phân tử enzyme bị hoạt tính liên quan tới số lượng gốc tự hình thành dung dịch mà khơng liên quan tới nồng độ enzyme (trừ trường hợp nồng độ enzyme loãng cao) Các nhà sinh học phóng xạ chiếu xạ vi khuẩn E.Coli trạng thái bình thường có nước (đặc trưng cho chế tác dụng gián tiếp) trạng thái khô (đặc trưng cho chế tác dụng trực tiếp), kết thu sau: Bảng 9.2: Số phân tử sinh học tế bào E.Coli bị phá hủy chiếu xạ Phân tử No N1 N2 N1+N2 sinh học 2,1.104 ADN 48 14 62 4,2.104 ARN 96 28 124 4,7.106 Protein 230 370 600 4,1.107 Lipit 182 43 225 No: Số phân tử tế bào N1: Số phân tử bị phá hủy theo chế gián tiếp N2: Số phân tử bị phá hủy theo chế trực tiếp Với kết chế tác dụng gián tiếp chiếm ưu so với chế tác dụng trực tiếp (tỷ lệ tác dụng gián tiếp: tác dụng trực tiếp) - Hiệu ứng ôxy :Khi nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố bên đến hiệu tác dụng xạ ion hoá người ta nhận thấy thay đổi nồng độ ơxy mơi trường chiếu có ảnh hưởng lớn đến phát triển tổn thương Hiện tượng giảm tăng mức độ tổn thương đối tượng sống thay đổi nồng độ ôxy môi trường chiếu thời gian chiếu gọi hiệu ứng ôxy.Liều khơng có ơxy Chỉ số hiệu ứng ơxy = Liều có ơxy (gây tổn thương nhau)Có nhiều chất gây thiếu ôxy tổ chức adrenalin, noradrenalin, mexamin gây co mạch máu, natri nitrit ngăn cản vận chuyển ôxy cách tạo MetHb máu Hiệu ứng ôxy xảy giới hạn thay đổi định nồng độ ôxy Qua thực nghiệm người ta xác định nồng độ ôxy môi trường chiếu xạ lên 40% tổn thương khơng tăng lên nữa.Có thể mơi trường nước, ơxy kết hợp với gốc H (có tính khử) thành GTD HO2 (có tính ơxy hố) Vì có oxy, tất sản phẩm phân ly phóng xạ nước HO , OH., H2O2 có tác dụng ơxy hố Độ lớn hiệu ứng ôxy không phụ thuộc vào nồng độ ôxy mà phụ thuộc vào nồng độ chất tương quan nồng độ chất liều chiếu Đối với liều cao, hiệu ứng ơxy khơng có giá trị đáng kể mật độ GTD OH lớn so với nồng độ chất Khi nồng độ chất khơng đủ lớn, bị ơxy hố hồn tồn nồng độ Chính hiệu ứng ơxy xảy giới hạn thay đổi nồng độ ôxy định Hiệu ứng ôxy xuất chiếu chất (protein, acid nucleic) trạng thái khô, tức điều kiện tác dụng trực tiếp - Hiệu ứng ôxy hệ trực tiếp việc tạo GTD peroxit hữu cơ: 13 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ R-+ O2 → O2 Q trình peroxit hố lipid tham gia điều hồ hoạt động enzym liên kết với màng tế bào lưới nội bào Khi chiếu xạ, trình xảy mạnh kéo dài, màng tế bào xuất lipoperoxit, đường ưa nước, qua màng làm thay đổi tính thấm màng Đây nguyên nhân nhiều bệnh lý khác Sự peroxit hoá lipid mức bẻ gãy chuỗi hydrocacbon, làm phospholipit màng, huỷ hoại cấu trúc chức màng thông qua việc làm thay đổi đặc tính lý, hố màng Như vậy, vai trò ơxy tổn thương phóng xạ liên quan chặt chẽ với tạo thành GTD hydro peroxit gốc peroxit hữu chiếu xạ - Hiệu ứng bảo vệ phóng xạ : Có số chất đưa vào thể trước chiếu xạ, làm tăng khả kháng xạ nói riêng sức đề kháng nói chung thể, giảm tác dụng có hại xạ ion hoá gọi chung chất bảo vệ phóng xạ (BVPX) Xu hướng nghiên cứu năm gần tìm chất có hiệu lực cao, mặt tìm thêm thuốc BVPX mới, mặt khác phải sử dụng thuốc tốt có phối hợp với chất khác để tăng hiệu lực, giảm độc tính Hướng thứ hai nghiên cứu thuốc có khả điều biến đáp ứng sinh học có tác dụng giúp thể tăng cường sức đề kháng, chống lại bệnh tật 3.4 Các thuyết giải thích chế tổn thương tác dụng phóng xạ - Thuyết ‘bia’ : Do Desauer (1922), Crouser (1924) Lee (1935) đưa Trên sở thí nghiệm chiếu xạ dung dịch enzym, dung dịch tế bào Khi có thay đổi 14 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ độ loãng hay đặc dung dịch enzym, dung dich tế bào liều chiếu xạ từ thấp đến cao Khi tỷ lệ % sống sót khác Tác giả cho tử vong tế bào hay hoạt tính enzym xảy chiếu xạ va chạm lần hạt tia phóng xạ với ‘bia’ tế bào hay phân tử enzym Theo tác giả ‘bia’ nhân tế bào hay trung tâm hoạt động phân tử enzym Thuyết ‘bia’ giải thích chế tác dụng trực tiếp tia phóng xạ lên dung dịch enzym, dung dịch protein, dung dịch ADN… khơng giải thích hiệu ứng oxy - Thuyết độc tố :Dựa sở động vật bị nhiễm hóa chất độc hại tử vong nên nhà sinh học phóng xạ cho bị chiếu xạ, thể tạo thành chất độc độc tố nguyên nhân dẫn tới tử vong Qua thực chứng minh độc tố peroxit, khơng phải tác nhân mà sản phẩm trình phân ly phóng xạ nước, tạo thành giai đoạn cuối q trình tổn thương phóng xạ - Thuyết giải phóng enzym :Trên sở thí nghiệm hoạt tính enzym tế bào sau bị chiếu xạ tăng lên rõ rệt nên Bacq Alecxander (1952) đưa thuyết giải phóng enzym Khi tế bào bị chiếu xạ tổn thương trước tiên màng tế bào, màng nhân bào quan Cấu trúc màng bị tổn thương, dẫn đến tăng tính thấm, enzym gắn màng màng bao bọc giải phóng mức bình thường gây rối loạn q trình hố sinh phân huỷ tế bào[2] - Thuyết phản ứng dây chuyền :Dựa vào thực nghiệm loại mỡ kỹ thuật xảy phản ứng dây chuyền nên Taruxop (1952) đưa thuyết phản ứng dây chuyền Taruxop cho : Tế bào trạng thái bình thường có hệ thống chống oxy hóa nên thành phần lipit tế bào khơng bị oxy hóa theo phản ứng dây chuyền mà oxy hóa có kiểm sốt Khi bị chiếu xạ, hệ thống enzym chống oxy hóa bị phá hủy nên xảy phản ứng dây chuyền : RH + hƴ R0 + H0 R0 + O2 RO2 RO2 + RH ROOH + R0 ROOH RO + OH0 R0, H0, OH0 trung tâm phản ứng dây chuyền với độc tố RO2 giết chết tế bào - Thuyết cấu trúc chuyển hóa : Trên sở vi cấu trúc trình trao đổi chất tế bào có mối liên hệ mật thiết với mà Cudin đưa thuyết cấu trúc chuyển hóa (1972) Thuyết cho tia phóng xạ tác động lên vi cấu trúc lẫn trình trao đổi chất tế bào dẫn đến hiệu ứng gây tổn thương giết chết tế bào Cudin đặc biệt nhấn mạnh biến đổi tính thấm màng nhân, đóng vai trò quan trọng q trình bị tổn thương tia phóng xạ gây Song thực tế kiểm định màng nhân cấu trúc bị tổn thương phóng xạ Tổn thương xạ ion hóa lên thể sống 4.1 Tác dụng tia phóng xạ lên phân tử sinh học Trong tế bào sống có phân tử vơ hữu quan trọng cao phân tử sinh học ADN, Protein, lipit, gluxit… Tổn thương phân tử sinh học dẫn đến tổn thương mức độ tế bào, mô, thể Các phân tử hữu nhận lượng tia phóng xạ cách trực tiếp gián tiếp Biểu chung 15 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ - Gây tượng đứt mạch dẫn tới làm giảm trọng lượng phân tử khâu mạch làm tăng trọng lượng phân tử - Làm thay đổi tính hóa lý dung dịch bị chiếu xạ thay đổi độ nhớt, thay đổi hệ số lắng, thay đổi đẳng điện - Gây tổn thương cấu trúc phá hủy cấu trúc phân tử - Làm thay đổi phá hủy chức sinh học phân tử Đối với ADN tác dụng tia phóng xạ thay đổi cấu trúc bậc 1, 2, ảnh hưởng đến tính chất di truyền phân tử Đối với Protein, bị chiếu xạ thường dẫn tới tượng - Phá vỡ liên kết peptid mạch phá hủy cầu disunfit, dẫn tới làm giảm trọng lượng phân tử - Xảy tượng khâu mạch dính kết giửa phân tử protein với làm cho độ nhớt dung dịch protein tăng lên - Phá hủy cấu trúc phân tử dẫn tới làm chức sinh học enzym hoạt tính xúc tác Trong nghiên cứu nhà khoa học rút quy luật logarit tỉ số sống sót (hoặc hoạt tính sinh học) tỷ lệ nghịch với liều chiếu xạ theo công thức lnN/N0=-k.D Hoặc viết N=N0.e-kD N0 : số phân tử ban đầu N : số phân tử hoạt tính D : Liều chiếu xạ k : số Khi liều chiếu xạ cao số phân tử hoạt tính giảm Để đánh giá khả phá hủy phân tử tia phóng xạ nghiên cứu người ta tính số G (gọi hiệu suất hóa phóng xạ) Đó số phân tử chất nghiên cứu bị phá hủy hấp thụ lượng 100eV trình bị chiếu xạ Khi bị chiếu xạ, số phân tử bị phá hủy chiếm phần nhỏ tổng số phân tử có tế bào đủ gây đột biết di truyền làm tổn thương hình thái chức năng, nặng giết chết tế bào 4.2 Tác dụng tia phóng xạ lên q trình phân bào Chu kỳ sống tế bào gồm giai đoạn phát triển - Giai đoạn ký hiệu pha G1 : Khi tế bào hình thành sau trình phân bào Ở pha tế bào thực sinh tổng hợp protein tích lũy chất cần thiết cho tổng hợp ADN pha sau đồng thời tế bào tăng thể tích Pha kéo dài nhất, có chiếm gần nửa chu kỳ sống tế bào - Giai đoạn gọi pha S : giai đoạn tổng hợp ADN pha hàm lượng ADN nhân tế bào tăng lên gấp đôi - Giai đoạn thứ ba gọi pha G2 : pha hậu tổng hợp, Tế bào chủ yếu tổng hợp chất chuẩn bị cho trình phân bào - Giai đoạn thứ tư : Ký hiệu pha M xảy trình phân bào Từ kết nghiên cứu Bergone Tribondeau rút định luật, gọi định luật phóng xạ : ‘Độ nhạy cảm tế bào trước tia xạ tỷ lệ thuận với khả sinh sản tỷ lệ nghịch với mức độ biệt hóa tế bào’ Trường hợp ngoại lệ tế bào lympho biệt hóa hồn tồn lại có độ nhạy cảm cao Khi chiếu xạ liều thấp, tế bào chưa bước vào pha phân bào bị ngừng hẳn q trình phân bào tế bào bước vào pha phân chia phân bào 16 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ bị chậm lại ngừng hẳn trình phân bào Nếu tế bào pha S tức ADN nhân đôi, tế bào tiếp tục phân chia phát triển dẫn tới tượng đa bội thể Đa số tế bào động vật thực vật có liều ức chế tạm thời trình phân bào 50R Đặc biệt trứng số động vật không xương sống biể trứng cầu gai, liều ức chế phân bào 104R Vai trò nhân hoạt động sống tế bào, thực chất vai trò phân tử ADN-phân tử lưu giữ thông tin di truyền tế bào Do vậy, chiếu xạ, tổn thương nhân ảnh hưởng nghiêm trọng tới hoạt động sống tế bào 4.3 Tác dụng tia xạ lên thể sống Phụ thuộc vào vị trí cường độ trao đổi chất lớn độ mẫn cảm phóng xạ cao Các thể nấc thang tiến hóa cao có độ mẫn cảm phóng xạ cao Những ngun tắc an tồn phóng xạ Chúng ta thấy rõ tác dụng to lớn xạ ion hóa lên tổ chức sinh học Vì để ngăn ngừa hạn chế tác hại tia phóng xạ lên thể người môi trường sống, phải thực nhữn cơng việc để đảm bảo an tồn sử dụng tiếp xúc với nguồn phóng xạ 5.1 Những nguồn chiếu xạ ảnh hưởng đến người Cơ thể người bị chiếu xạ từ bên ngồi Đó tia có khả đâm xuyên lớn tia X, tia gamma, chùm hạt nơ tron, chùm hạt bêta cứng, … Các đồng vị phóng xạ nhiều cách khác lọt vào bên thể tạo nguồn chiếu xạ từ bên thể Các nguồn chiếu xạ bắt nguồn từ nguồn phóng xạ tự nhiên nguồn xạ nhân tạo Nguồn phóng xạ tự nhiên bao gồm tia vũ trụ,các xạ ion hóa phát từ đồng vị phóng xạ có sẵn tự nhiên ⁴⁰K, ³H, ¹⁴C tia đồng vị ba dòng họ phóng xạ tự nhiên dòng Uran-Radi, dòng Thori dòng Actini Người ta tính tốn từ nguồn phóng xạ tự nhiên liều chiếu tủy xương người khoảng 122 mr/năm liều chiếu quan sinh dục 125 mr/năm Nguồn phát xạ nhân tạo xạ ion hóa phát từ nguồn phát tia X dùng y tế công nghiệp, từ ô nhiễm môi trường người sử dụng nguồn phóng xạ hở ¹³¹I, ⁶⁰Co v.v từ cặn bã vụ nổ hạt nhân thí nghiệm ¹³⁷Cs, ⁹⁰ Sr,⁸⁹ Sr v.v… Liều lượng gây nguồn phóng xạ nhân tạo khác nhau, tùy thuộc nơi, người với ngành nghề công việc khác 5.2 Liều tối đa cho phép: Mới đầu, sử dụng tia phóng xạ người ta chưa có đủ hiểu biết để giử gìn an tồn phóng xạ Do xảy tai biến chết người, bệnh nghề nghiệp o xạ v.v Tuy nhiên tạo mơi trường tuyệt đối khơng có xạ ion hóa chiếu vào người thực tế Vả lại người ta hiểu người từ phát sinh tồn đến luôn phải chịu tác dụng liều chiếu phóng xạ định lúc nơi Tuy loài người tồn phát triển thể lực trí tuệ, số lượng hình hài Vì người ta tin tồn liều ngưỡng mà khơng phát thấy tác hại Đó liều tối đa cho phép tức liều tối đa chấp nhận Việc xác nhận giá trị liều xảy dài trước năm 1928, người ta chưa có khái niệm rõ rệt liều lượng chiếu xạ Năm 1954 Ủy ban quốc tế an toàn phóng xạ ICRP (International Committee of 17 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Radiation Protection) xác định liều tối đa cho phép 0.2r/ngày sau giảm xuống 0.1r/ngày Nhờ nghiên cứu thực nghiệm nên từ năm 1950 xác định lại liều 0.3r/tuần Năm 1956 sở lo lắng tác dụng di truyền, người ta quy định mức thấp 0.1 rem/tuần tức 5rem/năm Ngày người ta khơng quan niệm cứng nhắc mà xuất phát từ nguyên tắc cố gắng giảm liều chiếu xuống thấp tốt, thừa nhận lần chiếu đến 25 rem khơng có tác hại đáng lo ngại 5.3 Các biện pháp chủ yếu để đảm bảo an toàn phải làm việc với nguồn xạ Tăng cường trang thiết bị kỷ thuật biện pháp để giảm nguồn xạ sử dụng, giảm liều hấp thụ, tăng khoảng cách nguồn xạ người, giảm thời gian tiếp xúc, che chắn nguồn xạ, v.v Áp dụng biện pháp hữu hiệu để ngăn ngừa thâm nhập nguồn phóng xạ hở dính vào quần áo , đồ dùng, thể lọt vào bên thể Áp dụng biện pháp để đề phòng nhiễm mơi trường nguồn xạ Kiểm tra định kỳ nguồn xạ, môi trường nơi làm việc Đo liều hấp thụ cá nhân thường xuyên định kỳ Theo dõi kiểm tra sức khỏe định kỳ Tổ chức làm việc hợp lý để giảm thiểu, giảm số người ngăn ngừa tai nạn gặp phát sớm rủi ro cơng việc 18 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ III KẾT LUẬN Dựa vào tài liệu sách giáo khoa tài liệu mạng internet chọn lọc nội dung với mong mn tìm hiểu rõ "Tác dụng sinh học tia phóng xạ" đưa số kết luận sau: - Nguồn tia phóng xạ chia làm loại: Tia phóng xạ có chất sóng điện từ Tia phóng xạ có chất hạt - Tương tác xạ ion hóa vật chất Tia phóng xạ có chất sóng điện từ, tùy theo mức lượng mà chia làm hiệu ứng là: Hiệu ứng quang điện, Hiệu ứng compoton, Hiệu ứng tạo cặp - Tia phóng xạ có chất hạt: chất tương tác hạt electron-electron, electron-proton, tương tác hạt nặng với vật chất - Độ nhạy cảm sinh vật với tia phóng xạ: Những lồi tiến hóa cao, biệt hóa phức tạp độ nhạy cảm phóng xạ cao - Tác dụng sinh học xạ: + Cơ chế: Chia làm giai đoạn: Hóa lý Sinh học Hóa lý: Giai đoạn có thời gian tồn ngắn, giai đoạn hóa lý số phân tử sinh học quan trọng enzyme, nucleoprotein bị tổn thương Sinh học: Giai đoạn thường kéo dài từ vài ngày đến hàng chục năm sau bị chiếu xạ, Trong giai đoạn sinh học tổn thương hóa sinh khơng hồi phục kéo theo tổn thương chuyển hóa, dẫn đến tổn thương hình thái chức + Tác dụng hóa học: Liên quan có mặt nước oxy đến mức độ ảnh hưởng tia phóng xạ đến vật chất + Các hiệu ứng sinh học liên quan đến chiếu xạ: + Các thuyết giải thích chế tổn thương: - Tác dụng tia phóng xạ lên phân tử sinh học: ADN, Protein, lipit, gluxit… Tổn thương phân tử sinh học dẫn đến tổn thương mức độ tế bào, mô, thể - Tác dụng tia phóng xạ lên phân bào: Ảnh hưởng đến trình di truyền 19 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ - Các nguyên tắc để đảm bảo an tồn phóng xạ: Xác định nguồn chiếu xạ ảnh hưởng đến sức khỏe người, liều tối đa, biện pháp đảm bảo an tồn làm việc với phóng xạ 20 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình Lý sinh NXB Đại học huế [2] http://www.benhvien103.vn/vietnamese/bai-giang-chuyen-nganh/y-hoc-hatnhan/tac-dung-sinh-hoc-cua-buc-xa-ion-hoa/795/ [3] http://123doc.org/document/2015489-ly-sinh-hoc-phan-1-pps.htm 21 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Câu hỏi nhóm chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Câu hỏi: Thế xạ ion hóa vật chất? Có loại chế? Giải thích chế vật lý Trả lời: Bức xạ ion hố xạ dạng sóng điện từ ( foton ᵞ, tia X) xạ hạt vi mơ điện tích (e-,α, proton, nơtron ) mang lượng vào vật chất truyền lượng Có hai loại chế là: kích thích ion hố ngun, phân tử Kích thích trình nguyên tử phân tử hấp thụ lượng, chuyển trạng thái lượng không bền vững (trạng thái kích thích) mà khơng có điện tử bị bứt khỏi nguyên phân tử Nguyên tử phân tử kích thích dễ dàng nhanh chóng phát xạ lượng hấp thụ dạng photon, xạ nhiệt phản ứng hoá học để trở trạng thái ban đầu Ion hoá trình làm bật điện tử quỹ đạo nguyên tử phân tử, tạo cặp ion: ion âm (hoặc điện tử) ion dương (phần lại nguyên tử phân tử) Năng lượng trung bình để tạo cặp ion khơng khí 30 ± 5eV, chất bán dẫn(một chiều) khoảng 3eV Câu 2: Hãy nêu chế tác dụng sinh học xạ ion hoá? Cơ chế diễn thường xuyên ảnh hưởng đến tế bào nhiều hơn? Vì sao? Trả lời: a, Các chế: - Cơ chế trực tiếp: Năng lượng xạ truyền trực tiếp cho phân tử sinh học mà chủ yếu đại phân tử hưũ cơ, gây nên tổn thương cấu trúc, chức tạo tiền đề cho tổn thương Sự biến đổi cấu trúc đại phân tử sinh học ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng hoá sinh Các phản ứng hoá học xảy phân tử bị tổn thương bị kích thích tạo phân tử lạ tổ chức sinh học, đa số chất độc có hại Các hiệu ứng nồng độ, tác dụng nhiệt độ, chế tác dụng số chất bảo vệ chứng minh cho quan điểm tác dụng trực tiếp - Cơ chế gián tiếp: Khi chiếu xạ vào phân tử nước bao quanh ADN tạo GTD, OH thường gây sai lệch cấu trúc phân tử sinh học phá hủy màng tế bào 22 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Gốc tự làm sai lệch cấu trúc rối loạn thông tin phân tử sinh học, vật chất di truyền tế bào GTD nguyên nhân trình bệnh lý, ung thư, lão hố chết theo chương trình b, Cơ chế gián tiếp diễn thường xuyên ảnh hưởng đến tế bào nhiều Giải thích: Cơ chế trực tiếp ảnh hưởng: làm tổn thương cấu trúc chức điều khiển tế bào, tác dụng lên lipid làm tổn thương màng tế bào, giảm dẫn truyền xung động thần kinh, giảm tính thấm, ảnh hưởng màng mitochondrie làm giảm tổng hợp ATP, ảnh hưởng màng lysosom làm giải phóng enzym phân huỷ protein nội bào Còn chế gián tiếp: ảnh hưởng đến tế bào thông qua GTD mà GTD tạo chiếu xạ vào phân tử nước bao quanh AND.Như biết vai trò nước tế bào nói chung thể nói riêng quan trọng Gốc tự thường công vào axid béo không no, nối đôi nơi giàu điện tử mà chúng muốn chiếm lấy Màng sinh học chứa nhiều acid béo chưa no nơi bị GTD công tạo phản ứng dây chuyền làm tan rã cấu trúc màng Nếu không bị ngăn chặn, màng tế bào bị cơng phá huỷ Ngồi protein màng với vai trò receptor, kháng thể hay enzym vận chuyển chất qua màng nhạy cảm với GTD Các GTD gây tổn hại màng tế bào, rối loạn cân nội môi, phá huỷ cấu trúc màng, peroxyt hoá lipit màng lan truyền, biến đổi protein màng, thay đổi tính thấm, tính đàn hồi, khả trao đổi chất màng TB Bơm Na+-K+-ATPaza bị tổn thương HO2’ dẫn đến phù tế bào Rối loạn định nội môi Ca++ làm rối loạn trao đổi ion qua màng, dẫn đến giảm ATP GTD phá huỷ tế bào cách công vào ADN lysosom làm enzym từ lysosom giải phóng tiêu huỷ tế bào hay phá huỷ tế bào cách kết hợp protein với trình gọi liên kết chéo, làm phân tử đơng vón lại với khơng đảm nhận chức sinh lý bình thường Những tác động trường diễn GTD lên hệ thống miễn dịch dẫn tới hậu diện rộng: GTD bắt đầu huỷ hoại màng tế bào, chất q trình viêm prostaglandin giải phóng, chất áp chế hệ miễn dịch, giảm đề kháng với nhiễm trùng với bệnh viêm thoái hoá, bệnh tự miễn ung thư Trong bảo vệ thể, bạch cầu bị chết giải phóng hàng loạt GTD 23 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Gốc tự làm suy giảm, sai lệch hệ thống miễn dịch Sức đề kháng thể ngày giảm Câu 3: Tác hại xạ ion hóa lên thể sống ? Trả lời: Tổn thương phóng xạ mức độ phân tử: Làm biến tính mặt hình thái sinh lý: + Đối với ARN thường bị đứt đoạn ngắn sau có nối lại mạch bị đứt khơng hồn tồn trật tự cũ bị phá vỡ làm hoạt tính chức hoạt động sai lệch + Đối ADN : - Tổn thương base gốc đường - Gãy mạch nối đơn cấu trúc ADN - Phá hủy cấu trúc không gian phân tử ADN 2.Tác dụng lên amino acid protein: - Phóng xạ gây tổn thương vùng amino acid tạo biến tính sinh học Do protein có amino acid nên chiếu xạ gây tổn thương Tác dụng lên tế bào: - Tổn thương nhân tế bào nguyên nhân tổng hợp sản phẩm cần thiết như:ADN, Protein, - Thương tổn nguyên sinh chất: - Thương tổn màng tế bào - Thương tổn lên trình phân bào: + Chu kỳ tế bào: gồm nhiều pha bao gồm pha G1, pha S, pha G2 pha M, chuỗi tượng diễn kỳ phân bào + Loại tế bào: thể, tế bào có độ nhạy cảm phóng xạ khác Tác dụng lên mô thể: - Phụ thuộc vào vị trí cường độ trao đổi chất lớn độ mẫn cảm phóng xạ cao - thể nấc thang tiến hóa cao có độ mẫn cảm phóng xạ cao 24 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 Chủ đề 10: Tác dụng sinh học xạ Câu Nêu ứng dụng phóng xạ y học? Nêu ngun tắc an tồn phóng xạ? 1, Ứng dụng phóng xạ y học: - Chẩn đoán điều trị bệnh tuyến giáp - Chụp X –Quang ,chụp xạ hình cắt lớp ( máy PET ) 2, Ngun tắc an tồn phóng xạ: - Nguồn xạ phải kín - Bảo vệ rút ngắn thời gian tiếp xúc - Bảo vệ tăng khoảng cách với nguồn xạ - Bảo vệ cách che chắn (áo giáp kính chì, ) - Thường xun kiểm tra nhiễm phóng xạ, đo nhiễm xạ thể - Xử lý chất thải phóng xạ 25 Nhóm 10 Lớp YĐK&YHDP 4.1 ... điện tử tới bật hẳn tạo thành cặp ion, bị chuyển lên trạng thái kích thích Những điện tử bị bật ra, có đủ lượng để tiếp tục ion hoá nguyên tử khác gọi xạ delta (delta ray) Người ta tính đoạn đường... NXB Đại học huế [2] http://www.benhvien103.vn/vietnamese/bai-giang-chuyen-nganh/y-hoc-hatnhan/tac-dung-sinh-hoc-cua -buc- xa- ion- hoa/ 795/ [3] http://123doc.org/document/2015489-ly-sinh-hoc-phan-1-pps.htm... thái ban đầu Ion hố q trình làm bật điện tử quỹ đạo nguyên tử phân tử, tạo cặp ion: ion âm (hoặc điện tử) ion dương (phần lại nguyên tử phân tử) Năng lượng trung bình để tạo cặp ion khơng khí