МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИОФИЗИКИ
Одобрено на заседании кафедры биофизики Зав. кафедрой биофизики В.А. Кратасюк ______________ «___»________________2002 г.
Программа составлена в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по специальности «Физика»
УДК 577.3.001.57 Автор-составитель: З.Г. Холостова
РАДИАЦИОННАЯ БИОФИЗИКА Рабочая программа дисциплины
Радиационная биофизика: Рабоч. программа дисциплины. Красноярск: РИО КрасГУ, 2002. - 7 с. (экспресс-издание). Предназначена для специальности 010400 «Физика» специализаций 010415 «Биофизика» и 010432 «Физическая экология» очной формы обучения
для специальности 010400 «Физика» специализаций 010415 «Биофизика» и 010432 «Физическая экология» очной формы обучения
КрасГУ, 2002
Красноярск 2002
2
I. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Цель курса: обучение фундаментальным основам взаимодействия ионизирующих излучений с биологическими объектами, включая механизмы протекания пострадиационного периода. Задачи курса: дать необходимый объем знаний в области радиационной биофизики и радиобиологии, предназначенный для осуществления анализа и прогноза последствий радиационного облучения Место курса в системе естественнонаучного специального образования: радиационная биофизика является специальным разделом общего курса биофизики и служит методической основой таких спецдисциплин, как радиодозиметрия, радиоэкология и др. Требования к уровню освоения содержания курса: дипломированный специалист в области биофизики и физической экологии должен знать: все виды ионизирующих излучений и механизмы их взаимодействия с веществом и биологическими объектами; дозиметрические методы и соответствующую аппаратуру II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА Тема 1. Предмет радиационной биофизики. Особенности и специфичность, радиобиологический парадокс. Связь с другими областями знаний, фундаментальная задача радиобиологии, современные направления. Тема 2. Первичные процессы поглощения энергии ионизирующих излучений: - непосредственно и косвенно ионизирующие частицы; - взаимодействие ионизирующего излучения с веществом: а) рентгеновское и гамма-излучение (общая характеристика излучений, фотоэффект, комптоновский эффект, эффект образования пар); б) нейтронное излучение (упругое и неупругое рассеяние, радиационный захват нейтронов ядром ); в) поглощение энергии ускоренных заряженных частиц. Тема 3. Единицы дозы излучения и радиактивности: - экспозиционная доза. Определение рентгена, мощность дозы, линейные потери энергии - ЛПЭ, единицы радиоактивности, гаммапостоянная; - поглощенная доза, определение рад, грэй, керма; - эквивалентная доза, определение зиверта; - коллективная доза; 3
- относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучения, единица измерения - биологический эквивалент рентгена (бэр). Тема 4. Основные сведения по дозиметрии. Методы дозиметрии ионизирующих излучений: - метод ионизационной камеры; - калориметрический метод; - сцинтилляционный метод; - химические методы; - дозиметрия электронов, альфа-частиц, нейтронов. Зависимость биологического эффекта от поглощенной дозы излучения. Тема 5. Кривые "доза-эффект", их анализ. Гипотеза "точечного нагрева" Дессауэра. Принцип попадания и концепция мишени. Физический принцип теории, случай "одноударного процесса", особенности "многоударного механизма инактивации". Ограничения применения теории попадания и концепции мишени. Тема 5. Инактивация макромолекул прямым действием ионизирующего излучения: - прямое действие излучения на ферменты, нуклеиновые кислоты, рибосомы; - три стадии прямого действия излучения, судьба электронов, испущенных молекулой; - миграция энергии излучения в биологических структурах; - модифицирующие агенты при поражении макромолекул. Тема 6. Инактивация макромолекул в водных растворах. Непрямое действие ионизирующего излучения: - зависимость "доза - эффект" при облучении водных растворов; - радиационно-химический выход; - радиационно-химические превращения молекул воды; - реакции растворенных органических молекул с продуктами радиолиза воды (отрыв атома водорода, реакции диссоциации, реакции присоединения); реакции радикалов органических молекул, ведущие к образованию стабильных продуктов (димеризация и присоединение, диспропорционирование, реакция гидролиза, присоединение кислорода, перенос водорода); - зависимость радиочувствительности макромолекул от концентрации их в растворах; - модификация лучевого поражения растворенных молекул; - характер инактивации макромолекул в водных растворах и тип структурного повреждения. Тема 8. Действие ионизирующего излучения на клетку: 4
-
реакция делящихся, неделящихся или медленно делящихся клеток на облучение; - количественные характеристики гибели клеток; - физико-химические процессы в облученной клетке; - модификация лучевого поражения клеток (репродуктивная гибель, интерфазная гибель); - восстановление клеток от лучевого поражения. Тема 9. Действие ионизирующей радиации на целостный организм: - сравнительная клеточная и видовая радиочувствительность (зависимость от филогенеза, возраста, диеты, сезона, репарационной системы и т.д.); - действие излучения на млекопитающих, острая лучевая болезнь (фазы формирования острой лучевой болезни), пострадиационное восстановление у млекопитающих, хроническая лучевая болезнь, действие малых доз ионизирующих излучений. Изменения в органах и тканях облученных животных. Критические органы и системы. Изменения некоторых стабильных органов и тканей. Тема 10. Опосредованное действие ионизирующих излучений: - радиотоксины, их природа и роль в лучевом поражении (схема по Свердлову); - первичные и вторичные радиотоксины. Формирование лучевого токсического эффекта (схема Кудряшова); - перекисное окисление липидов как "пусковой" химический процесс опосредованного поражения.
2. Капульцевич Ю.Г. Количественные закономерности лучевого поражения клеток. - М.: Атомиздат, 1978. - 190 с. 3. Кудряшов Ю.Б., Беренфельд Б.С. Основы радиационной биофизики. - М.: Изд-во МГУ, 1982. - 304 с. 4. Кузин А.М. Структурно-метаболическая гипотеза в радиобиологии. - М.: Наука, 1970. - 175 с. 5. Кухлинг Х. Справочник по физике. - М.: Мир, 1985. - 519 с. 6. Максимов М.Т., Оджагов Г.О. Радиоактивные загрязнения и их измерение. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 304 с. 7. Радиация. Дозы, эффекты, риск. - М.: Мир, 1988. - 79 с. 8. Руководство по радиационной гематологии. - М.: Медицина, 1974. - 328 с. 9. Свердлов А.Г. Опосредованное действие ионизирующих излучений. - М.: Атомиздат, 1968. - 271 с. 10. Тарусов Б.Н. Первичные процессы лучевого поражения. - М.: Атомиздат, 1962. - 210 с. 11. Тимофеев-Ресовский Н.В., Иванов В.И., Корогодин В.И. Применение принципа попадания в радиобиологии. - М.: Атомиздат, 1968. - 265 с. 12. Ядерная энциклопедия / Под редакцией А.А. Ярошинской. - М.: Благотвор. фонд Ярошинской, 1996. - 656 с. 13. Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных. - М.: Высш. шк., 1977. - 368 с.
Тема 11. Модификация радиочувствительности организма: - усиление поражающего действия радиации. Радиомиметики; - химическая защита организма от лучевого поражения, радиопротекторы, обратный кислородный эффект; - гипотеза "биохимического шока"; - сульфгидрильная гипотеза; - гипотеза эндогенного фона радиорезистентности. IV.ФОРМЫ КОНТРОЛЯ Контрольные работы проводятся по каждой теме. Итоговый контроль для специализации «Биофизика» - зачет, для специализации «Физическая экология» - экзамен. V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА Список литературы 1. Бонд В., Флиндер Т., Аршамбо Д. Радиационная гибель млекопитающих. М.: Атомиздат, 1971. - 320 с. 5
6
Радиационная биофизика Составитель: Зоя Гавриловна Холостова
Редактор И.А. Вейсик
Корректура автора
Подписано в печать 19.11.2002 Тиражируется на электронных носителях Заказ 175 Дата выхода 26.11.2002 Адрес в Internet: www.lan.krasu.ru/studies/editions.asp Отдел информационных ресурсов управления информатизации КрасГУ 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, ауд. 22-05, e-mail:
[email protected] Издательский центр Красноярского государственного университета 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail:
[email protected]
7
