معلومة

ما هي العمليات البيولوجية لتناول الجسيمات المشعة؟

ما هي العمليات البيولوجية لتناول الجسيمات المشعة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

باعتباري شخصًا لديه فهم أساسي / تعليم أساسي في الفيزياء وكيفية عمل الإشعاع ، هناك شيء يحيرني وأود أن ألقي بعض الضوء عليه (لقد نشرت حول هذا سابقًا ، لكن المناقشة تحولت إلى خطر الإشعاع في الشمال أمريكا من حادثة فوكوشيما ، بدلاً من العمليات البيولوجية لابتلاع الجسيمات المشعة).

مع إشعاع الخلفية ، وحتى المستويات العالية نسبيًا من الإشعاع المحيط ، أدرك أن الخطر غير موجود إلى أدنى حد ممكن. ومع ذلك ، يبدو أن الناس والمسؤولين يقولون مؤخرًا أن الطعام بالقرب من فوكوشيما وحتى في فوكوشيما آمن تمامًا للأكل.

في حالة الإشعاع المحيط ، فإن الجلوس بجوار شيء يقرأ 3000 ميكرو سيفرت / ساعة يختلف تمامًا عن تناول الطعام الذي يصدر أيضًا إشعاعًا يبلغ 3000 ميكرو سيفرت / ساعة. في الحالة السابقة ، بمجرد أن تغادر ، يتوقف التعريض الضوئي. في الحالة الأخيرة ، ينبعث الإشعاع باستمرار داخل جسمك.

والأكثر من ذلك ، أن كمية الإشعاع لا يمتصها الجسم بالتساوي ، ولكنها عادة ما تكون مركزة جدًا في منطقة معينة من الجسم ، حيث تتراكم الجسيمات في مكان ما وتتراكم بيولوجيًا في بعض الأحيان. من وجهة نظري ، فإن التعرض للخلايا المحيطة يكون أكثر كثافة وطويلًا.

إلى أي درجة يعتبر تناول الجسيمات المشعة في الطعام آمنًا (أو إذا كان آمنًا على الإطلاق) ، مثل تلك الموجودة في الطعام بالقرب من فوكوشيما ، مع الأخذ في الاعتبار أن مصدر الإشعاع المركز والمستمر يختلف عن المصدر الخارجي؟


يحتوي سؤالك على افتراض صارخ إلى حد ما وهو أن كمية الإشعاع المنبعثة من مصادر الغذاء تعادل كمية الإشعاع المتلقاة أثناء الجلوس على قمة مصنع فوكوشيما. حتى لو كانت السمكة مشعة مثل كتلة متساوية من الخرسانة في الموقع ، فإن الجرعة التي تحصل عليها في الموقع ترجع إلى جميع الأشياء الأخرى المحيطة بك.

الجواب ببساطة هو أن المصادر الغذائية القريبة من المصنع قد اعتبرت (من قبل المسؤولين الذين ذكرتهم) تنبعث منها جرعة من الإشعاع أقل من المستوى الذي يعتبر ضارًا (مرة أخرى ، من قبل المسؤولين الذين ذكرتهم). من الممكن بالطبع أن يكون تقدير جرعة الإشعاع من الطعام منخفضًا ، أو أن المستوى الذي يعتبر ضارًا مرتفع للغاية ؛ هذا النقاش واسع جدًا للحصول على إجابة هنا.


ما هي العمليات البيولوجية لتناول الجسيمات المشعة؟ - مادة الاحياء

الخطوة الأولى للحصول على التغذية هي الابتلاع ، وهي عملية يتم فيها تناول الطعام عن طريق الفم وتكسيره بواسطة الأسنان واللعاب.

أهداف التعلم

وصف عملية الابتلاع ودورها في الجهاز الهضمي

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يُبتلع الطعام عن طريق الفم ويتحلل من خلال المضغ (المضغ).
  • يجب مضغ الطعام حتى يتم ابتلاعه وتفتيته بواسطة إنزيمات الجهاز الهضمي.
  • أثناء مضغ الطعام ، يعالج اللعاب الطعام كيميائيًا للمساعدة في البلع.
  • يمكن أيضًا تناول الأدوية والمواد الضارة أو غير الصالحة للأكل.
  • قد تنتقل مسببات الأمراض ، مثل الفيروسات والبكتيريا والطفيليات ، عن طريق الابتلاع ، مسببة أمراضًا مثل التهاب الكبد A وشلل الأطفال والكوليرا.

الشروط الاساسية

  • ابتلاع: تناول شيء عن طريق الفم ، سواء أكان طعامًا أو شرابًا أو دواءً أو مادة أخرى ، الخطوة الأولى في عملية الهضم
  • مضغة: كتلة مستديرة لشيء ما ، وخاصة الطعام الممضوغ في الفم أو القناة الهضمية
  • عجن: عملية المضغ

ابتلاع

الحصول على التغذية والطاقة من الغذاء هو عملية متعددة الخطوات. بالنسبة للحيوانات ، فإن الخطوة الأولى هي الابتلاع ، أي فعل تناول الطعام. لا يمكن للجزيئات الكبيرة الموجودة في الطعام السليم أن تمر عبر أغشية الخلايا. يجب تقسيم الطعام إلى جزيئات أصغر حتى تتمكن الحيوانات من تسخير العناصر الغذائية والجزيئات العضوية. الخطوة الأولى في هذه العملية هي الابتلاع: تناول الطعام عن طريق الفم. بمجرد دخول الفم ، تلعب الأسنان واللعاب واللسان أدوارًا مهمة في المضغ (تحضير الطعام في بلعة). المضغ ، أو المضغ ، هو جزء مهم للغاية من عملية الهضم ، خاصة بالنسبة للفواكه والخضروات ، حيث تحتوي على معاطف من السليلوز غير قابلة للهضم والتي يجب تكسيرها جسديًا. أيضًا ، تعمل الإنزيمات الهاضمة فقط على أسطح جزيئات الطعام ، لذلك كلما كانت الجزيئات أصغر ، زادت كفاءة عملية الهضم. بينما يتم تكسير الطعام ميكانيكيًا ، تبدأ الإنزيمات الموجودة في اللعاب في معالجة الطعام كيميائيًا أيضًا. يعمل العمل المشترك لهذه العمليات على تعديل الطعام من جزيئات كبيرة إلى كتلة ناعمة يمكن ابتلاعها ويمكن أن تنتقل بطول المريء.

عجن: الخطوة الأولى في الحصول على التغذية هي الابتلاع. يجب تقسيم الطعام الذي يتم تناوله إلى قطع صغيرة عن طريق المضغ أو المضغ.

إلى جانب العناصر الغذائية ، يمكن تناول مواد أخرى ، بما في ذلك الأدوية (حيث يُطلق على الابتلاع بالإعطاء عن طريق الفم) والمواد التي تعتبر غير صالحة للأكل ، مثل قشور الحشرات. الابتلاع هو أيضًا طريق شائع تسلكه الكائنات المسببة للأمراض والسموم التي تدخل الجسم.

بعض مسببات الأمراض المنقولة عن طريق الابتلاع تشمل الفيروسات والبكتيريا والطفيليات. الأكثر شيوعًا ، يحدث هذا عبر الطريق البرازي الفموي. غالبًا ما يتم تضمين خطوة وسيطة ، مثل شرب المياه الملوثة بالبراز أو الطعام الذي أعده العمال الذين لا يمارسون غسل اليدين بشكل كافٍ. هذا أكثر شيوعًا في المناطق التي تنتشر فيها مياه الصرف الصحي غير المعالجة. تشمل الأمراض المنقولة عن طريق البراز الفموي التهاب الكبد A وشلل الأطفال والكوليرا.


يمكن للبكتيريا الآكلة للإشعاع أن تجعل النفايات النووية أكثر أمانًا

دعهم يأكلون النفايات. يمكن للبكتيريا أن تزدهر على النفايات النووية التي يتم إغراقها في أعماق الأرض وتثبتها لجعلها أكثر أمانًا.

وجدت الدراسات أن بعض الميكروبات يمكن أن تستخدم النويدات المشعة مثل اليورانيوم والنبتونيوم بدلاً من الأكسجين. وبذلك ، يقومون بتحويلها من أشكال قابلة للذوبان إلى أشكال غير قابلة للذوبان ، مما يجعلها أقل قدرة على الحركة.

يجب أن يمنحنا هذا مزيدًا من الثقة في خطط التخلص من النفايات ، كما يقول جوناثان لويد ، عالم الأحياء الدقيقة في جامعة مانشستر بالمملكة المتحدة ، والذي قدم البحث في الاجتماع السنوي لجمعية علم الأحياء الدقيقة في إدنبرة الأسبوع الماضي.

الإعلانات

جمعت المملكة المتحدة حوالي 4.5 مليون متر مكعب من النفايات النووية ، وهو ما يكفي لملء استاد ويمبلي في لندن و # 8217 أربع مرات. يتم تخزين معظمها حاليًا في الأحواض والصوامع على مستوى السطح في سيلافيلد في كمبريا. تخطط الحكومة للتخلص من أكثر النفايات نشاطًا في أعماق الأرض ، في مستودعات مغلفة بالإسمنت ، لكنها لم تقرر بعد بشأن الموقع. تأخذ هذه الخطط في الاعتبار الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمنع المواد المشعة من الهروب لمئات الآلاف من السنين - ولكن ليس بيولوجيًا.

كان يُعتقد أن وجود الأسمنت سيؤدي إلى ظروف قلوية جدًا لنمو الميكروبات - حيث تبلغ درجة حموضته حوالي 11 ، على غرار مادة التبييض. لمعرفة ما إذا كان الأمر كذلك ، قام فريق Lloyd & # 8217s بدراسة موقع فرن الجير في المملكة المتحدة & # 8217s Peak District لمعرفة ما إذا كان يمكن العثور على الميكروبات تنمو في ظروف مشابهة لتلك التي يتوقعها في موقع التخلص النووي. & # 8220 ذهبنا لنرى ما إذا كانت هناك بيولوجيا وهناك ، & # 8221 يقول لويد. & # 8220 وجدنا أنها يمكن أن تنمو عند قيم الأس الهيدروجيني التي من المحتمل أن تجدها تتطور حول أشكال النفايات الأسمنتية هذه. & # 8221

"مستويات الإشعاع الموجودة في مقالب النفايات النووية لا تقتل هذه البكتيريا ، فهي تحفزها"

لا يبدو أن مستويات الإشعاع الموجودة عادةً في مقالب النفايات النووية تشكل مشكلة للبكتيريا أيضًا.

& # 8220 لا يقتلهم & # 8217t ، & # 8221 يقول لويد. & # 8220 إذا كان هناك أي شيء ، فإنه في الواقع يحفز الميكروبات. & # 8221

وجدت الدراسة أن الطريقة التي تعالج بها البكتيريا منتجات النفايات تعني أن المواد الخطرة تقل احتمالية تسربها إلى البيئة. تحتوي بعض النفايات النووية على السليلوز ، والذي يمكن أن يتحلل لتكوين حمض السكرينيك (ISA) تحت الظروف القلوية. يمكن أن يشكل ISA مركبًا قابلًا للذوبان مع اليورانيوم ، مما يساعده على التسرب من مستودع النفايات. لكن يبدو أن البكتيريا تستخدم ISA كمصدر للكربون وتعمل على تحطيمه ، مما يحافظ على النويدات المشعة في شكل صلب - مما يعني أنها تبقى في مكانها.

قد تساعد الميكروبات أيضًا في منع تسرب الغازات المشعة. يمكن أن يؤدي الهيدروجين الناتج عن التفاعلات في المستودعات إلى زيادة الضغط مما يؤدي إلى تكسيرها أو انفجارها. لكن الميكروبات يمكن أن تستخدم الهيدروجين وتحافظ على مستوياته منخفضة. يمكن أن تنمو أيضًا في كسور في الصخر ، وتشكل أغشية حيوية وتسد المسام.

& # 8220 في الوقت الحالي ، لديهم نماذج حالة أمان مبنية على الكيمياء والاحتواء المادي. إذا بدأت في تضمين علم الأحياء ، فهذا يعني أن هذه النماذج متحفظة للغاية ، وهو أمر جيد ، & # 8221 يقول لويد.

ظهر هذا المقال مطبوعًا تحت العنوان & # 8220 ، تساعد الميكروبات في حبس النفايات النووية & # 8221


ابتلاع

كما أوضحنا من قبل ، فإن العناصر الغذائية التي تحصل عليها معظم النباتات الخضراء عبارة عن جزيئات صغيرة غير عضوية يمكن أن تتحرك بسهولة نسبية عبر أغشية الخلايا. الكائنات غيرية التغذية مثل البكتيريا والفطريات ، والتي تتطلب مغذيات عضوية ولكنها تفتقر إلى التكيف مع تناول الطعام بكميات كبيرة ، تعتمد أيضًا على الامتصاص المباشر لجزيئات المغذيات الصغيرة. ومع ذلك ، فإن جزيئات الكربوهيدرات أو البروتينات أو الدهون تكون كبيرة جدًا ومعقدة بحيث لا يمكن نقلها بسهولة عبر أغشية الخلايا. تتغلب البكتيريا والفطريات على هذا عن طريق إفراز الإنزيمات الهاضمة على المواد الغذائية ، تحفز هذه الإنزيمات انقسام الجزيئات الكبيرة إلى وحدات أصغر يتم امتصاصها بعد ذلك في الخلايا. بعبارة أخرى ، تقوم البكتيريا والفطريات بعملية الهضم خارج الخلية - الهضم خارج الخلايا - قبل تناول الطعام. غالبًا ما يشار إلى هذا باسم التغذية التناضحية.

مثل البكتيريا ، فإن الكائنات الأولية هي كائنات وحيدة الخلية ، لكن طريقة إطعامها مختلفة تمامًا. يبتلعون جزيئات كبيرة نسبيًا من الطعام ويقومون بعملية الهضم داخل الخلايا (الهضم داخل الخلايا) من خلال طريقة تغذية تسمى التغذية البلعمة. العديد من البروتوزوان هي أيضا تناضحية إلى درجة أقل. بعض الكائنات الحية ، مثل الأميبات ، لها أرجل كاذبة ("أقدام زائفة") تتدفق حول جزيئات الطعام حتى يتم غلقها بالكامل في حجرة محاطة بالغشاء تسمى فجوة الطعام ، وتسمى هذه العملية بالبلعمة. الأوليات الأخرى ، مثل الباراميسيا ، تقطع فجوات الطعام من نهاية أخدود فمي بارز يتم سحب جزيئات الطعام إليه بضرب العديد من النتوءات الصغيرة الشبيهة بالشعر والتي تسمى الأهداب. في حالات أخرى من التغذية البلعمية ، تلتصق جزيئات الطعام الصغيرة بالسطح الغشائي للخلية ، ثم تنثني إلى الداخل وتنضغط على شكل فجوة تسمى هذه العملية كثرة الخلايا. لم تدخل جزيئات الطعام الموجودة في الفجوات المتكونة من خلال البلعمة أو كثرة الخلايا الصنوبرية إلى الخلية على أكمل وجه حتى يتم هضمها في جزيئات قادرة على عبور غشاء الفجوة ودمجها في المادة الخلوية. يتم تحقيق ذلك عن طريق عضيات تحتوي على إنزيم تسمى الليزوزومات ، والتي تندمج مع الفجوات وتحول الطعام إلى مركبات أبسط (ارى الشكل ).

تمتلك معظم الحيوانات متعددة الخلايا نوعًا من التجويف الهضمي - حجرة تفتح للخارج عبر الفم - يتم فيها الهضم. تمتلك الحيوانات العليا ، بما في ذلك الفقاريات ، قنوات هضمية أكثر تفصيلاً ، أو قنوات هضمية ، يمر خلالها الطعام. في كل هذه الأنظمة ، يتم تقسيم جزيئات الطعام الكبيرة إلى وحدات ذات حجم يمكن التحكم فيه داخل التجويف قبل نقلها إلى الخلايا وإعادة تجميعها (أو استيعابها) كمواد خلوية.


ما هي العمليات البيولوجية لتناول الجسيمات المشعة؟ - مادة الاحياء

أ. سيغطي هذا الفصل التأثيرات الفيزيائية الحيوية والبيولوجية الأساسية للإشعاع المؤين من أجل تشكيل أساس لفهم الجوانب السريرية للإصابة الإشعاعية التي تمت مناقشتها في القسم الرابع من الفصل 6. ولا تعني هذه المناقشة الموسعة للإشعاع أن الإشعاع النووي سيكون الأهم سبب سقوط ضحايا بعد انفجار نووي. الانفجار والإصابات الحرارية في كثير من الحالات سوف يفوق بكثير عدد الإصابات الإشعاعية. ومع ذلك ، فإن تأثيرات الإشعاع أكثر تعقيدًا وتنوعًا إلى حد كبير من التأثيرات الانفجارية أو الحرارية وهي عرضة لسوء فهم كبير. نتيجة لذلك ، هناك ما يبرر مناقشة أكثر تفصيلا. نظرًا لأن البيانات من التجربة البشرية محدودة ، فإن الكثير من المعلومات الواردة في هذا الفصل تستند إلى معلومات تجريبية من الدراسات على الحيوانات.

ب. قد تتبع مجموعة واسعة من التغييرات البيولوجية تشعيع حيوان ، بدءًا من الموت السريع بعد جرعات عالية من اختراق إشعاع الجسم بالكامل إلى حياة طبيعية بشكل أساسي لفترة زمنية متغيرة حتى ظهور تأثيرات إشعاعية متأخرة ، في جزء من السكان المعرضين بعد التعرض لجرعات منخفضة. ستعتمد طبيعة وشدة هذه التغييرات على مجموعة كبيرة ومتنوعة من العوامل البيولوجية والفيزيائية. هناك اختلافات كبيرة في الاستجابة للإشعاع مرتبطة بالاختلافات في الأنواع والعمر والعوامل البيولوجية الأخرى ، فضلاً عن العوامل الفيزيائية للجرعة أو معدل الجرعة أو طبيعة الإشعاع. ومع ذلك ، فإن الاستجابات البيولوجية للإشعاع ليست فريدة من نوعها. تقع ضمن نطاق استجابات الأنسجة القياسية التي تُرى بعد أنواع أخرى من الإصابات وتحدث نتيجة لاضطرابات كيميائية حيوية و / أو اضطرابات حركية خلوية مماثلة. نتيجة لذلك ، يمكن تنظيم النطاق الواسع من التأثيرات الممكنة في مخطط يمكن التنبؤ به ، وتشكل تفاصيله المادة الأساسية لهذا الفصل.

القسم الثاني - الإجراءات الفيزيائية الحيوية الأساسية للإشعاع المؤين

502. الإشعاع النووي.

يمكن لمجموعة متنوعة من الإشعاعات المؤينة أن تتفاعل مع الأنظمة البيولوجية ، ولكن لا يوجد سوى أربعة أنواع من الإشعاع مرتبطة بالتفجيرات النووية في الغلاف الجوي وتحت الأرض ذات الأهمية البيولوجية. بالترتيب من حيث الأهمية ، هم جاما والنيوترون وبيتا وألفا. تمت مناقشة الطبيعة الفيزيائية لهذه الأشياء بإسهاب في الفصل 2. ومع ذلك ، نلخص هنا بعض جوانب آليات تفاعلها مع الأنسجة الحية.

503. إشعاع جاما.

أ. إشعاع جاما ، المنبعث أثناء التفجير النووي أو في وقت لاحق في التساقط ، نشط للغاية ويخترق لدرجة أن جزءًا كبيرًا سيمر عبر جسم الإنسان دون تفاعل. سيتفاعل حوالي 75 & # 037 من الفوتونات مع ذرات النسيج المستهدف ويفقدها. قد يحدث ترسب الطاقة هذا في أي مكان على طول مسار فوتون معين ، وبالتالي ، في أي مكان في الجسم. إذا كان تدفق فوتون جاما مرتفعًا وكان الجسم كله مكشوفًا ، فسيحدث ترسب متجانس إلى حد ما للطاقة. هذا في تناقض ملحوظ مع أنماط ترسب الطاقة المحلية للغاية لإشعاعات ألفا وبيتا.

ب. نظرًا لقدرته على الاختراق ، يمكن أن تكون تأثيرات تشعيع جاما مستقلة عن موقع المصدر (أي داخليًا أو خارجيًا عن الجسم). يمكن أن تؤدي بواعث غاما عالية الطاقة المترسبة داخل الجسم إلى تشعيع كامل للجسم بنفس فعالية المصادر الخارجية ، إذا كانت الكميات المودعة كبيرة بما يكفي وعلى الرغم من حقيقة أن بواعثها قد لا يتم توزيعها بشكل موحد في جميع أنحاء الجسم.

504. إشعاع النيوترون.

(1) نظرًا لأن النيوترونات عبارة عن جزيئات غير مشحونة ويمكن أن تتفاعل فقط مع نوى الذرات المستهدفة ، فإن احتمال تفاعل النيوترونات في نطاق الطاقة المميز لانفجار طيف الانشطار أثناء مسارها عبر جسم الإنسان يمكن مقارنته تقريبًا بتلك الموجودة في منخفضة- فوتونات غاما للطاقة. لذلك ، يمكن أن يؤدي الإشعاع النيوتروني إلى تشعيع كامل الجسم. لن يكون ترسب الطاقة متجانسًا ، وسيمتص جانب الجسم الذي يواجه الانفجار طاقة أكبر من الجانب الآخر. ومع ذلك ، فإن هذا الاختلاف ، على الرغم من الأهمية النظرية الكبيرة ، ليس له أهمية تشغيلية. سيكون التأثير الرئيسي لهذا الترسب غير المنتظم للطاقة هو إحداث تباين كبير في جرعات الإشعاع النموذجية التي تسبب المرض الإشعاعي بدلاً من اختلاف كبير في التأثيرات السريرية الشاملة.

(2) كما لوحظ أعلاه ، فإن النيوترونات ، نظرًا لكونها جسيمات محايدة غير مشحونة ، لا تتفاعل مع الإلكترونات المدارية للذرات كما تفعل أشكال الإشعاع الأخرى. بدلاً من ذلك ، يتفاعلون مع النوى الذرية بشكل مباشر. بسبب كتلتها وطاقتها ، يمكن أن تسبب النيوترونات اضطرابات شديدة في التركيب الذري ، مما يتسبب عادةً في ارتداد & quotescape & quot؛ لنواة مستهدفة من إلكتروناتها المدارية. هذا أكثر شيوعًا مع الذرات الخفيفة جدًا ، وخاصة الهيدروجين ، نظرًا لأن كتلة الفوتون التي تشكل نواة الهيدروجين الشائع هي الذرة المستهدفة الرئيسية في الأنسجة الحية. عندما يتم تسريع نوى هذه الأخيرة فإنها قادرة على إحداث تأين كثيف على طول مساراتها.

(3) في المواد البيولوجية ، تسود الاصطدامات المرنة من هذا النوع بين النيوترونات ونواة الذرات خفيفة الوزن. نظرًا لمداها القصير ، فإن النوى المتسارعة الناتجة عن هذه الاصطدامات ستنفق طاقتها على طول مسارات قصيرة من الإثارة العالية وكثافة التأين. في الأنسجة ، يتم نقل حوالي 70 & # 037 إلى 85 & # 037 من الطاقة النيوترونية السريعة بأكملها إلى نواة الهيدروجين الارتداد. يتبدد ما تبقى من الطاقة النيوترونية في نوى الارتداد للذرات الأخرى المذكورة أعلاه.

(4) بعد أن تفقد النيوترونات معظم طاقتها من خلال هذه الاصطدامات ، فإنها ستصل إلى حالة طاقة متوازنة يشار إليها بالنيوترونات الحرارية. تتمتع هذه النيوترونات البطيئة نسبيًا باحتمال كبير أن تلتقطها نوى مجموعة متنوعة من العناصر مثل الصوديوم. المواد الناتجة مشعة وتتحلل بشكل عام بسرعة. لا يعتبر تشعيع الأنسجة الناتج عاملاً مهمًا في الإصابة بالإشعاع نظرًا لأن الطاقة الكلية المنبعثة من تحلل هذه المواد المشعة صغيرة للغاية مقارنة بإجمالي الطاقة الممتصة من النيوترونات عن طريق الاصطدامات المرنة. ومع ذلك ، يمكن قياس الكميات ويمكن استخدامها لتقدير جرعات النيوترونات في أعداد محدودة من الضحايا.

ب. الفعالية البيولوجية النسبية للنيوترون.

(1) تمثل الفعالية البيولوجية النسبية فعالية إشعاع معين ، مقارنة بالإشعاع المرجعي ، (250 كيلوفولت (Kvp) x-rays) ، في إنتاج نفس المستوى من الاستجابة. يتم تعريف الفعالية البيولوجية النسبية (RBE) على أنها نسبة الجرعة الممتصة من الإشعاع المرجعي إلى الجرعة الممتصة من إشعاع الاختبار لإنتاج نفس المستوى من التأثير البيولوجي ، مع تساوي الشروط الأخرى. (انظر الجدول 5-1.) عندما ينتج عن إشعاعين تأثير بيولوجي ليس من نفس المدى و / أو الطبيعة ، لا يمكن تحديد RBE.

(2) لوحظت تغيرات ملحوظة في السلوك ، والقيء ، واضطرابات القلب والأوعية الدموية ، والأعراض العصبية ، وأعراض أخرى في القرود التي تعرضت للإشعاع بجرعات تتراوح بين 0.5 و 6.5 رمادي (Gy) عن طريق تدفق النيوترونات الانشطارية مع جرعة نيوترونية / نسب جرعة جاما تتراوح من 1 إلى 12 ومعدل جرعة قريب من تلك التي يتم تسليمها بواسطة & quot؛ أسلحة نووية تقليدية & quot.

(3) لقد وجد أن النيوترونات RBE (نيوترونات طيف الانشطار) لهذه الاضطرابات كانت تقريبًا بين 0.5 و 1.2 في النطاق من 0.5 إلى 6.5 Gy.يجب تأكيد قيم RBE هذه باستخدام مصدر إشعاع جاما بمعدل جرعة مماثل لتلك التي تقدمها المفاعلات المستخدمة ومقارنتها مع تلك التي يمكن الحصول عليها باستخدام النيوترونات من سلاح الاندماج. تؤكد النتائج المذكورة أعلاه بشكل خاص على أهمية الجرعة الوسيطة والتأثيرات البيولوجية لها كأسباب للعجز لم يعد من الممكن اعتبارها غير ذات أهمية. من الناحية التشغيلية ، يختلف النيوترون RBE مع طاقة النيوترون ، مع جرعة النيوترون (حجم جرعة النيوترون / نسبة جرعة جاما) ، ومعدل الجرعة وفوق كل شيء تدرج الجرعة ، خاصة لتحديد الجرعة المميتة النصفية الدموية ، ولكن بلا شك أيضًا للتقيؤ و عجز عابر مبكر (ETI). تم تحديد RBE لـ ETI على أنه يساوي 1 ، لأنه تم جمع أدلة غير كافية للإشارة إلى خلاف ذلك. ومما يزيد من تعقيد ربط الجرعة بتأثيرات الإشعاع على البشر والثدييات الكبيرة الأخرى حقيقة أن الإشعاعات مختلطة الطيف تتغير مع تفاعلها مع أنسجة الجسم. هذا التغيير في جودة مجال الطيف المختلط مهم لأن الأضرار البيولوجية الناتجة عن إشعاعات LET العالية والمنخفضة LET غير متكافئة. تعتبر الإشعاعات عالية LET مثل جسيمات ألفا أو النيوترونات السريعة ذات فعالية بيولوجية نسبية أكبر من الإشعاعات منخفضة LET مثل الأشعة السينية وفوتونات جاما. الاستثناء الوحيد لهذا التعميم الذي يبدو مهمًا في التنبؤ بآثار الإشعاع المؤين على أفراد القتال هو أن فوتونات جاما قد ثبت أنها أكثر فاعلية في إنتاج عجز عابر مبكر من النيوترونات عالية الطاقة أو نيوترونات طيف الانشطار.

505. إشعاع بيتا.

أ. تفقد الإلكترونات عالية السرعة في شكل إشعاع بيتا معظم طاقتها بعد اختراق بضعة ملليمترات فقط من الأنسجة. إذا كانت المادة التي ينبعث منها بيتا على سطح الجلد ، فإن إشعاع بيتا الناتج يتسبب في تلف الطبقة القاعدية من الجلد. الآفة تشبه الحرق الحراري السطحي. ومع ذلك ، إذا تم دمج مادة بيتا داخليًا ، يمكن أن يتسبب إشعاع بيتا في أضرار أكبر بكثير. سيكون الضرر في مناطق من الأنسجة حول كل جزء أو مصدر مادة مشعة. الضرر الكلي هو دالة على عدد المصادر وتوزيعها في الجسم. يتم تحديد التوزيع حسب الطبيعة الكيميائية للمادة.

ب. يسرد الجدول 5-II النطاقات الحرجة للتعرض للإشعاع في الأنسجة لبواعث بيتا ذات الطاقات المختلفة. هذه النطاقات أكبر بكثير من تلك الخاصة بجسيمات ألفا (الجدول 5-III). بالإضافة إلى اختلاف النطاق عند مقارنته بإشعاع ألفا ، هناك أيضًا اختلاف كبير في نمط ترسب الطاقة. تكون كثافة الطاقة المودعة أقل بكثير بالنسبة لإشعاع بيتا مقارنة بألفا ، ونتيجة لذلك ، قد تتضرر الخلايا المستهدفة بدلاً من أن تقتل تمامًا. قد تكون الخلايا التالفة ذات أهمية أكبر للكائن الحي أكثر من الخلايا المقتولة ، خاصة إذا أصبحت خبيثة أو معطلة بشكل آخر. يتم استبدال الخلايا المقتولة بسرعة في معظم الأنسجة بأي درجة من السعة الاحتياطية ولا تسبب آثارًا سريرية عامة كبيرة إلا إذا كانت الخلايا المعنية حرجة للغاية أو كان جزء الخلايا المقتولة في عضو معين كبيرًا.

أ. يتم امتصاص طاقة هذه الجسيمات الثقيلة نسبيًا ذات الشحنة الموجبة بالكامل خلال أول 20 ميكرومترًا من كتلة الأنسجة المكشوفة. إذا كان مصدر الإشعاع خارجيًا ، فسيتم امتصاص كل إشعاع ألفا في الطبقات السطحية للخلايا الميتة داخل الطبقة القرنية. إذا تم تداخل أي شيء ، حتى مناديل ورقية ، فسيتم امتصاص جزيئات ألفا ولن تصل إلى الجلد. وبسبب هذا ، فإن إشعاع ألفا ليس خطرًا خارجيًا. إذا تم ترسيب المادة الباعثة لألفا داخليًا ، فسيتم امتصاص كل طاقة الإشعاع في حجم صغير جدًا من الأنسجة المحيطة مباشرة بكل جسيم. يتمتع إشعاع ألفا بقدرة اختراق محدودة بحيث يكون الحد الأقصى لمدى جسيم ألفا الأعلى طاقة في الأنسجة أقل من 100 ميكرومتر. وهكذا ، في حين أن جرعات الإشعاع العالية للغاية قد تترسب في الخلايا القليلة المحيطة مباشرة بمصدر إشعاع ألفا ، فإن المناطق خارج هذا الحجم الكروي الصغير المشع لا تتأثر. يوضح الجدول 5-III هذا لمصدر 37 كيلو بايت (1.0 Ci) لباعث ألفا للطاقة المعتدلة.

ب. أبعد من نصف قطر يبلغ حوالي 20 ميكرومترًا ، يكون ترسب الطاقة صغيرًا جدًا. بسبب جرعات الإشعاع العالية داخل هذا الشعاع الحرج ، يتم قتل الخلايا المجاورة مباشرة للمصدر. ثم يتم إزالتها عن طريق البلعمة أو استبدالها بالتليف. ينتج ضرر ضئيل نسبيًا للكائن الحي السليم ، ما لم تكن هذه الخلايا نفسها حرجة للغاية. يمكن لمعظم الأنسجة ذات الاحتياطي المعقول أن تتحمل فقدان عدد قليل من الخلايا بسهولة تامة ، خاصة إذا كانت الأنسجة ذات معدل دوران مرتفع بشكل طبيعي. لذلك ، على الرغم من أن إشعاع ألفا الداخلي يمكن أن يكون مميتًا للخلايا الفردية ، إلا أن الخطر الحاد العام ضئيل. يعتبر الترسب الداخلي لجسيمات ألفا ذا أهمية على المدى الطويل من حيث التسبب في إصابة إشعاعية ذات أهمية أكبر من جسيمات بيتا. ومع ذلك ، فإن الإصابة من الترسب الداخلي لجسيمات ألفا ليست ذات أهمية عسكرية.

ج. ومع ذلك ، فإن العديد من المواد التي تنبعث منها ألفا تصدر أيضًا إشعاع جاما ، وقد يتسبب إشعاع جاما هذا في إصابة الأنسجة الكبيرة ، على الرغم من أن إجمالي طاقة ألفا يتجاوز إجمالي طاقة جاما وأن نسبة انبعاثات جاما لكل ألفا صغيرة جدًا. هذا ناتج عن حقيقة أن قوة اختراق أشعة جاما أكبر بعدة مرات من تلك الخاصة بإشعاع ألفا بحيث يكون الحجم الإجمالي للأنسجة المعرضة للإشعاع الضار أكبر بعدة مرات.

507. العمل الكيميائي الإشعاعي.

أ. عندما يتفاعل الإشعاع مع الذرات المستهدفة ، تترسب الطاقة ، مما يؤدي إلى التأين أو الإثارة الإلكترونية كما هو موصوف في الفصل 2. يجب أن يشمل هذا التأين أو الإثارة جزيئات أو هياكل حرجة معينة في الخلية حتى يمكن للضرر الناجم عن الإشعاع أن يتبع الأنماط المتسقة نعم هو كذلك. لقد تم الافتراض بأن هذا التوطين للطاقة الممتصة في الجزيئات الحرجة يمكن أن يكون إما فعلًا مباشرًا أو غير مباشر ، أي أن الطاقة المودعة بواسطة الإشعاع قد تتضمن روابط كيميائية حساسة معينة بشكل مباشر ، أو قد يتم ترسيبها في مكان آخر أولاً ونقلها إلى روابط حساسة عن طريق نظام مناسب لنقل الطاقة. تشير الآلية الأولى إلى أن الإشعاع يصيب بدقة تامة ذرات مستهدفة معينة ، بينما تشير الثانية إلى أن هناك طريقة تفضيلية لتوجيه الطاقة المودعة عشوائيًا إلى مواقع حساسة.

ب. الآلية الإشعاعية الكيميائية الدقيقة التي تشارك في أنظمة الثدييات التي تتعرض لجرعات من اختراق الإشعاع لكامل الجسم ليست مفهومة تمامًا. ومع ذلك ، فإن الفرضية الأكثر منطقية في الوقت الحالي هي أن الماء ، داخل الخلايا وخارجها ، هو الموقع الأساسي لترسب الطاقة الإشعاعية وأن الطاقة المودعة في الماء ستنتقل إلى الجزيئات الحساسة وتؤثر عليها بشكل غير مباشر.

القسم الثالث - التأثيرات الخلوية للإشعاع المؤين

508. معلومات عامة.

الآثار الخلوية المرصودة للإشعاع ، سواء كانت ناتجة عن ضرر مباشر أو غير مباشر ، متشابهة بشكل أساسي لأنواع وجرعات مختلفة من الإشعاع المؤين.

أ. موت الخلية. أحد أبسط التأثيرات التي يجب ملاحظتها هو موت الخلية ، ويمكن وصف مساره بمصطلحات مختلفة.

(1) Pyknosis. تصبح النواة متقلصة ، كروية ، وممتلئة بالكروماتين المكثف.

(2) انحلال نواة الكلى. تتضخم النواة وتفقد كروماتينها.

(3) تخثر البروتوبلازم. يحدث تكوين الجيلاتين الذي لا رجعة فيه في كل من السيتوبلازم والنواة.

(4) كاريهكسيس. تصبح النواة مجزأة ومبعثرة في جميع أنحاء الخلية.

(5) التحلل الخلوي. تنتفخ الخلايا حتى تنفجر ثم تختفي ببطء.

ب. التغييرات في وظيفة الخلية. يمكن أن تحدث تغيرات غير قاتلة في الوظيفة الخلوية نتيجة انخفاض جرعات الإشعاع. وتشمل هذه التأخيرات في مراحل معينة من الدورة الانقسامية ، وتعطل نمو الخلايا ، وتغيرات النفاذية ، والتغيرات في الحركة.

(1) دورة الانقسام. قد يتأخر الانقسام الخيطي أو يُثبط بعد التعرض للإشعاع. يعتبر تثبيط الانقسام المعتمد على الجرعة شائعًا بشكل خاص في أنظمة الخلايا المتكاثرة بنشاط. يحدث هذا التثبيط قبل 40 دقيقة تقريبًا من الطور الأولي في الدورة الانقسامية ، في وقت تكون فيه الكروموسومات منفصلة ، ولكن قبل انهيار الغشاء النووي. لا يؤدي التشعيع اللاحق بعد نقطة انتقال الإشعاع هذه إلى تأخير الانقسام. يمكن أن يتسبب التأخير في الانقسام الفتيلي في حدوث تغييرات عميقة في الأنماط الحركية للخلايا مما يؤدي إلى نضوب جميع السكان. هذه هي الأنماط الحركية الأساسية التي تؤدي إلى نضوب جميع المجموعات السكانية. هذه هي الآلية الأساسية الكامنة وراء التغييرات السريرية اللاحقة التي لوحظت في المتلازمات المكونة للدم والجهاز الهضمي لإشعاع الجسم بالكامل.

(2) اضطرابات في نمو الخلايا. قد يتأخر نمو الخلايا أيضًا ، عادةً بعد فترة كامنة. قد يكون هذا بسبب التكوين التدريجي للمنتجات الأيضية المثبطة و / أو التغيرات في البيئة المكروية للخلية.

(3) تغييرات النفاذية. قد تظهر الخلايا المشععة نفاذية متزايدة ومنخفضة. قد تؤدي التغيرات الإشعاعية داخل طبقات الدهون الثنائية للغشاء إلى تغيير المضخات الأيونية. قد يكون هذا بسبب التغيرات في لزوجة السوائل داخل الخلايا المرتبطة باضطرابات في نسبة الماء المرتبط إلى غير المرتبط. مثل هذه التغييرات ستؤدي إلى ضعف قدرة الخلية على الحفاظ على التوازن الأيضي ويمكن أن تكون ضارة للغاية حتى لو كان التحول في التوازن صغيرًا جدًا.

(4) التغييرات في حركة الخلية. قد تنخفض حركة الخلية بعد التشعيع. ومع ذلك ، فإن وجود الحركة الطبيعية لا يعني عدم وجود إصابة إشعاعية. على سبيل المثال ، قد تحتفظ الحيوانات المنوية المعرضة للإشعاع بقدرتها على الحركة وتكون قادرة على الإخصاب أثناء حمل التغيرات الجينية التي يسببها الإشعاع والتي قد تغير التطور الجنيني اللاحق.

509. الحساسية الإشعاعية الخلوية النسبية

بشكل عام ، تكون الخلايا التي تتكاثر بنشاط أكثر حساسية للإشعاع. من ناحية أخرى ، فإن النشاط الانقسامي لجميع الخلايا يتناقص مع النضج. وبالتالي ، تميل الحساسية الإشعاعية الخلوية إلى التباين عكسيًا مع درجة التمايز. يمكن تصنيف الخلايا وظيفيًا وبترتيب تنازلي للحساسية إلى أربع فئات: الخلايا النباتية ، والخلايا المتمايزة ، والخلايا المتمايزة تمامًا ، والخلايا الثابتة غير المتكاثرة.

أ. الخلايا الخضرية. هذه الخلايا ، التي تتكون من خلايا وظيفية متباينة لمجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنسجة ، هي بشكل عام الأكثر حساسية للإشعاع. الامثله تشمل:

(1) الخلايا الجذعية الحرة للأنسجة المكونة للدم (أرومات الهيموسيتوبلاستس ، الأرومات اللمفاوية البدائية ، أرومات الدم الحمراء البدائية ، وأرومات النخاع البدائية).

(2) تقسيم الخلايا عميقا في الخبايا المعوية.

(3) الحيوانات المنوية البدائية في ظهارة النبيبات المنوية.

(4) الخلايا الحبيبية لنمو وتنضج بصيلات المبيض.

(5) الخلايا الجرثومية القاعدية للبشرة.

(6) الخلايا الجرثومية في الغدد المعدية.

(7) الخلايا الليمفاوية الكبيرة والمتوسطة الحجم.

(8) الخلايا الليمفاوية الصغيرة ، والتي لا يتم تضمينها بشكل طبيعي في هذه الفئة من الخلايا ، ولكنها أيضًا شديدة الحساسية للإشعاع.

ب. تفريق الخلايا. هذه الخلايا إلى حد ما أقل حساسية للإشعاع. وهي قصيرة العمر نسبيًا وتشمل الجيل الأول الناتج عن انقسام الخلايا الانقسامية الخضرية. عادة ما يستمرون في تقسيم عدد محدود من المرات والتفريق إلى حد ما بين الأقسام. عند حدوث التمايز ، تنخفض الحساسية الإشعاعية. أفضل الأمثلة على هذا النوع من الخلايا هي الخلايا المنقسمة والمتميزة لسلسلة المحببات وسلسلة كرات الدم الحمراء في نخاع العظم. يشمل هذا النوع أيضًا الحيوانات المنوية والخلايا المنوية الأكثر تمايزًا في الأنابيب المنوية والبويضات.

ج. خلايا متمايزة تمامًا. هذه الخلايا مقاومة للإشعاع نسبيًا. عادةً ما يكون لديهم عمر طويل نسبيًا ولا يخضعون لتقسيم منتظم أو دوري في مرحلة البلوغ ، إلا في ظل ظروف غير طبيعية مثل التدمير أو التلف التالي لعدد كبير من نوعه. تشمل هذه الفئة خلايا الكبد وخلايا أنسجة الغدد الخلالية في الغدد التناسلية وخلايا العضلات الملساء والخلايا البطانية الوعائية.

د. خلايا ثابتة غير متكررة. هذه الخلايا هي الأكثر مقاومة للإشعاع. لا تنقسم عادة ، وبعض الأنواع ، مثل الخلايا العصبية ، لا تنقسم تحت أي ظرف من الظروف. إنهم متمايزون للغاية من الناحية الشكلية ومتخصصون بدرجة عالية في الوظيفة. الخلايا في هذه المجموعة لها فترات حياة متنوعة على نطاق واسع وتظهر شيخوخة تدريجية. تشمل هذه المجموعة الخلايا العصبية طويلة العمر ، والخلايا العضلية المخططة ، والخلايا الحبيبية متعددة الأشكال قصيرة العمر ، وكريات الدم الحمراء ، والحيوانات المنوية والحيوانات المنوية ، والخلايا الظهارية السطحية للقناة الهضمية.

510. الحساسية الإشعاعية للأعضاء النسبية.

تعتمد الحساسية النسبية للعضو تجاه الإصابة الإشعاعية المباشرة على حساسيات الأنسجة المكونة له. يسرد الجدول 5-IV الأعضاء المختلفة بترتيب تنازلي للحساسية الإشعاعية على أساس تأثير إشعاع مباشر نسبيًا ، نقص تنسج متني.

أ. تحتوي نوى الخلية على الكروموسومات التي بدورها تحتوي على الجينات التي تتحكم في النشاط الجسدي الخلوي والنشاط التناسلي. تتكون هذه الكروموسومات من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، وهو الجزيء الكبير الذي يحتوي على المعلومات الجينية. هذا جزيء كبير ، ملفوف بإحكام ، مزدوج الشريطة وحساس للتلف الإشعاعي. تتراوح تأثيرات الإشعاع من الفواصل الكاملة لسلاسل النوكليوتيدات في الحمض النووي ، إلى الطفرات النقطية التي هي أساسًا تغيرات كيميائية ناتجة عن الإشعاع في النيوكليوتيدات والتي قد لا تؤثر على سلامة البنية الأساسية. كما لوحظت تأثيرات وسيطة ، مثل الترابط غير الطبيعي بين الجزيئات المجاورة والتغيرات في اللزوجة.

ب. بعد التشعيع ، قد تبدو الكروموسومات وكأنها & quot؛ ملتصقة & quot؛ مع تكوين جسور بين الصبغيات مؤقتة أو دائمة تمنع الفصل الطبيعي للكروموسوم أثناء الانقسام ونسخ المعلومات الجينية. قد ينتج عن الانقسام غير المتكافئ لمواد الكروموسوم النووي بين الخلايا الوليدة إنتاج نوى غير طبيعية غير قابلة للحياة.

512. التأثيرات الجينية.

تشير الدراسات المعملية على الحيوانات إلى زيادة معدلات الطفرات بجرعات صغيرة من الإشعاع. مع زيادة جرعة الإشعاع ، يزداد تحريض الطفرة أيضًا. تنخفض الطفرات لكل وحدة جرعة بمعدلات جرعة منخفضة. ومع ذلك ، لا تزال الطفرات القابلة للحياة نادرة للغاية. معظم الطفرات قاتلة وبالتالي ذاتية الحد. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن جرعات الإشعاع تزيد من معدلات الطفرات الطبيعية وأن الطفرات الناتجة ، والتي لم يتم اكتشافها بشكل مرئي ، تكون دائمة بالنسبة للأجيال القادمة.

513. التأثيرات الحركية للخلية.

أ. كل من أنظمة تجديد الخلايا العديدة التي تشكل الكتلة الخلوية الكلية للحيوان يكون عادة في حالة توازن بين تكوين الخلية ، والتكاثر ، والنضج ، والموت. يتم تثبيت بعض الأنظمة ، مثل الجهاز العصبي المركزي للبالغين في الحيوانات الأعلى ، عند نقطة النضج النهائية ، ولا يتم استبدال الخلايا الوظيفية لمثل هذا النظام في حالة فقدها أو تدميرها. تمتلك أنظمة الأعضاء الأخرى ، مثل الكبد ، والتي لا تحل محل الخلايا عادةً بمعدل سريع ، القدرة على تجديد أعداد كبيرة من الخلايا إذا لزم الأمر. تحافظ أجهزة الأعضاء الأخرى ، مثل الجلد والجهاز التناسلي والجهاز الهضمي والجهاز المكون للدم في نخاع العظام ، على معدل دوران مرتفع مستمر للخلايا. يمتلك نخاع العظام أيضًا سعة احتياطية كبيرة عند البالغين. جزء كبير منه عادة لا يعمل ولكن لديه القدرة على العمل إذا لزم الأمر. قد يؤدي أو لا يؤدي فشل جهاز عضوي معين إلى موت الحيوان ، اعتمادًا على أهمية وظائف هذا النظام ، أي أن فشل وظيفة الغدد التناسلية لن يكون مميتًا ، في حين أن فشل وظيفة نخاع العظام قد يكون مميتًا.

ب. بغض النظر عن العمليات الفيزيائية الحيوية المعنية ، فإن أحد الآثار البيولوجية الرئيسية لإشعاع الجسم كله ، في نطاقات الجرعات التي تسبب متلازمات تثبيط نخاع العظام وتلف الجهاز الهضمي ، هو اضطراب عميق في حركية الخلايا في هذه الأنظمة. يتمتع كل من المكونة للدم والجهاز الهضمي بمعدلات استبدال خلوية سريعة إلى حد ما وعادة ما تحتوي على مجموعات الخلايا في جميع مراحل النضج والتمايز من الخلايا الجذعية البدائية إلى الخلايا الوظيفية الناضجة.

ج. تكاد تكون الخلايا الجذعية لخطوط الخلايا المختلفة لهذه الأنظمة حساسة نسبيًا للإشعاع بينما الخلايا الوظيفية الناضجة مقاومة نسبيًا. نتيجة لذلك ، بعد الإشعاع ، من غير المحتمل أن تنضج الخلايا الجذعية المصابة. عندما تموت الخلايا الناضجة أو تُفقد بطريقة أخرى ، فلن يتم استبدالها وسيتم تقليل إجمالي عدد الخلايا في النظام. إذا كانت الإصابة الإشعاعية قابلة للإصلاح ، فإن استعادة قدرة الخلايا الجذعية على النضوج سيؤدي إلى عودة تدريجية لمجتمع ناضج وفعال. إذا كان الضرر شديدًا بشكل لا يمكن إصلاحه ، فلن يكون هناك استرداد.

514. حركية نخاع العظم.

يحتوي النخاع العظمي على ثلاثة أنظمة لتجديد الخلايا: المكونة للكريات الحمر (الخلية الحمراء) ، المكونة للنخاع (الخلية البيضاء) ، والصفائح الدموية (الصفائح الدموية). الدورات الزمنية وأنماط التوزيع الخلوي واستجابات ما بعد الإشعاع لهذه الأنظمة الثلاثة مختلفة تمامًا.

أ. تشير الدراسات إلى أن الخلايا الجذعية ذات القدرات الظاهرية تؤدي إلى ظهور خطوط الخلايا الرئيسية الثلاثة هذه في نخاع العظم. خارج هذه الخلية الجذعية ، يتكون كل نظام لتجديد الخلايا من حجرة للخلايا الجذعية لإنتاج كريات الدم الحمراء ، والكريات البيض (الخلايا الليمفاوية ، والخلايا الحبيبية ، والخلايا الوحيدة ، وما إلى ذلك) ، أو الصفائح الدموية ، ومقصورة الانقسام والتمايز ، ومقصورة النضج (غير المقسمة) ، و حجرة تحتوي على خلايا وظيفية ناضجة.

ب. تشير الدراسات البحثية إلى أن كل من أنظمة تجديد الخلايا هذه تعمل تحت تأثير العوامل المنظمة ، في المقام الأول على مستوى الخلايا الجذعية ، من خلال نظام التغذية الراجعة السلبية الذي بدأ إلى حد كبير من خلال مستوى خلايا الدورة الدموية الناضجة في الدم المحيطي. عادة ، توجد حالة مستقرة بين إنتاج الخلايا الجديدة بواسطة نخاع العظم وعدد الخلايا الوظيفية. أظهرت الدراسات المورفولوجية والوظيفية أن كل خط خلوي ، ط. e. ، كريات الدم الحمراء ، الكريات البيض ، والصفائح الدموية ، لها حركيات تجديد فريدة خاصة بها. الاستجابات المتعلقة بالوقت الواضحة في كل من أنظمة تجديد الخلايا هذه بعد التشعيع مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالحركية الخلوية الطبيعية لكل نظام خلية.

515. الكريات الحمر.

أ. تتمثل وظيفة نظام تجديد الخلايا هذا في إنتاج كريات الدم الحمراء الناضجة للدورة الدموية. يتراوح وقت العبور من مرحلة الخلايا الجذعية في نخاع العظام إلى الخلية الحمراء الناضجة من 4 إلى 7 أيام ، وبعدها يبلغ العمر الافتراضي للخلية الحمراء حوالي 120 يومًا. تخضع الأشكال غير الناضجة ، أي الكريات الحمر والبروريثروبلاست ، للانقسام الفتيلي أثناء تقدمهما من خلال حجرة التقسيم والتمايز. بسبب خصائصها سريعة الانتشار فهي حساسة بشكل ملحوظ لقتل الخلايا بالإشعاع المؤين. لا تتأثر بشكل كبير مراحل الخلية داخل مقصورات النضج (عدم الانقسام) والوظيفية ، أي الأرومة السوية ، والخلايا الشبكية ، والخلية الحمراء ، بجرعات النطاق القاتل إلى القاتل.إن موت الخلايا الجذعية وتلك الموجودة في الحيز التالي مسؤول عن تثبيط نخاع الكريات الحمر ، وإذا كان شديدًا بدرجة كافية ، فهو مسؤول جنبًا إلى جنب مع النزف عن فقر الدم الناجم عن الإشعاع اللاحق. بسبب معدل الدوران البطيء نسبيًا ، على سبيل المثال ، فقدان ما يقرب من 1 في المائة من كتلة الخلايا الحمراء يوميًا ، مقارنةً بالكريات البيض والصفائح الدموية ، يتجلى دليل على فقر الدم بعد انخفاض خطوط الخلايا الأخرى ، بشرط عدم حدوث نزيف كبير .

ب. يتميز نظام تكوين الكريات الحمر بميل ملحوظ للتجديد بعد التشعيع الذي يمكن من خلاله البقاء على قيد الحياة. بعد التعرضات غير المميتة ، عادة ما يتعافى تكوين الكريات الحمر في النخاع في وقت أبكر قليلاً من تكون الحبيبات والتخثر وأحيانًا يتجاوز مستوى الخط الأساسي قبل الوصول إلى المستويات الطبيعية أو بالقرب منها. كثرة الخلايا الشبكية ، التي تظهر أحيانًا في مسحات الدم المحيطية خلال المرحلة التجديدية الشديدة المبكرة التي تحدث بعد الحد الأقصى من الاكتئاب ، غالبًا ما تتبع عن كثب النمط الزمني لاستعادة النخاع المكونة للكريات الحمر. على الرغم من أن فقر الدم قد يكون واضحًا في المراحل المتأخرة من متلازمة نخاع العظم ، إلا أنه لا ينبغي اعتباره عقابًا يحد من البقاء على قيد الحياة.

516. المكونة للنخاع.

أ. تتمثل وظيفة نظام تجديد خلايا النخاع المكونة للنخاع بشكل أساسي في إنتاج الخلايا الحبيبية الناضجة ، أي العدلات ، والحمضات ، والخلايا القاعدية ، من أجل الدورة الدموية. من هذه العدلات ، بسبب دورها في مكافحة العدوى ، هي أهم نوع من الخلايا في هذا الخط الخلوي. الخلايا الجذعية ومراحل التطور داخل حجرة التقسيم والتمايز هي الأكثر حساسية للإشعاع. وتشمل هذه مراحل الأرومة النخاعية ، والخلايا المحببة ، والخلايا النخاعية. كما هو الحال مع نظام تكوين الكريات الحمر ، فإن مراحل الخلية داخل حجرة النضج (غير المنقسمة) والمقصورة الوظيفية الناضجة ، أي الخلايا الحبيبية ، لا تتأثر بشكل كبير بجرعات الإشعاع ضمن النطاق القاتل. عادة ما تكون هناك حاجة إلى ثلاثة إلى سبعة أيام حتى تتكون الخلية المحببة العدلة الناضجة المنتشرة من مرحلة طليعة الخلايا الجذعية في نخاع العظم.

ب. تتوفر الخلايا المحببة الوظيفية الناضجة عند الطلب من برك الوريد والطحال ونخاع العظام. بعد الزيادة الأولية في الخلايا المحببة المنتشرة (من مسببات غير معروفة) ، عادة ما يتم استنفاد هذه البرك قبل ظهور قلة المحببات بعد فترة وجيزة من إصابة نخاع العظم التي يسببها الإشعاع. بسبب سرعة دوران نظام تجديد الخلايا المحببة بسبب قصر العمر الافتراضي لخلاياها (حوالي 8 أيام) ، فإن الدليل على الضرر الإشعاعي لنخاع النخاع يحدث في الدم المحيطي في غضون 2 إلى 4 أيام بعد تشعيع الجسم بالكامل. ترتبط الفترة الكامنة الوجيزة بين وقت التشعيع وبداية نضوب الخلايا الحبيبية المتداولة بوقت عبور الخلايا غير الحساسة للإشعاع داخل حجرة النخاع غير المنقسمة والناضجة ، أي الشكل النخاعي والفرقة ، أثناء تطورها إلى خلايا محببة متداولة ناضجة. نضوب نضوج هذه المراحل في غياب التغذية في المراحل السابقة للحساسية الراديوية التي تضررت بسبب الإشعاع لحسابات قلة المحببات.

ج. يتأخر تعافي تكوين النخاع قليلاً عن تكون الكريات الحمر ويرافقه زيادات سريعة في أعداد أشكال التمايز والقسمة في النخاع. يتجلى الشفاء العاجل أحيانًا ويشار إليه بزيادة عدد الخلايا الشريطية في الدم المحيطي.

517. التخثر.

أ. نظام تجديد الخلايا المكونة للخثرات هو المسؤول عن إنتاج الصفائح الدموية (الصفيحات) للدورة الدموية الطرفية. تشكل الصفائح الدموية جنبًا إلى جنب مع الخلايا المحببة نوعين من أهم أنواع الخلايا في الدورة الدموية ، وستؤثر مستوياتهما خلال المرحلة الحرجة بعد الجرعات القاتلة بشكل ملحوظ على بقاء أو عدم بقاء الأفراد المعرضين للإشعاع. يتم إنتاج الصفائح الدموية بواسطة خلايا النواء في نخاع العظم. تعتبر كل من الصفائح الدموية وخلايا النواء المكروية الناضجة مقاومة للإشعاع نسبيًا ، ومع ذلك ، فإن الخلايا الجذعية والمراحل غير الناضجة حساسة جدًا للإشعاع. خلال تطورها التنموي من خلال نخاع العظم ، تخضع الخلايا الأولية لخلايا النواء للانقسام النووي دون انقسام الخلية. يتراوح وقت العبور عبر حجرة تكاثر الخلايا العملاقة في البشر من 4 إلى 10 أيام. يمتد عمر الصفائح الدموية من 8 إلى 9 أيام.

ب. على الرغم من أن إنتاج الصفائح الدموية بواسطة الخلايا العملاقة قد ينخفض ​​بجرعة عالية من الإشعاع المؤين ، فإن التأثير الأساسي يكون على الخلايا الجذعية ومراحل خلايا النواء غير الناضجة في نخاع العظم. كما هو الحال مع أنظمة تكوين الكريات الحمر وأنظمة تكوين النخاع ، يتأثر وقت بداية انخفاض الصفائح الدموية بحركة الدوران الطبيعية للخلايا داخل المقصورات الناضجة والوظيفية. يحدث تثبيط الصفائح الدموية المبكر ، الذي يصل إلى مستويات نقص الصفيحات بنسبة 3 إلى 4 أسابيع بعد الجرعات المتوسطة القاتلة ، من قتل الخلايا الجذعية ومراحل خلايا النواء غير الناضجة ومن نضوب خلايا النواء الناضجة والوظيفية.

ج. عادة ما يتأخر تجديد تكون الصفيحات بعد التعرض للإشعاع تحت المميت عن كل من تكون الكريات الحمر وتكوين النخاع. حدثت أعداد الصفائح الدموية الفائقة التي تتجاوز مستوى ما قبل التشعيع أثناء مرحلة التجدد المكثفة في ضحايا الحوادث النووية البشرية. يمكن تفسير آلية الاسترداد السريع لأعداد الصفائح الدموية بعد التعرض للإشعاع تحت المميت الحاد من خلال استجابة مجموعة الخلايا الجذعية الباقية والمتجددة لتحفيز التغذية المرتدة البشرية من حالة نقص الصفيحات الحادة. يساهم التمايز السريع والنضج للخلايا العملاقة غير الناضجة بالإضافة إلى الزيادات الملحوظة في حجم الخلايا العملاقة في إنتاج الصفائح الدموية المكثف واستعادة مستويات الحالة المستقرة في نهاية المطاف. تشكل عيوب تخثر الدم المصاحبة للنزيف عقابيل سريرية مهمة خلال مرحلة نقص الصفيحات في نخاع العظام ومتلازمات الجهاز الهضمي.

518. حركية الجهاز الهضمي.

نظرًا لتعرض الأمعاء الدقيقة للتلف الإشعاعي والدور المهم الذي تلعبه في متلازمة الجهاز الهضمي ، فإن حركية تجديد خلايا الزغابات في هذا الجزء مهمة.

أ. نظام التجديد في القبو والزغابة حيث يحدث تكوين الخلايا الظهارية والهجرة والخسارة. مقصورات تجديد الخلايا الأربعة هي: الخلايا الجذعية وحجرة الخلايا المتكاثرة ، ومقصورة النضج ، والمقصورة الوظيفية ، ومنطقة البثق. تنتقل الخلايا الجذعية والخلايا المتكاثرة من الخبايا إلى حجرة ناضجة فقط في عنق الخبايا وقاعدة الزغب. تنضج الخلايا الظهارية وظيفيًا بدلاً من أن تهاجر إلى أعلى جدار الزغب وتنبثق عند طرف الزغابات. يُقدر وقت العبور الإجمالي من الخلايا الجذعية إلى البثق على الزغابات البشرية بحوالي 7 إلى 8 أيام. تم الإبلاغ عن أوقات أقصر لأنظمة تجديد الخلايا الظهارية في حيوانات التجارب.

ب. بسبب معدل الدوران المرتفع الذي يحدث داخل الخلية الجذعية وتكاثر حجرة الخلية في القبو ، يحدث تلف ملحوظ في هذه المنطقة بجرعات إشعاع لكامل الجسم أعلى من النطاق القاتل. يحدث التدمير وكذلك التثبيط الانقسامي داخل القبو شديد الحساسية للإشعاع ومقصورات الخلايا المتكاثرة في غضون ساعات بعد الجرعات العالية. تستمر الخلايا الظهارية الناضجة والوظيفية في الهجرة لأعلى جدار الزغابة ويتم قذفها وإن كانت العملية بطيئة. يحدث انكماش الزغابات والتغيرات المورفولوجية في الخلايا المخاطية ، أي من عمودي إلى مكعي إلى سكوامويد ، حيث يتضاءل إنتاج الخلايا الجديدة داخل الخبايا. يمكن أن يؤدي استمرار بثق الخلايا الظهارية في غياب إنتاج الخلايا إلى تعرية الغشاء المخاطي في الأمعاء. تؤدي الإصابة المصاحبة للأوعية الدموية الدقيقة في الغشاء المخاطي وتحت المخاطية مع تعرية الخلايا الظهارية إلى حدوث نزيف وفقدان ملحوظ للسوائل والكهارل يساهم في حدوث صدمة. تحدث هذه الأحداث عادة في غضون أسبوع إلى أسبوعين بعد التشعيع. تم اكتشاف آلية ثانية للإصابة مؤخرًا في النطاق الأدنى من متلازمة الجهاز الهضمي ، أو قبل حدوث تعرية كبيرة عند جرعات أعلى من الإشعاع. هذه الاستجابة هي زيادة وظيفية في إفراز السوائل والكهارل على الخلايا الظهارية دون تلف الخلية المرئي. قد يكون لهذه الآلية الثانية آثار مهمة على العلاج ببدائل السوائل. سيتم وصف المضاعفات الثانوية الأخرى التي تساهم بشكل كبير في متلازمة الجهاز الهضمي في مكان آخر.

القسم الرابع - الآثار النظامية للإشعاع بكامل الجسم

519- عام.

يعتبر تشعيع الجسم بالكامل أهم أنواع التعرض للإشعاع لأنه الأكثر ضررًا ويتم مناقشته بأكبر قدر من التفصيل في هذا القسم. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث تشعيع جزئي للجسم وعضو معين ، لا سيما من الترسب الداخلي والاحتفاظ بمنتجات الانشطار الإشعاعي الموجودة في التساقط. كما تمت مناقشة المبادئ الفيزيائية الحيوية الأساسية للإشعاع الداخلي في قسم لاحق من هذا الفصل. يُلاحظ داء الإشعاع الشديد بعد جرعة كبيرة من التشعيع الخارجي لكامل الجسم. قد تحدث درجات متغيرة من داء الإشعاع بعد التعرض للإشعاع الجزئي للجسم. تم التأكيد على الآليات الكامنة وراء المتلازمات المختلفة للمرض الإشعاعي الشديد في هذا القسم.

520. الجرعة المميتة المتوسطة (LD 50).

(1) عند مقارنة تأثيرات الأنواع أو الظروف المختلفة ، فإن تلك الجرعة المميتة بـ 50 & # 037 من مجموعة سكانية معينة هي معلمة مفيدة للغاية. يُعرَّف المصطلح عادةً لفترة زمنية محددة ، تقتصر عمومًا على دراسات الفتك الحاد. الفترات الزمنية الشائعة المستخدمة هي 30 يومًا أو أقل لمعظم حيوانات المختبر الصغيرة و 60 يومًا للحيوانات الكبيرة والبشر. في بعض الأحيان ، عندما يتم دراسة نوع معين من الموت ، تكون الفترة الزمنية المستخدمة أقصر. يشار إلى الفترة الزمنية المحددة بالرقم الثاني في LD 50/30 المنخفض و LD 50/5 تشير إلى معدل وفيات 50 & # 037 خلال 30 يومًا و 5 أيام على التوالي. يعتبر LD 50 الوسيط أسهل طريقة لتقريبها عن طريق رسم البيانات التجريبية على رسم بياني مناسب ثم تقديرها عن طريق الفحص. يجب أن يكون مفهوما أن LD 50/60 يفترض أن الأفراد لم يتلقوا إصابات أخرى أو علاج طبي.

(2) الشكل 5-I هو تمثيل رسومي لاستجابة نموذجية للوفيات للإشعاع. المنحنى المرسوم من خلال نقاط البيانات هو السيني ، مما يشير إلى أن استجابة الوفيات لزيادة الجرعة تقترب من التوزيع الطبيعي. يصعب رسم منحنى السيني ، خاصة عندما يكون عدد نقاط البيانات محدودًا ، ويتم استخدام الطريقة المفضلة التي تسمح بتخطيط البيانات التجريبية على طول خط مستقيم في معظم دراسات الوفيات. يوضح الشكل من 5 إلى 2 نفس البيانات التجريبية المرسومة على رسم بياني تم إنشاؤه خصيصًا ، ويطلق عليه رسم بياني احتمالي. هذا التشويه متعمد ويستند إلى وظيفة التوزيع الطبيعي ، بحيث يمكن رسم البيانات من التوزيع الطبيعي على مثل هذا الرسم البياني ، والذي يبدو أنه يناسب البيانات. يمكن بعد ذلك تقدير LD50 عن طريق الفحص. هذه الطريقة بسيطة وتستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك ، يجب استخدامه فقط عندما يتم إثبات أن ظاهرة الاستجابة للجرعة قيد الدراسة تتبع بالفعل أو على الأقل تقترب بشكل معقول من التوزيع الطبيعي. هناك جدل حول ماهية LD 50/60 للبشر. المناقشة الكاملة لهذه القضية هي خارج نطاق هذه النظرة العامة.

(3) من الناحية الطبية ، فإن الأرقام الأخرى ذات الأهمية هي الجرعة التي لن تقتل أي شخص تقريبًا (LD5) ، والجرعة التي ستقتل كل شخص تقريبًا (LD95). تقع تقديرات هذه الجرعات في نطاق 200-300 cGy (مجاني في الهواء) و 600-700 cGy (مجاني في الهواء) ، على التوالي.

ب. العجز المبكر الناجم عن الإشعاع.

(1) كان تركيز الدراسات على الحيوانات هو عجز الرئيسيات دون البشر ، نظرًا لأن استجابة العجز لها أهمية عسكرية ويبدو أن استجابة الرئيسيات تشبه إلى حد كبير استجابة الإنسان بعد تشعيع الجسم الكامل الحاد. بالنسبة لجرعات الإشعاع العالية (التي تزيد عن 1000 cGy) ، يحدث عجز عابر مبكر (ETI) في المتوسط ​​في غضون 5 إلى 10 دقائق بعد التشعيع الحاد لكامل الجسم. مع خفض الجرعة ، يزيد متوسط ​​وقت حدوث ETI حتى 12 إلى 15 دقيقة. المدة النموذجية لـ ETI هي 15 دقيقة. تم تقييم انخفاض الأداء في القرد للعديد من المقابلات السلوكية بعد تشعيع الجسم بالكامل وجزء من الجسم لصفات الإشعاع المختلفة ومعدلات الجرعات. ظهرت عدة تعميمات من هذه الدراسات.

(أ) إن العجز العابر المبكر متشابه نوعيًا جدًا للعديد من المهام السلوكية.

(ب) تزداد وظيفة التردد للإشعاع الناتج عن العجز داخل مجموعة سكانية كجرعة.

(ج) يمكن أن يحدث العجز إما عن طريق تشعيع الجذع فقط أو تشعيع الرأس فقط.

(د) تعتبر النيوترونات أقل فعالية في إنتاج عجز عابر مبكر من فوتونات جاما. تم تقدير الفعالية البيولوجية النسبية لتعطيل النيوترونات لأشعة جاما بين 0.23 و 0.62.

(هـ) يتناسب تواتر العجز الناتج عن جرعة إشعاع معينة مع متطلبات أو إجهاد المهمة التي يتم أداؤها. هذه النتائج والبيانات التي تمثلها هي الأساس لمعايير الخسائر القتالية الحالية. تعتمد المعايير الحالية على مستويات جرعة العجز لكل من المهام التي تتطلب مجهودًا بدنيًا والمهام المتساهلة. وهي لا تشمل عدم الفعالية القتالية بسبب الأداء المتدهور جزئيًا والذي قد ينجم عن رد فعل أبطأ للمهمة ، أو ضغوط المهمة ، أو التأثيرات البادرية لمرض الإشعاع الحاد.

(2) بالنسبة للإنتاجية البالغة 5-10 كيلو طن (أو أقل) ، فإن الإشعاع النووي الأولي هو المنتج المسيطر للخسائر في ساحة المعركة. سيصبح أداء الأفراد العسكريين الذين يتلقون جرعة عجز حادة (30 غراي) متدهورًا على الفور تقريبًا وسيصبح القتال غير فعال في غضون عدة ساعات. ومع ذلك ، لن يموتوا إلا بعد 5-6 أيام من التعرض إذا لم يصابوا بأي إصابات أخرى تجعلهم أكثر عرضة لجرعة الإشعاع. سيظل الجنود الذين يتلقون أقل من إجمالي 150 cGy فعالين في القتال. بين هذين الطرفين ، فإن الأفراد العسكريين الذين يتلقون جرعات أكبر من 150 cGy سوف يتدهورون ويموت بعضهم في النهاية. تعتبر جرعة من 530-830 cGy قاتلة ولكنها لا تسبب العجز على الفور. سيتدهور أداء الأفراد الذين يتعرضون لهذه الكمية من الإشعاع في غضون 2-3 ساعات ، اعتمادًا على مدى صعوبة المهام التي يجب عليهم القيام بها جسديًا ، وسيظلون في هذه الحالة المتدهورة لمدة يومين على الأقل. ومع ذلك ، في هذه المرحلة ، سيختبرون فترة نقاهة ويكونون فعالين في أداء المهام غير المتطلبة لمدة 6 أيام تقريبًا ، وبعد ذلك سوف ينتكسون إلى حالة أداء متدهورة ويظلون كذلك لمدة 4 أسابيع تقريبًا. في هذا الوقت سيبدأون في إظهار أعراض إشعاعية ذات شدة كافية لجعلها غير فعالة تمامًا. يتبع الموت حوالي 6 أسابيع بعد التعرض. أظهرت التجارب التي أُجريت على نماذج حيوانية أن التعرض لجرعات عالية من الإشعاع المؤين (بترتيب 25 غراي) يؤدي إلى انخفاض حاد فوري في تدفق الدم الدماغي (CBF) يتبعه انتعاش جزئي في غضون 20-30 دقيقة ، و انخفاض ثانوي أبطأ لاحقًا في CBF بعد ذلك مصحوبًا بتغييرات موازية في ضغط الدم النظامي. تشير هذه البيانات إلى أن الإشعاع يؤثر سلبًا على قدرة الدماغ على تنظيم إمدادات الدم. يمتد مضمون هذا المؤشر إلى مجال الدراسات السلوكية للعجز العابر المبكر وانخفاض الأداء (ETI-PD). يتأثر نشاط بعض إنزيمات الدماغ المشاركة في استقلاب الناقل العصبي بشكل كبير خلال ETI.

(3) تشير النتائج التجريبية من الدراسات التي أجريت على الحيوانات إلى أن الحماية الجزئية للجسم بشكل عام تقلل من الآثار السلوكية للإشعاع. يعتبر درع الرأس أكثر فاعلية في الحفاظ على الأداء السلوكي بعد التعرض للضوء أكثر من حماية صندوق السيارة. لا يقلل درع الرأس من حدوث العجز فحسب ، بل يقلل من حدوث التشنجات التي تصاحب عادة العجز المبكر. في جميع الأسباب التجريبية التي تمت دراستها حتى الآن ، يكون درع الرأس أكثر فعالية للجرعات التي تزيد عن 25 غراي.

521. حركية الخلايا الإنجابية والعقم.

أ. على الرغم من الدرجة العالية من الحساسية الإشعاعية لبعض مراحل تطور الخلايا الجرثومية ، فإن الخصيتين والمبيضين يتأثران بشكل عابر فقط بجرعات مفردة مميتة من تشعيع كامل الجسم وتستمر بشكل عام لاستعادة الوظيفة الطبيعية. في ذكور حيوانات الاختبار ، تسبب الجرعات المنخفضة من تشعيع الجسم كله انخفاضًا مفاجئًا في عدد الحيوانات المنوية. تعتمد درجة النقص على الجرعة ، ولكن يمكن أن يظهر فقد النطاف العابر بجرعات إشعاعية شبه قاتلة. قد يستمر العقم الناتج من عدة أشهر إلى عدة سنوات ، ولكن يحدث استرداد للخصوبة الطبيعية. يعتمد الانتعاش على تجديد تلك العناصر من مجموعة الخلايا الجذعية التي كانت في جزء مقاوم نسبيًا من دورة الخلايا الجرثومية. تشير بيانات أخرى إلى أنه في ظل بعض الظروف ، يمكن تشكيل حيوانات منوية جديدة عن طريق التحول من خلايا جذعية ثابتة أكثر مقاومة للإشعاع.

ب. عندما يتم إنتاج انحرافات الكروموسوم في الخلايا الجسدية ، فإن الإصابة تقتصر على الأنسجة المحددة أو نظام الخلية. ومع ذلك ، عندما تحدث الانحرافات في الخلايا الجرثومية ، قد تنعكس التأثيرات في الأجيال اللاحقة. في أغلب الأحيان ، لا تتطور الخلايا الجذعية لخط الخلايا الجرثومية إلى خلايا منوية أو بويضات ناضجة ، ولا تنتقل أي شذوذ. إذا لم تكن التشوهات شديدة بما يكفي لمنع الإخصاب ، فلن تكون الأجنة النامية قابلة للحياة في معظم الحالات. فقط عندما يكون تلف الكروموسوم طفيفًا جدًا ولا يكون هناك خسارة فعلية للمادة الوراثية ، سيكون النسل قابلاً للحياة ويمكن نقل التشوهات إلى الأجيال القادمة. تصبح هذه الطفرات النقطية مهمة عند مستويات جرعة إشعاعية منخفضة. في أي مجموعة من الخلايا ، تحدث طفرات نقطية عفوية بشكل طبيعي. يزيد الإشعاع من معدل حدوث هذه الطفرات وبالتالي يزيد العبء الجيني غير الطبيعي للأجيال القادمة.

522. الانتعاش.

(1) قد تقلل مجموعة متنوعة من عمليات الاسترداد الضرر الإشعاعي بدرجات متفاوتة. على سبيل المثال ، عندما يتم كسر الكروموسوم ، تميل الأطراف المكسورة إلى الانضمام مرة أخرى وبالتالي إعادة تكوين الكروموسوم ، ولكن في بعض الأحيان يتم إغلاق النهايات المكسورة قبل الانضمام مرة أخرى ، مما يؤدي إلى تلف دائم في الكروموسوم. إذا تم كسر اثنين (أو أكثر) من الكروموسومات داخل نفس الخلية ، يمكن أن تحدث عودة الانضمام إلى نهايات مكسورة غير مناسبة وبالتالي قد يؤدي إلى تغيير كروموسومي دائم من نوع مختلف. إصلاح الأطراف المكسورة للكروموسومات ، مثل جميع عمليات الإصلاح الأخرى التي تعقب التلف الإشعاعي ، ليس محددًا فيما يتعلق بالضرر الإشعاعي. الإصلاح هو عملية بيولوجية خاصة بنوع معين من الضرر الذي يلعب دوره مهما كان العامل الذي يسبب ذلك الضرر. هذه الأمثلة الخاصة وغيرها من الأمثلة المتعلقة بالحمض النووي وإصلاحه أو زيادة نفاذية أغشية الخلايا ، وما إلى ذلك ، مهمة في الممارسة فقط للتعرضات الكبيرة جدًا.

(2) ثلاث عمليات استرداد محددة ذات صلة مباشرة بالجوانب الطبية لعمليات الدفاع. الأول هو الانتعاش داخل الخلايا داخل الخلايا الفردية التي تعرضت للإشعاع تحت المميت.والثاني هو انتعاش محدد لنسيج معين يتم فيه استبدال الخلايا المقتولة أو التالفة بتقسيم الخلايا الباقية أو التالفة أو غير التالفة داخل هذا النسيج ، وهي عملية تسمى غالبًا إعادة التكاثر. بينهما ، قد تسمح هاتان العمليتان بالعودة الكاملة للوظيفة إلى وضعها الطبيعي. عندما تكون الجرعة الموضعية كبيرة بما يكفي ، قد يكون الإصلاح ممكنًا ولكنه غير مكتمل. قد يتم إصلاح نسيج معين دون استبدال كامل لجميع خلايا الأنسجة. قد يشمل الشفاء ضمور الأنسجة و / أو التليف وقد يتأثر النسيج المشع بشكل دائم. النوع الثالث ، وهو مزيج من النوعين الأولين من الانتعاش ، يمكن تحديده كميًا تقريبًا للفتك لدى البشر باستخدام صيغة الجرعة المكافئة التشغيلية في الحالات التي تطول فيها فترة التشعيع على مدى عدة ساعات أو أكثر كما قد يحدث في ظروف السقوط. .

ب. الانتعاش داخل الخلايا. تتمتع الخلايا المشععة الفردية بالقدرة على إصلاح نفسها طالما أن مقدار الضرر داخل الخلايا لا يتجاوز قيمة العتبة. السبب الأساسي لبقاء الخلايا المشعة تحت المميتة ثم تعافيها هو أنه يجب ترسيب حد أدنى معين من الطاقة الإشعاعية داخل الخلية من أجل قتلها. حتى عندما تتعرض كتلة من الخلايا بشكل موحد لإشعاع LET المنخفض ، فإن كمية الطاقة الإشعاعية المودعة في الخلايا الفردية ليست هي نفسها لكل خلية ولكنها تختلف بشكل كبير من خلية إلى أخرى. مع زيادة الجرعة ، تزداد نسبة الخلايا التي تودع فيها كمية طاقة مميتة أو أكثر من قاتلة. لكن جميع الخلايا الأخرى المشععة ، تلك التي لا توجد فيها طاقة إشعاعية أو كمية شبه مميتة ، تعيد نفسها إلى وضعها الطبيعي إذا أعطيت الوقت الكافي للقيام بذلك. على الرغم من أنها مثيرة للجدل ، إلا أنه يُعتقد عمومًا أن آلية الاسترداد هذه أكثر فاعلية في الخلايا التي لا تخضع لانقسام خلوي نشط ، على سبيل المثال ، الخلايا الجذعية الهادئة ، مقارنة بالخلايا التي تخضع لانقسام الخلايا النشط ، على سبيل المثال ، الخلايا القاعدية للخلايا المعوية والانفجار العادي. خلايا نخاع العظم. في الخلايا الهادئة ، يستغرق الشفاء التام من الضرر الإشعاعي شبه المميت بضع ساعات فقط. يمكن إثبات ذلك بتقسيم جرعة إلى جزأين مفصولين بساعات قليلة عندما يكون الضرر الملحوظ أقل مما لو تم إعطاء الجرعة بأكملها دفعة واحدة. يستمر إصلاح Elkind المزعوم أثناء التعرض المطول للإشعاع ، مثل التساقط. لا يتطلب فترة خالية من الإشعاع.

(1) إعادة التكاثر الناتجة عن تكاثر الخلايا الجذعية هي آلية انتعاش مهمة بشكل خاص في كل من نخاع العظام والجهاز الهضمي كلما كان التعرض للإشعاع كبيرًا بما يكفي لتقليل أعداد الخلايا. تنقسم الخلايا الجذعية بشكل طبيعي في كل من هذه الأنسجة ، لأن دوران الخلايا الجذعية مطلوب للتعويض عن الإزالة الطبيعية التي تحدث باستمرار للخلايا المتمايزة. يمكن تسريع انقسام الخلايا الجذعية بجرعات كبيرة من الإشعاع. جرعات كبيرة من الإشعاع تسبب ضررًا كافيًا لتحفيز إعادة التوطين ، تمامًا مثل أي إهانة شديدة أخرى. لم يتم التعرف على تأثيرات الجرعات الصغيرة في وقت قريب بما يكفي لحدوث انتشار سريع.

(2) في نخاع العظم ، تنتج الخلايا الدقيقة الكبيرة العوامل التي إما تحفز أو تغلق الخلايا الجذعية التي هي أسلاف الكريات الحمر ، أو الحبيبات ، أو المتخثرة من خلايا الدم. تؤثر & quot العامل الذي ينتج & quot الخلايا على بعضها البعض ويقلل من إنتاج عامل واحد بينما يتم إنتاج العكس. تستمر استجابات الخلايا الجذعية حتى يتغير العامل. تتمتع بعض الخلايا الجذعية بالقدرة على الدوران بمعدلات أسرع من غيرها ولكن بكفاءة أقل ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج عدد أقل من الخلايا الناضجة مقارنة بخلايا الدورة الأبطأ. إذا كانت مدة التعرض طويلة بما فيه الكفاية وكان التعرض المستمر كبيرًا بدرجة كافية ، فقد تصبح عملية إعادة التوطين أقل كفاءة. ومع ذلك ، قد يستغرق الأمر عدة أشهر قبل أن تتعطل عملية إعادة التوطين بشكل كبير ولذا فمن غير المرجح أن تكون ذات صلة في سيناريو الحرب النووية قصيرة المدى.

د. مشاكل في تطبيق صيغة جرعة مكافئة. لقد أدرك منذ فترة طويلة أنه من المرغوب فيه تحديد مقدار الاسترداد من أضرار الإشعاع المؤين ، خاصة عندما يتم تلقيه بشكل مستمر أو أقل على مدار فترة زمنية كما هو متوقع عند التشغيل في ظروف السقوط. لأسباب تشغيلية ، يجب أن يكون القياس الكمي سهل الاستخدام نسبيًا ويجب ألا يتطلب حسابًا بمعايير لا يمكن تحديدها في سيناريو الحرب النووية. وبالتالي ، تم اقتراح العديد من صيغ الجرعات المكافئة التي تقدر الجرعة المميتة من التعرض المتراكم. على هذا النحو ، يمكن استخدام هذه الصيغ كدليل للتنبؤ بمستويات التعرض الخارجي التي يمكن تحملها من الحقول المتساقطة. ومع ذلك ، فإن استخدامها في ساحة المعركة محدود للغاية ويمكن أن يؤدي إلى المبالغة الخطيرة في تقدير القدرة القتالية لأنها لا تأخذ في الحسبان آثار التعرض للنيوترونات وتتنبأ فقط بالفتك وليس المرض الإشعاعي ، مما قد يضعف بشدة فعالية أفراد القتال. . صيغ الجرعات المكافئة الحالية قابلة للتطبيق على جزء صغير جدًا من سكان ساحة المعركة ، لأنها صالحة فقط لجرعات جاما الخارجية المتلقاة بمعدلات جرعات منخفضة. لذلك ، لا يمكن استخدامها للتنبؤ باستجابة أي شخص يتعرض للنيوترونات. هذا التقييد يجعل الصيغ غير قابلة للاستخدام لأي فرد عسكري تعرض للإشعاع في وقت التفجير النووي حيث من المعروف أن جرعة النيوترون أكثر فتكًا من جرعة مماثلة من أشعة جاما وحدها. من المحتمل أن تكون الصيغ الحالية قابلة للتطبيق فقط على القوات التي يتم إدخالها في حقل تداعيات بعد توقف التفجيرات النووية. يتم تقليل استخدامها العملي في ساحة المعركة بشكل أكبر من خلال عقيدة الاستهداف النووي لحلف شمال الأطلسي والعدو والتي تدعو إلى تفجيرات على ارتفاعات تمنع تولد التداعيات وبسبب صعوبة التنبؤ بوصول حقول التداعيات. بالنظر إلى النطاق الصغير للتطبيق في ساحة المعركة النووية والأخطاء المحتملة التي قد تسببها ، فإن صيغ الجرعات المكافئة الحالية غير مناسبة لاتخاذ القرارات التشغيلية في ساحة المعركة النووية.

القسم الخامس - الآثار المتأخرة

523- عام.

تحدث التأثيرات المتأخرة أو المتأخرة للإشعاع بعد مجموعة واسعة من الجرعات ومعدلات الجرعات. قد تظهر التأثيرات المتأخرة من شهور إلى سنوات بعد التشعيع وتشمل مجموعة متنوعة من التأثيرات التي تشمل جميع الأنسجة أو الأعضاء تقريبًا. بعض النتائج المتأخرة المحتملة للإصابة الإشعاعية هي قصر العمر ، والتسرطن ، وتكوين الساد ، والتهاب الجلد الإشعاعي المزمن ، وانخفاض الخصوبة ، والطفرات الجينية.

524- التسرطن.

أ. يزيد تشعيع أي جزء من الجسم تقريبًا من احتمالية الإصابة بالسرطان. يعتمد النوع المتكون على عوامل مثل المنطقة المشعة وجرعة الإشعاع والعمر والأنواع. قد يؤدي التشعيع إما إلى زيادة معدل الإصابة بالسرطان أو تسريع وقت ظهور السرطان أو ظهوره ، أو كليهما. هناك فترة كامنة بين التعرض للسرطان والمظهر السريري. في حالة السرطانات المختلفة التي يسببها الإشعاع والتي شوهدت في البشر ، قد تكون فترة الكمون عدة سنوات. يختلف الكمون والجرعة المطلوبة للحث على الإصابة بالسرطان باختلاف موقع السرطان والأنواع المدروسة. تراوحت الفترات الكامنة لتحريض سرطانات الجلد لدى الأشخاص من 12 إلى 56 عامًا بعد التعرض للإشعاع X التعرض العلاجي بجرعات تقدر بعدة آلاف من الرونتجين. تم الإبلاغ عن خمسة عشر عامًا كفترة كامنة لأورام العظام من الراديوم. هذا الكمون المرتبط بأورام العظام يعتمد بشكل كبير على جرعة ونوع الإشعاع المنبعث من النويدات المشعة.

ب. كان من المتوقع وجود تأثير مسبب لسرطان الدم ووجد بين الناجين من هيروشيما وناغازاكي. حدثت ذروة الإصابة بعد 6 سنوات من التعرض وكانت أقل وضوحًا لسرطان الدم الحبيبي المزمن من سرطان الدم الحاد. كان الحدوث مرتبطًا عكسياً بالمسافة من المركز. أظهر الأشخاص البريطانيون الذين يتلقون العلاج الإشعاعي لالتهاب الفقار علاقة استجابة للجرعة لسرطان الدم ، مع حدوث ذروة تحدث بعد 5 سنوات من التعرض الأول. أظهرت الدراسات أن الإشعاع المؤين يمكن أن يسبب أكثر من نوع واحد من ابيضاض الدم لدى الأشخاص ، ولكن ليس ابيضاض الدم الليمفاوي المزمن.

ج. تشمل العوامل المؤهبة لتطور الورم الوراثة والعمر والهرمونات والتعرض المسبق للصدمات الجسدية والعوامل الكيميائية والإشعاع المؤين. العمليات الفعلية التي يحدث بها السرطان غير معروفة. تم افتراض الطفرات الجسدية والالتهابات الفيروسية والتشوهات السابقة للتسرطن في تنظيم الأنسجة وإمدادات الأوعية الدموية.

525. تشكيل الساد.

التأثير المتأخر لإشعاع العين هو تكوين الساد. قد يبدأ في أي مكان من 6 أشهر إلى عدة سنوات بعد التعرض. في حين أن جميع أنواع الإشعاعات المؤينة قد تحفز تكوين الساد ، فإن التشعيع النيوتروني فعال بشكل خاص في تكوينه ، حتى عند الجرعات المنخفضة نسبيًا. يبدأ تكوين إعتام عدسة العين عند القطب الخلفي للعدسة ويستمر حتى تتأثر العدسة بأكملها. قد يتوقف نمو العتامة عند أي نقطة. يعتمد معدل النمو ودرجة التعتيم على الجرعة وكذلك نوع الإشعاع. عتبة تكوين الساد القابل للاكتشاف في 2 سيفرت (سيفرت) (200 ريم (مكافئ رونتجن ، رجل)) لجرعات الإشعاع الحادة و 15 سيفرت (1500 ريم) للجرعات الطويلة.

526. التهاب الجلد الإشعاعي المزمن.

لا تتطور التغيرات المتأخرة التي لا رجعة فيها للجلد عادة نتيجة للإشعاع شبه المميت لكامل الجسم ، ولكن بدلاً من ذلك تتبع جرعات أعلى تقتصر على الجلد. تعد هذه التغييرات من المضاعفات الشائعة في العلاج الإشعاعي ، ولكنها يجب أن تكون نادرة في القتال النووي ما لم يكن هناك تلوث شديد للجلد العاري بمواد باعث بيتا من التساقط ، وفي هذه الحالة يمكن رؤية تقرح الجلد الناجم عن بيتا. يجب منع هذه الحالة بسهولة من خلال النظافة المعقولة وستكون نادرة بشكل خاص في المناخات حيث كان الجنود يرتدون ملابس كاملة (الذراعين والساقين والرقبة مغطاة). يسرد الجدول 5-V درجات التهاب الجلد الإشعاعي لجرعات الإشعاع المختلفة.

527- مقدمة.

أ. عندما يتم دمج المواد المشعة في الجسم والاحتفاظ بها ، يمكن أن تحدث إصابة إشعاعية كبيرة بواسطة أنسجة معينة تتركز فيها المواد أو في بعض الحالات من قبل الجسم كله. العوامل الأولية التي تحدد نوع ودرجة الإصابة هي أنواع وكميات النظائر المترسبة وطبيعة وطاقات الإشعاع المنبعث.

ب. يتبع كل نظير مسارًا بيولوجيًا محددًا إلى حد ما في الجسم. قد يكون هذا المسار معقدًا للغاية ويتكون من عدة أقسام ويتم تحديده من خلال الطبيعة الكيميائية للنظير. يمكن تركيز نظير معين أو الاحتفاظ به في عضو أو نسيج معين خلال فترة وجوده في الجسم. قد يتم التخلص منه من الجسم ، وتختلف معدلات التخلص من النظائر المختلفة بشكل كبير. يمكن دمج أكثر من نظير واحد في الجسم في نفس الوقت ، وستكون تأثيرات خليط من النظائر الموجودة في التساقط مضافة.

ج. في هذا القسم ، تتم مناقشة بعض المبادئ والعوامل الأساسية التي تحكم النظائر في الجسم والتي تشمل توزيعها وعملها وإزالتها. تمت مناقشة المشاكل السريرية ذات الصلة في الفصل 6.

528- دمج المواد المشعة.

الطرق الأساسية لدخول النظائر هي: الاستنشاق والابتلاع والامتصاص عن طريق الجلد. بعد الابتلاع أو الاستنشاق ، يمكن امتصاص مادة معينة في مجرى الدم ، اعتمادًا على قابليتها للذوبان. لا يتم امتصاص المواد غير القابلة للذوبان ، إلا بكميات صغيرة للغاية ، ويمكن إزالتها بسرعة إلى حد ما مباشرة من الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي. ومع ذلك ، في ظل ظروف معينة ، يمكن الاحتفاظ بالمواد غير القابلة للذوبان في الموقع الأصلي للترسب أو بالقرب منه ، على سبيل المثال ، في الرئتين أو في الجروح ، أو يمكن نقلها إلى العقد الليمفاوية الإقليمية ، حيث ستشكل مرة أخرى خطرًا داخليًا للإشعاع. فقط الجسيمات الصغيرة جدًا من المواد المشعة ، التي يبلغ قطرها 10 ميكرون أو أصغر ، تترسب في الأكياس الهوائية السنخية.

(1) سيتم ترسيب مادة غير قابلة للذوبان يتم استنشاقها على شكل رذاذ على طول شجرة القصبة الهوائية. سيتم إزالة الكثير منه عن طريق العمل الهدبي للغشاء المخاطي الذي يبطن معظم الجهاز التنفسي ، ولكن جزءًا معينًا ، اعتمادًا على حجم وشكل وكثافة الجزيئات ، سوف يخترق إلى الحويصلات الهوائية السنخية ويبقى. فقط أصغر الجزيئات تخترق هذا الحد ، ونسبة الجسيمات غير القابلة للذوبان المستنشقة والتي يتم الاحتفاظ بها في الرئتين صغيرة ، بشكل عام أقل من 25 & # 037. ومع ذلك ، فإن المواد المحتجزة بهذه الطريقة يمكن أن تشكل خطرًا كبيرًا على الرئة ، لأنها قد تبقى لفترة طويلة. سيتم التقاط جزء من هذه المادة بواسطة الجهاز اللمفاوي الذي يقوم بتصريف مناطق الرئة المختلفة. سيتم بعد ذلك جمعها وتبقى في العقد الليمفاوية في الرئتين وستظل تشكل خطرًا طويل الأمد على أنسجة الرئة. قد يصل جزء صغير من المادة إلى مجرى الدم وينتهي به الأمر محاصرًا في الجهاز الشبكي البطاني في مناطق مختلفة من الجسم وفي بعض النظائر ، مثل البلوتونيوم والسترونتيوم ، أيضًا في العظام.

(2) إذا تم استنشاق مادة قابلة للذوبان ، يتم امتصاصها بسرعة كبيرة وبشكل كامل ، وغالبًا لا تبقى في الرئتين لفترة كافية لإحداث ضرر كبير. بمجرد دخوله في الدورة الدموية ، سيتم توزيعه في الجسم بنفس الطريقة التي يتبعها أي وضع آخر للدخول.

(1) ستبقى المادة غير القابلة للذوبان التي يتم تناولها في الجهاز الهضمي وتختلط مع مادة البراز الموجودة في الأمعاء الغليظة وجزءًا منها ، ثم يتم التخلص منها بعد ذلك. وهذا يشمل المواد المبتلعة التي تم تطهيرها من الجهاز التنفسي العلوي والجهاز الرغامي القصبي عن طريق العمل الهدبي. لا يتم الاحتفاظ بالمواد غير القابلة للذوبان في القناة الهضمية كما هو الحال في الرئتين أو في الأنسجة الرخوة ، ويقتصر خطر الإشعاع في الوقت المناسب على ما هو مطلوب للعبور والتخلص ، بشكل عام في غضون ساعات. نتيجة لذلك ، فإن خطر الإشعاع لا يكاد يذكر ، إلا إذا كانت المادة تحتوي على باعث غاما عالي النشاط. عادةً ، لن يتسبب إشعاع بيتا وألفا الناتج عن المواد المشعة غير القابلة للذوبان في تجويف القناة الهضمية في حدوث أضرار كبيرة. تتحلل الخلايا القليلة من الغشاء المخاطي التالفة ويتم استبدالها بسرعة. من ناحية أخرى ، سيكون باعث جاما خطرًا على الجسم بالكامل طالما كان في القناة الهضمية. يمكن أن يتسبب التساقط الإشعاعي للغاية الذي يحتوي على نواتج انشطارية تنبعث منها إشعاعات بيتا وغاما في بعض الأضرار في الجهاز الهضمي إذا تم تناوله عن طريق الخطأ مع مواد غذائية أو مياه ملوثة. ومع ذلك ، في معظم هذه الحالات ، سيكون التعرض لكامل الجسم المتلقاة من أشعة جاما الخارجية في المنطقة هو الخطر المسيطر.

(2) عندما يتم تناول مادة قابلة للذوبان ، يكون الامتصاص فعالاً للغاية. هذا هو أهم مسار لدخول النظائر القابلة للذوبان في التساقط ، خاصة عند استهلاك الماء أو الطعام الملوث بالتساقط. يمكن دمج عدد من نواتج الانشطار في الغطاء النباتي والدخول في سلاسل غذائية معقدة. في بعض الحالات ، يمكن تركيز بعض المواد المشعة في هذه السلاسل مما يزيد من الخطر المحتمل على البشر.

ج. الامتصاص عبر الجلد.

(1) يمكن أن تكون المادة غير القابلة للذوبان التي تلوث الجلد السليم خطرًا خارجيًا فقط إذا كانت باعث جاما أو بيتا. لن يتم امتصاصه في مجرى الدم وبالتالي لن يصبح خطرًا داخليًا. من المتصور أن تلوث الجلد بكميات كبيرة من المواد التي تنبعث منها أشعة جاما يمكن أن يؤدي إلى تشعيع كبير للجسم بالكامل. يمكن أن يحدث هذا عندما يتعرض الأفراد لتداعيات التلوث الشديد. ومع ذلك ، يمكن منع ذلك بسهولة عن طريق الإزالة السريعة للملابس الملوثة وغسل المناطق المكشوفة من الجلد. إذا كان الجرح ملوثًا ، فإن المادة غير القابلة للذوبان تميل إلى البقاء موضعية في الأنسجة في موقع الجرح ، ما لم يتم إزالتها عن طريق التنضير. البعض سيكون حاضرا داخل الخار. لا ينبغي أن يسبب هذا النوع من التلوث مشكلة خطيرة ، إلا إذا كان عالي النشاط الإشعاعي. سيتم إزالة جزء صغير ولكن قابل للقياس من المادة من موقع الجرح عن طريق التصريف اللمفاوي. سيتم حبس معظم هذه المواد في العقد الليمفاوية الإقليمية التي تقوم بتصريف منطقة الجرح ، على غرار تلك العملية الموصوفة للرئتين.

(2) سيتم امتصاص المواد القابلة للذوبان بسهولة من خلال مواقع الجرح وتوزيعها داخل أعضاء وأنسجة الجسم وفقًا لعملية التمثيل الغذائي المعتادة للنظير المستقر للعنصر المعني. سيتم امتصاص بعض المواد القابلة للذوبان ، وخاصة التريتيوم ، بسرعة وبشكل كامل عبر الجلد السليم.

529. القضاء على النظائر.

أ. يجب التخلص من المواد المشعة من الجسم لإزالة مخاطرها. لن تكون إزالة السموم ، التي تعتبر فعالة ضد المواد التي تشكل مخاطر كيميائية ، فعالة لأن النشاط الإشعاعي لا يتم تعديله بالتغيرات الكيميائية. تشمل طرق التخلص من الإفراز الكلوي لمعظم المواد القابلة للذوبان ، والتخلص من البراز للمواد المحتجزة في الأمعاء أو التي يمكن إفرازها في الصفراء ، وزفير المواد والغازات المتطايرة. العوامل المخلبية ، مثل الكالسيوم أو الزنك DTPA (حمض ثنائي إيثيلين تريامين بنتا أسيتيك) ، إذا تم تناولها بعد التعرض بفترة وجيزة ، تكون فعالة في تعزيز التخلص من بعض النظائر المشعة. هذه المواد ليست فعالة للغاية بالنسبة للنظائر المشعة التي تم دمجها وتثبيتها في الأعضاء والأنسجة ، مثل العظام. في ظل ظروف الحرب النووية ، من المستبعد جدًا استخدام العلاج بالاستخلاب. (انظر 717 هـ.)

ب. عادة ما يتم التعبير عن المعدل الذي يتم به التخلص من المادة على أنه نصف العمر البيولوجي. هذا هو الوقت الذي يستغرقه التخلص من نصف كمية معينة من المواد أو التخلص منها. خلال كل نصف عمر متتالي ، يتم إزالة نصف إضافي من الجسم. وبالتالي ، فهو مماثل لنصف العمر المادي. لا تتبع جميع المواد عملية إزالة أسية بسيطة ، ولكن طريقة التعبير هذه دقيقة بما يكفي لتكون قابلة للتطبيق على معظم النظائر القابلة للذوبان. الاستثناء الذي يجب ملاحظته هو الاحتفاظ بالمعادن الثقيلة غير القابلة للذوبان مثل البلوتونيوم في الرئتين والعظام. معدلات الخسارة في ظل هذه الظروف ليست أسية وهي بطيئة للغاية.

ج. قد يكون نصف الوقت البيولوجي متغيرًا. وخير مثال على ذلك هو ماء الجسم ، والذي يمكن أن يكون معدل دورانه قصيرًا من 4 أيام إلى 18 يومًا اعتمادًا على حالة الترطيب ، وحجم المدخول ، ووظيفة الكلى. إذا تم دمج الماء المبلل في الجسم ، فإن نصف العمر البيولوجي هو العامل الذي يحدد الخطر لأنه أقصر بكثير من نصف العمر المادي البالغ حوالي 12 عامًا. إن تقليل عمر النصف البيولوجي إلى الحد الأدنى عن طريق الإفراط في الماء وإعطاء مدرات البول له قيمة واضحة وهو العلاج الموصى به في حالات التعرض للتريتيوم.لا يمكن إزالة النظائر الأخرى من الجسم بالسرعة نفسها ، ولا يوجد علاج مناسب في الوقت الحالي لزيادة معدل إزالة خليط من النظائر التي يمكن دمجها في الجسم نتيجة تناول الطعام والماء الملوثين.

د. سيكون الخطر الكلي للمواد التي يتم التخلص منها بشكل أسي دالة على فترات نصف العمر الفيزيائية والبيولوجية التي يتم النظر فيها معًا. أيهما أقصر سيصبح العامل الأساسي. عادة ما يتم تحديد عمر النصف الفعال والتعبير عنه بالصيغة التالية:

ه. يمكن منع امتصاص الجسم للنظائر المشعة في بعض الحالات. على سبيل المثال ، إذا تم إعطاء يوديد أو يودات البوتاسيوم قبل أو بعد تناول اليود المشع بفترة وجيزة ، فسوف يقلل امتصاص الغدة الدرقية لليود المشع. وبالمثل ، فإن Prussian Blue الذي يتم تناوله عن طريق الفم سيقلل من امتصاص السيزيوم من الأمعاء وسيقلل الألجينات من امتصاص السترونتيوم. لا توجد سياسة تسمح لقوات الناتو بتخزين وإصدار خالب.


وحدات قياس الاشعاع

يلخص الجدول 4 الوحدات المستخدمة لقياس الإشعاع.

الغرض من القياس وحدة الكمية المقاسة وصف
نشاط المصدر بيكريل (بكريل) الاضمحلال الإشعاعي أو الانبعاثات كمية العينة التي خضعت لانحلال واحد / ثانية
كوري (Ci) كمية العينة التي خضعت 3.7 × 10 10 اضمحلال / ثانية
الجرعة الممتصة رمادي (غراي) الطاقة الممتصة لكل كيلوغرام من الأنسجة 1 جراي = 1 جول / كغم من الأنسجة
الجرعة الممتصة للإشعاع (راد) 1 راد = 0.01 جول / كغم من الأنسجة
جرعة فعالة بيولوجيا سيفرت (سيفرت) تلف الأنسجة Sv = RBE × Gy
معادل رونتجن للرجل (ريم) ريم = RBE × راد
الجدول 4. الوحدات المستخدمة لقياس الإشعاع

مثال 1

مقدار الإشعاع

كوبالت -60 (ر1/2 = 5.26 ص) في علاج السرطان حيث يمكن تركيز الأشعة التي تنبعث منها في مناطق صغيرة حيث يوجد السرطان. عينة 5.00 جرام من Co-60 متاحة لعلاج السرطان.

(أ) ما هو نشاطها في Bq؟

(ب) ما هو نشاطها في Ci؟

حل
يتم تقديم النشاط من خلال:

ولتحويل هذا إلى اضمحلال في الثانية:

(أ) بما أن 1 Bq = [اللاتكس] frac <1 text> < نص> [/ latex] ، النشاط في بيكريل (Bq) هو:

(ب) بما أن 1 Ci = [اللاتكس] frac <3.7 times 10 ^ <11> text> < نص> [/ لاتكس] ، النشاط في كوري (Ci) هو:

تحقق من التعلم الخاص بك
التريتيوم هو نظير مشع للهيدروجين (ر1/2 = 12.32 ذ) له عدة استخدامات ، بما في ذلك الإضاءة ذاتية الطاقة ، حيث تتسبب الإلكترونات المنبعثة في الاضمحلال الإشعاعي للتريتيوم في توهج الفوسفور. تحتوي نواتها على بروتون واحد واثنين من النيوترون ، والكتلة الذرية للتريتيوم هي 3.016 وحدة دولية. ما هو نشاط عينة تحتوي على 1.00 ملغ من التريتيوم (أ) في بيكريل و (ب) في Ci؟

إجابة:

(أ) 3.56 × 10 11 Bq (b) 0.962 Ci


الحماية من الإشعاع والحماية

رابعا ، الآثار البيولوجية

على الرغم من أن موضوع الكثير من الأبحاث ، خاصة منذ الحرب العالمية الثانية ، لا يزال علم البيولوجيا الإشعاعية في مهده ، ولا يُعرف سوى عدد قليل جدًا من المبادئ الأساسية المتعلقة به. عندما يتم تشعيع المادة البيولوجية ، يتم امتصاص كمية معينة من الطاقة الإشعاعية محليًا بواسطة الذرات المكونة والجزيئات من المادة. التأثيرات البيولوجية للإشعاع هي النتيجة النهائية لسلسلة طويلة من الأحداث مع الامتصاص المحلي للطاقة هو الخطوة الأولى.

عندما يمر جسيم مشحون عبر أي مادة ، فإنه يترك مسارًا للذرات والجزيئات المثارة والمتأينة. يتم وصف ترسب إطلاق الطاقة على طول المسار بمعدل نقل الطاقة الخطي المشار إليه باسم LET والذي يقاس عادةً بـ keV / μm للمسار. يعتمد LET للجسيم المؤين بطريقة معقدة على طاقة وكتلة وشحنة الجسيم. بشكل عام ، تنخفض قيم LET مع الطاقة وتزداد مع الكتلة والشحنة. التأثيرات البيولوجية ، بدورها ، تعتمد بشدة على LET للجسيم ، وطبيعة النظام البيولوجي ، ونوع الضرر الذي يتم ملاحظته.

الجسيمات المحايدة ، على سبيل المثال ، النيوترونات والفوتونات ، مؤينة بشكل غير مباشر ، أي يتم نقل الطاقة إلى الجسيمات المشحونة التي بدورها تودع الطاقة بخاصيتها LET. الكمية المستخدمة لوصف نقل الطاقة إلى الجسيمات المشحونة تسمى "kerma" ويتم التعبير عنها عمومًا بوحدات J / kg ، أو grays (1 J / kg) ، أو MeV / g. يتم إعطاء مزيد من التفاصيل في القسم أدناه.

عند النظر في الآثار البيولوجية للإشعاعات المؤينة من مصادر خارجية ، من الضروري التمييز بين التعرض "الحاد" والتعرض "المزمن" أو التعرض الممتد. في حالة التعرض الحاد ، يتم تلقي جرعة الإشعاع في وقت قصير نسبيًا. إذا لم يكن معدل الجرعة كبيرًا جدًا وحدث التعرض على مدى فترة طويلة ، يمكن للجسم تحقيق الشفاء الجزئي من العديد من العواقب المحتملة. ستعتمد الإصابة الناتجة عن جرعة معينة أيضًا على مدى تعرض الجسم وجزئه.

من أجل وصف تأثيرات الإشعاع من الناحية الكمية ، من الضروري تحديد الوحدات المناسبة. كانت الكمية الأولى التي تم تحديدها ، والتي تم تبنيها في عام 1928 ، هي الرونتجن ، وحدة التعرض. تُستخدم كلمة "التعرض" هنا بالمعنى الدقيق للكلمة كما حددتها اللجنة الدولية للوحدات والقياسات الإشعاعية (ICRU) ، لوصف كمية تأين الهواء الجاف عند تعرضه للإشعاع بواسطة الأشعة السينية أو الأشعة. يتم تعريف roentgen على النحو التالي:

حيث C هي الشحنة الكهروستاتيكية في الكولوم المطورة في الهواء.

يتم قياس امتصاص الطاقة الفيزيائية بـ J / kg ، والوحدة الخاصة بالجرعة الممتصة SI هي الرمادي (Gy) حيث

ترتبط الوحدة القديمة للجرعة الممتصة ، راد ، باللون الرمادي على النحو التالي:

الجرعة الممتصة من أشعة جاما في الهواء لها نفس القيمة تقريبًا بالرادس مثل التعرض في رونتجن.

يُحسب الكيرما بسهولة أكبر نظرًا لأنه لا يلزم مراعاة نقل الجسيمات المشحونة بعد النقل الأولي للطاقة من الإشعاع. عادة ما تكون مساوية تقريبًا للجرعة الممتصة عند نقطة معينة ، ومعظم حسابات التدريع تقيم الكرمة بدلاً من الجرعة الممتصة.

كما ذكر أعلاه ، فإن الإشعاعات المختلفة لها قيم LET مختلفة ، وبالتالي لها تأثيرات بيولوجية مختلفة بنفس الجرعة الممتصة. لمقارنة إصابة الإشعاع من عدة إشعاعات مختلفة أو مجال مختلط من الإشعاع ، يُستخدم مصطلح الفعالية البيولوجية النسبية (RBE) أحيانًا. يتم تعريف RBE على أنه جرعة الإشعاع القياسي لإنتاج تأثير بيولوجي معين مقسومة على جرعة إشعاع الاختبار لإنتاج نفس التأثير. في معظم المقارنات ، يُؤخذ الإشعاع القياسي على أنه 200 كيلوفولت (الجهد على أنبوب الأشعة السينية) أشعة سينية مع طبقة حماية نصف قيمة حوالي 1.5 مم نحاس. يعتمد RBE على الإشعاع الذي يتم اختباره ونوع التأثير البيولوجي الذي يتم ملاحظته. على سبيل المثال ، إذا أخذنا في الاعتبار بدء إعتام عدسة العين بواسطة النيوترونات ، فإن معدل احتشاء العين يكون حوالي 10. بالنسبة للجرعة الهائلة من النيوترونات التي قد تؤدي إلى الوفاة ، قد يكون معدل احتشاء العين منخفضًا يصل إلى 2.

يمكن ترجيح الجرعة الممتصة بعدد من العوامل التي لا أبعاد لها بحيث ترتبط الجرعة الممتصة المعدلة بحجم أو احتمالية التأثير البيولوجي بشكل أفضل من الجرعة الممتصة وحدها. تسمى الجرعة المعدلة جرعة مكافئة ، ح، عندما تكون عوامل التعديل المختلفة هي تلك التي أوصت بها اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP). يتم تحديد مكافئ الجرعة بواسطة المعادلة

أين د هي الجرعة الممتصة ، ف عامل الجودة ، و ن نتاج أي عوامل أخرى. في الوقت الحاضر ن = 1. وحدة SI لجرعة مكافئة هي سيفرت. يتعلق بالوحدة القديمة rem كما يلي: 1 rem = 10 −2 Sv أو 1 mSv = 100 mrem.

عامل الجودة ف يهدف إلى السماح بتأثير جودة الإشعاع (LET) أو التأثير البيولوجي. كتبسيط ، ف تؤخذ عمومًا على أنها 1.0 للأشعة والأشعة السينية والأشعة ، وغالبًا ما تكون 10 للنيوترونات السريعة و10-20 لأشعة ألفا.

إذا كان طيف التسرب متاحًا من حساب النقل الإشعاعي ، فيمكن حساب مكافئ الجرعة من خلال دمج ناتج كثافة التدفق ووظيفة الاستجابة القياسية على الطاقة. يتم نشر ما يسمى بوظائف "التدفق إلى الجرعة" من قبل المعهد الوطني الأمريكي للمعايير و ICRP. تعتمد هذه الوظائف على حسابات ترسب الطاقة في تمثيلات مثالية للإنسان (أشباح تتكون من أنسجة). تم تصميمها لتكون متحفظة من خلال افتراض القيم المقابلة للجرعة القصوى التي تحدث بالقرب من سطح الجسم المشع.

أحدث حدود مكافئة للجرعة منشورة في منشور ICRP 26 (1977) هي 50 ملي سيفرت سنويًا للعاملين في مجال الإشعاع و 5 ملي سيفرت سنويًا لأحد أفراد الجمهور. هذا الحد يضاف إلى الجرعة من المصادر الطبيعية ومن الإجراءات الطبية.


تفاعلات الإشعاع الكهرومغناطيسي

الأشعة السينية وأشعة جاما هي إشعاعات كهرومغناطيسية عالية الطاقة مع كتلة صفرية وشحنة كهربائية صفرية. الوحدة الأساسية أو "الحزمة" للإشعاع الكهرومغناطيسي هي الفوتون. كما تمت مناقشته في الفصل السابق ، فإن الفوتونات عالية الطاقة لها ترددات أعلى وأطوال موجية أقصر ، وهي تخترق الأنسجة بشكل أعمق من الفوتونات منخفضة الطاقة.

الفوتونات المؤينة لها ثلاث آليات تفاعل رئيسية - (1) التأثير الكهروضوئي ، (2) تشتت كومبتون ، و (3) إنتاج الزوج - كل منها منتشر على مدى طاقة مختلف. التفاعل الكهروضوئي وتشتت كومبتون هما السائدان في الطاقات المنخفضة المستخدمة في التصوير التشخيصي. يتناقص الاحتمال الكلي لتفاعل الفوتون مع وسيط مع زيادة طاقة الفوتون.

التأثير الكهروضوئي

التأثير الكهروضوئي هو العملية السائدة عند طاقات الفوتون المنخفضة (عشرات الإلكترون فولت حتى 100 كيلو إلكترون فولت). في التفاعل الكهروضوئي ، تمتص الذرة الفوتون الساقط تمامًا ، ويتم نقل طاقة الفوتون إلى إلكترون مداري. لكي يحدث التفاعل الكهروضوئي ، يجب أن يكون للإلكترون المداري طاقة ربط (BE) أقل من طاقة الفوتون. يوضح الشكل 4.1 التأثير الكهروضوئي. تتأين الذرة عندما يتم إخراج هذا الإلكترون ، الذي يكتسب طاقة كافية من الفوتون للتغلب على BE الخاص به ، من الذرة. يسمى الإلكترون المقذوف بالإلكترون الضوئي. وبالتالي ، يختلف الإلكترون الضوئي & # 8217s KE عن طاقة الفوتون بواسطة BE الخاص به:

(4.1)

الشكل 4.1 التأثير الكهروضوئي. النتيجة الصافية للتأثير الكهروضوئي هي الامتصاص الكامل للأشعة السينية الساقطة وإخراج الإلكترون الضوئي.

في الطاقات المصادفة في التصوير التشخيصي ، يسافر الإلكترون الضوئي أقل من بضعة ملليمترات في الأنسجة. إذا تم إخراج إلكترون غلاف داخلي ، فإن إلكترون الغلاف الخارجي سوف يملأ الفراغ الداخلي للقذيفة. يحتوي الغلاف الداخلي على BE أقوى ، وعادة ما يتم إطلاق الطاقة الزائدة كأشعة سينية مميزة. تتميز الأشعة السينية من عناصر الأنسجة (مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين) بطاقات منخفضة للغاية ولا تخرج من المريض بسبب طاقاتها المنخفضة.

نثر كومبتون

يتضمن تفاعل كومبتون عادةً تفاعلًا بين الفوتون الساقط وإلكترون الغلاف الخارجي ، مما ينتج عنه فوتون متناثر وإلكترون متناثر. يفقد الفوتون الساقط جزءًا من طاقته في التصادم ويغير اتجاهه (مما يتسبب في تشويش صور الأشعة السينية التشخيصية). الأغلفة الخارجية للذرة مرتبطة قليلاً ، لذا فإن إزالة الإلكترون من الذرة لا يتطلب الكثير من الطاقة. يتم تقاسم طاقة الفوتون الساقط بين الفوتون المتناثر والإلكترون المتناثر. يوضح الشكل 4.2 أساسيات تفاعل كومبتون. نثر كومبتون هو العملية السائدة عند طاقات الفوتون الوسيطة (100 كيلو فولت إلى 10 ميغا إلكترون فولت).

الشكل 4.2 نثر كومبتون. يتم تقاسم طاقة الفوتون الساقط بين الفوتون المتناثر وإلكترون كومبتون (الارتداد).

على عكس التأثير الكهروضوئي ، ينتج عن تشتت كومبتون إلكترون ارتداد وفوتون متناثر ، وكلاهما قادر على إنتاج المزيد من التأين. تذكر أن النتيجة الصافية للتفاعل الكهروضوئي هي الامتصاص الكامل للفوتون وانبعاث إلكترون نشط. المساهمة الرئيسية لتفاعل كومبتون في التصوير الطبي هي زيادة جرعة المريض وفقدان التباين في الصورة.

انتاج زوجي

يحدث الإنتاج الزوجي عندما يتفاعل الفوتون الساقط مع نواة قريبة ، مكونًا زوجًا من الإلكترون والبوزيترون. البوزيترون هو الجسيم المضاد للإلكترون. البوزيترون له نفس كتلة الإلكترون ولكن شحنة معاكسة. من معادلة أينشتاين & # 8217s لتكافؤ الكتلة والطاقة (E = mc 2) ، فإن كتلة الإلكترون أو البوزيترون تعادل طاقة 0.511 MeV. لكي يحدث إنتاج الزوج ، يجب أن يكون للفوتون الساقط طاقة لا تقل عن 1.022 MeV ، لأن كتلة زوج الإلكترون والبوزيترون تتشكل من طاقة الفوتون الساقط. تتم مشاركة أي طاقة فوق العتبة على أنها KE بين زوج الإلكترون والبوزيترون. يوضح الشكل 4.3 تفاعل إنتاج الزوج.

الشكل 4.3 إنتاج الزوج. يمكن للفوتون الساقط ذي الطاقة الأكبر من 1.022 ميغا إلكترون فولت أن يولد زوجًا من البوزيترون / الإلكترون. تبلغ كتل البوزيترون والإلكترون 0.511 إلكترون فولت ويتشاركان الطاقة الحركية الزائدة.

يعد التأثير الكهروضوئي وتشتت كومبتون من أهم وسائط التفاعل للفوتونات في نطاق الطاقة التشخيصية. كما تم تلخيصه في الشكل 4.4 ، أقل من 100 كيلو فولت تقريبًا ، يكون التأثير الكهروضوئي هو الأسلوب الأكثر شيوعًا للتفاعل بين الفوتونات والأنسجة. تشتت كومبتون هو النمط السائد للتفاعل في نطاق 100 كيلو فولت إلى 10 ميغا إلكترون فولت. أكثر من 10 ميغا إلكترون فولت تقريبًا ، يصبح إنتاج الزوج هو الأسلوب الأكثر شيوعًا للتفاعل بين الفوتونات في الأنسجة. من المهم أن تضع في اعتبارك أنه في جميع العمليات الثلاث ، يتم نقل الطاقة من الفوتون إلى الإلكترونات.

الشكل 4.4 احتمالية التفاعل مقابل طاقة الفوتون من أجل (1) التأثير الكهروضوئي ، (2) تشتت كومبتون ، و (3) إنتاج الزوج.


تحدي إشعاع الفضاء

تعتبر الأشعة الكونية المجرية (GCR) وجسيمات الطاقة الشمسية (SEP) والجسيمات النشطة المحبوسة في مجال مغناطيسي كوكبي مصادر طبيعية للإشعاع في الفضاء. تتكون GCRs من نوى عالية الطاقة ، في الغالب من البروتونات و He ، ولكنها أيضًا تتبع كميات ضئيلة من أيونات C و O و Ne و Si و Ca و Fe. يمكن أن تتراوح طاقات الجسيمات من 100 MeV إلى 10 GeV لكل نواة [1]. على الرغم من أن النوى عالية الشحنة والطاقة (HZE) بكميات ضئيلة ، إلا أنها لا تزال مصدر قلق لأنها يمكن أن تسبب أضرارًا أكثر من البروتونات لأنها أكثر تأينًا. كذلك ، على الرغم من أن تدفقات الجسيمات تكون منخفضة عادةً ، إلا أنها مزمنة ويمكن أن تزداد بشكل ملحوظ مع الأحداث الشمسية [1]. علاوة على ذلك ، يمكن لـ GCRs و SEPs التي تصطدم بمواد التدريع أو الغلاف الجوي أو سطح كوكب أو قمر صناعي أن تنتج إشعاعًا ثانويًا ، بما في ذلك النيوترونات النشطة ، من التجزئة النووية للأيونات الأولية والذرات المستهدفة. يمكن أن يقدم هذا مكونًا إضافيًا لمجال الإشعاع مما يجعل الحماية من HZE أمرًا صعبًا للغاية ويشكل أحد المجهولات الرئيسية في فهم تأثيرات HZE على الأنسجة البشرية [2]. علاوة على ذلك ، في حين أن أجسامنا تمتلك آلية إصلاح طبيعية ، فإن الإشعاع ذي معدل نقل الطاقة الخطي العالي (LET) ، مثل إشعاع الفضاء ، يُعزى إلى أنه من المرجح أن يتسبب في حدوث فواصل مزدوجة في الحمض النووي والتي تكون أكثر صعوبة نسبيًا في إصلاحنا الطبيعي. آليات الإصلاح بشكل صحيح [3]. في حين أن أسبوعًا أو شهرًا من هذا الإشعاع بمعدلات الجرعة الموجودة بشكل طبيعي من المحتمل ألا يكون له عواقب وخيمة ، إلا أن فترات عدة سنوات في الفضاء يمكن أن تكون. يتمثل النموذج التقليدي للحماية من الإشعاع في تقليل وقت التعرض ، وزيادة المسافة إلى أقصى حد من مصادر الإشعاع ، واستخدام الحماية لتخفيف الإشعاع وامتصاصه قبل أن يتمكن من إيداع طاقته في البشر. فيما يتعلق بتقليل وقت التعرض ، يمكن لتقنيات الدفع الجديدة تقليل أوقات الرحلة ولكن لم يتم تطويرها بعد ولن تعالج القدرة على البقاء في موقع لفترات طويلة. من غير العملي زيادة المسافة إلى أقصى حد من مصادر الإشعاع الكوني. فيما يتعلق بالتدريع ، تم النظر في جوانب التوهين بالكتلة أو الانحراف بواسطة المجالات المغناطيسية أو تنافر الشحنة. بسبب ظاهرة الإشعاع الثانوي ، قد يتطلب التدريع بمواد أخرى قدرًا كبيرًا من الكتلة والتي قد تكون غير عملية ضمن قيود الكتلة الحالية في أنظمة الفضاء. نظرًا للطاقة العالية للإشعاع الفضائي ، فقد يكون المجال المغناطيسي وقوة الشحن المطلوبة للانحراف غير عملي حاليًا بسبب قيود الكتلة والطاقة في أنظمة الفضاء الحديثة جنبًا إلى جنب مع الآثار الأخرى لتصميم النظام. باختصار ، يبدو أن حماية إشعاع الفضاء يمثل تحديًا كبيرًا. ومع ذلك ، قد تكشف التطورات في الكيمياء الحيوية عن المزيد من الأدوات للحماية من الإشعاع [2].


كيف يؤثر التعرض للنشاط الإشعاعي على جسم الإنسان؟ من الناحية البيولوجية ، ما هي العملية المميتة؟

اجابة قصيرة: التأين. فكر في خلاياك على أنها منزل Lego مرتبة بعناية فائقة ، والإشعاع هو رصاصة 9 مم.

اجابة طويلة: الفئات الثلاث للإشعاع المؤين هي أشعة ألفا وبيتا وجاما. جسيمات ألفا هي نوى هيليوم 4 ، بصق من نوى أخرى. أشعة بيتا عبارة عن إلكترونات تنطلق من النيوترونات عندما تتحول إلى بروتونات. أشعة جاما هي فوتونات عالية الطاقة.

هذه الجسيمات ، عندما تكون داخل جسمك ، لديها طاقة كافية لتعطيل الروابط الذرية الأخرى. يمكنهم إزالة الإلكترونات من الذرات الأخرى وتأيينها وتفتيت الجزيئات.

الجزيئات التي تتفكك بهذه الطريقة تصبح جذورًا حرة - فهي في حالة غير مستقرة وتريد أن تجد شيئًا جديدًا لتتحد معه ، مما سيؤدي بدوره إلى تعطيل العمليات الكيميائية الأخرى.

تحدث أخطر التفاعلات عندما يضر الإشعاع مباشرة بالحمض النووي. إذا تم قطع كلا الخيطين وأصلحت الخليةهما بشكل غير صحيح (أي تم إعادة ترتيبهما) ، فقد يكون هذا الضرر غير قابل للإصلاح ، ويمكن أن تصبح الخلية سرطانية.

في المجال النووي للبحرية ، كان لدينا سؤال بسيط لإظهار الطرق المختلفة التي يمكن للإشعاع أن يخترق بها الجسم.

لديك ملف تعريف ارتباط ألفا وملف تعريف ارتباط تجريبي وملف تعريف ارتباط جاما.

عليك أن تأكل واحدة ، وتضع واحدة في جيب قميصك ، وتضع واحدة في يدك. أي واحد يذهب إلى أين؟

أنت تحمل ملف تعريف الارتباط ألفا في يدك ، لأن جزيئات ألفا الكبيرة (نسبيًا) يمكنها & # x27t اختراق الجلد الميت على يدك. (إنها أخبار سيئة للغاية إذا حصلت عليها داخليًا ، لأنها تحتوي على الكثير من الطاقة إذا تمكنت من إصابة الأنسجة الحية)

تضع ملف تعريف الارتباط التجريبي في جيبك ، لأنه تم حظره بواسطة ملابسك.

وأكل ملف تعريف ارتباط جاما ، لأنه لا يهم مكان وجوده ، لأن جاما ستمر مباشرة في أي شيء أقل من الرصاص. :)

تحدث أخطر التفاعلات عندما يضر الإشعاع مباشرة بالحمض النووي. إذا تم قطع كلا الخيطين وأصلحت الخليةهما بشكل غير صحيح (أي تم إعادة ترتيبهما) ، فقد يكون هذا الضرر غير قابل للإصلاح ، ويمكن أن تصبح الخلية سرطانية.

ماذا عن التعرض الشديد للإشعاع الذي يسبب الوفاة في غضون أيام أو أسابيع قليلة؟ كيف يتسبب ذلك في الموت؟

مهندس نووي هنا. أعلم أنني تأخرت في هذه الحفلة ، لكنني اعتقدت أنني سأضيف شيئًا مهمًا لا يفهمه معظم الناس.

يتلقى الجميع طوال الوقت إشعاعًا يأتي من كل شيء تقريبًا بما في ذلك الشمس والكون والأشياء التي نأكلها مثل الموز. نادرا ما يكون الإشعاع خطيرا. في المرتين يكون التعرض للإشعاع الحاد والمزمن. يعني المزمن أنك تتلقى & quotlow جرعة & quot (وهي في الواقع عالية للغاية بالنسبة لمعايير الجرعة التي وضعتها لجنة التنظيم النووي (NRC) والمنظمات الحكومية الأخرى وزارة الطاقة ، وما إلى ذلك) على مدى فترة طويلة. بشكل أساسي ، يمكن لخلاياك & # x27t التعافي من الإشعاع المؤين لأنك لا تزال تتعرض مرارًا وتكرارًا. يعني التعرض الحاد للإشعاع أنك تحصل على جرعة ضخمة خلال فترة زمنية قصيرة. على سبيل المثال ، ستطلق القنبلة النووية كمية هائلة من الإشعاع (الطاقة) التي من شأنها أن تقتل الأشخاص بالقرب من القنبلة بسبب الجرعة القصوى المتلقاة. هنا أنت تتضرر الخلايا بشدة من الإشعاع المؤين بحيث لا يمكنها إصلاح نفسها.

يجب عليك تحديد إشعاع مؤين. نتعرض جميعًا لأشكال عديدة من الإشعاع في كل وقت. الفرق الرئيسي هو أن معظم الإشعاع لا يحتوي على الطاقة اللازمة لتأين الذرة. الضوء المنبعث من شاشة جهاز الكمبيوتر الخاص بك هو إشعاع ، لكنه يمكن أن يضر بجسمك عن طريق التخلص من الإلكترونات من الذرات وإتلاف الأنسجة البيولوجية.

أعتقد أنه من المهم حقًا تحديد أن ما تتحدث عنه هو إشعاع الجسيمات. هناك العديد من أنواع الإشعاع التي نتعرض لها كل يوم وهي غير ضارة. يتسبب الخلط بين الإشعاع الجزيئي في خوف الناس من الموجات الدقيقة ونشر منشورات سخيفة على وسائل التواصل الاجتماعي.

أود أن أضيف أن الأمر يعتمد إلى حد كبير على كيفية تعرض خلاياك للإشعاع. هناك عاملان يستخدمان بشكل شائع لوصف تفاعل الجسيمات المشعة مع جسم الإنسان. أحدهما هو عوامل ترجيح الإشعاع وهو مؤشر على مقدار & quot الضرر & quot الذي يمكن للجسيم أن يفعله بالخلية. العامل الآخر هو عامل وزن الأنسجة - يوضح هذا العامل كيف & quot؛ مقاومة & quot؛ عضو معين في جسمك للإشعاع. يمنحك ضرب هذين العاملين في جرعة الإشعاع الممتصة بواسطة عضو معين الجرعة الفعالة لهذا العضو.

لا تسبب معظم جسيمات ألفا وبيتا ضررًا كبيرًا إذا تفاعلت فقط مع بشرتك (خارجيًا) ، ولكن إذا تم تناولها يمكن أن تسبب الكثير من الضرر الداخلي من التعرض. هذا هو السبب في أن العاملين في مجال الإشعاع يستخدمون معدات واقية. ومع ذلك ، لا يوجد الكثير الذي يمكن القيام به ضد أشعة جاما والنيوترونات (باستثناء المسافة من المصدر والرصاص لأشعة جاما). فيما يتعلق بمخاطر الإصابة بالأورام ، إليك رسم بياني لطيف يوضح مخاطر الإصابة بسرطان الرئة فيما يتعلق بالجرعة التراكمية من التعرض لغاز الرادون. عمليا أي جرعة (فوق متوسط ​​الجرعة السنوية) تؤدي إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان بالنسبة لمعظم الأعضاء الداخلية ، على الرغم من وجود نقاش ساخن للغاية حول مخاطر الجرعات المنخفضة على وجه الخصوص.


كيف يؤثر التعرض للنشاط الإشعاعي على جسم الإنسان؟ من الناحية البيولوجية ، ما هي العملية المميتة؟

اجابة قصيرة: التأين. فكر في خلاياك على أنها منزل Lego مرتبة بعناية فائقة ، والإشعاع هو رصاصة 9 مم.

اجابة طويلة: الفئات الثلاث للإشعاع المؤين هي أشعة ألفا وبيتا وجاما. جسيمات ألفا هي نوى هيليوم 4 ، بصق من نوى أخرى. أشعة بيتا عبارة عن إلكترونات تنطلق من النيوترونات عندما تتحول إلى بروتونات. أشعة جاما هي فوتونات عالية الطاقة.

هذه الجسيمات ، عندما تكون داخل جسمك ، لديها طاقة كافية لتعطيل الروابط الذرية الأخرى. يمكنهم إزالة الإلكترونات من الذرات الأخرى وتأيينها وتفتيت الجزيئات.

الجزيئات التي تتفكك بهذه الطريقة تصبح جذورًا حرة - فهي في حالة غير مستقرة وتريد أن تجد شيئًا جديدًا لتتحد معه ، مما سيؤدي بدوره إلى تعطيل العمليات الكيميائية الأخرى.

تحدث أخطر التفاعلات عندما يضر الإشعاع مباشرة بالحمض النووي. إذا تم قطع كلا الخيطين وأصلحت الخليةهما بشكل غير صحيح (أي تم إعادة ترتيبهما) ، فقد يكون هذا الضرر غير قابل للإصلاح ، ويمكن أن تصبح الخلية سرطانية.

في المجال النووي للبحرية ، كان لدينا سؤال بسيط لإظهار الطرق المختلفة التي يمكن للإشعاع أن يخترق بها الجسم.

لديك ملف تعريف ارتباط ألفا وملف تعريف ارتباط تجريبي وملف تعريف ارتباط جاما.

عليك أن تأكل واحدة ، وتضع واحدة في جيب قميصك ، وتضع واحدة في يدك. أي واحد يذهب إلى أين؟

أنت تحمل ملف تعريف الارتباط ألفا في يدك ، لأن جزيئات ألفا الكبيرة (نسبيًا) يمكنها & # x27t اختراق الجلد الميت على يدك. (إنها أخبار سيئة للغاية إذا حصلت عليها داخليًا ، لأنها تحتوي على الكثير من الطاقة إذا تمكنت من إصابة الأنسجة الحية)

تضع ملف تعريف الارتباط التجريبي في جيبك ، لأنه تم حظره بواسطة ملابسك.

وأكل ملف تعريف ارتباط جاما ، لأنه لا يهم مكان وجوده ، لأن جاما ستمر مباشرة في أي شيء أقل من الرصاص. :)

تحدث أخطر التفاعلات عندما يضر الإشعاع مباشرة بالحمض النووي. إذا تم قطع كلا الخيطين وأصلحت الخليةهما بشكل غير صحيح (أي تم إعادة ترتيبهما) ، فقد يكون هذا الضرر غير قابل للإصلاح ، ويمكن أن تصبح الخلية سرطانية.

ماذا عن التعرض الشديد للإشعاع الذي يسبب الوفاة في غضون أيام أو أسابيع قليلة؟ كيف يتسبب ذلك في الموت؟

مهندس نووي هنا. أعلم أنني تأخرت في هذه الحفلة ، لكنني اعتقدت أنني سأضيف شيئًا مهمًا لا يفهمه معظم الناس.

يتلقى الجميع طوال الوقت إشعاعًا يأتي من كل شيء تقريبًا بما في ذلك الشمس والكون والأشياء التي نأكلها مثل الموز. نادرا ما يكون الإشعاع خطيرا. في المرتين يكون التعرض للإشعاع الحاد والمزمن. يعني المزمن أنك تتلقى & quotlow جرعة & quot (وهي في الواقع عالية للغاية بالنسبة لمعايير الجرعة التي وضعتها لجنة التنظيم النووي (NRC) والمنظمات الحكومية الأخرى وزارة الطاقة ، وما إلى ذلك) على مدى فترة طويلة. بشكل أساسي ، يمكن لخلاياك & # x27t التعافي من الإشعاع المؤين لأنك لا تزال تتعرض مرارًا وتكرارًا. يعني التعرض الحاد للإشعاع أنك تحصل على جرعة ضخمة خلال فترة زمنية قصيرة. على سبيل المثال ، ستطلق القنبلة النووية كمية هائلة من الإشعاع (الطاقة) التي من شأنها أن تقتل الأشخاص بالقرب من القنبلة بسبب الجرعة القصوى المتلقاة. هنا أنت تتضرر الخلايا بشدة من الإشعاع المؤين بحيث لا يمكنها إصلاح نفسها.

يجب عليك تحديد إشعاع مؤين. نتعرض جميعًا لأشكال عديدة من الإشعاع في كل وقت. الفرق الرئيسي هو أن معظم الإشعاع لا يحتوي على الطاقة اللازمة لتأين الذرة. الضوء المنبعث من شاشة جهاز الكمبيوتر الخاص بك هو إشعاع ، لكنه يمكن أن يضر بجسمك عن طريق التخلص من الإلكترونات من الذرات وإتلاف الأنسجة البيولوجية.

أعتقد أنه من المهم حقًا تحديد أن ما تتحدث عنه هو إشعاع الجسيمات. هناك العديد من أنواع الإشعاع التي نتعرض لها كل يوم وهي غير ضارة. يتسبب الخلط بين الإشعاع الجزيئي في تخوف الناس من الموجات الدقيقة ونشر منشورات سخيفة على وسائل التواصل الاجتماعي.

أود أن أضيف أن الأمر يعتمد إلى حد كبير على كيفية تعرض خلاياك للإشعاع. هناك عاملان يشيع استخدامهما لوصف تفاعل الجسيمات المشعة مع جسم الإنسان. أحدهما هو عوامل ترجيح الإشعاع وهو مؤشر على مقدار & quot الضرر & quot الذي يمكن للجسيم أن يفعله بالخلية. العامل الآخر هو عامل وزن الأنسجة - يوضح هذا العامل كيف & quot؛ مقاومة & quot؛ عضو معين في جسمك للإشعاع. يمنحك ضرب هذين العاملين في جرعة الإشعاع الممتصة بواسطة عضو معين الجرعة الفعالة لهذا العضو.

لا تسبب معظم جسيمات ألفا وبيتا ضررًا كبيرًا إذا تفاعلت فقط مع بشرتك (خارجيًا) ، ولكن إذا تم تناولها يمكن أن تسبب الكثير من الضرر الداخلي من التعرض. هذا هو السبب في أن العاملين في مجال الإشعاع يستخدمون معدات واقية. ومع ذلك ، لا يوجد الكثير الذي يمكن القيام به ضد أشعة جاما والنيوترونات (باستثناء المسافة من المصدر والرصاص لأشعة جاما). فيما يتعلق بمخاطر الإصابة بالأورام ، إليك رسم بياني لطيف يوضح مخاطر الإصابة بسرطان الرئة فيما يتعلق بالجرعة التراكمية من التعرض لغاز الرادون. عمليا أي جرعة (فوق متوسط ​​الجرعة السنوية) تؤدي إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان بالنسبة لمعظم الأعضاء الداخلية ، على الرغم من وجود نقاش ساخن للغاية حول مخاطر الجرعات المنخفضة على وجه الخصوص.


شاهد الفيديو: ما هي مخاطر المواد المشعة. النشاط الإشعاعي. الفيزياء (شهر اكتوبر 2022).