Biofizyka 23.11.2009
Promieniowanie jonizujace
Radioliza wody
(rozpad wody pod wplywem promieniowania )
H2O → H* + *OH
2H* → H2 , 2*OH → H2O2
I stadium → zostaja zakonczone pierwotne procesy jonizacji i wzbudzenia czasteze wody ( powstaja 3 rodzaje jonow : H+, OH+, H2O+ )
II stadium → powstaja atomy *H i rodniki *OH
III stadium → rekombinacja *H i *OH i powstaja produkty czasteczkowe H2 i H2O2 .
Oddzialywanie promieniowania na poziomie molekularnym i komorkowym.
Promieniowanie jonizujace wywoluje skutki na poziomie molekularnym w organellac i komorkach. Letalne uszkodzenie organizm nie musi być zwiazane z letalnym uszkodzeniem komorek 0/. moge być zwiazane z ich zlosliwa transmutacja.
Najbardziej krytycznymi molekulami są DNA; moge być uszkadzane bezposrednio i posrednio przez oddzialywanie produktow radiolizy wody ( rodnikow, OH, HO, H i nadtlenkow H2O2 ).
Uszkodzenia popromienne u ludzi
Skutki dzialania promieniowania dzieli się umowinie na : somatyczne( ostre) , somatyczno-stochastyczne, genetyczne .
Skutki somatyczne → zmiany w tkankach i narzadach organizmu stwierdzone w roznych okresach po napromieniowaniu, w przypadku których można ustalic związek przyczynowy pomiedzy promieniowaniem i odczynem organizmu. Wykrywalne laboratoryjni są skutk poczawszy od dawki 26 remow.
Objawy ostrej choroby popromiennej ujawiaja się w ciagu kilku dni lub tygodni. W przebiegu choroby wystepuje kilka faz:
stadium poczatkowy ( przedwstepne ) - zmeczenie, brak apetytu poty - 0-2 dni
stadium utajone - 2dni -3 tygodnie
objawy choroby - 2-8 tygodni
poprawa, powrot do zdrowia - 6 tygodni - kilka miesiecy
Skutki somatyczno-stochastyczne → pozne skutki napromieniowania, w przypadku których związek przyczynowy z promieniowaniem daje się wykazac dopiero w badaniach statycznych ( bialaczka, nowotwory narzadow wewnetrznych, skrocenie czasu zycia, poronienia, wady rozwojowe )
Popromienne nowotwory ujawiaja się w roznym okresie po napromieniowaniu organizmu ( po uplywie wielu lat)
bialaczka - najwczesniej po kilku latach
guzy lite - po okresie 10-30 lat
Skutki somatyczno-stochastyczne nie ograniczaja się tylko do chorob nowotworowych ( oslabienie ukladu immunologicznego ).
Skutki genetyczne → pozne skutki napromieniowania, polegaja na zwiekszeniu czestosci mutacji zachodzacych w komorkach:
zmiany popromienne w czasteczkach DNA ( zmiany genowe lub punktowe ) - obejmuje zmiany sekwencji zasad w DNA, zmiany struktury zadas lub ich ubytek
zmiany w jednym lub w wielu chromosomach ( objawem jest zalamanie jednej lub obu chromatyd).
Przyjmuje się, ze dawka podwajajace naturalna czestosc mutacji wynosi 20 remow ( 0,2 Sv).
Zastosowanie promieniowania jonizujacego i wykorzystanie izotopow promieniotworczych.
Zanakowanie izotopowe
Znakowanie izotopowe → jest ot proces zamiany w związku chmicznym trwalego jadra, wysylacym promieniowanie izotopem promieniotworczym tego samego pierwiastka.
Można sledzic droge tego atomu wewnatrz ukladu biologicznego lub mechanicznego.
Związek znaczony → związek chemiczny zawierajacy izotop promieniotworczy.
Atom znaczony → atom sluzacy do znakowania ( wskaznik izotopowy ).
Przemysl i fizyka
sledzenie z zewnatrz przemieszczania się plynow w ukladzie
badanie stopnia zuzycia poszczegolnych elementow konstrukcyjnych ( np.silnika - zmiany aktywnosci implementowanego izotopu w oleju silnikowym )
w przemysle zastosowanie znalazly izotopowe czujniki poziomu oraz wagi izotopowe
badania dyfuzji oraz badania struktury materialow z uzyciem izotopow
wykrywanie ukrytych wad wyrobow (gl. Kobalt ) oraz szczelnosci urzadzen i grubosci spawow ( gl. Izotop kryptonu ) - defektoskopia
badania polozenia i koncentracji rozleglych zloz rud metali i paliw kopalnych
radioizotopy są stosowane w roznyego rodzaju czujnikach, detektorach subtancji
Geologia i archeologia
Datowanie izotopowe ( radiodatowanie ) → zespol metod datowania, opartych na zjawisku rozpadu promieniotworczego.
Do metod datowania izotopowego zalicza się m.in. :
datowanie radioweglowe → badanie wieku przedmiotow oparte na pomiarze proporcji między izotopem promieniotworczym wegla 14C a izotopami trwalymi 12C i 13C
datownie uranowo-torowe → skaly bogate w weglan wapnia, nacieki jaskiniowe i rafy koralowe, zeby, kosci kopalne, torf (500-50000 lat )
datowanie potasowo-argonowe → datowanie skal o wielu setek lub tysiecy minilonow lat. Stanowisk wczesnych hominidow w Afryce (>> milionow lat), skal wulkanicznych ( wiek >>100000 lat )
datowanie rubidowo-strotowe
datowanie olowiowe
Biologia i chemia
modyfikacja cech przedmiotow naswietlanych: np. wywolanie zmian w strukturze polimerow
sledzenie etapow posrednich reakcji chemicznych
badanie mechanizmow reakcji chemicznych oraz szlkow metabolicznych w organizmie
w badaniach srodowiska naturalnego
badanie wplywu pestycydow i nawozow na organizmy zywe;
Przechowywanie zywnosci
napromieniowanie zywnosci stosowane jesy w celach dezynfekcjnych, przedluzajacych jej trwalosc
radionuklidy zabezpieczaja swieze biory przed kielkowaniem, a także umozliwiaja kontrole procesu dojrzewania przechowywanych warzyw i owocow.
Medycyna
Autoradiografia - metoda obrazowania rozkladu substancji promieniotworczych, najczesciej w plaskim predmiocie.
W najprostrzym przypadku autoradiografie wykonuje się pozostawiajac na pewnien czas klisze rentgenowska przylozona scisle do przedmiotu.
Do preparatu dodaje się czasteczki znakowana radioizotopowo i pozostawia na czs wbudowania się tych zwiazkow.
Jadra izotopow ulegajace ropadowi emituja promieniowanie jonizujace powodujac zaczernienie kliszy
Autoradiografia → pozwala precyzyjnie okreslic miejsce wiazania zwiazkow chemicznych zawierajacych w swej czasteczce atomy promieniotworczych izotopow.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Metoda rozcienczania izotopowego → stosowana w badaniach metabolizmu i w immunologii ( np. w badaniach konkurencji o wiazanie z antycialem między agonistami i antagonistami ).
Scyntygrafia → obrazowa metoda diagnostyczna medycyny nuklearnej.
Polega na wprowadzeniu do organizmu farmaceutykow znakowanych izotopem radioaktywnym, cyfrowej rejestracji i ich rozpadu i graficznym przedstawieniu ich rozmieszczenia.
Polwala na okreslenie dwuwymiarowgo rozkaldu promieniowania jonizujacego emitowanego przez badany obiekt.
Scyntygrafia umozliwia ocene morfologiczna ( polozenie, wielkosc, ksztalt, strukture) i funkcjonalna ( klirens, przeplyw, zdolnosc gromadzenia) narzadu.
Zdjecia rentgenowskie → otrzymujemy dzieki zdolnosci promieni Roentgena do zaczerniania kliszy fotograficznej oraz wywolania luminiscencji ( swiecenia).
Promieniowanie rentgenowskie przechodzac przez substancje ulega rozproszeniu oraz przede wszystkim pochlanianiu. Pochlanianie zalezy od liczby atomowej ( ilosc protonow w jadrze) substancji przez która przechodzi promieniowanie oraz czesciowo od gestosci substancji.
Im wieksza liczba atomowa pierwiastka wchodzacego w skald substancji to większe jest pochlanianie ( absorpcja jest proporcjonalna do czwartej potegi liczby atomowej ).
W badaniach rentgenowskich wykorzystuje się często srodki cieniujace.
Najczesciej wykonywane badania rentgenowskie, w których wykorzystuje się srodki kontrastowe:
urografia dozylna
mielografia
tomografia komputerowa
angiografia/DSA
radiologia interwencyjna
rezonans magnetyczny
Arteriografia → stosowanie zwiazkw kontrastowych czyli substancji, które silnie pochlaniaja promieniowanie rentgenowskie. Wprowadznie ich na przykład do ulkasu naczyniowego pozwala na uwidocznienie przebiegu i zarysu tetnic oraz zyl.
Radioterapia → leczenie przy uzyciu promieniowania jonizujacego nowotworow zlosliwych.
Najczesciej stosuje się promieniowanie gamma, rzadziej promieniowanie rentgenowskie i wiazke elektronow ( promieniowanie beta).
Obecnie wprowadzane są nowe metody radioterapii: terapia protonowa i meznowa. Promieniowanie tego typu mają wieksza gestosc jonizacji i nie uszkadzaja sasiednich tkanek zdrowych. W fazie badania jest również terapia antyprotonowa.
Inna metode leczenia raka jest terapia borowo-neutronowa ( mniej szkodliwa dla chorego niż tradycyjna chemioteriapia). Polega na wstrzyknieciu do organiazmu związku zawierajacego bor, wnikajacego wylacznie do komorek nowotworowych. Po zadzialaniu wiazka neutronow nastepuje rozszczepienie atomow tego pierwiastka, wyzwalacjace promieniowanie alfa, które powoduje zniszczenie wylacznie chorych tkanek.
Zabawa w atmosferze
Tecza → uklad koncentrycznych okregow o barwach od fioletowej do czerwonej, wywolanych przez swiatlo Slonca lub Ksiezyca, padajace na zespol kropel wody w atmosferze ( krople deszczu, mzawki lub mgly).
Tezczy zerowej nie widac!
Tecza wtorna → dwukrotne calkowite wewnetrzne odbicie.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Korona ( wieniec ) → jedna do trzech serii barwnych pierscienie o stosunkowo malym promieniu, otaczajacych bezposrednio tarcze ciala niebieskiego. W kazdej serii pierscien wewnetrzny jest fioletowy lub niebieski, a pierscien zwenetrzny - czerwony. Wience wywołane są ugieciem ( dyfrakcja ) swiatla w znajdujacych się przed tarcza Slonca lub Ksiezyca cienkich chmurach typu altratus lub altocumulus, zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek wody. W centrum korony znajduje się biala aureola powstala z polaczenia wszystkich barw.
Pierscien Bishopa → powstaje wokół Slonca gdy swiatlo ulega dyfrakcji na czasteczkach zanieczyszczen w atmosferze.
Gloria → zjawisko optyczne polegajace na wystapieniu barwnych pierscieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgly (wokół punktu antysolarnego) zwaieszonych ponizej miejsca, w ktorym znajduje się obserwator.
Za powstanie glorii odpowiedialne jest zjawisko dyfrakcji promieni swietlnych na malych kropelkach tworzacych chure badz mgle.
Widmo Brockenu → gloria, która powstaje wokół obserwatora; cien osoby (np. stojace na szczycie ), oswietlonej skosnym swiatlem zachodzacego lub wchodzacego Slonca pasajac na chmury lub mgle. Wywoluje zludzenie nadnaturalnej wielkosci postaci.
Halo → nazwa halo obejmujemy cala grupe skomplikowanych zjawisk optycznych - bialych lub roznokolorowe lukow i punktow wystepujacych wokół jasnych cial niebieskich - poczawszy od znanych i często widywanych okregow wokół Slonca i Ksiezyca, az po rzadkie niezwykle zjawiska, gdy cale niebo pokryte jest zawilymi rysunkami swietlnymi. Zjawisko wywołane jest zalamaniem na krysztalkach lodu i odbiciem wewnatrz krysztalkow lodu znajdujacych się w chmurach pierzastych pietra wysokiego ( cirrostratus ) lub we mgle lodowej.
Ksztalty krysztalkow lodu tworzacych chmury :
plytkowe
olowkowe
piramidoidalne
Halo wokol Slonca lub Ksiezyca - powstaje, gdy swiatlo biegnace od tych obiektow ulega podwojnemu zalamaniu. Na znajdujacych się w atmosferze krysztalkach lodu majacych ksztalt graniastoslupow szczeciokatnych prawidlowych. Z roznie zorientowanymi scianami lamiacymi. Jest to swietlisty, bialy lub zawierajacy kolory teczy ( wewnatrz czerwony ,fioletowy na zewnatrz ), pierscien widoczny. Część nieba wewnatrz kregu jest wyraznie siemniejsza niż na zewnatrz, w zaleznosci od rodzaju krysztalkow i ich ulozenia w powietrzu, okregi tworzace halo mogą mieć rozwartosc katowa 9, 18, 22, 24 lub 46 stopni .
Krag parheliczny → blady, bialy pas opasajacy cale niebo, przecinajacy Slonce. Na jego przecieciu z halo 22 stopniowym powstaja slonca poboczne. Krag parcheliczny powstaje w wyniku odbicia się swiatla od pionowych scianek krysztalkow lodowych w chmurach pietra wysokiego.
Parhelim, Slonca poboczne → jasne plamy swiatla na przecieciu 22-stopniowegp halo oraz okregu parhelicznego. Powstaja w wyniku zalamania się promieni slonecznych na krysztalkach lodu w formie szczeciokatnych plytek, opadajacych plaskimi powierzchniami do dolu ( w sposob podobny do opadania lisci).
Luki styczne → powstaja na przecieciu okregu haloo 22-stopniowego i pionowej linii przechodzacej przez Slonce; powstaja wskutek zalamania swiatla biegnacego przez krysztalki olowkowe opadajace w pozycji horyzontalnej, dowolnie obracajace się wokół dlugiej osi.
Luk okolozenitalny → luk okolozenitalny przybiera forme pomniejszonej teczy do gory nogami, otaczajacej zenit. Powstaje , gdy swiatlo sloneczne ulega dyfrakcji przechodzac przez krysztaly lodu, majacych forme szesciokatnych plytek. Aby luk ten powstal, slonce nie może być wyzej niż 32,3 stopnie ponad horyzontem.
Slup swietlny → zjawisko zwiazane min. z odbiciem na plaszczyznie uporzadkowanych krysztalow platkowych. Ma forme swietlistej prostej smugi lezacej w plaszczyznie okreslonej przez Slonce i obserwatora. Najczesciej jest to dolny lub gorny slup.
Zielony blysk → zjawisko to wystepujace na wschodzacym lub zachodzacym sloncem. Jest spowodowany zalamywaniem promieni slonecznych. Atmosfera ziemska, tak jak pryzmat, rozszczepia biale swiatlo sloneczne na szereg barw. Najmniej rozpraszany jest kolor czerwony a najbardziej kolor niebieski i fioletowy.
Zorza → zjawisko to ma najczesciej miejsce w poblizu biegunow ziemskich, (najwieksza koncentracja protonow i elektronow; w obszarach polarnych indukcja pola magnetycznego jest wieksza niż w pozostalych). Swiecenie zorzy odbarzone ladunkiem elektrycznym czastki wiatru slonecznego ( protony i elektrony) wpadaja w magnetosfere ziemska i wzbudzaja do swiecenia atomy gazow wchodacych w sklad atmosfery.
Izyracja, teczowanie → w biol. Ubarwianie strukturalne → zjawisko optyczne polegajace na powstawaniu teczowych barw w wyniku interferacji swiatla bialego odbitego od przezroczystych lub polprzezroczystych cial skladajacych się z wielu warstw substancji o roznych wlasnosciach optycznych.