 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( октябрь 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В радиобиологии , то относительная биологическая эффективность (часто сокращенно ОБЭ ) представляет собой отношение биологической эффективности одного вида ионизирующего излучения по отношению к другой, при том же количества поглощенной энергии . ОБЭ - это эмпирическое значение, которое варьируется в зависимости от типа ионизирующего излучения, задействованных энергий, рассматриваемых биологических эффектов, таких как гибель клеток и напряжения кислорода в тканях или так называемого кислородного эффекта .
Заявление [ править ]
Поглощенная доза может быть плохим показателем биологического действия радиации, так как биологический эффект может зависеть от многих других факторов, включая тип излучения, энергию и типа ткани. Относительная биологическая эффективность может помочь лучше измерить биологический эффект радиации. Относительная биологическая эффективность излучения типа R на ткань определяется как отношение
где D X - эталонная поглощенная доза излучения стандартного типа X , а D R - поглощенная доза излучения типа R, которая вызывает такое же количество биологического повреждения. Обе дозы измеряются количеством энергии, поглощенной клетками.
Различные типы излучения имеют разную биологическую эффективность, главным образом потому, что они по-разному передают свою энергию тканям. Фотоны и бета-частицы имеют низкий коэффициент линейной передачи энергии (ЛПЭ), что означает, что они ионизируют атомы в ткани, которые расположены на расстоянии нескольких сотен нанометров (несколько десятых долей микрометра ) друг от друга на своем пути. Напротив, гораздо более массивные альфа-частицы и нейтроны оставляют за собой более плотный след из ионизированных атомов, расположенных на расстоянии примерно одной десятой нанометра друг от друга (т.е. менее одной тысячной от типичного расстояния между ионизацией для фотонов и бета-частиц). .
ОБЭ можно использовать либо для лечения рака / наследственных рисков ( стохастический ), либо для вредных тканевых реакций ( детерминированные ). У тканей разные ОБЭ в зависимости от типа эффекта. Для излучения с высокой ЛПЭ (т. Е. Альфа и нейтронов) ОБЭ для детерминированных эффектов обычно ниже, чем для стохастических эффектов. [1]
Концепция RBE актуальна в медицине, например, в радиологии и лучевой терапии , а также к оценке рисков и последствий радиоактивного загрязнения в различных контекстах, таких как АЭС эксплуатации, ядерного топлива утилизации и переработки, ядерного оружия , добыча урана , и безопасность ионизирующего излучения .
Отношение к весовым коэффициентам излучения (W R ) [ править ]
Для целей расчета эквивалентной дозы для органа или ткани Международная комиссия по радиологической защите (ICRP) определила стандартный набор весовых коэффициентов излучения (W R ), ранее называвшийся коэффициентом качества ( Q) . [1] [2] Излучение весовых коэффициентов преобразующих поглощенная доза (измеряется в единицах СИ серых или не-СИ рад ) в формальную биологическую эквивалентную дозу для облучения (измеряется в единицах зивертов или бэр ). Однако МКРЗ утверждает: [1]
«Эквивалентная доза и эффективная доза не должны использоваться для количественной оценки более высоких доз радиации или для принятия решений о необходимости какого-либо лечения, связанного с тканевыми реакциями [т.е. детерминированными эффектами]. Для таких целей дозы следует оценивать с точки зрения поглощенных доза (в сером, Гр), и в случае излучения с высокой ЛПЭ (например, нейтронов или альфа-частиц) следует использовать поглощенную дозу, взвешенную с соответствующей ОБЭ "
Весовые коэффициенты излучения в значительной степени основаны на ОБЭ излучения для стохастических рисков для здоровья . Однако для простоты весовые коэффициенты излучения не зависят от типа ткани, и значения консервативно выбраны больше, чем основная масса экспериментальных значений, наблюдаемых для наиболее чувствительных типов клеток, в отношении внешних (внешних по отношению к клеткам) ) источники. Весовые коэффициенты излучения не были разработаны для внутренних источников тяжелых ионов, таких как ядра отдачи.
Стандартные значения относительной эффективности ICRP 2007 приведены ниже. Чем выше весовой коэффициент излучения для типа излучения, тем он более опасен, и это учитывается в расчетах для преобразования единиц серого в зиверт.
| Радиация | Энергия W R (ранее Q ) |
|---|---|
| рентгеновские лучи, гамма-лучи, бета-частицы, мюоны | 1 |
| нейтроны (<1 МэВ) | 2,5 + 18,2 е - [п ( Е )] 2 /6 |
| нейтроны (1-50 МэВ) | 5,0 + 17,0 е - [Ln (2 Е )] 2 /6 |
| нейтроны (> 50 МэВ) | 2,5 + 3,25 е - [Ln (0,04 Е )] 2 /6 |
| протоны, заряженные пионы | 2 |
| альфа-частицы, продукты ядерного деления, тяжелые ядра | 20 |
Весовые коэффициенты излучения, которые переходят от физической энергии к биологическому эффекту, не следует путать с весовыми коэффициентами ткани . Весовые коэффициенты ткани используются для преобразования эквивалентной дозы для данной ткани в организме в эффективную дозу , число, которое обеспечивает оценку общей опасности для всего организма в результате дозы облучения части тела. .
Экспериментальные методы [ править ]
Обычно оценка относительной биологической эффективности проводится на различных типах живых клеток, выращиваемых в культуральной среде , включая прокариотические клетки, такие как бактерии , простые эукариотические клетки, такие как одноклеточные растения, и продвинутые эукариотические клетки, полученные от организмов, таких как крысы . Дозы доводят до точки LD-30; то есть до количества, которое приведет к тому, что 30% клеток станут неспособными подвергнуться митотическому делению (или, для бактерий, бинарному делению ), таким образом, будут эффективно стерилизованы - даже если они все еще могут выполнять другие клеточные функции. LD-50используется чаще, но тот, кто рисовал график, не понимал, что линия сетки, ближайшая к середине между коэффициентами 10 на логарифмическом графике, на самом деле равна 3, а не 5. Значения LD-50 фактически равны 1 серому для ионов углерода и 3 оттенкам серого для фотоны.
Типы ионизирующего излучения R, наиболее рассматриваемые при оценке ОБЭ, - это рентгеновское излучение и гамма-излучение (оба состоят из фотонов ), альфа-излучение ( ядра гелия-4 ), бета-излучение ( электроны и позитроны ), нейтронное излучение и тяжелые ядра , включая осколки ядерного деления . Для некоторых видов излучения ОБЭ сильно зависит от энергии отдельных частиц.
Зависимость от типа ткани [ править ]
Ранее было обнаружено, что рентгеновские лучи, гамма-лучи и бета-излучение по существу эквивалентны для всех типов клеток. Таким образом, стандартный тип излучения X - это, как правило, рентгеновский луч с фотонами 250 кэВ или гамма-лучи кобальта-60 . В результате относительная биологическая эффективность бета- и фотонного излучения практически равна 1.
Для других типов излучения ОБЭ не является четко определенной физической величиной, поскольку она несколько зависит от типа ткани и от точного места поглощения внутри клетки. Так, например, ОБЭ для альфа-излучения составляет 2–3 при измерении на бактериях , 4–6 для простых эукариотических клеток и 6–8 для высших эукариотических клеток. Согласно одному источнику, для овоцитов он может быть намного выше (6500 с рентгеновскими снимками). [3] ОБЭ нейтронов составляет 4–6 для бактерий, 8–12 для простых эукариотических клеток и 12–16 для высших эукариотических клеток.
Зависимость от местоположения источника [ править ]
В ранних экспериментах все источники излучения находились вне облученных клеток. Однако, поскольку альфа-частицы не могут пройти через самый внешний мертвый слой кожи человека, они могут нанести значительный ущерб, только если они возникнут в результате распада атомов внутри тела. Поскольку диапазон альфа-частицы обычно составляет около диаметра одной эукариотической клетки, точное местоположение излучающего атома в клетках ткани становится важным.
По этой причине было высказано предположение, что влияние загрязнения альфа-излучателями на здоровье могло быть существенно недооценено. [4] Измерения ОБЭ с внешними источниками также не учитывают ионизацию, вызванную отдачей родительского ядра из-за альфа-распада. Хотя отдача родительского ядра распадающегося атома обычно несет только около 2% энергии альфа-частицы, испускаемой распадающимся атомом, ее диапазон чрезвычайно мал (около 2–3 ангстрем) из-за ее высокий электрический заряд и большая масса . От родительского ядра требуется отдача при испускании альфа-частицы с дискретной кинетической энергией из-за сохранения импульса.. Таким образом, вся энергия ионизации от ядра отдачи депонируется в чрезвычайно малом объеме вблизи своего исходного местоположения, обычно в ядре клетки на хромосомах, которые имеют сродство к тяжелым металлам. [5] [6] [7] Большая часть исследований с использованием источников, внешних по отношению к ячейке, дала ОБЭ от 10 до 20. [8]
История [ править ]
В 1931 году Файлла и Хеншоу сообщили об определении относительной биологической эффективности (ОБЭ) рентгеновских лучей и гамма-лучей. Похоже, это первое употребление термина «ОБЭ». Авторы отметили, что ОБЭ зависит от изучаемой экспериментальной системы. Несколько позже на это указали Zirkle et al. (1952), что биологическая эффективность зависит от пространственного распределения передаваемой энергии и плотности ионизации на единицу длины пути ионизирующих частиц. Zirkle et al. придумал термин «линейная передача энергии (ЛПЭ)», который будет использоваться в радиобиологии для останавливающей способности, то есть потери энергии на единицу длины пути заряженной частицы. Эта концепция была представлена в 1950-х годах, когда развертывание ядерного оружия и ядерных реакторов стимулировало исследования биологических эффектов искусственной радиоактивности.Было замечено, что эти эффекты зависят как от типа, так и отэнергетический спектр излучения и вид живой ткани. Первые систематические эксперименты по определению ОБЭ были проведены в это десятилетие. [ необходима цитата ]
См. Также [ править ]
- Фоновое излучение
- Линейная передача энергии (ЛПЭ)
- Теория двойного действия излучения
Ссылки [ править ]
- ^ a b c «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Летопись МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2. Проверено 17 мая 2012 года .
- ^ Sinclair DW (январь 2003). «Относительная биологическая эффективность (ОБЭ), добротность (Q) и весовой коэффициент радиации (Wr)» . Летопись МКРЗ . Публикация МКРЗ 92. 33 (4). ISBN 978-0-08-044311-9.
- ^ Nagasawa, H .; Литтл, JB (1992-11-15). «Индукция обменов сестринских хроматид чрезвычайно низкими дозами альфа-частиц». Исследования рака . 52 (22): 6394–6396. ISSN 0008-5472 . PMID 1423287 .
- ^ Winters TH, Ди Franza JR (февраль 1982 г.). «Радиоактивность при курении сигарет». Медицинский журнал Новой Англии . 306 (6): 364–5. DOI : 10.1056 / NEJM198202113060613 . PMID 7054712 .
- ↑ Zhu G, Zhang CY (декабрь 2014 г.). «Функциональные сенсоры на основе нуклеиновых кислот для анализа ионов тяжелых металлов». Аналитик . 139 (24): 6326–42. Bibcode : 2014Ana ... 139.6326Z . DOI : 10.1039 / C4AN01069H . PMID 25356810 .
- ^ Barton JK (1994). «Глава 8: Взаимодействие металл / нуклеиновая кислота» (PDF) . В Bertini I, Gray HB, Lippard SJ, Valentine JS (ред.). Биоинорганическая химия . Милл-Вэлли, Калифорния: Univ. Научные книги. С. 455–503. ISBN 0-935702-57-1.
- Перейти ↑ Kim S, Shin W, Warrant R (1985). «Взаимодействие ионов тяжелых металлов и нуклеиновых кислот». Дифракционные методы биологических макромолекул Часть А . Методы в энзимологии. 114 . С. 156–67 . DOI : 10.1016 / 0076-6879 (85) 14016-4 . ISBN 978-0-12-182014-5.
- ^ Chambers DB, Osborne RV, Garva AL (2006). «Выбор весового коэффициента альфа-излучения для доз для нечеловеческой биоты». Журнал экологической радиоактивности . 87 (1): 1–14. DOI : 10.1016 / j.jenvrad.2005.10.009 . PMID 16377039 .
Внешние ссылки [ править ]
- Относительная биологическая эффективность ионно-лучевой терапии
