Biologiczne podstawy chemio i radioterapii.doc

Zagadnienia do egzaminu „Biologiczne podstawy chemio i radioterapii”

1.                   Definicja pola elektromagnetycznego

Pole elektromagnetyczne- stanowi jeden ze składników środowiska naturalnego człowieka. Do najbliższych człowiekowi naturalnych źródeł pól elektromagnetycznych, w szczególności pól stałych należy Ziemia. Pole elektromagnetyczne może się rozchodzić w przestrzeni z prędkością światła i nazywamy je falą elektromagnetyczną. Fala elektromagnetyczna niesie ze sobą energię.

2.                   Sztuczne źródła pól elektromagnetycznych

- wykorzystywanie fal radiowych do komunikacji bezprzewodowej (telefony, radia, telewizja, łączność satelitarna, nawigacja morska i lotnicza, system radiolokacji)

Wykorzystanie energii pól elektromagnetycznych w procesie przemysłowym i w medycynie

3.                  Definicja promieniowania

Promieniowaniem nazywamy zjawisko polegające na wysyłaniu i przekazywaniu energii na odległość.

Energia ta może być wysyłana w postaci cząstek, światła, ciepła oraz fal elektromagnetycznych.

4.                  Podział promieniowania elektromagnetycznego (promieniowanie jonizujące i niejonizujące)

Promieniowanie niejonizujące to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego (fali elektromagnetycznej), które nie wywołuje jonizacji ośrodka, przez który przechodzi.

Promieniowanie jonizujące powoduje jonizację środowiska, przez które przechodzi. Podział ten związany jest z różnym rodzajem oddziaływań na zdrowie ludzi i zwierząt.

5.                  Widmo fal elektromagnetycznych

Widmo fali elektromagnetycznej:  obejmuje wielką rozmaitość zjawisk,  od fal radiowych aż po bardzo przenikliwe promieniowanie У.

Niejonizujące to: Promieniowanie UV, światło widzialne, promieniowanie podczerwone, mikrofale i fale radiowe.

Jonizujące to: Promieniowanie X, promieniowanie У, promieniowanie kosmiczne.

6.                  Promieniowanie podczerwone – wymień zagrożenia biologiczne

Promieniowanie podczerwone- stanowi część niewidzialnego promieniowania elektromagnetycznego, mieszczącego się w widmie między czerwienią a mikrofalami. Jest ono emitowane przez rozgrzane ciało. Działanie biologiczne promieniowania podczerwonego polega na wpływie cieplnym, dzięki czemu rozszerzają się naczynia krwionośne skóry i zmniejsza się napięcie mięśni szkieletowych.  Promieniowanie podczerwone IR-A o dużej intensywności może powodować oparzenia skóry termiczne uszkodzenia siatkówki oka, IR-B i IR-C duża częstotliwość może wywołać oparzenia skóry i stany zapalne rogówki.

7.                  Ryzyko biologiczne działania promieni UV

UV chodź niewidzialne  promieniowanie ma silne działanie fotochemiczne- przy długości Ali poniżej 300nm wywołuje jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych.  UVB (280-315nm) powoduje uszkodzenie komórek skóry (nieznikające przebarwienia), wywołuje stan zapalny rogówki oka i kataraktę (zmęczenie soczewki oka). Stała ekspozycja na promieniowanie UV może powodować przedwczesne starzenie się skóry (uszkadza włókna kolagenowe i elastylowe) zmarszczki, nawet raka.

8.                  Jak nazywa się równoważnik pochłoniętej dawki promieniowania? (Sv=siwert)

Jednostką równoważnika dawki jest siwert (Sv), równy - podobnie jak grej – 1J/kg. Pojęcie równoważnika dawki wprowadzono, aby uzyskać wielkość lepiej skolerowaną z biologicznymi skutkami promieniowania. Najczęściej używaną jednostką jest milisiwert (1mSv = 0,001Sv).

9.                  Promieniowanie jonizujące pochodzenia naturalnego, źródło pochodzenia i dawka graniczna dla mieszkańca Polski

Promieniowanie pochodzące z przestrzeni kosmicznej i od naturalnych pierwiastków radioaktywnych w skorupie ziemskiej oraz bezpośrednio z organizmu człowieka.

Naturalne- jest to zjawisko obecności w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych, niezależnych od działalności człowieka, a w środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.

Narażenie na promieniowanie pochodzące ze źródeł naturalnych dotyczy całej populacji świata i jest integralnym czynnikiem środowiska. Każdy człowiek podlega działaniu promieniowania jonizującego pochodzącego z :

- przestrzeni kosmicznej, emitowanemu przez substancje radioaktywne docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej

- źródeł ziemskich

Średnia dawka pochodząca ze wszystkich źródeł promieniowania w Polsce wynosi 2,4 mSv.

10.  Kto i kiedy odkrył promienie X ?

8 listopada 1895r. niemiecki fizyk W. Roentgen odkrył nowy rodzaj promieniowania emitowanego przez strumień „promieni katodowych” (teraz wiemy, że są to elektrony) przy ich uderzeniu w ścianki szklanej rury do wyładowań.

Promienie nazwał promieniami X, co miało podkreślić, że ich istota jest jeszcze nieznana.

Stwierdził, że promienie X przechodzą przez materiały stałe, jonizują powietrze, nie załamują się na szkle i nie są odchylane w polu magnetycznym.

Potem wielu naukowców zaczęło je określać jako promienie rentgena (nazwa obowiązująca m.in. w Polsce i w Niemczech). Za odkrycie promieni X Roentgen otrzymał pierwszą nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1901 roku.

11.  Kto odkrył rad i polon?

Dwa nowe pierwiastki odkryte przez Marie i Piotra Curie – polon i rad.

12.  Kiedy Maria Skłodowska – Curie otrzymała Nagrodę Nobla i za jakie odkrycie?

Dwukrotnie wyróżniona Nagrodą Nobla za osiągnięcia naukowe, po raz pierwszy w 1903 z fizyki wraz z mężem i Henrim Becquerelem za badania nad odkrytym przez Henriego Becquerela zjawiskiem promieniotwórczości, po raz drugi w 1911 z chemii za wydzielenie czystego radu. Do dziś pozostaje jedyną kobietą, która tę nagrodę otrzymała dwukrotnie, a także jedynym uczonym w historii uhonorowanym nagrodą Nobla w dwóch różnych dziedzinach nauk przyrodniczych.

13.  Sposoby działania promieniowania jonizującego na komórkę (bezpośrednie i pośrednie).

Działanie pośrednie: możliwość modyfikacji efektów popromiennych wywołanych pośrednim działaniem promieniowania przez obecność w komórce:

-  enzymów antyoksydacyjnych (glutation, katalaza, peroksydaza selenozależna)

-  egzogennych utleniaczy ( Wit. C, A, E, karoten) fenoli roślinnych

-  lub zastosowanie czynników chemicznych (radioprotektorów) zmniejszających lub zwiększających działanie promieniowania.

Działanie bezpośrednie: polega na zderzeniu cząstki promieniowania z nicią DNA. Powoduje uszkodzenie DNA w 90%.

14.  Wolne rodniki, definicja i działanie.

Wolnym rodnikiem nazywamy atom, cząsteczkę, lub część cząsteczek, w których pojawił się niesparowany elektron. Powoduje to dużą reaktywność wolnego rodnika (oznaczamy go za pomocą kropki, np. R. ).

Wolne rodniki zachowują się jak biologiczne pociski – uszkadzają wszystko, w co uderzą: lipidową błonę komórkową, DNA i białka o istotnym znaczeniu dla komórki. Wolne rodniki w kolejnych reakcjach mogą być albo wymiatane albo ulegają utrwaleniu w wyniku połączenia z tlenem w cząsteczce organicznej – tworzą reaktywne formy tlenu (RFT) o znacznie przedłużonym czasie działania.

W czasie procesów metabolicznych w żywych komórkach również tworzą się RFT takie jaki: O2- , OH2- ,  H2O2. Nazywamy je oksydantami.

W wyniku promieniowania tworzenie RTF jest wzmożone.

15.  Rodzaje uszkodzeń popromiennych w DNA.

4

Nie każdy składnik komórki jest w tym samym stopniu niezastąpiony, co DNA. Cząsteczki DNA jako jedyne nie mogą być zastępowane przez nowe. Ich uszkodzenie lub utrata może prowadzić do niekorzystnych następstw. Dzieje się tak, dlatego, że inne makrocząsteczki (białka, kwas RNA, lipidy) występują w komórce w wielu kopiach. Kopie uszkodzone są usuwane.

5

– pojedyncze pęknięcia nici,

- zmiana zasady,

- zmiana cukru,

- wiązanie krzyżowe DNA-białko,

– podwójne pęknięcia nici,

– odłączenie zasady,

– duże odkształcenie spirali.

16.  Biologiczne skutki napromieniania (somatyczne, genetyczne)

1.      Somatyczne:

·         WCZESNE:

- choroba popromienna (ostra, przewlekł)

- miejscowe uszkodzenia skóry

·         ODLEGŁE:

- zmętnienie soczewki i zaćma

- aberracje chromosomowe w komórkach somatycznych

- nowotwory złośliwe

- niepłodność

2.      Genetyczne:

·         Mutacje genowe (dominujące i recesywne)

·         Aberracje w komórkach.

17.  Śmierć mitotyczna a interfazalna

Śmierć mitotyczna lub reprodukcyja: utrata zdolności komórki do wielokrotnych podziałów; nie występuje natychmiast, lecz przy kolejnej próbie podziału. Może nastąpić przy pierwszej, drugiej lub trzeciej próbie podziału komórki. Przyczyną śmierci mitotycznej są zaburzenia morfologii chromosomów zwane aberracjami chromosomowymi.

Śmierć w interfazie: śmierć przed podziałem komórki występuje w dowolnej fazie cyklu. Zachodzi w ciągu kilku po napromienieniu. Główna przyczyna: uszkodzenie metabolizmu komórki.

Po działaniu dużych dawek promieniowania komórka traci zdolność do zachowania równowagi wodno – elektrolitowej. Nadmiar wody i jonów (normalnie usuwanych) wnika do wnętrza komórki, powodując jej pęcznienie i nieodwracalne uszkodzenie. Pojawia się stan zapalny.

18.  Definicja średniej dawki letalnej (LD50)

LD50 (Średnia dawka śmiertelna) – dawka promieniowania powodująca śmierć połowy osobników populacji.

19.  Wysokość średniej dawki letalnej dla człowieka

Średnia dawka letalna dla człowieka wynosi 4 Gy.

20.  Co nazywamy transformacją nowotworową?

Przekształcenie się komórki prawidłowej w nowotworową określane jest jako transformacja nowotworowa. Jest to proces bardzo złożony, wieloetapowy i zależny od wielu czynników.

21.  Telomery i znaczenie telomerazy w onkogenezie.
Telomer to jednostka strukturalno-funkcjonalna obecna na końcach chromosomów. W ostatnich latach, dzięki lepszemu poznaniu budowy i funkcji telomeru i telomerazy wzrosło ich znaczenie w zrozumieniu procesu nowotworzenia. W onkogenezie telomer działa jako supresor nowotworowy. Zaburzenie jego funkcji i deregulacja aktywności telomerazy może być istotnym czynnikiem dla nowotworzenia.
Obecnie dzięki zdobytej wiedzy dotyczącej telomeru i telomerazy możliwe staje się projektowanie różnych leków i schematów terapii. Zapoczątkowano również hodowlę złożonych tkanek dla transplantologii.
Badania nad telomerem i telomerazą rozwijają się bardzo dynamicznie i na pewno ostatnie słowo w tym temacie nie zostało powiedziane.

22.  Wymień najczęściej występujące egzogenne czynniki mutagenne.

§  Czynniki chemiczne (np. pestycydy, arsen, insektycydy, herbicydy), związki alkilujące, analogi zasad azotowych, benzen, aminy dymu tytoniowego, azbest, radon

§  Czynniki fizyczne (np. promieniowanie jonizujące i nadfioletowe: słoneczne, lampy kwarcowe)

§  Czynniki biologiczne (np. Papilloma virus, Herpes virus, Helicobacter pyroli, onkogenne wirusy, mykotoksyny)

23.  Wymień najczęściej występujące endogenne czynniki mutagenne.

§         Wolne rodniki reaktywne formy tlenu (RFT)- efekt uboczny metabolizmu komórek

§         Wolne rodniki (RFT) atakują komórki, m.in. niszczą DNA w jądrze i mitochondriach. Linię obrony tworzą enzymy dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), katalaza, peroksydaza glutationowa, a także antyoksydanty, czyli przeciwutleniacze (witaminy A, C i E, glutation). Kumulujące się w trakcie życia wolnorodnikowe uszkodzenia są przyczyną stopniowego starzenia się organizmu lub mogą doprowadzić do powstania komórki nowotworowej.

24.  Wymień grupy genów mające swój udział w powstawaniu nowotworów.

Są to geny supresorowe, protoonkogeny, i geny kodujące białka biorące udział w regulacji cyklu komórkowego i naprawie DNA.

25.  Podaj przykład genu supresorowego i wyjaśnij jego rolę w onkogenezie.

Geny supresorowe (P53, RB, BRCA1, BRCA2, APC) zmutowane formy – antyonkogeny. Geny supresorowe transformacji nowotworowej w warunkach fizjologicznych zatrzymują cykl komórkowy lub powodują zaprogramowaną śmierć komórki (apoptozę). Zmutowane promują proliferacje.

26.  Podaj przykład onkogenu i wyjaśnij jego rolę w onkogenezie.

Onkogeny (RAS, ERB, MYC, BCL-2) w warunkach fizjologicznych protoonkogeny pobudzają prawidłowy wzrost komórki. Ich mutacja lub nadekspresja (onkogeny) prowadzi do nieprzerwanej stymulacji wzrostu mimo braku fizjologicznych sygnałów wzrostu komórkowego. (wiele onkogenów koduje czynniki wzrostu i ich receptory, np. EGFR, TNF β)

27.  Etapy procesu onkogenezy.

Inicjacja to faza, w której czynnik rakotwórczy, działając na zdrową komórkę powoduje zmianę w jej aparacie genetycznym, czyli mutację. Jeśli zaatakowana komórka ma zdolność do podziałów, to wywołana mutacja się utrwala i jest przekazywana następnym pokoleniom komórek.

Promocja zainicjowana komórka przechodzi wiele kolejnych mutacji, aż staje się typową komórką nowotworową (komórką zainicjowaną), która charakteryzuje się zaburzonymi zdolnościami przylegania do otaczających komórek. W tej fazie rozwoju zatrzymanie procesu tworzenia nowotworu jest jeszcze możliwe (po ustąpieniu czynnika promującego: hormonów, czynników wzrostu, stanu zapalnego, alkoholu, nikotyny, azbestu, węglowodorów aromatycznych).

Progresja wzrost komórek nowotworowych, który przebiega niepowstrzymanie i jest nieodwracalny.

28.  Różnice pomiędzy nowotworem łagodnym a złośliwym.

Nowotwory łagodne rosną i szerzą się w sposób uporządkowany, zgodny z architekturą przypisaną tkance, z której się wywodzą – bez naciekania i niszczenia najbliższego otoczenia czy tkanek sąsiednich. Nie wykazują skłonności do przerzutowania.

Nowotwory złośliwe – przeciwnie – charakteryzują się bezładną, nie kontrolowaną proliferacją, naciekaniem macierzystej tkanki. Często doprowadzają do jej zniszczenia. Wykazują skłonność do tworzenia ognisk przerzutowych.