ПАЙДА БОЛУ МЕХАНИЗМІ. 9 глава

Кез келген атом ядросы протон және нейтроннан тұрады, оларды жалпы түрде нуклондар деп атайды. Ядродағы протон саны «р» химиялық элементтің реттік нөміріне Z сәйкес келеді және заттың химиялық қасиетін сипаттайды, ал ядродағы нуклондар саны A= p+n заттың массалық саны деп аталады, мұндағы «n» нейтрон бөлшегінің саны. Сонда кезкелген атом ядросы мына түрде белгіленеді: химиялық элементің белгісінің жоғары жағына массалық саны,төменгі жағына реттік саны көрсетіледі , мысалы мұндағы - 12 көміртегінің атомдық салмағы, 6- оның периодтық кестедегі реттік саны немесе протон саны.

Атомдық нөмірлері бірдей, бірақ массалық саны әр түрлі болатын заттар кездеседі, оларды изотоптар деп атайды, мысалы тұрақты көміртегі, ал оның изотопы болып келеді.

Радиоактивтілік құбылысы кезіндегі ядроның ыдырауы (басқа зат ядросына айналуы) мына өрнек бойынша сипатталады:

N = N₀e^-lt.

Бұл өрнек радиоактивтіліктің ыдырау заңы деп аталады, мұндағы N₀ - бастапқы ядролар саны, N- t уақыттан кейін әлі ыдырамаған ядролар саны, l-ыдырау тұрақтысы, ол сан жағыннан бірлік уақыт ішінде ядролардың ыдырау ықтималдығына тең шама. Сонда ыдыраған ядролар саны dN =N₀-N тең болады.

Радиоактитілік құбылысын сипататуда l-ыдырау тұрақтысының орнына жартылай ыдырау периоды Т деген шаманы қолданады. Жартылай ыдырау периоды деп барлық ядролардың тең жартысының ыдырауына кететін Т уақытты атайды. Бұл уақыт кей ядролар үшін миллиардтаған жылдарға созылады, ал кей ядролар үшін секундтың бір бөлігіне тең. Төмендегі кестеде осындай мәліметтер берілген:

Жартылай ыдырау периоды Т және ыдырау тұрақтысы l өз ара мына түрде байланыста: Т=ln2/l=0.693/l. Осы мәліметті қолданып радиоактивтіліктің ыдырау заңын мына түрде жазауға болады: N = N₀е^-0,69t/Т.

Радиоактивті зат ядросының ыдырау нәтижесінде ол басқа затқа айналады, осындай құбылыстың нәтижесінде табиғатты кең таралған ураның U-238 ядросы альфа сәулесін шығарып 4,47 миллиард жыл кейін Тh-234 айналады, ол өз кезегінде бета сәулесін шығарып 24,1 күннен кейін Проактиний-234, ол бета сәулесін шығарып 1,17 мин. кейін U-234 айналады, бұл үрдіс 15 рет жалғасып, ең соңында одан ары ыдырамайтын, ядросы тұрақты Pb-208 қорғасынға айналады. Бұл тізбекті реакция төменде көрсетілген ретпен жүреді.

Заттың радиоактивтілік белсенділігін активтілік деген шамамен сипаттайды, ол сан жағынан бірлік уақыт ішінде ыдыраған ядро санына тең: А = dN/dt. Активтілік Беккерель (Бк) деген шамамен өлшенді, сонымен қатар кюри (Ки) деген өлшеу бірлігі де қолданылады: 1 Ки =3,7×10¹⁰ Бк.

Енді радиоактивті ыдырау түрлерін талдайық. Өздеріңізге белгілі радиоактівтілік кезінде ядродан a, b және g бөлшектері ұшып шығатын. Зерттеулер a бөлшегі гелий ядросы екендігін көрсетті. Ол ыдырайтын радиоактивті зат ядросы құрамындағы протон бөлшегі, олай болса a ыдырауы нәтижесінде жаңадан пайда болатын зат мына реакация бойынша анықталынады: , мұндағы X- бастапқы зат ядросы, Y ыдырау нәтижесінде жаңадан пайда болған ядро, ал гелий ядросы. Жаңадан пайда болған ядро қозған күйде болады, сондықтан оның негізгі күйге көшуі g сәулесін шығарумен қатар жүреді, жалпы барлық ыдырау түрлері g сәулесін шығарумен ерекшеленеді. Альфа сәулесінің энергиясы 4-9 МэВ тең.

Радиоактивтілік кезінде бөлінетін b сәулесі е^- электрон немесе оған қарама қарсы е⁺ позитрон (антиэлектрон) бөлшегі екен. Өздеріңізге белгілі ядрода құрамында мұндай бөлшектер кездеспейді, бұл бөлшектер ыдырайтын зат ядросы құрамындағы протон немесе нейтрон бөлшектерінің радиоактивтілік кезінде басқа бөлшектерге айналуы кезінде пайда болады және мұндай ыдыраулар гамма сәулесін шығарумен қабаттасып жүреді. b- ыдырау екі түрде кездеседі.

1. Электронды b^- ыдырау. Бұл ядродағы нейтрон бөлшегінің протон және электронға айналуы кезінде орын алады: мұндағы -антинейтрино бөлшегі.

2. Позитронды b⁺ ыдырау. Бұл ядродағы протон бөлшегінің нейтрон және позитронға айналуы кезінде орын алады: мұндағы -нейтрино бөлшегі.

Радиоактивтіліктің электронды е-қармау деген түрі де кездеседі. Бұл құбылыс ядроның ішкі қабаттардың бірінен электронды қармап алып, нәтижесінде ядродағы бір протонның нейтронға айналуы кезінде байқалады: Бұл құбылыс тікелей иондаушы(гамма) сәулесін шығарумен қабаттасып жүрмегенмен, құбылыс нәтижесінде гамма сәулесі пайда болады. Электрон қабаттындағы босаған орынған сыртқы қабаттан электрон ауысқан кезде рентген сәулесі пайда болады.

ДОЗАМЕТРИЯ

Кей сәулелердің (ультракүлгін, рентген, гамма) немесе олардың бөлшектерінің (фотондарының) энергиясы өте жоғары болып келеді, соның нәтижесінде олар әсер еткен денелердің атомдары мен молекулары бұзылады, яғни ионданады. Сол себепті мұндай сәулелерді иондаушы сәулелер деп аталады. Бұл құбылыс әсірсе биологиялық құрылымдардың жеке бөлімдеріне үлкен зақым келтіреді, соның нәтижесінде оларда мутациялық құбылыстар орын алуы мүмкін. Иондаушы сәулелердің түрлі әсерлерін сипатушы үшін доза деген шама қолданылааы.

Жұтылу дозасы деп дене элементі жұтқан иондаушы сәуле энергиясының dE сол дене массасына dm қатынасына тең шаманы атайды: D= dE/dm. Жұтылу дозасы СИ өлшеу жүйесінде грей (Гр) деген шамамен өлшенеді, сонымен қатар рад деген өлшеу бірлігі де қолданылады 1 рад= 10^-2 Гр тең.

Жұтылу дозасы иондаушы сәулелердің денеге тигізетін түрлі радиациялық әсерлерін толық сипаттай алмайды. Осы олқылықты жою үшін иондаушы сәуленің әсерін сапа коэффициенті деген шамамен сипаттайды. Сапа коэффициенті сан жағынан дозалары бірдей, иондаушы сәуленің биологиялық әсерін рентген немесе гамма сәулесіне салыстырғанда қаншалықты жоғары немесе кем екендігін көрсететін шамаға тең. Иондаушы сәуленің биологиялық әсері ретінде сәуленің әсерінен денеде орын алатын құбылысты атайды. Мысалы, иондаушы сәуленің әсерінен зақымдалған жасуша саны, немесе денеде пайда болған зарядталған бөлшектердің саны және т.б. мәліметтерді атауға болады.

№1 кесте

Кестеден α сәулесі үшін сапа коэффициенті 20 тең. Мұны қалай түсіну керек, бұл α сәулесінің биологиялық әсері рентген сәулесіне салыстырғанда 20 есе көп дегенді білдіреді.

Сапа коэффицентін ескере отырып анықталған дозаны эквиваленті доза деп атайды, ол мына өрнекпен анықталынады: H =K×D. Эквиваленті доза зиберт (Зв) деген шамамен өлшенеді, сонымен қатар бэр(биологический эквивалент рентгена) деген өлшеу бірлігі де қолданылады 1 бэр= 10^-2 Эв тең.

Иондаушы сәулелердің ауаны иондау қабілетін ескеріп, экспозициялық доза деген шама енгізілген. Ол сан жағынан ауаның бірлік массасы көлемінде пайда болған барлық оң иондардың шамысына X =Q/m тең. Экспозициялық доза Кулон/кг өлшенеді, бірақ бұл өте үлкен шама болғандықтан, практикада одан көп кіші рентген-Р деген шама қолданылады 1Р = 2,58 10^-4 Кл/кг.

Жұтылу және экспозициялық доза арасында мына түрде өз ара байланыс бар: D=fX, мұндағы f-өтпелі коэфициент деп аталады. Жұмсақ ұлпалар үшін f=1 тең, сондықтан «рад» анықталған жұтылу дозасы «рентегнмен» анықталған экспозициялық дозаға сан жағынан тең болады.

Доза қуаты деп доза шамасының сол дозаны қабылдаған уақытқа қатынасымен анықталынатын шаманы атайды: N_D = D/t N_X=X/t N_H=H/t.

Жұтылу дозасының қуаты Гр/ мин; Гр/сағ экспозициялық доза қуаты микрР/сағ; милР/сағ; Р/сағ және т.б. өлшенеді. Эквивалентті доза Зв/мин; Зв/сағ; Зв/жыл; бэр/ мин; бэр/сағ. өлшенеді.

Радионуклидтерді медицинда қолдану

Радионуклидтер деп жартылай ыдырау периоды өте аз, радиоактивті заттарды атайды. Табиғатта мұндай химиялық элементтер кездеспейді, оларды жасанды түрде алады. Қазіргі уақытта радионуклидтер диагностикалық және терапиялық мақсаттарда кең түрде қолданылуда.

Радионуклидті диагностикалық мақсатта қолданудың негізі ретінде, олардың адам ағзаның кей мүшелерінде талғампаздық түрде жиналуын атауға болады. Мысалы, радиоактивті иод негізінен қалқан безінде, ал кальции болса сүйекте жиналады. Радиоактивті элементердің изотопын адам ағзасына ендіріп, олардың адам ағзасында жиналған аймағынан шығарған сәулесі арқылы адам мүшесінің немесе аймақтың диагностикалық күйін анықтауға болады, мұны таңбаланған атом әдісі деп атайды.

Радионуклидтерді терапиялық мақсатта қолданудың негізі ретінде, олардан шығатын иондаушы сәулелердің ісік жасушаларын бұзуын атауға болады.

1. Гамма терапия деп терең қабатта жатқан ісіктерді жоғары энергиялы g сәулесі арқылы жоюды атайды. g сәулесінінң көзі ретінде ⁶⁰Со кобальт қолданылады.

2. Альфа терапия деп α сәулесі арқылы емдеуді атайды. Бұл сәуленің иондаушылық қасиетінің өте жоғары, сондықтан ол сәл ғана ауа қабытының өзінде толығымен жұтылады. Осы себепті α сәулені адам ағзасына немесе оның белгілі бір мүшесіне тікелей әсер ететіндей жағдайда қолданады. Мысалы, теріге тікелей әсер ету үшін радон ваннасын қабылдайды, ас қазанға әсер ету үшін радонды суды ішеді, тыныс алу мүшелеріне әсера ету үшін ингаляция қабылдайды.

Төменгі кестеде медицинда қолданылатын радионуклидтердің сипатамалары берілген

ТАҚЫРЫП БОЙЫНША СТУДЕНТТІҢ ӨЗІ ӨЗІ ТЕКСЕРУІНЕ АРНАЛҒАН ТЕСТ СҰРАҚТАРЫ

1. Ядролық физика және өлшеу техникаларың...

А. иондаушы сәулелердің денеге әсерін сипаттаумен айналысатын бөлімін....

В. иондаушы сәулелердің денеге әсерін сипаттау әдістерін және оны өлшейтін техникалармен айналысатын бөлімін....

С. кез келген сәулелердің денеге әсерін сипаттау әдістерін және оны өлшейтін техникалармен айналысатын бөлімін....

1. дозаметрия деп атайды.

2. ионометрия деп атайды.

3. кулонометрия деп атайды.

2. Жұтылу дозасы....

А. дене элементі(бөлшегі) жұтқан DЕ энергияның, сол дене массасына қатынысына тең шама және ол мына түрде жазылады:

В. иондаушы сәуле үшін анықталған эквиваленттік дозаның сол сәуле үшін сапа коэффицентіне көбейтіндісіне тең шама және ол мына түрде жазылады:

С. қалыпты жағдайда, иондаушы сәуленің әсерінен бірлік ауа массасында пайда болған барлық оң зарядтарға тең шама және ол мына түрде жазылады:

1. D =f×X, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

2. Н = К×D, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

3. D = DЕ/Dm, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

I.Грей.

II.Зиберт

III.Кулон/кг

3. Эквиваленті доза....

А. дене элементі(бөлшегі) жұтқан DЕ энергияның, сол дене массасына қатынысына тең шама және ол мына түрде жазылады:

В. иондаушы сәуле үшін анықталған эквиваленттік дозаның сол сәуле үшін сапа коэффицентіне көбейтіндісіне тең шама және ол мына түрде жазылады: С. қалыпты жағдайда, иондаушы сәуленің әсерінен бірлік ауа массасында пайда болған барлық оң зарядтарға тең шама және ол мына түрде жазылады:

1. D =f×X, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

2. Н = К×D, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

3. D = DЕ/Dm, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

I.Грей.

II.Зиберт

III.Кулон/кг

4. Экспозициялық доза....

А. дене элементі(бөлшегі) жұтқан DЕ энергияның, сол дене массасына қатынысына тең шама және ол мына түрде жазылады:

В. иондаушы сәуле үшін анықталған эквиваленттік дозаның сол сәуле үшін сапа коэффицентіне көбейтіндісіне тең шама және ол мына түрде жазылады:

С. қалыпты жағдайда, иондаушы сәуленің әсерінен бірлік ауа массасында пайда болған барлық оң зарядтарға тең шама және оның жұтылу дозасымен байланысы мына түрде жазылады:

1. D =f×X, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

2. Н = К×D, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

3. D = DЕ/Dm, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

I. Грей.

II. Зиберт

III. Кулон/кг

5. Масасы 5 кг денеде энергиясы 25 Дж тең иондаушы сәуле жұтады. Жұтылу дозасын анықта:

A. 50, бұл шаманың SI жүйесіндегі өлшем бірлігі..

B. 5, бұл шаманың SI жүйесіндегі өлшем бірлігі...

C. 125, бұл шаманың SI жүйесіндегі өлшем бірлігі...

1. Дж/кг

2. Рад/кг

3. Кулон/кг

6. Доза қуаты деп:

А. иондаушы сәуле әсерін сипаттайтын дозаның сол доза әсер еткен t уақытқа қатынасына тең шаманы атаймыз және ол мына өрнекпен сипатталады:

В. иондаушы сәуле әсерін сипаттайтын дозаның сол доза әсер еткен t уақытқа көбейтіндісін атаймыз және ол мына өрнекпен сипатталады:

С. иондаушы сәуле әсер еткен t уақыттың сол сәуле дозасына қатынасына тең шаманы атаймыз және ол мына өрнекпен сипатталады:

1. N_D = D/t, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

2. N_X = Н/t, бұл шаманың өлшем бірлігі ….

3. N_H = t/H. бұл шаманың өлшем бірлігі ….

a) Гр/с

b) Рад/Зб

c) Гр/бэр

7. 2 Грей....

A.50 радқа тең.

B. 200 Зв тең.

C. 150 рад/с тең.

D.200 радқа тең.

E. 200 рентгенге тең.

10 дәріс. КӨРУ БИОФИЗИКАСЫ

Лекция жоспары

1. Көздің құрылысы.

2. Көз- оптикалық жүйе және оны сипаттайтын шамалар.

3. Линзаның түрлері, линза параметрлері: фокус қашықтығы, оптикалық күші. Линзалар жүйесі, кемшіліктері.

4. Көз кемшіліктері және оны линза арқылы жою. Кератотомия түрлері.

5. Көз торының құрылысы.

6. Көру биофизикасы.

7. Түрлі түсті көру.

Лекция мақсаты:

Көрудің биофизикалық механизімін талдау және көз кемшіліктерін линза және басқа да жолдар арқылы жоюдың түрлерін қарастыру.

Алдымен көз құрлысын қарастырайық (1- сурет). Көз алмасының сырты склера (1) қабатымен қоршалған, ол көздің ішкі құрылымын қорғап тұрады және оның қаттылығын сақтайды.

А

А

1 сурет Көздің құрылысы.

Склераның алдыңғы қабаты жұқарып, өте жұқа мөлдір мүйізді қабатқа (2) айналған. Жұқа мүйізді қабат арқылы көзге сыртқы ортадан жарық енеді. Мүйізді қабаттан кейін түсті қабық (3) жатыр, оның орта бөлігін 2 -8 мм дейін өзгеретін саңлау түрінде көз қарашығы (4) алып жатыр. Түсті қабық пигментпен боялған дөңгелек тәрізді бұлшық еттен тұрады. Дөңгелек бұлшық етің жиырылуы немесе босаңсуы көз қарашығының өлшемінің өзгеруіне алып келеді, осылайша көзге түсетін жарық ағыны реттеледі. Түсті қабықтың арғы жағында қос дөңес линза пішінді, созымалы көз бұршағы (5) орналасқан. Оны қоршай жалғанған циллиарлы бұлшық еттің (6) тартылу немесе созылуы көз бұршағы бетінің қисықтығын өзгертеді, нәтижесінде оның оптикалық күші өзгереді, сонымен қатар бұлшық ет көзді бұрып оның осін қарап тұрған нәрсеге бағыттайды. Мүйізді қабат пен көз бұршағы арасындағы кеңістік су тәрізді сұйықпен толтырылған. Көз бұршағының арғы жағындағы кеңістікті қоймалжың сұйық шыны тәрізді дене (7) алып жатыр. «Мүйізді қабат - су тәрізді сұйық – көз бұршағы - шыны тәрізді дене» бірігіп оптикалық күші 58,8 диоптрии болатын (F=17,2 мм) линза тәрізді оптикалық жүйені құрайды. Бұл оптикалық жүйенің оптикалық ортасы(центрі) мүйізді қабаттан, ішке қарай 5 мм жерде, бұл оптикалық ось суретте АА түзуі түрінде көрсетілген.

Көз алмасының ішкі бетін, жартылай сфера түрінде тор қабат алып жатыр(9), ол сыртқы пішіні құтыша және таяқша түрінде болатын жарықты сезгіш фоторецепторлардан құралады. Бұл жарықты сезгіш жасушалар тор қабаттың сыртқы бетінде қан тамырлары орналасқан аймақта (8) жатыр. Тор қабаттағы нерв талшықтары бірігіп, көру нервіне (10) айналған. Бұл аймақта таяқшалар мен құтышылар жоқ, сондықтан көру нерві алып жатқан жерді жарықты сезбейтін «соқыр дақ» (11) деп атайды. Тор қабаттың орта бөлігінде, оптикалық остің бойында (АА түзуі) ең көргіш аймақ(12) орналасқан, бұл жерде жарықты өте сезгіш құтышалар орналасқан, бұл құтышалар арқылы көз жарықтың түсін анықтайды. Тор қабаттың басқа аймақтырын негізінен таяқшалар алып жатыр.

Көзде кездесетін ақауларды, яғни көздің жақыннан, алыстан көргіштігін дұрыстау үшін линза қолданатындылығы белгілі. Енді линза және оның қасиеттерін сипатайтын шамалар туралы кейбір мәліметтерді қарастырайық.

Жалпы линза деп, екі беті сфералық қисықпен шектелген, мөлдір заттан жасалынған (шыныдан, пластмассадан, т.б.) денені атаймыз. Сфералық беттің түріне байланысты линза жинағыш(2а-сурет) және шашыратқыш (2б-сурет) деген түрлерге бөлінеді.

а) б)

Линзаның екі беті сфералық бетпен шектелгендіктен, олар өзі арқылы өткен жарықты таралу бағытынан бұратын қасиетке ие болады.

Егер линза жинағыш қасиетке ие болса, онда линзадан өткен жарық ағындары линзаның осіне қарай бұрылып, бір нүкте арқылы өтеді(3а-сурет). Жарық ағындары жиналған нүктені линза фокусы деп атайды және оны F әрпімен белгілейді, осы нүкте мен линза ара қашықтығы метрмен өлшенеді, ал фокустың кері шамасы D = 1/F линзаның оптикалық күші деп аталып, ол диоптрия(дптр) деген шамамен сипатталады.

Егер линза шашыратқаш қасиетке ие болса, онда линзадан өткен жарық ағыны линзаның осінен кері бағытқа бұрылып, линзадан өткен жарық ағындары шашырап тарайды. Бұл жағдайдағы линзаның фокусын қалай анықтаймыз, жарық ағындары шашырап кетті, олар бір нүктеде жиналмады. Шашыратқыш линзаның фокусын анықтау үшін, линзадан шашырап өткен жарық ағынын кері бағытта ойша сызамыз, сонда олар бір нүктеде жиналады, осы нүктені шашыртақыш линза фокусы ретінде аламыз (3б-сурет).

а) б)

3 сурет

Осыландай әдіспен анықталған фокус «жалған» болғандықтан, фокус белгісінің алдына минус таңбасын қоямыз, яғни –F, соған сәйкес оның оптикалық күші де теріс таңбалы болып шығады, яғни -D = 1/F. Осындай таңба арқылы линзаның жинағыш немесе шашыратқыш екендігін анықтаймыз.

Линз көмегімен алынған кескіннің сызықтық өлшемінің һ, сол дене өлшеміне Н қатынасы k= һ/Н линзаның сызықтық үлкейтуі деп аталады.

Егер, бірнеше линзаның остерін бір-біріне дәл келетіндей етіп жинасақ, яғни линза жүйесін құрастырсақ, пайда болған жүйенің оптикалық күші олардың әр қайсысының оптикалық күштерінің алгебралық қосындысына тең болады: