تفاعل الإشعاعات المؤينة مع الخلية

[s.alghamdi]

Interaction of the ionization radiation with the cell
تفاعل الإشعاعات المؤينة مع الخلية

http://www.fntzy.com/images/alahmedi/smisig/fouasel/06/li_ar_p.gif

عند سقوط الإشعاعات المؤينة على الخلية فإنها تؤدي إلى تأين بعض مكوناتها و خصوصا جزيئات الماء, الذي يمثل الجزء الأكبر في أي خلية حية. و يؤدي تأين الماء إلى حدوث تغيرات كيميائية قد تؤدي بدورها إلى إحداث تغيرات في وظيفة الخلية. و يمكن أن تظهر نتائج هذه التغيرات في الإنسان في شكل أعراض إكلينكية كالمرض الإشعاعي , أو إعتام عدسة العين , أو في الإصابة بالسرطان على المدى الطويل.

و هكذا تؤدي الأشعاعات المؤينة إلى إتلاف الخلية من عدة مراحل مختلفة و معقدة نوجزها في ما يلي :

1- المرحلة الفيزيائية The physical stage:
تتم هذه المرحلة خلال زمن قصير جدا ( حوالي 10^-16 ثانيه) من لحظة دخول الإشعاع أو الجسيم للخلية. و في هذه المرحلة تنتقل الطاقة من النوع المعين من الإشعاعات إلى جزئيات الماء بالخلية و يحدث التأين طبقا للتفاعل التالي:
photon or particle + H2O ------> H2O + e
حيث H2O أيون ماء موجب و e الكترون سالب

2- المرحلة الفيزيو كيميائية The physico-chemical stage:
و تتم هذه المرحلة خلال زمن قصير (حوالي 10^-6 ثاتيه)بعد حدوث التأين , و يحدث خلالها تفاعل الأيونات الموجبة و السالبة مع جزيئات الماء الأخرى فينتج عن هذا التفاعل عدة مركبات جديدة. فعلى سبيل المثال , يمكن أن يتحلل أيون الماء الموجب مكونا أيون هديورجين موجب H و أيون هيدروكسيد OH طبقا للمعادلة التالية:
H2O -----> OH + H أيون موجب
حيث ان H ايون موجب

أما الإلكترون السالب e فيمكن أن يتحد مع جزئي ماء متعادل مكونا بذلك أيون ماء سالب , أي أن :
e + H2O -----> H2O
حيث أن الناتج أيون ماء سالب

ثم يتحلل هذا الأيون مكونا الهيدروجين و أيون الهيدروكسيد السالب أي :
H2O أيون سالب ----> OH سالب + H

و هكذا تؤدي هذه التفاعلات إلى تكوين كل من أيون الهيدروجين الموجب H , و أيون الهيدروكسيد السالب OH , و ذرة الهيدروجين المتعادلة H, و جزئي الهيدروكسيد المتعادل OH , و أيونات الهيدروجين H الموجبة و الهيدروكسيد OH ( السالب) موجودة دائما في الماء و لا تشترك عموما في إحداث تفاعلات تالية.
أما بالنسبة للنواتج الأخرى و هي الهيدروجين H , و الهيدروكسيد OH المتعادلة فهي معروفة بنشاطها الكيميائي الشديد. كذلك , يمكن أن يتكون ناتج آخر هو فوق أكسدي الهيدروجين الذي يعتبر عاملا مؤكسدا قويا و ذلك طبقا للتفاعل التالي:
OH + OH ----->H2O2

3- المرحلة الكيميائية The chemical stage :
تستغرق هذه المرحلة عدة ثوان بعد المرحلة السابقة, و يتم خلالها تفاعل نواتج المرحلة السابقة و هي ذرة الهيروجين H و جزئي الهيدروكسيد OH و فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 مع الجزئيات العضوية المختلفة في الخلية فمثلا , يمكن أن تتفاعل هذه النواتج مع الجزئيات المعقدة التي تتكون منها الكروموسومات فتتح معها أو تؤدي إلى تكسير تراكيبها المتسلسلة الطويلة و يمكن أن تحدث, بالتالي. بعض التغيرات في الجينات.

4- المرحلة البيولوجية The biological stage:
يتراوح زمن هذه المرحلة بين عدة دقائق و عدة عشرات السنوات . و تبدأ في هذه المرحلة ظهور تأثيرات التغيرات الكيميائية التي حدثت في الخلية, و بعض هذه التأثيرات هي:
أ- موت الخلية.
ب-منع أو تأخر إنقسام الخلية أو زيادة معدل إنقسامها.
جـ - حدوث تغيرات مستديمة في الخلية تنتقل وراثيا إلى الخلايا الوليدة.

http://www.fntzy.com/images/alahmedi/smisig/fouasel/06/li_ar_p.gif

و هكذا , فإن تأثيرات الإشعاع على الإنسان و الكائنات الحية ناتجة عن إتلاف الخلايا. و يمكن أن تتجلى هذه التأثيرات في نفس الشخص المتعرض للإشعاع نتيجة إتلاف الخلايا العادية لجسمة و تعرف هذه التأثيرات, عندئذ, بالذاتية.
كذلك يمكن أن تنتقل هذه التأثيرات إلى الأبناء أو الأجيال التالية للشحص المتعرض, و تعرف التأثيرات , عندئذ, بالوراثية.
و تنتج هذه التأثيرات الوراثية عن إتلاف خلايا الأعضاء التناسلية للشخص المتعرض للإشعاعات المؤينة.

المصدر:

أسس الفيزياء الإشعاعية
د.محمد فاروق أحمد & د. أحمد محمد السريع

[radiotherapy]

جهد رائع يستحق الاشادة وشهادتي فيه مجروحة ..
اذا سمحتي لي فلدي سؤال : اذا كانت الاشعاعات المؤينة تحدث هذه التفاعلات المتسلسلة فماهو المدى الذي تقع فيه طاقات الاشعاع المؤينة للخلية؟
ومن المعلوم ان اللجنة الدولية للحمايه من الاشعاع لديها مايعرف بـ (mpd) وهي الجرعه القصوى المسموحه فهل هذه الجرعه ايضا ينتج عنها تأين بالخليه وتكون مركبات ضارة مثل ماورد في الموضوع؟

موضوعك افادني ولك جزيل الشكر والتقدير والى الامام..
تقبلي مروري :) ..

[farok]

شكرا كثير على هذه المشاركة الذهبيةاخي s.alghamdi التي اثرت المنتدى

[s.alghamdi]

جزاك الله خير على هذه الإشاده التي اسأل الله أن أكون أهلا لها

بالنسبه لسؤالك ..

في البداية دعني أوضح وحدة التعرض للإشعاع ( الرينتجن) و هو التعرض الذي يؤدي إلى إنتاج شحنه كهربائية موجبة أو سالبة مقدارها 2,58 × 10^-4 كولوم في ا كم من الهواء الجاف عند الظروف الجوية المعيارية.
و تم حساب الطاقة التي يكتسبها واجد كجم من الهواء من تعرضه لـ 1 رينتجن تساوي
E=0.00876 J/ Kg

نحن ما يهمنا الآن هو ما يدخل للنسيج البشري ... فوجد أن الجسم عندما يتعرض لـ 1 رينتجن فإنه يمتص طاقة مقدارها
E=0.0096 J/Kg


و بما أن الأشعاع الذي يهمنا هنا هو ما يدخل في جسم الإنسان و نلاحظ في الطاقة الداخله في الجسم البشري أكبر من الطاقة الداخله في الهواء لذا لا بد أنه يؤدي إلى إنتاج إلكترونات سالبه و موجبة تؤدي إلى تكون هيدروكسيد المتعادل و النشط و الذي بدوره يؤدي إلى تكون فوق أكسيد الهيدروجين و هي ما تعرف " بالجذور الحرة " التي تكون سبب في تدمير الخلايا أو خللها .

بمعنى أنه اقل من واحد رينتجن يمكن أن تسبب للأنسجه تلف.

قد يخطر في ذهنك سؤال لماذا الطاقة التي تدخل 1 كجم من الجسم البشري أعلى من الطاقة التي تدخل 1 كجم من الهواء؟

السبب :
تخيل ان لديك مجموعة 3 كرات بلياردو و مجموعه أخرى 9 كرات بلياردو فلو ضربت المجموعة الأولى سوف تكون اصدمات عديده ثم تقف ثم لو ضربت المجموعه الثانيه بنفس القوة فسوف تكون المجموعه الثانيه اصدامات أكثر و أقوى من المجموعه الأولى المكونه من 3 كرات.
فنجد أن عدد الإلكترونات في جزئيات الجسم البشري أكثر بكثير من الكترونات جزيئات الهواء لذا الكترونات الجسم البشري تأين أكثر من الكترونات الهواء و تكون الطاقة أكبر

هذا ما جادت به قريحتي و اسأل الله بأن أكون قد وفقت في نقل المعلومه

بارك الله فيك

[radiotherapy]

شكرا عزيزتي على الشرح الجميل ولكنني لم اجد اجابة لسؤالي بعد ..
اذا كان مقدار التعرض لواحد رونتجين ينتج عنه تلف للانسجه الحيوية فكيف الحال بـ 10 او 20 او 100 رونتجين من التعرض الاشعاعي .. !! مع العلم ان التعرض الاشعاعي في التصوير الطبي قد يصل الى قيم كبيره فمثلا عند 100 كيلو فولت و 30 ملي امبير وعلى بعد 100 سم نجد ان التعرض الاشعاعي = 80 رونتجين / دقيقة ...

سؤالي كان ماهي طاقة الاشعاع الامنة والتي لاتحدث تأينات على مستوى الخليه تسبب بدورها خلل في وظائفها؟
يعني لابد ان هناك طاقات مسموحه لاتحدث تأينات فللمعلومية ان كثافه الالكترونات في الجرام الواحد من النسيج هو 3,3 × 10^23 الكترون /جرام ، ولكي نحدث تأين لهذه الالكترونات يلزمنا طاقه اشعاع كافيه لفك ارتباط هذه الالكترونات ..
ارجو ان تفيديني واعتذر على الاطاله وتقبلي مروري واشكرك مرة اخرى على الموضوع الجميل وفتح باب النقاش فيه وان شالله نستفيد من خبراتك استاذتنا ونطبق ذلك في التدريب ولك جزيل الشكرر..

[s.alghamdi]

ماهي طاقة الاشعاع الامنة والتي لاتحدث تأينات على مستوى الخليه تسبب بدورها خلل في وظائفها؟
هذا سؤال عميق جدا فلدينا اشعة تأينا تأين مباشر و أشعه تأين تأينا غير مباشر و هي أما إشعاعات أو جسيمات و النيوترونات تختلف عن البروتونات ... فلكل نوع طاقة مختلفه لا أعلم تفصيلها- اعذرني لكن هناك ما ورد عموما بهذا الخصوص
بالنسبه للجرعة الآمنه .. فكما ورد من اللجنة الدولية للوقاية الإشعاعية
بأنها يجب إلا تتجاوز الجرعة الفعالة السنوية للعاملين 20 ميللي سيفرت في السنه و يجب ألا تتجاوز الجرعة الفعالة السنوية لعموم الجمهور 1 ميللي سيفرت

سوف أحسب الجرعة المكافئه للحاله التي كتبتها وهل هي في النطاق الموصى به ام لا..
فمثلا 80 رونتجن في الدقيقه تعادل ما يلي
نحول 80 رونتجن إلى غراي بضربها في 0,0096 =0,768 غراي
و من طاقة أشعة إكس 100 كيلو ألكترون فولت تكون قيمة العامل المرجح للإشعاع Wr تساوي 10

نحسب الجرعه المكافئة التي حصل عليها الشخص المتعرض لأشعة التصوير بوحدة السيفرت من خلال العلاقة
H=Wr Htr

حيث Htr تمثل الجرعة الممتصه و هي 0,768 غراي
إذن:
H=10 ×0.768 =7.68 Sv

في دقيقه واحده تعدت الجرعة المكافئه نسبة المسموح به هذا يعني ان هناك مؤشر خطر

[radiotherapy]

الف شكر لك استاذتنا الغاليه على هذا الجهد الرائع ولكي مني كل التقدير والعرفان ولعلنا نقف قليلا عند الجرعه المكافئة 7,6 قراي واللتي تعدت المسموح بها فكيف لو علمنا مثلا ان الكوبالت 60 والذي يكافئ في الطاقة معجل خطي بجهد 3 ميقا فولت وله out put واحد جراي ( يعني تقريبا 105 رونتجين ) فكم ستكون الجرعه المكافئة للمريض؟؟ أليست قاتله ؟؟ ....!!
بالتاكيد ستكون الجرعه المكافئه عاليه وهنا يبرز دور الفيزيائي الطبي في التخطيط للعلاج وحساب الجرعه للورم بدقة عاليه بحيث نتجنب الاورام الثانوية قدر الامكان صحيح ان الاثار الجانبية ستحصل ولايمكن تفاديها لانها تهون بالنسبة للورم السرطاني ""فرب ضارة نافعه"" فالضرر هي الاثار الجانبية والمنفعه تكمن في العلاج من السرطان اعاذنا الله وياكم من هذه الامراض الخبيثة وشفى الله مرضانا ومرضى المسلمين .. مرة اخرى اشكرك اختي الكريمة على الموضوع الجميل وتقبلي مروري ..
< خلاص خلصت الاسئله :)

[HazemSakeek]

شكرا لك s.alghamdi على هذه المعلومات القيمة وهذا الحوار الرائع

بارك الله فيك

تحياتي

[احمدفتحى]

جزاك الله خير على هذه الإشاده التي اسأل الله أن أكون أهلا لها

بالنسبه لسؤالك ..

في البداية دعني أوضح وحدة التعرض للإشعاع ( الرينتجن) و هو التعرض الذي يؤدي إلى إنتاج شحنه كهربائية موجبة أو سالبة مقدارها 2,58 × 10^-4 كولوم في ا كم من الهواء الجاف عند الظروف الجوية المعيارية.
و تم حساب الطاقة التي يكتسبها واجد كجم من الهواء من تعرضه لـ 1 رينتجن تساوي
E=0.00876 J/ Kg

نحن ما يهمنا الآن هو ما يدخل للنسيج البشري ... فوجد أن الجسم عندما يتعرض لـ 1 رينتجن فإنه يمتص طاقة مقدارها
E=0.0096 J/Kg


و بما أن الأشعاع الذي يهمنا هنا هو ما يدخل في جسم الإنسان و نلاحظ في الطاقة الداخله في الجسم البشري أكبر من الطاقة الداخله في الهواء لذا لا بد أنه يؤدي إلى إنتاج إلكترونات سالبه و موجبة تؤدي إلى تكون هيدروكسيد المتعادل و النشط و الذي بدوره يؤدي إلى تكون فوق أكسيد الهيدروجين و هي ما تعرف " بالجذور الحرة " التي تكون سبب في تدمير الخلايا أو خللها .

بمعنى أنه اقل من واحد رينتجن يمكن أن تسبب للأنسجه تلف.

قد يخطر في ذهنك سؤال لماذا الطاقة التي تدخل 1 كجم من الجسم البشري أعلى من الطاقة التي تدخل 1 كجم من الهواء؟

السبب :
تخيل ان لديك مجموعة 3 كرات بلياردو و مجموعه أخرى 9 كرات بلياردو فلو ضربت المجموعة الأولى سوف تكون اصدمات عديده ثم تقف ثم لو ضربت المجموعه الثانيه بنفس القوة فسوف تكون المجموعه الثانيه اصدامات أكثر و أقوى من المجموعه الأولى المكونه من 3 كرات.
فنجد أن عدد الإلكترونات في جزئيات الجسم البشري أكثر بكثير من الكترونات جزيئات الهواء لذا الكترونات الجسم البشري تأين أكثر من الكترونات الهواء و تكون الطاقة أكبر

هذا ما جادت به قريحتي و اسأل الله بأن أكون قد وفقت في نقل المعلومه

بارك الله فيك
مشكور استاذى الكريم
وكم ودت ربط تلك المعادلات باخرى
ام انها قياسيه فقط

[radiotherapy]

اولا احب اشكر والدنا ودكتورنا الحبيب حازم سكيك على متابعته الموضوع << انا والله اتمنى اقابله شخصيا :)

اخي احمد هذه ليست بمعادلات قياسيه وانما بامكاننا استنتاجها ولكن قبل ذلك لابد من العلم ان الرونتجن هي وحده التعرض الاشعاعي لاشعه جاما واكس فقط وايضا على اساس ان الوسط الماص هو الهواء بحيث عند تفاعل هذه الفوتونات مع جزيئات الهواء تكون مايعرف بالازواج الايونيه والتي تقوم بدورها بسلسله من العمليات الايونية لذرات الوسط الماص ( الهواء ) وعليه يكون التعرض الاشعاعي هو نتيجه الشحنه الكلية الناتجه عن الايونات (Q ) لحجم معين من الهواء وليكن (m) فينتج التالي :


X = Q/m

حيث( X) هي التعرض الاشعاعي ووحدته رونتجين او كولوم /كيلوجرام ..

وحيث ان هناك علاقه تربط الرونتجن بوحده الكولوم / كيلوجرام

1R = 2.58x10^-4 c/kg

فعند تفاعل الاشعاع مع ذرات الهواء تنتج الازواج الايونية كما ذكرنا سابقا بحيث ان مقدار انتاج الازواج الايونية يتناسب مع مقدار الطاقه الممتصه ( الطاقه التي فقدها الاشعاع في الوسط ) ومع العلم ان طاقه انتاج زوج ايوني واحد في الهواء مقدار ثابت = 33.7 الكترون فولت

ولايجاد الطاقه الممتصه او طاقه الاشعاع المفقوده فننا نقوم بالتالي :

since 1R = 2.58x10^-4 c/kg
then we multiply this equation with (X) <-< radiation exposure
we get

X R = X (2.58x10^-4 ) c/kg
divided by electron charge e= 1.6x10^-19 c

X R/e = X (2.58x10^-4 ) c/kg /e

since we know that the energy to produce ionic pair is w=33.7 ev
convert this energy to Joul by multiply by 1.6x10^-19 j

w= 33.7 x 1.6x10^-19 J

multiply the equation with w to yield

X R/e (w) = (w) (X)(2.58x10^-4 ) c/kg /e


where X R/e (w) is the energy absorbed in mass unit

E = 33.7 x 1.6x10^-19 (X) ( 2.58 x10^-4 / 1.6 x10^-19 ) J/kg

E = 8.69x10^-3 J/kg


ارجو لك الاستفاده اخي احمد وللجميع واعذروني اذا وجد الخطأ فالاجتهاد شخصي والكمال لله فلم انقلها من مصدر معين بل من دفتر محاضراتي وتقبلو تحياتي ..

[GAMMA CAMERA]

شكرا على الموضوع الرائع جزاك الله خير

[السامري]

شكرا لك على المجهود الرائع ...