Динамические модели биологических процессов.

Линейные и нелинейные процессы. Динамические модели строятся на методе индукции (от частного к общему). Если в системе имеется n различных компонентов, претерпевающие метаболические превращения, то каждое i-е соединение из общего их числа n хар-ся значениями концентрации Ci(i=1,2,..,n), которое может изменяться со временем Ci=Ci(t) в рез-те взаимодействий I-го соединения с любым из остальных (n-1) в-в.

Мат. Модель-система из n дифференциальных уравнений dc1/dt=f1(c1,…,cn) dcn/dt-fn(c1,…,cn) c1(t),…,cn(t)-нейзвестные функции времени описывающие переменные системы. dci/dt-скорости изменения этих переменных. fi-функция, зависящие от внешних и внутренних параметров системы. Б большинсве случаях эти уравнения для линейных процессов.

Процессы, происходящие в биологических системах-нелинейны, а значит, и нелинейны модели этих процессов. Н-р, скорость простейшего биомолекулярного взаимодействия описывается математически в виде произведения концентраций реагентов. Методы позволяют выявить важные общие св-ва модели, не прибегая к нахождению в явном виде неизвестных функции c1(t),…,cn(t)-такой подход дает хорошие результаты при исследовании моделей, состоящих из небольшого числа уравнений и отражающих важные динамические св-ва системы. Гетерогенный характер структурно-функциональной организации биологических систем воплощается в динамически гетерогенности основных процессов метаболизма. В кинетическом отношении это положение находит свое отражение в том, что различные функциональные процессы в биологических системах и их подсистемах сильно отличаются друг от друга по характерным скоростям или времени протекающих в них процессов.

Практика мат. Моделирования показывает, что исследование упрощенных систем уравнений дает содержательное представление об общих динамических свойствах системы. Динамические системы, описываемые системами уравнений, называются точечными системами, т.е. во всех точках такой системы значения плотности концентрации одного какого-то веш-ва равны в каждый момент времени.

14. Относительная биологическая эффективность различных видов ионизирующей радиации.

Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом - у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения.

К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни. При изучении действия излучения на организм были выявлены следующие особенности: o Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме. o Наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений. o Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

o Генетический эффект - воздействие на потомство. o Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. o Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение. o Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.

Ионизирующее излучение может оказывать влияние на организм как при внешнем (особенно рентгеновское и гамма-излучение), так и при внутреннем (особенно альфа-частицы) облучении. Внутреннее облучение происходит при попадании внутрь организма через лёгкие, кожу и органы пищеварения источников ионизирующего излучения. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь ИИИ подвергают непрерывному облучению ничем не защищённые внутренние органы. Альфа-частица - устойчивая система из двух нейтронов и двух протонов (ядро атома гелия). Альфа-частица испускается ядрами тяжелых радиоактивных элементов: плутоний-239, 238, уран-235, радон-222 и др.

При поглощении альфа-частиц живыми организмами могут возникнуть мутагенные, канцерогенные и другие отрицательные эффекты. Альфа-излучение производит сильное действие на органические вещества, из которых состоит человеческий организм (жиры, белки и углеводы). Альфа-частицы, имеющие небольшую плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом. Бета-частицы - электроны и позитроны, испускаемые ядрами атомов при распаде. Бета-частицы вызывают в организмах канцерогенные и мутагенные эффекты вплоть до летального исхода.

Под действием бета-излучений происходит радиолиз (разложение) воды, содержащейся в биологических тканях, с образованием водорода, кислорода, пероксида водорода Н2О2, заряженных частиц (ионов) ОН- и НО2-. Продукты разложения воды обладают окислительными свойствами и вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят ткани человеческого организма. Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0.05 нм, испускаемое возбужденными атомными ядрами при ядерных реакциях, радиоактивных превращениях атомных ядер, при аннигиляции электрона и позитрона и при других превращениях элементарных частиц. Гамма-излучение оказывает на организмы мутагенное и канцерогенное воздействие вплоть до летального исхода. Действие гамма- и рентгеновского излучений на биологические ткани обусловлено в основном образующимися свободными электронами.

Нейтроны, проходя через вещество, производят в нем наиболее сильные изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями.