Universitatea “Alexandru Ioan Cuza”, Iaşi

Facultatea de Fizică

Rezumatul tezei de doctorat

Contribuţii la studiul răspunsului

organismelor vii la acţiunea

radiaţiilor X şi a electronilor

în cazul expunerii la doze mici de radiaţii

Conducător ştiinţific,

Prof. univ. dr. Tudor Luchian

Doctorand,

Focea Ramona

(căs. Ghioc)

Iaşi

Septembrie 2012

2

3

Universitatea ―ALEXANDRU IOAN CUZA‖ IAŞI

În atenţia

…………………………………………………………………...

Vă facem cunoscut că în data de 29 septembrie 2012, ora 12.00, în Sala

FERDINAND, doamna Ramona FOCEA căs. Ghioc va susţine, în şedinţă publică,

teza de doctorat:

„Contribuţii la studiul răspunsului organismelor vii la acţiunea radiaţiilor X şi a

electronilor în cazul expunerii la doze mici de radiaţii‖

în vederea obţinerii titlului ştiinţific de doctor în domeniul fundamental Ştiinţe

Exacte, domeniul Fizică.

Comisia de examinare a tezei:

Prof. univ. dr. Gheorghe POPA Preşedinte

Facultatea de Fizică

Universitatea ―Alexandru Ioan Cuza― Iaşi

Prof. univ.dr. Tudor LUCHIAN Conducător ştiinţific

Facultatea de Fizică

Universitatea ―Alexandru Ioan Cuza― Iaşi

Prof. univ. dr. Leontin DAVID Referent

Facultatea de Fizică

Universitatea „Babeş Bolyai‖ Cluj Napoca

Prof. univ. dr. Eugen CARASEVICI Referent

Facultatea de Medicină

Universitatea de Medicină şi Farmacie

―Gr. T. Popa‖ Iaşi

Prof. univ. dr. Dorina CREANGĂ Referent

Facultatea de Fizică

Universitatea ―Alexandru Ioan Cuza― Iaşi

Vă invităm pe această cale să participaţi la şedinţa publică de susţinere a tezei.

4

*

Doresc să mulţumesc în mod deosebit atât conducătorului meu ştiinţific,

prof. univ. dr. Tudor LUCHIAN, cât şi doamnei prof. univ. dr. Dorina

CREANGĂ, pentru răbdarea şi înţelegerea cu care mi-au călăuzit paşii în

acest frumos şi vast domeniu, pentru competenţa şi rigoarea sugestiilor

oferite pe durata cercetărilor, precum şi pentru sprijinul acordat pentru

elaborarea tezei de doctorat.

*

De asemenea, doresc să mulţumesc pentru suportul financiar asigurat,

pe tot parcursul activităţii de cercetare ştiinţifică, de Programul Operaţional

Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013, cofinanţat prin Fondul

Social European, în cadrul proiectului POSDRU/88/1.5/S/47646.

*

Menţionez şi sprijinul acordat de conducerea Spitalului Clinic Judeţean

de Urgenţe „Sf. Spiridon”, Iaşi, care a permis utilizarea instalaţiilor de

radioterapie din cadrul Clinicii de Oncologie şi Radioterapie pentru studiile

experimentale realizate pe parcursul programului de doctorat.

5

CUPRINSUL TEZEI:

INTRODUCERE...............................................................................................1

Partea 1 Aspecte teoretice generale

CAPITOLUL I

Stadiul actual al cercetărilor în domeniul dozelor mici de radiaţii ionizante I.1. Motivaţie.................................................................................................................................6

I.2.Fenomene fizice ce apar la interacţiunea radiaţiilor X şi electronilor cu substanţa.................9

I.3.Mecanisme moleculare şi celulare induse de acţiunea radiaţiilor ionizante în

organismele vii.............................................................................................................. ..............20

Partea a 2- a Contribuţii personale

CAPITOLUL II

Caracterizarea fasciculelor de radiaţii X şi de electroni II.1.Aspecte fizice ce descriu un fascicul de fotoni....................................................................33

II.2.Aspecte fizice ce descriu un fascicul de electroni................................................................40

II.3.Efectuarea practică a testelor de verificare a performanţelor fasciculelor de fotoni şi

electroni.................................................................................................... ...................................43

CAPITOLUL III

Investigaţii experimentale privind efectele dozelor mici radiaţii ionizante asupra

organismelor vegetale III.1.Introducere...........................................................................................................................53

III.2.Studierea experimentală a efectelor dozelor mici de radiaţii asupra creşterii, dezvoltării şi

fotosintezei la plante....................................................................................................................55

III.3.Studierea experimentală a efectelor citogenetice ale expunerii embrionilor vegetali la doze

mici de radiaţii ionizante.............................................................................................................61

III.4.Studierea experimentală a influenţei conţinutului de apă asupra organismelor vegetale în

stadii ontogenetice timpurii.........................................................................................................71

CAPITOLUL IV

Investigaţii experimentale privind răspunsul unor germeni patogeni la

expunerea cu doze mici de radiaţii ionizante...........................................................87

CAPITOLUL V

Studii experimentale privind efectele dozelor mici de radiaţii ionizante asupra

unor tipuri de ţesuturi animale V.1.Introducere..........................................................................................................................101

V.2.Influenţa radiaţiilor ionizante asupra celulelor sangvine - studiu spectrofotometric asupra

intensităţii hemolizei..................................................................................................................103

V.3.Influenţa expunerii la radiaţii asupra activităţii catalazei în diferite tipuri de ţesuturi

animale.......................................................................................................................................109

CAPITOLUL VI Concluzii finale.......................................126

Acknowledgments.....................................................................................................129

Bibliografie................................................................................................................130

Anexă: Activitate ştiinţifică.....................................................................................142

6

INTRODUCERE

Începând cu primele observaţii ale lui Pierre Curie şi ale altor

cercetători cu privire la leziunile produse de radiaţii pe propriul lor corp,

radiobiologia s-a constituit ca știința efectelor biologice ale radiațiilor

dezvoltându-se cu atât mai mult cu cât radiațiile au fost și sunt frecvent

utilizate în medicină. Datorită suprapunerii importanţei mărite a

utilizării practice a radiaţiilor ionizante şi incompletei înţelegeri a

relaţiilor cauzale, efectul dozelor mici de radiaţii ionizante reprezintă un

subiect popular de dezbatere, şi nu este uşor să se discute despre

protecţia contra radiaţiilor într-o manieră raţională în condițiile limitării

cunoștințelor existente.

Teza de doctorat cu titlul „Contribuţii la studiul răspunsului

organismelor vii la acţiunea radiaţiilor X şi a electronilor în cazul

expunerii la doze mici de radiaţii‖ cuprinde rezultatele obținute

experimental cu privire la efectele expunerii la doze mici de radiaţii

ionizante (fotoni X şi electroni) asupra mai multor clase de organisme

(vegetal, animal, bacterii).

Teza cuprinde două părţi, o primă parte ce include Capitolul I şi

prezintă atât o serie de repere bibliografice asupra stadiului actual al

cercetărilor din domeniul expunerii la doze mici de radiaţii ionizante,

cât şi noţiuni teoretice asupra modalităţilor de interacţiune ale radiaţiilor

cu substanţa şi asupra efectelor biologice induse de absorbţia de energie

emisă de radiaţii.

Partea a doua prezintă contribuţiile personale la studiul efectelor

dozelor mici de radiaţii ionizante şi cuprinde Capitolele II – V ale tezei,

urmând ca la final, Capitolul VI să prezinte principalele concluzii la

care s-a ajuns în urma achiziţiei, prelucrării şi interpretării datelor

experimentale obţinute.

Deoarece în orice domeniu este necesară şi obligatorie asigurarea

calităţii, Capitolul II cuprinde etapele şi rezultatele efectuării practice a

testelor de verificare a calităţii fasciculelor de radiaţii folosite în toate

experimentele ce stau la baza alcătuirii acestei teze.

În Capitolul III am utilizat metodele de analiză spectrală şi de

citogenetică pentru a evidenţia efectele dozelor mici de radiaţii asupra

unor organisme vegetale în faze timpurii ale dezvoltării lor, urmărindu-

se efectele induse la nivelul proceselor de sinteză a unor substanţe

7

importante în procesul de dezvoltare al plantelor, cât şi efectele induse

la nivel celular prin observarea modificării indicelui de diviziune

mitotică şi inducerea de aberaţii citogenetice la nivel celular.

Motivată de dorinţa de a obţine informaţii cu privire la posibilitatea

apariţiei efectelor secundare de origine bacteriană la pacienţii care sunt

radio-trataţi, şi luând în considerare posibilitatea prezenţei germenilor

de S. aureus la nivelul pielii sau în interiorul organelor interne iradiate,

în Capitolul IV am prezentat rezultatele încercării de a pune în evidență

efectele secundare ale radioterapiei mediate de încărcarea microbiană a

organelor iradiate. S-au urmărit influența iradierii cu doze comparabile

cu cele utilizate în radioterapie (radiaţii X şi electroni) asupra rezistenței

micro-organismelor față de unele antibiotice și asupra modificării

ritmului de multiplicare celulară a culturilor.

Este bine documentat faptul că efectele dăunătoare ale expunerii

sistemelor biologice la radiaţii ionizante sunt, în principal mediate de

generarea în celule a speciilor oxigen reactive, ca rezultat al radiolizei

apei. Stresul oxidativ poate contribui la citotoxicitatea radio-indusă şi la

modificările metabolice şi morfologice în interiorul organismelor

supuse radioterapiei, în organismele animale sau vegetale supuse

diverselor iradieri accidentale sau controlate cum ar fi în cadrul

experimentelor în spaţiul cosmic. Plecând de la această premisă, în

Capitolul V am inclus rezultatele experimentale asupra studiului

efectelor expunerii la doze mici de radiaţii asupra sângelui (prin

urmărirea gradului de hemoliză în probele iradiate în raport cu cele

neiradiate) şi asupra unor eşantioane de ţesuturi animale – creier,

muşchi, ficat, rinichi, plamân (urmărind starea sistemului antioxidat de

apărare prin măsurători asupra activităţii enzimatice a catalazei în

ţesuturile iradiate în comparaţie cu cele neiradiate).

Capitolul VI prezintă concluziile tuturor studiilor experimentale

cuprinse în această lucrare.

Rezultatele experimentale au fost publicate în reviste de

specialitate şi prezentate la o serie de conferinţe naţionale şi

internaţionale după cum am arătat în ANEXA cu activitatea ştiinţifică

de la finalul lucrării.

8

Partea 1 Aspecte teoretice generale

CAPITOLUL I

Stadiul actual al cercetărilor în domeniul dozelor mici de

radiaţii ionizante

Radiațiile ionizante au furnizat piatra de temelie pentru imagistica

medicală și o mare parte a metodelor de diagnostic și tratament folosite

în spitalele moderne nu ar fi posibilă fără radiații. Iradierea datorată

procedurilor medicale reprezintă contribuţia majoră la doza de radiaţie

primită de către o persoană din surse artificiale de radiații şi reprezintă

între 10% şi 20% din doza totală de radiaţie pe care o primeşte o

persoană cu caracteristici medii [1-3].

Una din direcțiile de cercetare pe care am urmat-o este punerea în

evidență a efectelor dozelor mici de radiații ionizante, doze mici –

concept nou în cercetarea din domeniu atât în S.U.A. cât şi în ţările

europene, introdus în anii ce au urmat accidentului nuclear din Ucraina

(1986). Aşadar este vorba despre preocuparea de studiere a efectelor

biologice ale fluctuaţiilor temporare ale radioactivităţii ambientale dar

pot fi incluse aici şi riscurile medicale ale expunerilor profesionale.

I.1. Fenomene fizice ce apar la interacţiunea radiaţiilor X şi

electronilor cu substanţa

Radiaţiile ionizante sunt acele radiaţii (electromagnetice sau

corpusculare) care au suficientă energie pentru a ioniza atomii

(moleculele) substanţei cu care interacţionează.

În cadrul experimentelor realizate în vederea studiului efectelor

expunerii la doze mici de radiaţii am utilizat două tipuri de radiaţii

ionizante:

Radiaţii X – fac parte din categoria radiaţiilor

electromagnetice şi sunt considerate ca fiind indirect ionizante,

deoarece ionizarea atomilor (moleculelor) substanţei are loc indirect,

prin intermediul particulelor încărcate secundare eliberate în urma unor

procese specifice de interacţiune.

Atunci când un fascicul de radiaţii X traversează materia are loc o

reducere a intensitaţii acestuia, numită atenuare, care implică procese

de absorbţie, de împrăştiere sau o combinaţie a celor două [4].

Fotonii interacţionează cu substanţa (în principal – în cazul

domeniilor de energie utilizate în practicile medicale) prin trei procese:

9

efect fotoelectric, împrăştiere Compton şi generare de perechi electron-

pozitron [5-6].

Electroni -radiaţii corpusculare(cu masă de repaus diferită

de zero).

Procesele de interacţiune ale electronilor cu substanţa sunt [7]:

împrăştierile coulombiene multiple pe electronii atomici (procese

colizionale inelastice) şi interacţiunile coulombiene cu nucleele

atomice.

Pe măsură ce înaintează, electronul poate interacţiona cu atomii

inducând excitări sau ionizări, rezultând o creştere a temperaturii în

funcţie de cantitatea de energie transferată mediului. Ionizarea, datorată

expulzării unui electron, poate induce modificări chimice distructive,

deoarece electronii de valenţă joacă un rol important în formarea

compuşilor chimici. Poate de asemenea să existe o emisie de radiaţii X

caracteristice.

I.2. Mecanisme moleculare şi celulare induse de acţiunea

radiaţiilor ionizante în organismele vii

Radiobiologia modernă combină metode ale fizicii radiaţiilor,

biologiei moleculare şi celulare, geneticii, citologiei, histologiei,

imunologiei, oncologiei şi patologiei. Printre cele mai importante şi

impresionante sunt studiile asupra leziunilor de la nivelul ADN-ului şi

proteinelor, aberaţiilor cromozomiale şi apoptozei celulare, asupra

inducerii mutaţiilor, a modificărilor căilor de semnalizare, a efectelor la

nivelul ciclului celular şi răspunsului imun, precum şi pentru observarea

modificărilor asupra speranţei de viaţă a organismelor iradiate. Este de

asemenea importantă distincţia între efectele radiaţiilor asupra celulelor

izolate in vitro, (asupra culturilor de celule) – caz în care celulele pot

interacţiona doar între ele, și efectele asupra ţesuturilor, efectele asupra

întregului organism sau efectele asupra unei populaţii. Mai apare un alt

fenomen, mai general, care stă la baza relaţiei neliniare între doză şi

efect, şi anume acela că la doze mici de radiaţii sunt activate

mecanismele de apărare, sau aşa numitul răspuns adaptativ, precum

repararea ADN-ului, punctele de control de la nivelul ciclului celular,

reacţiile sistemului imun şi chiar efecte de evoluţie ale populaţiilor

expuse cronic la radiaţii ionizante [8-9].

10

Partea a 2- a Contribuţii personale

CAPITOLUL II

Caracterizarea fasciculelor de radiaţii X şi de electroni

Cunoaşterea cu exactitate a parametrilor fizici ce caracterizează un

fascicul de radiaţii ionizante ce urmează a fi folosit în orice domeniu, fie el

industrial, medical sau în cercetare, este foarte importantă pentru controlul și

eficientizarea utilizări radiațiilor. Domeniul pentru care am efectuat

măsurători dozimetrice, am determinat parametrii ce asigură calitatea

fasciculelor şi am verificat concordanţa acestora cu standardele existente este

cel al radioterapiei, întrucât asigurarea calităţii este extrem de importantă atât

pentru tratamentul pacientului, cât şi pentru personalul expus profesional,

reducând probabilitatea de apariţie a accidentelor şi erorilor.

Capitolul II prezintă rezultatele testelor efectuate în vederea controlului

de calitate a performanţei fasciculelor de radiaţii X şi electroni ce au fost

folosite în cadrul studiilor experimentale cuprinse în această lucrare. Testele

au fost realizate la Spitalul Clinic Judeţean de Urgenţă „Sf. Spiridon‖ Iaşi, în

cadrul Laboratorului de Radioterapie cu Energii Înalte a Clinicii Oncologie –

Radioterapie, pentru un accelerator liniar de particule Varian 2100SC. Acest

aparat are mai multe opţiuni de tratament, cu energii multiple: fotoni (la

tensiuni de 6 MV și 10 MV) şi electroni (la energii de 6 MeV, 9 MeV, 12

MeV şi 15 MeV).

În urma măsurătorilor dozimetrice am determinat mărimi precum:

distribuţia procentuală a dozei în profunzime, pe axul central al fasciculului

(Figurile 1 şi 2), distribuţia dozei în afara axului central al fasciculului de

radiaţii și profilul de doză, ceea ce constituie asigurarea asupra corectitudinii

calculelor pentru estimarea dozelor de radiații absorbite în probele biologice

expuse.

Timpii de iradiere necesari pentru eliberarea dozelor studiate s-au

calculat pentru o distanţă sursă – probă (DSP) de 100 cm, folosind următoarea

formulă [6]:

t = D/Ḋ (zmax,10, hν)×RDF(A, hν)×PDD(1,5cm, A, hν) ×0,005029

unde t este timpul de iradiere, D este doza cu care am iradiat probele, Ḋ(zmax)

este debitul dozei în punctul (la profunzimea z) în care doza este maximă pe

axul central al unui câmp de iradiere de 10x10cm2, RDF(A,hν) este factorul

relativ al dozei, PDD(1,5 cm, A, hν) este randamentul dozei în profunzime,

pentru un câmp A de iradiere.

11

Fig. 1 Randamentul dozei în profunzime (PDD) măsurat pentru

fasciculele de fotoni (curba 1- 6MV; curba 2 – 10MV)

Fig. 2 Randamentul dozei în profunzime (PDD) măsurat pentru

fasciclule de electroni cu energii de 6MeV (curba 1), 9MeV (curba 2),

12 MeV (curba 3), 15MeV (curba 4).

Valorile pentru Ḋ, RDF şi PDD în geometria de iradiere dată

(fascicule de fotoni sau de electroni) s-au obţinut în urma procedurilor de

calibrare (conform standardului dozimetric IAEA TRS-398), folosind un

fantom tip 3D Blue Water Phantom, o cameră de ionizare plată, tip PTW

Frieburg Markus – pentru fasciculul de electroni, o cameră de ionizare

cilindrică, tip PTW Farmer – pentru fasciculul de fotoni şi un electrometru de

tip PTW Unidose.

12

CAPITOLUL III

Rezultatele studiilor experimentale privind efectele radiaţiilor

ionizante asupra organismelor vegetale Experimental am realizat studii în vederea observării efectelor

biologice induse de expunerea la doze mici de radiaţii ionizante (fotoni X şi

electroni) a unor organisme vegetale în faze timpurii ale dezvoltării lor. Am

urmărit efectele induse la nivelul procesului de creştere şi a celui de biosinteză

a unor substanţe importante în procesul de dezvoltare a plantelor, cât şi

efectele induse la nivel celular prin studierea modificării indicelui de

diviziune mitotică şi a inducerii de aberaţii genetice la nivel nuclear. Toate

experimentele privind efectele biologice ale acţiunii dozelor mici de radiaţii

ionizante asupra organismelor vegetale au fost realizate pe acelaşi material

biologic – o specie de plantă, cu importanţă economică şi anume Zea mays

(porumbul).

III.3. Studierea experimentală a efectelor citogenetice ale expunerii

embrionilor vegetali la doze mici de radiaţii ionizante Obiectiv: punerea în evidenţă, a modificărilor citogenetice, ca urmare

a expunerii la radiaţii X a unor embrioni vegetali rezultați imediat după

germinarea cariopselor de Zea mays (porumb).

Expunerea la radiaţii X s-a realizat prin iradieri unice cu doze de 0,5

Gy, 0,75 Gy, 1 Gy, 2 Gy și respectiv 2,5 Gy.

Investigațiile citogenetice s-au efectuat pe meristeme radiculare din

care s-au prelevat eșantioane de țesut (din apexul radicular, unde diviziunea

mitotică este cea mai semnificativă), folosind metoda rapidă Feulgen [100]

pentru colorarea materialului nuclear, respectiv a cromozomilor.

Asigurarea statistică. Pentru fiecare variantă experimentală s-au

analizat câte cinci preparate microscopice cu câte zece câmpuri de observaţie.

Valorile reprezentând numărul de celule surprinse în diviziune normală sau cu

aberaţii cromosomiale au fost mediate pentru cele cinci preparate şi împreună

cu deviaţiile standard au fost considerate pentru reprezentările grafice. S-a

aplicat testul t-Student pentru evaluarea semnificaţiei statistice a diferenţelor

dintre martori şi probe iradiate faţă de pragul de semnificaţie de 0,05.

Rezultate şi discuţii

Pentru cele peste 30000 de celule luate în considerare, principalele

tipuri de aberaţii cromozomiale care au putut fi identificate au fost: punţi

intercromatidiene (simple sau multiple), ana- telofaze cu cromozomi întârziaţi

13

sau expulzaţi, diviziuni multipolare (reprezentate calitativ şi cantitativ în

Figurile 3, 4, 5). În graficele următoare sunt prezentate rezultatele cantitative

obţinute prin investigarea citogenetică a probelor iradiate în comparaţie cu

cele neiradiate.

Fig. 3 Indicele mitotic şi indicele de aberaţii cromozomiale vs.doza de

radiaţii X (y- A.I. (%); x- doza de radiaţii X; R- coeficientul liniar de corelaţie)

Expunerea la doze mici de radiaţii X a determinat o creştere a

frecvenţei celulelor în diviziune mitotică pentru 0,5 Gy şi 0,75 Gy, cu un

maxim de 9,15 % corespunzător probelor expuse la o doză de 0,75 Gy – ceea

ce poate sugera apariţia unui efect stimulator a activităţii mitotice în urma

expunerii la doze mici (Fig. 3).

Fig. 4 Variaţia fazelor diviziunii mitotice la Zea mays, după expunerea la

radiaţii X

Creşterea indicelui mitotic pentru acest interval de doze a avut loc prin

acumularea de celule aflate în profază, frecvenţa celulelor aflate în celelalte faze ale

diviziunii celulare variind mai puţin în comparație cu martorul (Fig.4). S-a constatat

că scăderea indicelui mitotic şi durata întârzierii diviziunii mitotice sunt dependente

de doză. De asemenea s-a demonstrat genotoxicitatea dozelor mici de radiaţii X

14

asupra ţesutului vegetal studiat, deoarece procentajul aberaţiilor cromozomiale a

crescut de până la zece ori faţă de cazul probelor neiradiate.

Fig. 4 Tipuri de aberaţii cromozomiale identificate în urma expunerii la radiaţii X a

plantelor de Zea mays aflate în stadii ontogenetice timpurii

(c) Ana-telofază cu cromozomi

retardari (d)Metafază cu cromozomi expulzaţi

(a) Anafază normală (b)Metafază normală

(e)Anafază cu 4 cromozomi

întârziaţi şi expulzaţi (f)Metafază cu cromozomi expulzaţi

(g) Ana telofază cu 2 cromozomi

întârziaţi şi 1 expulzat (h) Ana-telofază târzie cu o punte

15

III.4. Studierea experimentală a influenţei conţinutului de apă

asupra organismelor vegetale în stadii ontogenetice timpurii Obiectivele studiului. Am urmărit efectele induse la nivelul diviziunii

mitotice şi inducerii de aberaţii citogenetice la embrioni vegetali de Zea mays

L. (porumb) dezvoltați din cariopse hidratate înainte de iradiere față de cele

nehidratate; suplimentar am determinat și conținuturile de acizi nucleici.

Materialul biologic. Cariopse selecţionate de Zea mays L. (intacte, cu

aspect sănătos, de mărime cât mai uniformă) cu un genofond uniform - fiind

recoltate de la o singură plantă de porumb au fost utilizate pentru producere

de embrioni vegetali a) prin hidratare cu apă distilată timp de 15 ore înainte de

germinare şi expuse la radiații X și electroni accelerați în doze de 0,5 – 3 –

6 Gy; b) fără hidratare înainte de germinare și iradiere cu aceleaşi doze.

Germinarea seminţelor (după iradiere) a avut loc în cutii Petri pe hârtie de

filtru umectată cu apă distilată la întuneric, păstrându-se condiţii constante de

temperatură şi umiditate (ca și la experimentul anterior).

Determinarea conținutului mediu de acizi nucleici s-a realizat

conform metodei Spirin [10].

Analiza spectrofotometrică s-a făcut cu ajutorul unui

Spectrofotometru Shimadzu UV, tip 1700 Pharmaspec; citirea extințiilor s-a

realizat în raport cu solventul utilizat pentru extracție (acid percloric 6%).

Rezultate şi discuţii

Sumarea tuturor celulelor susprinse în profază, metafază, anafază şi

telofază reprezintă indicele mitotic (în %) şi exprimă capacitatea de diviziune

celulară, fiind complementar cu procentajul celulelor în repaus mitotic (sau

interfază); astfel că variaţia pozitivă a indicelui mitotic (p<0,05) este

complementară cu variaţia negativă a procentajului de celule în interfază

(Fig. 6) aşa cum s-a evidenţiat la doza de 6 Gy pentru radiaţii X.

Influenţa hidratării cariopselor de Zea mays asupra ritmului mitozei

constă în scăderea mică dar constantă şi semnificativă statistic a indicelui

mitotic faţă de martor atât la probele expuse la doze mici de radiaţii X cât și la

electroni acceleraţi; complementar s-a înregistrat şi creşterea procentajului de

celule în repaus mitotic (Fig. 6).

Comparând totalul aberaţiilor induse la cele două grupe de variante

experimentale care diferă prin gradul de hidratare (Fig. 7) se poate vedea că la

expunerea la radiaţii X s-a dublat efectul genotoxic pentru dozele de 0,5 Gy şi

respectiv de 6 Gy la probele hidratate față de cele nehidratate (la 3 Gy

16

observându-se variaţii comparabile cu deviaţia standard deci fără semnificaţie

statistică).

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

Martor 0,5 Gy X 0,5 Gy E 3 Gy X 3 Gy E 6 Gy X 6 Gy E

Inte

rfaz

e (%

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Ind

icel

e M

ito

tic

(%)

Interfaze Umede (%) Interfaze Uscate (%)

IM Umede (%) IM Uscate (%)

Fig. 6 Indicele mitotic (procentajul total al celulelor în diferite faze ale mitozei) şi

procentajul celulelor aflate în repaus mitotic (interfaza)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0.5 3 6

Doza (Gy)

To

tal

aber

atii

(%

)

X-uscate

X-umede

E-uscate

E-umede

Fig. 7 Variaţia procentajului mitozelor anormale (aberaţiilor cromosomiale) în celule

meristematice radiculare şi influenţa hidratării cariopselor

În ceea ce priveşte influenţa conţinutului de apă asupra biosintezei de

acizi nucleici în probele expuse la radiaţii X din figura 8 se observă cum

conţinutul de acizi nucleici, atât ADN (Fig. 8- stânga), cât şi ARN (Fig. 8-

dreapta), este mai puternic influenţat în cazul plantelor crescute din cariopse

hidratate înaintea expunerii la radiaţii - în cazul cariopselor nehidratate

variaţiile concentraţiilor de ADN şi ARN fiind nesemnificative – cu exceptia

17

dozei de 3 Gy unde s-a înregistrat stimularea biosintezei de ADN (Fig. 8-

stânga). Acest lucru poate fi pus în baza efectelor indirecte ale expunerii la

radiaţii, prin apariţia radicalilor liberi de la radioliza apei contribuind

suplimentar la modificările biosintezei de acizi nucleici.

Fig. 8 Conţinutul relativ (proba în raport cu martorul) de ADN (stânga) şi ARN

(dreapta) în cazul probelor de Zea mays dezvoltate din cariopse uscate şi hidratate în

urma expunerii în fascicul de radiaţii X

Fig. 9 Conţinutul relativ (proba în raport cu martorul) de ADN (stânga) şi ARN

(dreapta) în cazul probelor de Zea mays dezvoltate din cariopse uscate şi hidratate în

urma expunerii în fascicul de electroni

Analizând efectele expunerii în fascicul de electroni a cariopselor

hidratate se constată o scădere cu până la 30% pentru doza de 0,5Gy a

biosintezei de ADN (Fig. 9 - stânga) şi respectiv de ARN (Fig. 9- dreapta)

urmată de un proces de stimulare al procesului de biosinteză la celelalte doze,

conţinutul de acizi nucleici ajungând aproape la nivelul celui din probele

neiradiate [11].

18

CAPITOLUL IV

Investigații experimentale privind răspunsul unor germeni

patogeni la expunerea la doze mici de radiaţii ionizante

În ultimele decenii, cercetătorii s-au concentrat asupra modalităţilor de

sterilizare a germenilor de Staphylococcus aureus, studiile elaborate fiind tot

mai consolidate, din cauza infecţiilor persistente existente în mediile

spitaliceşti cauzate de contaminarea cu aceast microorganism subtil. S. aureus

pune de multe ori viaţa în pericol, prin generarea de infecţii profunde ca

endocardita, bacteremia, pneumonia, astfel încât investigaţiile dedicate pentru

inactivarea lui s-au dezvoltat continuu şi trebuie să fie continuate prin testarea

de noi metode de sterilizare [12].

Scopul experimentului: încercarea de a pune în evidență efectele secundare

ale radioterapiei în cazul încărcării microbiene a organelor iradiate. S-a

urmărit influența iradierii cu doze comparabile cu cele utilizate în radioterapie

(radiaţii X şi electroni) asupra rezistenței micro-organismelor față de unele

antibiotice și asupra modificării ritmului de multiplicare celulară a culturilor.

Materialul microbiologic a fost reprezentat de o tulpină bacteriană de

Staphylococcus aureus din colecția de culturi standard americane (ATCC

2592). Culturile microbiene au fost pregătite în ser fiziologic steril, pornind de

la culturile stoc, după cultivarea acestora timp de 18 ore pe mediu de agar-

agar, densitatea celulară fiind reglată la aproximativ 3x108 CFU /ml („colony

forming units‖), prin evaluare cu ajutorul curbelor de calibrare.

Expunerea la radiații ionizante s-a realizat atât în fascicule de fotoni cât şi

de electroni, cu doze cuprinse între 31 Gy şi 128 Gy (Fig.10). Analiza statistică: Toate experimentele descrise anterior au fost repetate de

două ori, astfel încăt, luând în considerare cele 4 replici pentru fiecare variantă

experimentală (probe şi martori), valorile medii şi deviaţiile standard au fost

calculate din opt valori pentru fiecare caz. Semnificaţia statistică s-a

determinat în urma aplicării testului t- student, considerând p<0,05.

Rezultate şi discuţii

Rezultatele obținute în urma măsurătorilor asupra densității de celule

(Fig. 11) arată că probele care au fost iradiate până la 48 minute (62 Gy) au

prezentat o înhibiție a procesului de multiplicare celulară în raport cu

martorul.

19

a.

b. c.

Fig. 10 Imagini ilustrând expunerea probelor la radiaţii X şi electroni

(b.- vizualizare a sistemului de laseri utilizaţi pentru poziţionarea identică a tuturor

seturilor de probe;câmpul luminos coincide cu cel de radiaţii,

c.- aplicator necesar pentru colimarea fasciculului de electroni)

Fig. 11 Variația densității de celule ca măsură a ritmului de multiplicare celulară în

funcție de doza de radiaţii X

Densitatea probelor iradiate între 48 și 100 minute, corespunzătoare

unor doze cuprinse între 62 şi 128 Gy, este de asemenea mai mică decât cea a

martorului dar, a prezentat o tendință de creștere pe măsură ce timpul de

iradiere a crescut, lucru care poate fi explicat printr-un proces de modificare a

radiorezistenței celulelor supravieţuitoare după 48 minute de iradiere (62 Gy).

Am evaluat influența expunerii la radiații asupra rezistenței la

antibiotice prin măsurarea diametrelor zonelor de inhibiție a creșterii

microbiene în medii agarizate pentru ampicilină (A), cloramfenicol (C),

tetraciclină (T), tobramicină (TOB) și ofloxacin (OF) și compararea acestora

cu probele martor.

20

Fig. 12 Variația diametrului zonelor de inhibiție a eșantioanelor de Staphylococcus

aureus pentru cloramfenicol (dreapta) şi tetraciclină (stânga) în funcție de doza de

radiaţii X

În urma analizei rezultatelor obţinute s-au constat următoarele: probele

iradiate timp de 24 min. (31 Gy) au prezentat o creștere a diametrului zonei de

inhibiție în raport cu martorul pentru toate cele 5 antibiotice testate. În cazul

cloramfenicolului și tetraciclinei s-a constatat o creștere a diametrelor zonelor

de inhibiție în raport cu probele neiradiate pentru toate cele 5 doze studiate,

putând astfel concluziona că iradierea a avut ca efect o diminuare a rezistenței

culturilor de Staphylococcus aureus la aceste tipuri de antibiotic (Fig. 12). S-a

încercat evidenţierea unei corelaţii liniare între variaţia diametrelor zonelor de

inhibiţie şi timpul de iradiere, deși coeficienţii de corelaţie au fost mici.

Pentru a evalua eficienţa sterilizării în urma expunerii la electroni

accelerați s-a determinat numărul de colonii formate pentru fiecare tip de

probă. Astfel, după cum arată şi figura 13, la doze mici (31 Gy – timp de

iradiere de 16 min.) s-a constatat o stimulare a procesului de multiplicare a

bacteriilor, cu până la 12,5% faţă de probele martor.

Fig. 13 Variaţia numărului de colonii de S.aureus în funcţie de doză

21

Aplicarea dozelor mai mari a determinat o încetinire a procesului de

multiplicare, conducând la formarea a doar 7 colonii (de 5 ori mai puţine decât în

cazul martorilor) din probele iradiate timp de 68 minunte (128 Gy).

Pentru expunerea la radiaţii X, reprezentarea grafică în coordonate logaritmice

sugerează o curbă de supravieţuire de tip sigmoidal cu punct de inflexiune. Scăderea

densităţii de celule evidenţiată în toate probele iradiate comparativ cu cele neiradiate a

fost semnificativă din punct de vedere statistic (aplicând t-test a rezultat p< 0,05)(Fig.

14).

Fig.14 Dependenţa liniar logaritmică a densităţii relative de celule

(CD – densitate de celule, CD0 - densitatea de celule în probele martor) de doza

absorbită în urma expunerii la radiaţii X; graficul are forma unei curbe de

supravieţuire de tip sigmoidal cu punct de inflexiune.

Acest studiu, motivat de posibilitatea de a obţine informaţii despre riscul

efectelor secundare de origine bacteriană la pacienţii care sunt radio-trataţi, luând în

considerare posibilitatea prezenţei germenilor de S. aureus la nivelul pielii sau în

interiorul organelor interne iradiate, a condus la rezultate concordante cu unele date

din literatură – având în vedere că radiosensibilitatea depinde de numeroși factori

ambientali.

CAPITOLUL V

Studii experimentale privind efectele dozelor mici de radiaţiilor

ionizante asupra unor tipuri de ţesuturi animale Efectele radiobiologice şi repercursiunile acestora asupra sănătaţii în

urma expunerii la doze mari de radiaţii gamma sunt bine documentate. De

exemplu, incidenţa sporită a cancerelor, incluzând leucemia, este cel mai

important efect întârziat în urma expunerii la radiaţii, efect observat la

supavieţuitorii bombardamentelor atomice [13]. Totuşi, în ultimii ani, efectul

22

carcinogenetic al expunerii la doze mici de radiaţii este un subiect intens

studiat. Este importantă investigarea efectelor expunerii la doze mici de

radiaţii de tipul celor ce caracterizează expunerile profesionale. Datele

experimentale rezultate în urma cercetărilor diverşilor autori au arătat o

creştere semnificativă fie a frecvenţei aberaţiilor cromozomiale [14-17] fie a

gradului de deteriorare a ADN-ului [18] din limfocite, în comparaţie cu

probele martor neiradiate [19-21].

Efectele nocive ale radiaţiilor ionizante în sistemele biologice sunt în

principal mediate prin generarea de specii reactive ale oxigenului (reactive

oxygen species - ROS) în celule, și radicalii eliberați ca urmare a radiolizei

apei [22]. ROS şi stresul oxidativ ar putea contribui la citotoxicitatea

radioindusă şi la schimbări metabolice şi morfologice în organismele

pacienților în timpul radioterapiei, a animalelor incluse în diverse studii

experimentale, sau chiar în timpul iradierilor inerente zborului în spaţiu [23].

Acest capitol cuprinde rezultatele experimentale obţinute în urma

studiilor realizate în ceea ce priveşte influenţa dozelor mici de radiaţii

ionizante asupra unor tipuri de ţesuturi animale (prin studiul activităţii

catalazei) cât şi asupra celulelor sangvine (prin estimarea spectrofotometrică a

intensităţii hemolizei). Efecte hemolitice nu au fost notabile la iradieri cu doze

mici cuprinse între 0,25 – 0,5 Gy, atât în fascicul de radiaţii X cât şi în

fascicul de electroni, în comparație cu efectele induse de expunerea la doze

medii (1 - 6 Gy).

V.3. Influenţa expunerii la radiaţii asupra activităţii catalazei

în diferite tipuri de ţesuturi animale Catalaza este o enzimă antioxidantă prezentă într-o varietate de surse:

plante, fructe, carne sau ficat. Iniţial a fost izolată din ficatul de vită şi mai

târziu din sânge, bacterii şi plante [24]. Enzima conţine într-o moleculă 4

grupări de ferihemoproteină. Activitatea catalazei variază semnificativ la

diferite ţesuturi, având cea mai puternică activitate în ficat şi rinichi, şi cea

mai scăzută în ţesuturile conjunctive.

Peroxidul de hidrogen (H2O2) este un agent oxidant nociv, produs de

corpul uman în urma oxidărilor și poate avea efecte negative considerabile

asupra metabolismului celular. Catalaza acţionează în conversia peroxidului

de hidrogen (2H2O2 → 2H2O + O2) ceea ce permite astfel reglarea unor

importante procese celulare care produc H2O2.

23

Obiectivul studiului: punerea în evidenţă a influenţei expunerii la doze

mici de radiaţii ionizante asupra activităţii enzimatice a catalazei - ca indicator

al funcționării sistemului antioxidat de apărare de la nivelul unor eşatioane de

ţesut animal – având în vedere iradierile practicate pentru conservarea

alimentelor de origine animală.

Materialul biologic

Acest studiu s-a realizat pe diverse tipuri de ţesuturi proaspăt prelevate

de la o pasăre curte (creier, rinichi, plămân, ficat şi muşchi). În măsura în care

cantitatea de ţesut a permis, în cazul acestor probe am efectuat atăt expuneri în

fascicul de radiaţii X cât şi în fasciclul de electroni.

Iradierea probelor

Probele de ţesut au fost expuse la radiaţii ionizante (radiaţii X şi

electroni) produse de un accelerator liniar de particule, tip VARIAN CLINAC

2100SC, cu doze de 0,5 Gy, 1 Gy şi respectiv 2 Gy.

Pentru a asigura semnificaţia statistică a datelor obţinute s-au realizat

câte 3 seturi de probe pentru fiecare doză cât şi pentru probele neiradiate, de

control.

Activitatea catalazei s-a determinat utilizând metoda de analiză în UV

descrisă de Hugo Aebi [25] ce presupune urmărirea scăderii absorbanţei

peroxidului de hidrogen la lungimea de undă de 240 nm. Pentru aceasta am

folosit un kit de reactivi procurat de la SIGMA – ALDRICH (S.U.A.).

Analiza spectrofotometrică a scăderii absorbanţei peroxidului de

hidrogen la 240 nm s-a realizat cu ajutorul unui program ce permite

înregistrarea dinamică. Măsurătorile se fac într-un interval scurt de timp (60

secunde), întrucât reacţia catalitică este foarte rapidă. Măsurătorile

spectrofotometrice s-au realizat în raport cu soluţia buffer, folosind un

spectrofotometru de tip Shimadzu UV, tip 1700 Pharmaspec.

Rezultate şi discuţii

Expunerea la radiaţii X a probelor de creier a condus la o intensificare a

activităţii catalazei în acest tip de ţesut, după cum este prezentat în figura 15.

Astfel, în probele iradiate cu 0,5 Gy şi respectiv 1Gy s-a indus o amplificare

cu până la 25%, în timp ce în cazul probelor iradiate cu 2 Gy s-a constatat o

activitate a catalazei intensificată de aproape 2,4 ori, în raport cu probele

neiradiate.

În urma analizei datelor experimentale s-a constatat că, deşi se

consideră că radiaţiile X şi electronii au aceeaşi eficacitate biologică relativă

24

(ambele tipuri având coeficientul de ponderare a radiaţiei WR =1), în cazul

activităţii catalazei se induc efecte uşor diferite (Fig. 16).

Fig. 15 Variaţia activităţii catalazei în probele de creier expuse la radiaţii X

Astfel, iradierea eşantioanelor de creier cu aceeaşi doză, a determinat o

creştere a activităţii catalazei de 2,1 ori (faţă de martor) în cazul expunerii în

fascicul de electroni, spre deosebire de probele expuse în fascicul de fotoni,

unde s-a indus o intensificare a activităţii catalazei de aproximativ 2,4 ori faţă

de martor (p<0,05).

Fig. 16 Influența naturii radiaţiilor asupra activităţii catalazei în eşantioanele de creier

iradiate cu 2 Gy

Alte seturi de probe au fost constituite din eşantioane de muşchi. Datele

experimentale obţinute relevă o stimulare a activităţii sistemului antioxidant

de apărare în eşantioanele de muşchi după expunerea la doze mici de radiaţii –

la 0,5 Gy activitatea catalazei fiind intesificată cu până la 20% în raport cu

ţesutul neiradiat (p<0,05).

Cum arată şi figura 17 în cazul expunerilor cu 1 Gy şi 2 Gy s-a observat

o uşoară diminuare a intensităţii activităţii catalazei, cu până la 9% faţă de

25

expunerea cu 0,5Gy, menţinându-se totuşi deasupra nivelului din cazul

probelor neiradiate (p<0,05).

Fig. 17 Variaţia activităţii catalazei în probele de muşchi expuse la radiaţii X

În cazul expunerii eşantioanelor de muşchi în fascicul de electroni s-a

constat aceeaşi intensificare a activităţii catalazei cu până la 20% în raport cu

martorul (p0,05), în cazul iradierii cu 2 Gy - nivel comparabil cu cel obţinut

în urma iradierii cu aceeaşi doză de radiaţii X (Fig. 18).

Fig. 18 Influența naturii radiaţiilor asupra activităţii catalazei în eşantioanele de

muşchi iradiate cu 0,5 Gy şi 2 Gy

Împotriva stresului oxidativ, celulele sunt echipate cu sisteme

enzimatice şi non-enzimatice antioxidante de apărare. Un mecanism major de

apărare împlică enzimele antioxidante precum superoxid dismutaza (SOD) şi

catalaza (CAT) care transformă moleculele de oxigen active în compuşi

netoxici. Ficatul are cel mai mare conţinut de antioxidanţi şi de enzime

antioxidante ceea ce indică rolul important pe care îl joacă acesta în

detoxificarea antioxidantă [26]. Figura 19 prezintă dinamica absorbanţei

peroxidului de hidrogen înregistrată la 240 nm pentru extractele obţinute în

urma prelucrării ţesutul hepatic iradiat cu diferitele doze luate în considerare.

26

Fig.19 Dinamica absorbanţei peroxidului de hidrogen la 240 nm, pentru eşantioanele

de ficat expuse în fascicul de fotoni X (stânga) şi electroni (dreapta)

Fig.20 Variaţia activităţii catalazei în probele de ficat expuse la radiaţii X

Fig. 21 Efectul tipului de radiaţie asupra activităţii catalazei în eşantioanele de ficat

iradiate cu 0,5 Gy şi 2 Gy

În urma prelucrării, datele experimentale obţinute au fost reprezentate

schematic în figurile 20 şi 21. Urmărind aceste figuri se poate observa o

creştere semnificativă a activităţii catalazei de la nivelul ţesutului hepatic

27

iradiat, în comparaţie cu cel neiradiat. O expunere cu o doză mică, de 0,5 Gy,

la radiaţii X a determinat o intensificare a procesului antioxidant de apărare

hepatic de circa 2,3 ori în comparaţie cu eşantioanele neiradiate (p<0,05).

Expunerea cu 2 Gy a determinat triplarea intensităţii activităţii catalazei în

raport cu eşantioanele neiradiate. Aceeaşi intensificare semnificativă s-a

constatat şi în cazul expunerii în fascicul de electroni, determinându-se

intensificarea procesului antioxidant de apărare din ficat de aproape 3 ori în

raport cu ţesutul hepatic neiradiat.

CAPITOLUL VI

Concluzii finale

Lucrarea reprezintă o sinteză a rezultatelor studiilor experimentale

privind influenţa dozelor mici de radiaţii ionizante asupra trei tipuri de

organisme vii (vegetal, bacterii, animal). De asemenea sunt prezentate şi

rezultatele efectuării practice a testelor de verificare a performanţelor unor

fascicule de radiaţii X şi electroni, teste absolut necesare pentru asigurarea

calităţii şi acurateţii dozelor eliberate atunci când se utilizează astfel de

fascicule în orice domeniu, fie medical, industrial sau în cercetare.

VI.1. Concluzii privind efectul dozelor mici de radiaţii ionizante asupra

organismelor vegetele

Toate experimentele privind efectele biologice ale acţiunii dozelor mici

de radiaţii ionizante asupra organismelor vegetale au fost realizate pe acelaşi

material biologic – o specie de plantă, cu importanţă economică şi anume Zea

mays (porumb).

1. Concentraţiile pigmenţilor fotosintetizatori (clorofila a, clorofila b,

carotenoizi) au fost uşor afectate de expunerea la radiaţii X, înregistrându-se o

inhibiţie a sintezei lor o dată cu creşterea dozei. Astfel, o iradire cu 2 Gy a

determinat scăderea concentraţiei clorofilei A, de la 0,742 mg/g de ţesut, la

0,624 mg/g de ţesut, valoare corespunzătoare martorilor. Reducerea

pigmenţilor fotosintetizatori poate fi atribuită efectului nociv al stresului

oxidativ îndus de radicalii liberi produşi de radiaţiile ionizante, şi pot fi

consumaţi atunci când participă la eliminarea radicalilor liberi şi în disiparea

de energie. Scăderea lentă se poate explica şi prin faptul că sistemul

antioxidant de apărare contrabalansează efectele destabilizatoare la dozele

studiate.

28

2. În urma analizei citogenetice s-a constatat că indicele mitotic

variază sensibil cu doza. Astfel, la doze mici (0,5 – 0,75 Gy) apare un exces

mitotic, iar pentru valori mai mari ale dozelor (1- 2 -2,5 Gy) indicele mitotic

scade deoarece o parte din celule sunt împiedicate să intre în mitoză la timpul

potrivit. În esenţă iradierea acţionează ca un agent sincronizator prin afectarea

selectivă a celulelor care sunt în fazele mai sus menţionate şi determină

întârzierea progresiei lor spre mitoză.

3. Datele experimentale rezultate în urma studiilor asupra influenţei

condiţiilor de iradiere au indicat următoarele:

- influenţa hidratării cariopselor de Zea mays asupra ritmului mitozei

constă în scăderea mică dar constantă şi semnificativă statistic a indicelui

mitotic faţă de martor cât şi la probele expuse la doze mici de radiaţii X şi

electroni acceleraţi; complementar s-a înregistrat şi creşterea procentajului de

celule în repaus mitotic;

- comparând totalul aberaţiilor induse la cele două grupe de variante

experimentale care diferă prin gradul de hidratare se poate vedea că la

expunerea la radiaţii X s-a dublat efectul genotoxic pentru dozele de 0,5 Gy şi

respectiv de 6 Gy la probele hidratate; expunerea la electroni acceleraţi a

probelor hidratate a condus la amplificarea progresivă a efectului genotoxic

spre deosebire de cazul probelor nehidratate;

- se observă un efect de uşoară stimulare a procesului de biosinteză a

acizilor nucleici, în cazul plantelor rezultate din seminţele uscate, până la

valoarea de 3 Gy a dozei absorbite după care are loc o inhibiţie a procesul de

sinteză a ADN şi ARN, în timp ce în cazul seminţelor hidratate, se constată o

scădere a conţinutului de acizi nucleici cu până la 18% faţă de probele

neiradiate;

- în cazul plantelor crescute din cariopsele uscate şi iradiate în fascicul

de electroni se observă aceeaşi tendinţă de stimulare a procesului de

biosinteză al acizilor nucleici ca şi în cazul expunerii în fascicul de fotoni, cu

până la 17% faţă de probele neiradiate corespunzător dozei de radiaţii de 3Gy

(ARN, p<0,05); urmărind efectele expunerii în fascicul de electroni a

cariopselor hidratate se constată o scădere cu până la 30% pentru doza de

0,5Gy a biosintezei de ADN.

29

VI.2. Concluzii privind efectul dozelor mici de radiaţii ionizante asupra

unor germeni patogeni (S. aureus)

1. În ceea ce priveşte efectul inhibitor al radiaţiilor X asupra

microorganismului S. aureus, datele experimentale obţinute au demonstrat că

densitatea relativă de celule (densitatea de celule în probele iradiate/densitatea

de celule în probele neiradiate) din culturile de bacterii studiate a prezentat

scădere progresivă, cu 35 şi 75% după expunerea la doze de 31 Gy şi

respectiv 60 Gy, corespunzătoare unor timpi de iradiere de 25 min. şi

respectiv de 50 min. Densitatea de celule a crescut progresiv în probele

iradiate pe durate de timp mai mari, pentru 65, 85 şi 100 min, corespunzător

unor doze de 87, 108, 128 Gy, păstrându-se totuşi sub nivelul din probele de

control- ca urmare a adaptării fiziologice la iradiere.

2. În ceea ce privește rezistența la antibiotice s-au constat următoarele:

probele iradiate timp de 24 min. au prezentat o creștere a diametrului zonei de

inhibiție în raport cu martorul pentru toate cele 5 antibiotice testate. Diametrul

zonelor de inhibiţie rezultate în urma difuziei antibioticului se dovedeşte, în

general, a fi crescut cu până la 15% în cazul probelor bacteriene expuse cu

doze de radiţii X (31 şi 128 Gy) ce corespund unor timpi de iradiere între 25 şi

100 min. Creșterea diametrului zonelor de inhibiţie se traduce într-o uşoară

diminuare a rezistenţei la antibiotice a culturilor de S. aureus studiate.

3. Datele experimentale ce indică răspunsul S. aureus la electroni 6

MeV au sugerat tip special de curbă exponenţială de supravieţuire sau o

curbă de tip sigmoidal cu umăr "pozitiv", datorită uşoarei creşteri a densităţii

relative de celule de 31 Gy. Nu s-au observat modificări ale rezistenței față de

antibiotice.

VI.3. Concluzii privind efectul dozelor mici de radiaţii ionizante asupra

organismelor animale

1. S-au obţinut date experimentale care indică o intensificare a

activităţii enzimatice a catalazei în diversele tipuri de ţesuturi studiate. Astfel,

expunerea la 0,5 Gy a determinat o creştere a activităţii catalazei cu procente

cuprinse între 20% şi 25% în probele de creier, muşchi şi plămân. Deoarece în

ficat şi rinichi conţinutul de enzime antioxidante este mai mare, s-au constatat

creşteri ale activităţii enzimatice a catalazei cu 25% în rinichi şi de până la 2,3

ori în ficat, în comparaţie cu eşantioanele de ţesut neiradiate. 2. Expunerea ţesuturilor la doze de 2 Gy a determinat o şi mai mare

intensificare a activităţii enzimatice (de până la 3 ori faţă de martori în cazul ţesutului

hepatic), atât în cazul expunerii cu radiaţii X cât şi în cazul expunerii cu electroni.

30

Bibliografie selectivă

[1] Brenner, D. J., Hall, E. J. (2007) Computed tomography—an increasing source of

radiation exposure N. Engl. J. Med.357 2277–84.

[2] Mettler, F. A. Jr, Thomadsen, B. R., Bhargavan, M., Gilley, D. B., Gray, J. E.,

Lipoti, J. A., McCrohan, J., Yosizumi, T. T. and Mahesh M. (2008) Medical radiation

exposure in the US in 2006:preliminary results Health Phys.95 502–.

[3] Harrison J. (2007) Polonium-210 as a poison J. Radiol. Prot. 27 17–40.

[4] Lozneanu, E.,Fizică nucleară, Ed. Universităţii „Al. I. Cuza‖ , Iaşi, 2001.

[5] Khan, F. M., The physics of radiation therapy. Williams & Wilkins

Baltimore,1994.

[6] Podgorsak E. B., Radiation Oncology Physics: A Handbook for teachers and

students. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005.

[7] Mihăilescu D., Dozimetria radiaţiilor ionizante, Ed. Universităţii „Al. I. Cuza‖ ,

Iaşi, 2001

[8] Travis La Terre, E., (1989), Review on cell biology, in: Primer on medical

Radiobiology, 2-nd edition, Year Book Medical Publishers inc., Chicago, 2-25.

[9] Cernea, V.I., Elemente de radiobiologie, Ed. Medicală Universitară ‖Iuliu

Haţieganu‖, Cluj, 2003.

[10] Spirin, A., (1958).Spectrophotometric determination of total nucleic acids,

Biokhimiya (USSR), 23, 656–662.

[11] Focea, R., Ursache (Oprisan), M., Crenagă, D.E., Luchian, T., Experimetal

investigation on DNA and RNA content after exposure of maze seeds in X ray and

electrons beams. 11Th National Conference ob biophysics, Book of Abstracts (pg.54),

Sibiu,2011.

[12] Lerouge S, Wertheimer M R, Yahia LH (2001). Plasma sterilization: a review of

parameters, mechanisms, and limitations. Plasmas Polym. 6(3): 175-188.

[13] UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic

Radiation) (2008) UNSCEAR 2006 Report to the General Assembly, Volume I: Effects

of Ionising Radiation, United Nations Sales Publication E.08.IX.69 (New York:

United Nations).

[14] Chung, H.W., Ryu, E.K., Kim, Y.J., Ha, S.W. (1996) Chromosome aberrations

in workers of nuclear-power plants Mutat. Res., 350: 307–314.

[15] Bonassi, S., Forni, A., Bigatti, P., Canevarollo, N., De Ferrari, M., Lando, C.,

Padovani, P., Bevegni, M., Stella, M., Vecchio, D., Puntoni, R., (1997) Chromosome

aberrations in hospital workers: evidence from surveillance studies in Italy (1963–

1993) Am. J. Ind. Med., 31: 353–360.

[16] Balakrishnan S., Rao, S.B., (1999) Cytogenetic analysis of peripheral blood

lymphocytes of occupational workers exposed to low levels of ionising radiation.

Mutat. Res., 442: 37–42.

31

[17] Sari-Minodier I., Orsière, T., Bellon, L., Pompili, J., Sapin, C., Botta, A., (2002)

Cytogenetic monitoring of industrial radiographers using the micronucleus assay

Mutat. Res., 521: 37–46.

[18] Garaj-Vrhovac, V., Kopjar, N., (2003), The alkaline comet assay as biomarker in

assessment of DNA damage in medical personnel occupationally exposed to ionizing

radiation Mutagenesis, 18: 265–271.

[19] McKenzie, S. B. Textbook of hematology, Baltimore, 1996.

[20] Samsoondar, J., Indicator of hemolysis, Spectromedical Inc., Patent No.: US

6,689,612 B2, Cambridge (Ca);

[21] Department of Pathology, University of Virginia, Health System.

[22] Kamat, J.P., Boloor, K.K., Devasagayam, T.P.A., Venkatachalam, S.R., (2000)

Antioxidant properties of Asparagus racemosus against damage induced by g-

radiation in rat liver mitochondria. J. Ethnopharmacol. 71: 425–435.

[23] Fang, Y., Yang, S., Wu, G., (2002). Free radicals, antioxidants, and nutrition.

Nutrition 18: 879–887.

[24] Deisseroth, A., and Dounce, A.L., (1970).Physiol. Rev., 50: 319-375 .

[25] Aebi, H., Catalase. Methods of Enzymatic Analysis, Bergmeyer, H.U., ed.,

Verlag Chemie (Weinheim: 1973), pp 673-684.

[26] Yousri, R., Noaman, E., El Shawi, O., (2011): Evaluation of anti-oxidant status

and radioprotective activitz of novel anti- cancer drug in mice, J.Cancer Therapy,

2:616-628. 5

ANEXA: ACTIVITATEA ŞTIINŢIFICĂ

I. LUCRĂRI PUBLICATE ÎN REVISTE ȘTIINȚIFICE COTATE ISI 1. ‖Bacteria response to non-thermal physical factors: A study on

Staphylococcus aureus‖, Focea Ramona, Poiata Antoniea, Motrescu Iuliana, Nastuta

Andrei, Creanga Dorina and Popa Gheorghe, African Journal of Biotechnology,

vol.11(18):423-4240, martie 2012.

2. ―S. Aureus response to accelerated electrons and low dose X-rays ‖, R.

Focea, A. Poiata, D.Creanga, T. Luchian, Romanian Journal of Physics, acceptat

spre publicare pentru vol.57/2012, nr. 7-9(http://www.nipne.ro/rjp/accepted_papers.html).

3. ―In vitro investigation of the effects of high LET radiations upon the cell

cycle progression in Vero cells‖, Mihai Cosmin Teodor, Voichita Gabriela, Focea

Ramona, Rotinberg Pincu, International Journal of Radiation Biology, acceptată.

32

II. LUCRĂRI PUBLICATE ÎN REVISTE BDI / B+ / B (CNCSIS)

1. ―Low dose X-ray effects on catalase activity in animal tissue‖, Ramona

FOCEA, Claudia NADEJDE, Dorina CREANGA, Tudor LUCHIAN, Journal

of Physics: Conference Series (JPCS), submitted.

2. ―Aberrant cell divisions in root meristeme of maize following exposure to

X-rays low doses compared to similar effects of 50 Hz electromagnetic

exposure”, R. Focea, G. Capraru, M. Racuciu, D. Creanga, T. Luchian,

European Physical Journal - Web of Conferences, Nr. 24, Editura Società

Italiana di Fisica, 2012, ISBN:978-88-7438-069-5, pp. 06004.

3. ―Pathogen germs response to low-dose radiation — medical approach”,

A. Poiata,R. Focea, D. Creanga, European Physical Journal - Web of

Conferences, Nr. 24, Editura Società Italiana di Fisica, 2012, ISBN 978-88-

7438-069-5, pp. 06005.

4. Experimental investigations on plant organisms response to the action of

ionizing radiations”, Ramona Focea, Dorina Creanga , Bule. Institutului

Politehnic din Iasi, (Secţia Matematică, Mecanică teoretică, Fizică), Tomul

LVI(LX), Fasc.4, Editura POLITEHNIUM, 2010, ISBN ISSN 1244-7863, pp.

267-273.

5. ―The effect of Microwaves exposure magnetite nanoparticles

administration on sunflower young seedlings‖, Corina Astefanoaei, Manuela

Ursache, Dorina Creanga, Florin Tufescu, Ramona Focea, Buletinul Institutului

Politehnic din Iasi, (Secţia Matematică, Mecanică teoretică, Fizică), Tomul

LVI(LX), Fasc.4, Editura POLITEHNIUM, 2010, ISBN ISSN 1244-7863, pp.

275-283.

6. „Dose calculation techniques for lung cancer in external beam

radiotherapy”, Mihaela Maria Dulcescu, Calin Buzea, Elena Teodora Albulescu,

Ramona Focea, Manuela Oprisan, Catalina Zetiu, Florin Marin, The Annals of

the “Dunărea de Jos” University of Galați, Mathematics, Physics, Chemistry,

Informatics, Fascicle II, Year III (XXXII), CD cu ISSN 2066-7124, (2009);

7. Study on the possibilities offered by the clinic dosimetry to minimize side

effects on healthy cells and tissues, Ramona Focea, Dorina E. Creangă, Analele

Universităţii din Bucureşti, seria Fizică, acceptată spre publicare

http://anale.fizica.unibuc.ro/index-anale.htm

33

III. LISTA LUCRĂRILOR PREZENTATE LA COMUNICĂRI ŞTIINŢIFICE

NAŢIONALE ŞI INTERNAŢIONALE

1. ―Low dose X – ray effects on catalase activity in animal tissue‖, Ramona FOCEA, Claudia

NADEJDE, Dorina CREANGA, Tudor LUCHIAN, 17th International School On Condensed

Matter Physics – Open Problems in Condensed Matter Physics, Biomedical Physics and their

Applications. VARNA, 2-7 septembrie 2012,

2. Experimental investigation on DNA and RNA content after exposure of maize seeds in X-rays

and electrons beams, Ramona Focea, Ursache (Oprisan) Manuela, Dorina E.Creanga, Tudor

Luchian, A XI-a Conf. Nati. de Biofizica, Sibiu, 10-12 noi. 2011,

3. The modulator influence of electromagnetic exposure on the genetic impact of different

irradiation types upon blood cells, R. Focea, I. Popescu, A. Verdes, C. Stefanescu, D. Creanga,

F. Tufescu, A XI-a Conf. Nati. de Biofiz, Sibiu, 10-12 noi. 2011,

4. „S.aureus response to accelerated electrons and low dose x-rays‖, Ramona Focea, Antonia

Poiata, Dorina Creanga, Tudor Luchian, 12thInternational Balkan Workshop on Applied

Physics, Constanta, 6-8 iulie 2011.

5. ―Study on the effect of low dose X-rays on plant‖, R. Focea, G. Capraru, D. E. Creanga, T.

Luchian, 12thInternational Balkan Workshop on Applied Physics, Constanta, 6-8 iulie 2011.

6. ―Aberrant cell divisions in root meristems of maize following exposure to X-rays low doses

compared to similar effects of 50 Hz electromagnetic exposure‖, R.Focea, M. Răcuciu, G.

Căpraru, D. Creangă, The International Conference on Environmental Radioactivity – New

Frontiers and Developments, Roma, 24-28 octombrie 2010;

7. ―Pathogen germs response to low dose radiation – medical approach‖ Poiată, A., Focea, R.,

Creangă, D., The International Conference on Environmental Radioactivity – New Frontiers

and Developments, Roma, 24-28 octombrie 2010;

8. ‖Study on the possibilities offered by the clinic dosimetry to minimize side effects on healthy

cells and tissues‖, Ramona Focea, Dorina E. Creangă, Sesiunea Științifică anuală a Facultății

de Fizică, Universitatea Bucuresti, 18 iunie 2010;

9. „Image-assisted decision support in conventional radiation therapy planning‖, C. Gh. Buzea,

C. Zetiu, F. Marin, M. Oprisan, R. Focea, M. Dulcescu, Fizica şi Tehnologiile Educaţionale

Moderne, ediția XXXIX, Facultatea de Fizică, Univ. ―Al. I. Cuza", Iasi, 15 mai 2010;

10. „Study on radioprotective and radiosensitizer action mechanism - for medical physics

students‖, Ramona Focea, Dorina E. Creangă, Fizica şi Tehnologiile Educaţionale Moderne,

ediția XXXIX, Facultatea de Fizică, Univ. ―Al. I. Cuza", Iasi, 15 mai 2010;

11. „Dose calculation techniques for lung cancer in external beam radiotherapy‖,

Mihaela Maria Dulcescu, Calin Buzea, Elena Teodora Albulescu, Ramona Focea, Manuela

Oprisan, Catalina Zetiu, Florin Marin, 1st International Symposium on Applied Physics -

Materials Science, Environment and Health (ISAP1), Facultatea de Ştiinţe, Universitatea

―Dunărea de Jos, Galaţi, 28 - 29 noiembrie 2009;