Материал: Кислородный эффект в радиобиологии
Обратный кислородный эффект при облучении разбавленных водных растворов макромолекул
Однако, при облучении макромолекул в разбавленных водных растворах (т.е. в условиях, когда преобладает непрямое действие) кислородный эффект может быть очень слабым или полностью отсутствовать.
Более того, возможен даже защитный эффект кислорода (т.н.
обратный кислородный эффект),
что было продемонстрировано, например, при облучении растворов трипсина: его радиочувствительность в атмосфере кислорода оказалась в 3 раза ниже, чем в атмосфере азота.
Кислородный эффект на культивируемых клетках при действии разных видов ионизирующих излучений
Наиболее четко кислородный эффект на культивируемых клетках наблюдается при облучении редкоионизирующими излучениями (γ- и рентгеновским). При облучении плотноионизирующими излучениями кислородный эффект гораздо менее выражен (в случае нейтронного излучения) или полностью отсутствует (в случае α-излучения).
На рисунке представлены различные варианты проявления кислородного эффекта в зависимости от применяемого вида ионизирующего излучения – рентгеновского, нейтронного (15 МэВ) и α- излучения (2,5 МэВ). Как видно из рисунка, самое высокое значение ККУ на культивируемых клетках человека наблюдается при действии рентгеновского излучения.
Зависимость ККУ от ЛПЭ ионизирующего излучения
Более подробно зависимость ККУ от ЛПЭ ионизирующего облучения при облучении культивируемых клеток почки человека представлена на нижеприведенном рисунке.
Видно, что при увеличении ЛПЭ с 1,3 кэВ/мкм до примерно 60 кэВ/мкм ККУ медленно снижается с 2,7 до 2,1. При дальнейшем повышении ЛПЭ ККУ снижается более резко и достигает 1 при ЛПЭ=160 кэВ/мкм (соответствует ЛПЭ α-излучения с энергией 2,5 МэВ).
Возможные причины снижения кислородного эффекта при повышении ЛПЭ излучения (1)
Существует несколько объяснений снижения кислородного эффекта при действии плотноионизирующего излучения на клетки.
1-е объяснение. При действии плотноионизирующего излучения количество одномоментно происходящих попаданий в мишень так велико, что поражение мишени достигает максимального уровня и становится необратимым даже в бескислородных условиях (т.е. усиливать радиационный эффект уже некуда, он и так максимальный).
Возможные причины снижения кислородного эффекта при повышении ЛПЭ излучения (2)
2-е объяснение. При действии плотноионизирующего излучения в результате
дополнительных реакций вторичных продуктов радиолиза воды образуется кислород.
Это приводит к тому, что реальных аноксических условий при облучении плотноионизирующим излучением создать невозможно.
Дополнительные реакции с участием вторичных продуктов радиолиза воды становятся возможны, поскольку плотность радикалов, возникающих при действии плотноионизирующего излучения гораздо выше, чем при действии редкоионизирующего излучения. Так, в частности, повышается вероятность осуществления реакции рекомбинации 2-х гидроксильных радикалов и реакции гидроксильного радикала с перекисью водорода с образованием перекисного радикала:
2OH• →H2O2 |
и OH• +H2O2 →H2O +HO•2 |
При действии редкоионизирующих излучений вероятность осуществления последней реакции очень незначительна (т.к. для ее осуществления фактически необходимо образование при радиолизе воды 3-х близко расположенных друг к другу гидроксильных радикалов, что очень маловероятно для РЕДКОионизирующего излучения).
Образовавшийся перекисный радикал может привести к образованию кислорода по следующим реакциям:
HO•2 +OH• →O2 +H2O и |
2HO•2 →O2 +H2O2 |