17. Связь обэ с линейной передачей энергии. Зависимость обэ от условий облучения (доза облучения, мощность дозы, характер теста и др.).

Соотношение ЛПЭ и ОБЭ имеет максимум. Ощутимый рост ОБЭ начинается с ЛПЭ, равной 10 кэВ/мкм, достигает максимального значения при ЛПЭ - 100 кэВ/мкм, а с последующим увеличением ЛПЭ круто падает. Причина этого явления состоит в том, что гибель клетки происходит после поглощения достаточного количества энергии в некотором критическом объеме. Естественно, что с ростом ЛПЭ такая вероятность увеличивается. Но после некоторых величин ЛПЭ наступает насыщение, и каждая последующая частица теряет энергию в уже убитой клетке; следовательно, эффективность излучений с такой достаточно высокой ЛПЭ падает, так как энергия расходуется вхолостую. Это явление можно наблюдать, когда после оптимального значения ЛПЭ, когда наблюдается максимум пораженных единиц на единицу дозы (т.е. разменивается ровно столько энергии, сколько нужно для поражения всех мишеней), наступает эффект избыточного поражения (overkill). Такова общая картина связи ОБЭ с ЛПЭ.

Важна и практически значима зависимость ОБЭ от дозы облучения. Зависимость видна на рис. Кривые 1,2 и 3 отражают, соответственно 80, 10 и 1% выживаемости клеток человека. Видно, что абсолютная величина ОБЭ не является постоянной, а зависит от степени поражения, снижаясь с её увеличением.

Зависимость от мощности дозы. В лабораториях Ивенса в опытах на традесканции было показано, что быстрые нейтроны при пролонгированном облучении в течение нескольких минут в 10 раз эффективнее индуцировали хромосомные абберации, чем гамма-излучение.

18. Коэффициент качества излучений связь его с лпэ заряженных частиц, формирующих дозы в биологической ткани.

ЛПЭ зависит от энергии частиц и типа вещества, в котором частица теряет свою энергию. ЛПЭ оказывается характеристикой качества излучения. Под качеством понимают такую характеристику излучения, которая имеет одно и тоже значение у разных видов излучения, если при одинаковых условиях облучения данного объекта и одинаковой дозе наблюдается один и тот же радиационный эффект. Коэффициент качества (кк) является регламентированной величиной, устанавливаемой специальными научными комиссиями на основании медицинских и радиобиологических данных. Помимо численных значений коэффициент качества для различных видов излучений устанавливается зависимость кк от ЛПЭ излучения. Излучение с одинаковым кк при равных дозах и одинаковых условиях облучения приводит к одинаковому биологическому эффекту. Итак, коэффициент качества есть зависящий от ЛПЭ коэффициент, на который надо умножить поглощенную дозу, чтобы для целой радиационной защиты биологический эффект облучения людей выражался в одной и той же мере независимо от вида излучения.

19. Преобразование энергии ионизирующих излучений в биологическом материале.

При прохождении через вещество заряженная частица теряет свою энергию, вызывая ионизацию и возбуждение атомов до тех пор, пока общий запас энергии уменьшится настолько, что частица утратит ионизирующую способность. Энергию, переданую заряженной частицей на единице длины ее пробега в веществе, называют линейной передачей энергии (ЛПЭ) и измеряют в кэВ/мкм. ЛПЭ заряженных частиц возрастает со снижением их скорости, поэтому в конце пробега передача энергии заряженной частицей веществу максимальна, что приводит к характерному распределению ионизации.

На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. Поглощенная энергия может мигрировать по макромолекулам, реализуясь в слабых местах. В белках, вероятно, это SН-группы, в ДНК - хромофорные группы тимина, в липидах - ненасыщенные связи. Указанный этап повреждения может быть назван физической стадией лучевого воздействия на клетку.

Второй этап - химические преобразования, соответствующие процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и биомолекулами, а также возникновению органических перекисей, вызывающих быстро протекающие реакции окисления, которые приводят к появлению множества измененных молекул. В результате этого начальный эффект многократно усиливается.

Нарушения, наступающие в результате высвобождения ферментов из клеточных органелл и изменения их активности, соответствуют третьему этапу лучевого поражения клетки - биохимическому. Высвободившиеся ферменты путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко проникают в нее благодаря увеличению проницаемости мембран. Под воздействием этих ферментов происходит распад высокомолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков. Было бы неправильным особо выделять какое-то одно биохимическое нарушение, возникающее при этом, так как радиационный эффект отмечается в результате многих самых разнообразных повреждений тонко сбалансированного механизма биохимических реакций.

20. Радиолиз воды и водных растворов биомолекул. Основные продукты радиолиза воды и их роль в инактивации биомолекул. Влияние на ход радиолиза ЛПЭ излучений, мощности дозы, присутствия кислорода в облучаемой среде.

Косвенное действие радиации осуществляется продуктами радиолиза воды, входящей во все живые системы. Косвенное действие ионизирующего излучения связано с образованием свободных радикалов.

Р адиолиз- разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений с образованием свободных радикалов. Предмет изучения радиационной химии. Один из факторов первичных процессов в радиобиологии.

Основные продукты и их роль:

Гидроксильный радикал - высокореакционный и короткоживущий радикал •OH, образованный соединением атомов кислорода и водорода.

Считается, что цитотоксическое действие кислородных радикалов более чем на 50 % обусловлено ОН•-радикалами, при этом в клетках выделяют два критических объекта повреждения: нуклеиновые кислоты и мембранные белки. Основные типы повреждений биомолекул гидроксильными радикалами являются: отрыв атома водорода; присоединение к молекулам по двойным связям; перенос электронов.

В образовании гидроксильного радикала важное значение имеют ионы металлов с переменной валентностью, в первую очередь ионы железа. Являясь сильным окислителем, гидроксильные радикалы разрывают любую СН-связь, вызывают повреждения белков и нуклеиновых кислот.

Пероксид водорода - запускает каскад реакций повреждения липидов клеток.

Пероксидное (перекисное) окисление липидов молекулярным методом представляет собой цепной свободно-радикальный процесс. Наиболее легко подобным образом окисляются ненасыщенные липиды или свободные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов биологических мембран. Поэтому скорость перекисного окисления липидов прежде всего оказывает влияние на функцию мембран и на развитие в них патологических изменений.

Пероксидное окисление может полностью разрушить липидную основу мембраны. Накопление таких продуктов пероксидного окисления, как гидропероксиды липидов, приводит к ингибированию многих ферментных белков и нарушает их функцию. Кетоны, альдегиды и диальдегиды образуют ковалентные внутримолекулярные и межмолекулярные связи («сшивки») и с функциональными группами белков и других биомолекул, что также ведет к изменениям клеточных функций.

Супероксид анион (супероксидный радикал) это ион молекулы кислорода с неспаренным электроном.

Относится к свободным радикалам, короткоживущий, способен спонтанно дисмутировать с водой в кислород и пероксид водорода. Супероксидрадикал является высокореакционным соединением, которое вследствие высокой гидрофильности не может покидать клетку и накапливается в цитоплазме.

Комбинация OH• и супероксид анион-радикала вызывает изменение первичной, вторичной и третичной структуры белков. Супероксид анион-радикал ингибирует активность каталазы, ацетилхолинэстеразы, глутатионпероксидазы и других ферментов.

Влияние на ход радиолиза:

1. Мощности дозы.

Поскольку процессы передачи энергии излучения молекулам среды крайне быстро заканчивается возникновением свободных радикалов, можно сказать, что мощность дозы характеризует скорость образования в облученной системе свободных радикалов. Однако в реальных условиях образование радикалов не будет продолжаться без конца, т.к. со временем пара образованных радикалов рекомбинируют.

2. Присутствие кислорода.

В присутствии кислорода образуются дополнительные реакционноспособные радикалы, которые обладают выраженным поражающим действием. Кроме того, молекула кислорода обладает электронакцепторными свойствами, активно взаимодействует с образующимися при действии излучения радикалами биологических молекул — как бы фиксирует возникшие в них потенциальные повреждения и делает их труднодоступными для репарации. Следовательно, в присутствии кислорода при радиолизе отмечается усиление лучевого повреждения по сравнению с анаэробными условиями. (кислородный эффект)

3. ЛПЭ излучения.

При увеличении ЛПЭ выходы короткоживущих продуктов падают, а стабильных - растут. Более того, при достаточно большой ЛПЭ может оказаться, что выходы короткоживущих продуктов будут очень малы, и эти частицы уже не смогут обеспечить эффективного разложения стабильных продуктов. В этом случае стационарное состояние устанавливаться не будет, и радиолиз воды будет происходить с постоянной скоростью, не зависящей от времени (дозы). Кроме того, с увеличением ЛПЭ кислородный эффект уменьшается.