Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
56
Гл. II. Поглощение энергии ионизирующих излучений
Следовательно, в самом факте поглощения дозы ионизирующей радиации и ее величине нет никаких сведений о причинах необыкновенно высокой биологической эффективности ионизирующих излучений. Для понимания их надо начать с рассмотрения элементарных физических процессов, в результате которых осуществляется передача энергии ионизирующих излучений атомам и молекулам вещества, чтобы затем установить их значение для процессов, происходящих в биологических средах.
3. Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) разных видов ионизирующих излучений
На различных биологических объектах проводилось сопоставление эффективности различных типов ионизирующих частиц. В опытах на млекопитающих критерием эффективности служило летальное действие излучений и различные отдаленные эффекты, такие как появление лучевых катаракт и злокачественных опухолей, снижение продолжительности жизни. При облучении клеточных суспензий оценивали выживаемость клеток при действии радиации в одинаковых дозах, сообщенных различными типами ионизирующих частиц, подсчитывали число индуцированных облучением хромосомных аберраций и мутаций.
Эти и другие эксперименты позволили количественно оценить эффективность различных видов ионизирующих излучений и ввести коэффициент, который для каждой конкретной биологической системы показывает эффективность данного типа излучения по сравнению с выбранным стандартным излучением — коэффициент, относительной биологической эффективности (ОБЭ). ОБЭ определяется из соотношения, начальная часть которого показывает, как осуществляется переход от «абсолютной» биологической эффективности (такой термин редко употребляется) к ее относительной величине:
поглощенная доза, необходимая для получения данного биологического эффекта при действии рентгеновского
излучения 200 кэВ (в греях)_____
поглощенная доза исследуемого излучения, необходимая для получения того же биологического эффекта (в греях)
Как видно из определения, в данном случае в качестве стандартного выбрано рентгеновское излучение с энергией квантов 200 кэВ, которое образует примерно 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде. Для такого излучения ОВЭ принимают равной единице. Необходимо отметить, что иногда в качестве эталона вместо рентгеновского принимается излучение источника 60Со, что приводит к некоторым
биологическая
эффективность
исследуемого
излучения
биологическая
эффективность
рентгеновского
излучения с энергией » 200 кэВ
3. Относительная биологическая эффективность излучений_________57
неучтенным различиям в ОБЭ.
Для каждой изучаемой системы коэффициент ОБЭ находят путем сопоставления эффектов исследуемого и стандартного излучений, примененных в одинаковой дозе. При этом необходимо учитывать, что значение ОБЭ может изменяться в зависимости от условий облучения, например, от того, однократно или дробно поглощалась объектом определенная доза излучения, а также от мощности дозы. Желательно, чтобы сравниваемые виды излучения имели сходную «картину действия» на выбранную тест-систему.
В качестве примера рассмотрим результаты одного из экспериментов по определению ОБЭ нейтронов по критерию возникновения лучевой катаракты у мышей. Оказалось, что стандартное рентгеновское излучение в дозе 8 Гр приводило к появлению катаракты у 50% мышей. Такой же эффект достигался в результате нейтронного облучения (0,5 МэВ) в дозе 2 Гр- Коэффициент# 1661 ОБЭ для этой системы равен четырем. Однако если облучение в той же дозе производили отдельными фракциями, то коэффициент ОБЭ значительно возрастал.
Характерная зависимость ОБЭ от ЛПЭ излучения графически представлена на рис. П.1. Из рисунка видно, как в широком диапазоне ЛПЭ излучений (от 0,2 до 100 кэВ/мкм) ОБЭ ионизирующих частиц растет по мере увеличения ЛПЭ. Таким образом, экспериментально установлена ведущая роль плотности распределения ионов адсшь пути ионизирующей частицы для эффективности биологического действия радиации.
При значениях ЛПЭ выше 90-100 кэВ/мкм кривая зависимости ОБЭ от ЛПЭ на рис. П.1 проходит максимум и снижается. Вероятно, это связано с тем, что уже при значении ЛПЭ 100 кэВ/мкм в клетке возникает «критическое» число ионизаций, достаточное для ее гибели. Дальнейшее увеличение плотности ионизации неэффективно.
Таким образом, в радиобиологических экспериментах возможно использование излучений с различной величиной ЛПЭ, а следовательно и ОБЭ. Для этого необходимо выбирать ионизирующие частицы с определенным зарядом и скоростью (т. е. энергией). Знание механизма взаимодействия ионизирующих частиц с атомами поглотителя позволяет судить о характере ионизации в облученном биологическом субстрате, что необходимо при использовании ионизирующих излучений
ЛПЭ, кэВ/мкм
Рис. ПЛ. Зависимость ОВЭ излучения от ЛПЭ по критерию выживаемости клеток почек человека в культуре: 1, 2, 3 — результаты облучения в дозах, при которых доля выживших клеток составляет соответственно 0,8, 0,1 и 0,01
