Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
90 Гл. III. Зависимость биологического эффекта от поглощенной дозы
Еще труднее предполагать, что среди макромолекул рибонуклеазы (рис. III.1, г), обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами, одни молекулы утрачивают каталитическую активность прн действии небольших доз, а другие сохраняют активность при действии тысячекратно превосходящих доз лишь в силу особенностей самого объекта, подвергающегося облучению. Хотя н при этом так же, как и в случае клеток, не учитываются различия в длительности предшествующего облучению существования и функциональной активности разных молекул фермента (их «возраста»), выделенных к тому же из разновозрастных клеток, — различия, основанные на постепенном «старении» молекул, изменении в них степени первоначальной «жесткости», исходного состояния прочности химических связей между атомами, способных оказывать заметное влияние на химическую устойчивость молекул к действию ионизирующей радиации.
Рассматриваемые кривые «доза-эффект» показывают, какая доля объектов инактивируется при поглощении системой определенного количества энергии ионизирующих излучений. Представим, что эта же система (суспензия клеток, препарат вирусных частнц илн макромолекул) получает энергию нным путем, например за счет нагревания от какого-либо источника тепла. В этом случае кривая «доза-эффект» примет иной вид. Вплоть до некоторой температуры Т\ не обнаруживаются инактивированные объекты; после этой пороговой температуры число пораженных объектов возрастает до максимального значения, н если процесс термоинактивации необратим, то при достижении некоторой температуры 2г мы не обнаружим ни одного вируса, макромолекулы и тем более клетки, оставшихся непораженными.
Объяснение наблюдаемого вида кривых зависимости эффекта от дозы облучения все оке следует искать в особенностях воздействия ионизирующих излучений, в способе сообщения ими энергии биологическому объекту, т.е. в иной, биофизической трактовке экспериментальных кривых «доза-эффект>. Она основывается на излагаемых в данном учебнике основополагающих принципах — представлении о дискретной природе ионизирующих излучений и вероятностном характере передачи энергии внутриклеточным молекулярным структурам..
1.1.2. Гипотеза «точечного нагрева»
В опытах по термоинактивации, о которых шла речь, энергия от источника тепла сообщалась всем объектам равномерно и одинаково за счет теплопроводности воды или воздуха (в жидких или сухих препаратах соответственно). Ионизирующие частицы, напротив, сообщают системе энергию дискретными порциями, и процесс передачи энергии носит статистический характер. Поэтому среди совокупности облучаемых микроструктур одни из них с определенной вероятностью поглощают энергию излучения, тогда как другие вообще «ие знают», что облучение имело место.
1. Принцип попадания и концепция мишеней
91
Иными словами все микроструктуры могут поглощать энергию с некоторой вероятностью, так что в итоге определенная часть их поглощает больше, другая — меньше, а некоторая доля их может н вообще не провзаимодействовать. Такие представления, основанные на фундаментальных физических концепциях о механизме взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, позволяют объяснить количественные закономерности, наблюдаемые в радиобиологических экспериментах.
Ф. Дессау эр в начале 20-х гг. подошел к проблеме биологического действия ионизирующей радиации, исходя из физической природы излучения. Выдвинутая им гипотеза «точечного нагрева» основывалась на следующих положениях *):
- ионизирующие излучения обладают очень малой объемной плотностью по сравнению с видимым илн ультрафиолетовым светом энергетически эквивалентной дозы;
- фотоны рентгеновского или 7-излучения, ускоренные электроны или тяжелые заряженные частицы обладают огромной энергией, величина которой значительно превосходит энергию любой химической связи;
- облучаемый биологический объект, например клетка, состоит, с одной стороны, из относительно менее значимых н, с другой — весьма существенных для жизни микрообъемов и структур;
- в облучаемом объекте при поглощении относительно небольшой общей энергии в отдельных случайных и редкорасположенных микрообъемах остаются настолько большие порции энергии, что их можно сравнить с микролокальным нагреванием и они могут производить почти любые узколокальные изменения в веществе;
- так как распределение «точечного тепла» является чисто статистическим, то конечный эффект в клетке будет зависеть от случайных попаданий дискретных порций энергии в жизненно существенные микрообъемы внутри клетки. С повышением дозы увеличивается вероятность таких попаданий, и наоборот, прн понижении дозы вероятность снижается. Из этого следует, что любая самая малая доза может соответственно с малой вероятностью и, следовательно, малой частотой вызывать экстремальный биологический эффект (например, гибель клетки), но даже прн очень высокой дозе могут с малой вероятностью и малой частотой сохраниться отдельные неповрежденные клетки.
