Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
2. Математическое моделирование радиобиологических эффектов 111
Данная концепция в большей степени соответствовала представлениям о стохастичности биологических процессов, но не позволила объяснить многие закономерности различных проявлений действия излучений на клетки, причем все возникающие затруднения были связаны с первым из этих предположений.
III. Для снятия противоречий в вышеописанных подходах и дальнейшего продвижения вперед в математическом моделировании реакций клеток на облучение Капульцевичем были сформулированы два следующих компромиссных положения:
- разные облученные клетки поражаются в различной степени в соответствии с принципом попадания, но каждое повреждение проявляется с вероятностью меньшей единицы, например, вследствие работы соответствующих компенсаторных систем, так что выживаемость клетки определяется степенью ее поражения по вероятностному закону;
- облучение приводит к уменьшению вероятности Р успешного деления клетки, но эта вероятность неодинакова для разных клеток облученной популяции вследствие тех или иных причин, например биологической изменчивости или неравномерного распределения поглощенной энергии излучений.
Модель, в основу которой легли данные положения, учитывающая как принцип попадания и теорию мишеней, так и некоторые положения биологической стохастики, была названа Ю. Г. Капульцевичем (1978) «вероятностной» моделью радиационного поражения клетки. Модели первых двух групп являются частными случаями ¦вероятностной» модели.
В рамках каждой из упомянутых трех групп было построено большое количество моделей. Постепенное накопление количественной информации обуславливало эволюцию от простейших моделей к более сложным, учитывающим влияние вновь обнаруженных факторов. Ярким примером этому служит семейство моделей выживания клеток, подвергающихся воздействию ионизирующего излучения, описывающих кривые типа «доза-эффект». По мере совершенствования представлений о механизме рассматриваемого процесса, например обнаружения репарационных процессов в живых объектах или формирования представлений о дискретной природе ионизирующего излучения, совершенствовались и математические модели, описывающие его. В свою очередь, неполное соответствие расчетных кривых экспериментальным побуждало исследователей к дальнейшим поискам недостающей информации о процессе инактивации облученных клеток.
112 Гл. III. Зависимость биологического эффекта от поглощенной дозы
2.4. Некоторые нетрадиционные подходы к построению
радиобиологических моделей
Помимо традиционно широко используемого в радиационных исследованиях аналитического моделирования, развитие новых подходов в математическом моделировании биологических объектов неизменно находило и находит применение в радиобиологии. Рассмотрим два таких примера.
2.4.1. Имитационное моделирование в радиобиологии
Учитывая сложность процессов, происходящих в живых объектах под воздействием ионизирующих излучений, можно утверждать, что имитационное моделирование в радиобиологии имеет многообещающие перспективы при решении разнообразных исследовательских и прогностических задач. Так, реализации моделей, отнесенных Г.М.Обатуровым (1987) к «системным*, т.е. рассматривающим радиобиологические эффекты одновременно на различных уровнях биологической организации, оказываются весьма эффективными в виде имитационных моделей.
Использование метода имитационного моделирования позволяет разбивать такие многофакторные процессы, как, например, выживание клеток, на ряд более простых процессов, параметры которых имеют конкретный биофизический смысл и могут быть получены в ходе специально поставленных экспериментов. В таких моделях удобно менять условия облучения и жизнедеятельности изучаемых объектов, с легкостью переходить с одного уровня организации живой системы на другой (например, с молекулярного на субклеточный, а далее на клеточный) и т. д.
Подобная модель может быть реализована в виде блоков, вложенных друг в друга (рис. Ш.8) и, в свою очередь, состоящих из отдельных компартментов, связанных между собой энергетическими, вещественными или информационными связями.
Рис. III-8. Примерная схема построения имитационной модели облучаемого объекта
2. Математическое моделирование радиобиологических эффектов 113
Такая форма реализации модели позволяет учесть специфику воздействия облучения на различные уровни организации живой материи, составляющей объект, на различных временных этапах. Именно имитационное моделирование обладает необходимым аппаратом для рассмотрения в динамике одновременно двух тесно связанных между собой сложнейших процессов — передачи энергии ионизирующих излучений и лучевых повреждений отдельных компонентов и объекта в целом, происходящих в трехмерном пространстве (при временной динамике процессов говорят даже о четырехмерном пространстве).
Следует констатировать, что существующие радиобиологические имитационные модели посвящены, как правило, рассмотрению какого-либо одного иерархического уровня. По всей видимости, появление более сложных по структуре моделей, построенных по схемам, аналогичным приведенной на рис. III.8 — дело ближайшего будущего.
