Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Подобные соображения стимулировали большое число исследований, посвященных математическому анализу экспериментальных кривых «доза-эффект». Методологической основой такого анализа послужил метод математического моделирования. Это сыграло большую положительную роль, но были и отрицательные моменты. В частности, высокая степень математизации исследований в радиобиологии в целом и радиационной биофизике привела во многих случаях к тому, что исследователи ограничились чисто формальной констатацией соответствия экспериментальных кривых тем или иным уравнениям без характеристики лежащих в их основе реакций изучаемых живых объектов на облучение.
Тем не менее следует отметить, что математическое моделирование стало мощным и эффективным средством интерпретации и прогнозирования влияния ионизирующих излучений на живые объекты.
В то же время, несмотря на эффективность математического моделирования, проявленную в научных исследованиях, и общепризнанные достоинства этого метода, в современной радиационной биофизике он применяется все еще недостаточно активно. Научный прогресс последних двадцати лет в информационно-технической области, связанный с повышением доступности ЭВМ и особенно с появлением персональных компьютеров во многих областях биологии сопровождался скачкообразным повышением интереса к математическому моделированию и появлению перспективных моделей, в первую очередь имитационных. Рискуя повториться, отметим, что к сожалению, это слабо коснулось исследований по изучению воздействия ионизирующих излучений на живые объекты.
До сих пор основная роль, которая отводится математическому моделированию в радиационной биофизике — это формализованная трактовка механизмов воздействия радиационных излучений с помощью аналитических моделей. Остались практически невостребованными имитационные математические модели, которые позволяют изучать и прогнозировать поведение объекта в сложной временной и пространственной динамике при постоянно меняющихся условиях (например, уровня излучения, концентрации веществ, модифицирующих действие излучения и т.д.).
Такое отставание объясняется сложностью явлений, изучаемых в радиобиологии, отсутствием достаточно полного объема исходной количественной информации и ее разрозненностью. Эта проблема может быть отчасти решена в рамках компьютеризации исследований, подразумевающей, в числе прочего, создание баз данных по результатам экспериментальных исследований в этой области, их последующий анализ и построение адекватных математических моделей. Развитие
2. Математическое моделирование радиобиологических эффектов 125
и повышение доступности вычислительных средств также должны создать предпосылки к более активному использованию метода математического моделирования как в фундаментальной, так и в прикладной областях радиационной биофизики и радиобиологии.
Приведенный в данной главе биофизический анализ зависимости эффектов от поглощенной клеткой дозы ионизирующих излучений позволяет оценить параметры структур — мишеней и получить необходимые сведения о характере первичных физических событий (попаданий). Понятно, что такой анализ все же не позволяет раскрыть последовательности событий, приводящих к поражению мишени в результате попаданий.
Вопросу последовательного развития событий при лучевом воздействии на молекулы и клетки посвящены следующие главы данной книги.
Глава IV
ПРЯМОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Главная задача радиационно-биофизических исследований, как отмечалось, заключается в раскрытии последовательной цепи событий, начиная от поглощения энергии излучения до поражения мишени, а затем и изменений всего облучаемого объекта. Из-за высокой энергии, дискретно поглощаемой в клетке, и отсутствия избирательного действия ионизирующее излучение способно вызвать изменение любой молекулы, любой биологической системы. Для радиационной биофизики основной трудностью является установление (в сложной иерархии возникающих или уже возникших многочисленных, постоянно меняющихся во времени, молекулярных повреждений) в клетке «запального», ведущего механизма в формировании лучевого поражения, установление причинно-следственной связи в сложной цепи событий, формирующих зависимость «доза-эффект».
По-видимому, наиболее логично начать изучение лучевых радиационных эффектов с наиболее простого — с непосредственного (прямого) облучения интересующих биологов макромолекул и оценки последовательности возникающих изменений.
Однако при этом мы все же не будем застрахованы от того, что наблюдаемые изменения могут в точности не проявиться в более сложных системах, например в облученной клетке, или даже просто в облученных растворах. Необходимо это предвидеть и все же сделать первые шаги по тернистой, и вместе с тем увлекательной дороге исследований радиационной биофизики.
1. О прямой и непрямой радиационной инактивации макромолекул
В результате облучения макромолекул их биологические функции могут полностью или частично утрачиваться. В этом случае говорят об инактивации макромолекул ионизирующей радиацией. Инактивация макромолекулы может произойти в результате прямого либо опосредованного действия ионизирующего излучения.
