Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Второе условие — независимость эффекта от мощности дозы и от того, какими частями она сообщалась объекту, — также выполняется на различных изученных системах.
О выполнении третьего условия — снижения эффективности излучения с ростом ЛПЭ — свидетельствуют многочисленные опыты, результат одного из которых представлен на рис. IV.7.
Трипсин подвергали воздействию 7-излучения и а-частиц полония (с энергией 5,25 МэВ) в сравнимых дозах. Во всем диапазоне использованных доз 7-излучение оказалось примерно вдвое более эффективным: доза ?>37 для. 7-излучения составляла 180 кГр, а для а-частиц — 320 кГр.
При одинаковой поглощенной дозе 7-излучение генерирует редко расположенные одиночные ионизации, а а-частицы — плотные колонны ионов, практически непрерывно следующие вдоль трека частиц. Если одиночной ионизации достаточно для инактивации макромолекулы, то а-частицы образуют множество «ненужных» ионизаций в пределах мишени, а большинство редко расположенных ионизаций, вызванных 7-излучением, эффективно и приводит к поражению большого числа молекул.
Если представление об одноударности процесса инактивации макромолекулы справедливо, то исходя из величины дозы JD37, можно определить параметры мишени — ее геометрические размеры и молекулярную массу (см. уравнение (Ш.9)).
Определение параметров мишени проводится на основании следующих рассуждений. Как мы видели в гл. III, в случае одноударного процесса теория мишени позволяет по характеру повреждения судить
об объеме V мишени при облучении 7-квантами (соотношение (ШЛО)),
Доза облучения, х 104 Гр
Рис. IV.7. Инактивация трипсина 7-излучением 60 Со (1) и а-частица-ми полония (2) в вакууме
138
Гл. IV. Прямое действие ионизирующих излучений
а a-излучение дает другую информацию — о поперечном сечении S мишени (соотношение (Ш.7)). В любом случае как объем, так и поверхность коррелирует с массой мишени М, а ее молекулярная масса может определяться независимо химическими методами. Сравнивая эти значения, можно подтвердить (или наоборот, опровергнуть) основные положения, выдвигаемые теорией мишени.
Рассмотрим это подробнее на примере облучения 7-квантами. Для этого связывают с массой мишени, например, соотношение (III. 10). Для оценок достаточно принять 1 jv = D37, и остальные расчеты относить только к этой дозе, если экспериментально определить число попаданий при одном и том же проценте выживающих объектов. Известно, что инактивация, снижающая число мишеней в е = 2,73 раза, создается облучением в дозе D37.
Пусть на образование пары ионов расходуется 32-34 эВ, а на рой из 2-3 пар ионов — около 110 эВ; скоплению ионов можно приписать в среднем энергию 75 эВ. Такое энерговыделение в среднем соответствует одному попаданию в мишень. Поскольку 1 Гр = 1 Дж/кг, а 1 эВ — это 1,602 • 10“19 Дж (определение единиц см. в начале гл. I), доза в 1 Гр соответствует выделению 6,24 ¦ 1015 эВ/r. Разделив эту величину на 75 эВ (определенная выше средняя энергия на одно попадание), получим число повреждений в мишени при дозе 1 Гр. Определив из эксперимента величину ?)37, найдем окончательно массу, на которую приходится одно повреждение, т. е. массу мишени. Зная массу мишени в граммах, легко определить и ее молекулярную массу умножением массы на число Авогадро.
На основании экспериментально установленных величин D37 были рассчитаны молекулярные массы мишеней, ответственных за инактивацию большого числа молекул. Во всех случаях, начиная от небольшой молекулы пенициллина, имеющей молекулярную массу около 105 дальтон, и до трансформирующей ДНК массой в 107 дальтон, наблюдается хорошее соответствие между молекулярной массой мишени и истинной молекулярной массой соответствующей молекулы.
Представление о корреляции этих двух характеристик дает рис. IV.8, где по оси абсцисс отложены истинные молекулярные массы веществ, а по оси ординат — молекулярные массы мишеней, ответственные за инактивацию соответствующих молекул.
107
106
3 ю5
к
3
*1*
ю3
Рис. 1V.8. Корреляция между молекулярной массой веществ, определенной физикохимическими методами (Мфиз .хим) и молекулярной массой мишени, ответственной за инактивацию (А^радиац)
4. Последовательность стадий прямого действия радиации
139
Если характеристики равны по величине, то пересечение проекций их значений в системе координат дает точку, лежащую на прямой, проходящей под углом 45°, как это в действительности и имеет место.
В большинстве случаев размер мишени близок к геометрическим размерам молекул, т.е. одиночное событие потери энергии в любой точке молекулы приводит к ее инактивации. Этот вывод имеет важное значение. Дальнейший биофизический анализ должен исходить из того факта, что в результате одиночного взаимодействия ионизирующей частицы и молекулы с затратой энергии около 75 эВ молекула белка или нуклеиновой кислоты утрачивает различные функциональные свойства.
Между двумя этими событиями — переносом дискретной порции энергии излучения на макромолекулу и ее инактивацией — происходит ряд последовательных физико-химических процессов, которые требуют детального описания.
