Модификация радиочувствительности. Кислородный эффект

Вещества, введенные в организм перед облучением и ослабляющие летальный эффект облучения, называю радиопротекторами. Альтернативой радиопротекторам являются радиосенсибилизаторы - вещества, усиливающие лучевое поражение. Модифицирующие средства - как радиопротекторы, так и радиосенсибилизаторы применяются и действуют только перед и во время облучения при обязательном условии, что сами они не влияют на жизнеспособность модифицируемого объекта.

Модификаторами могут быть химические и физические факторы. Химические модификаторы непосредственно взаимодействуют с продуктами радиационно-химических реакций, свободными радикалами, ионами. Физические факторы могут непосредственно влиять на ход радиационно-химических реакций, а также влиять на физиологическое состояние клетки и организма в целом, определяя характер развития лучевого поражения. Существуют модификаторы, воздействующие на развитие лучевого поражения и на активность репарационных систем клетки, интенсивность репопуляции и регенерации.

Для оценки радиомодифицирующего эффекта, вне зависимости от избранного показателя поражения могут быть использованы четыре критерия:

§ Абсолютная величина эффекта - разность между показателями в опыте и контроле.

§ Индекс эффекта - отношение показателей в опытной и контрольной группах.

§ Фактор изменения дозы (ФИД) - отношение двух равноэффективных доз: в числителе доза в опыте; в знаменателе - доза в контроле.

§ Коэффициент модификации - отношение разности между удельной поражаемостью в контроле и в опыте к удельной поражаемости в контроле.

Единой теории, трактующей механизм различной радиоустойчивости и модифицируемости различных организмов пока нет, однако разработан ряд гипотез.

Бельгийскими радиобиологами З.Баком и А. Александером была предложена гипотеза «биохимического шока», под которым понимают тяжелое расстройство функций организма, вызванное действием модифицирующего фактора. Радиоустойчивость клетки может возрастать из-за блокировки механизма «биохимического усиления» лучевого поражения, т.к. в этом случае более полно может проявится эффект репарации потенциально летальных повреждений клетки.

Согласно сульфгидрильной гипотезе, модификация радиочувствительности связана с наличием в клетке эндогенных тиолов, которые на начальных этапах лучевого поражения реагируют со свободными радикалами, возникающими при облучении.

Гипотеза эндогенного фона радиорезистентности (Ю.Б. Кудряшов, Е.Н. Гончаренко) связывает радиоустойчивость организма с наличием в клетках веществ, влияющих на развитие первичных лучевых реакций. К таким вещества относят тиолы, гистамин, серотонин, адреналин, норадреналин. К веществам, усиливающим лучевое поражение, относят продукты перекисного окисления липидов, гидроперекиси и перекиси высших ненасыщенных кислот. Модификация радиочувствительности определяется воздействием на уровень эндогенных радиопротекторных и радиосенсибилилизирующих веществ.

Кислородным эффектом называют явление усиления лучевого поражения в присутствии кислорода по сравнению с эффектом облучения в анаэробных условиях (рис. 8).

 

 

 

Рис. 8. Кривые выживаемости клеток, подвергнутых облучению: 1 – в воздухе, 2 – в азоте (Ярмоненко, 1984).

 

Кислородный эффект – универсальное явление в радиобиологии – обнаружен на всех уровнях биологической организации. Механизм радиомодифицирующего действия кислорода до конца не ясен. Наиболее признанной является следующая точка зрения: являясь бирадикалом, кислород активно взаимодействует с радикалами биологических макромолекул, образующимися при лучевом воздействии, с образованием перекисей и гидро перекисей. Результатом такого взаимодействия является «фиксация» возникших в макромолекулах потенциальных повреждений, что затрудняет или делает невозможной репарацию повреждений. Потенциальными называют лучевые изменения макромолекул, которые сами по себе не ведут к потере их активности, но, будучи фиксированы кислородом, переходят в явные повреждения.

Количественным выражением радиомодифицирующего действия кислорода является ФИД, который в данном случае называется коэффициентом кислородного усиления - ККУ. Величина ККУ обычно не превышает трех.

Кислородный эффект, как и действие других химических модификаторов поражения, наиболее выражен при действии редкоионизирующих излучений. С повышением ЛПЭ величина кислородного эффекта быстро уменьшается и при облучении, например, a-частицами становится равным нулю.

Радиосенсибилизирующее действие кислорода при облучении животных клеток может проявиться только в том случае, если он присутствует непосредственно в момент облучения. В опытах с клетками китайского хомячка было получено, что подача кислорода к клеткам всего через 0.3мс после облучения снижала ККУ с 2.6 до 1.5.

В 50-х годах Л.Г. Греем с сотрудниками экспериментально была установлена зависимость кислородного эффекта от концентрации кислорода (рис. 9).

 

Рис. 9. Зависимость радиочувствительности клеток от концентрации кислорода (% от атмосферного) (Ярмоненко, 1984)

 

Радиочувствительность максимальна при концентрации кислорода » 21% и не увеличивается при увеличении [O₂].

Связь между концентрацией кислорода во время облучения и радиочувствительностью может быть описана зависимостью:

S(O₂)/S(N₂)=(m[O₂] + K/([O₂] + K),

Где: [O₂] – концентрация кислорода в среде; m –величина ККУ; К – константа, равная концентрации кислорода, при которой радиочувствительность данного объекта является промежуточной между максимальной и минимальной; S(O₂) и S(N₂) – радиочувствительность при облучении в присутствии кислорода и в условиях аноксии соответственно.

На степень выраженности кислородного эффекта влияют условия пострадиационного культивирования клеток. В.И. Корогодиным было показано, что аэрация клеточных культур после облучения усиливает репарационные процессы в облученных клетках. Снижение содержание кислорода в среде культивирования облученных клеток приводило к «фиксации» и проявлению потенциальных повреждений - снижению уровня репарации облученных клеток.

Таким образом, при лучевом поражении биологических объектов кислород, по выражению С.П. Ярмоненко, выступает в роли двуликого Януса – с одной стороны, усиливает первичные процессы поражения; с другой – облегчает восстановление.