Лекция (3) (1123237), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В1912 г. вГерманииH.Swartz обратилвниманиенато, чтореакциякожинаоблучениеуменьшается, еслитубусрентгеновскойтрубкиилирадиевыйаппликаторплотноприжатыккоже. Позднеевыяснилось, чтоэтоуменьшениелучевойреакциикожиобусловленопрекращениемкровотокаи, следовательно, пониженнымсодержаниемкислородавэтихучасткахкожи.2. В1921 г.
H.Holthusen обнаружил, чтояйцааскарид(паразитическиекруглыечерви) болееустойчивыкоблучению вотсутствиикислорода.3. В1921-1923 гг. E.Petry показалчтосеменарастенийиихпроросткивбескислороднойсредеболееустойчивыкоблучению, чемвприсутствиикислорода.КоэффициенткислородногоусиленияДляколичественнойоценкилюбогорадиомодифицирую-щегоэффекта используют т.н. «фактор изменения дозы» (ФИД;Dose Reduction Factor – DRF), который рассчитывают какотношениеравноэффективныхдозоблучениявприсутствиииотсутствиирадиомодифицирующегоагента.При этом независимо от направления модифицирующеговоздействия(т.е.
усиленияилиослаблениялучевогоэффекта)обычноберетсяотношениебольшейдозыкменьшей.ВслучаекислородногоэффектавеличинуФИДчастоназывают«коэффициентом кислородного усиления» (ККУ; OxygenEnhancement Ratio –OER).РасчетККУприоблученииживотныхККУприоблученииживотныхрассчитываетсякакотношениеЛД50 вусловияхгипоксиикЛД50 внормальныхусловиях(т.е.
навоздухе):Криваягибелиживотныхпослеоблучениявусловияхгипоксиисдвигаетсявобластьболеевысокихдоз.ЗначенияККУприоблученииживотныхПриоблученииживотныхзаметноеснижениерадиочувствительности, посравнениюснормальныматмосфернымвоздухом, наблюдаетсяначинаяс10%-ногосодержаниякислородавдыхательнойсмесииниже.Длямышейикрысминимальнымпереносимымсодержаниемкислородавдыхательнойсмеси, нижекоторойонигибнут,является5%.МаксимальноезначениеККУпригипоксиидляэтихживотныхнепревышает2-2,5.Длительностькислородногоэффектауживотныхневелика,т.е. защитноедействиегипоксииснижаетсяпридлительномнахождениивгипоксическихусловиях.РасчетККУприоблучениикультивируемыхклеток(1)ВэкспериментахнакультивируемыхклеткахимикроорганизмахзначенияККУрассчитывают2-мяразнымиспособами, дающиминесколькоразличающиесязначенияККУ.Способ1.
ККУрассчитываетсякакотношениеравноэффективныхдозоблучения, т.е. дозприводящихкодинаковойвыживаемостиприаноксии(илигипоксии) ивнормальныхусловиях(т.е. навоздухе).ОбычноККУрассчитываютприуровневыживаемости(т.е. доливыживших) 0,01.Иногдарасчетпроводятипридругихуровняхвыживаемости.НаприведенномрисункеККУравенХ2/Х1,т.е.
кислородповысилрадиочувствительностьклетоквХ2/Х1 раз.РасчетККУприоблучениикультивируемыхклеток(2)Способ2. ККУрассчитываетсякакотношениедозD0 прианоксии(илигипоксии) ивнормальныхусловиях(т.е.навоздухе):ЗначенияККУприоблучениикультивируемыхклетокОбычноККУвэкспериментахнакультивируемыхклеткахимикроорганизмахдостигаетзначений3-3,5.Врадиобиологииподобныерадиомодифицирующиеэффектысчитаютсяоченьсильными, т.е. кислородявляетсявесьмаэффективнымрадиосенсибилизатором.КислородныйэффектприоблучениимакромолекулвсухомсостоянииКислородныйэффектобнаруженнетольконаклеточномиорганизменномуровне, ноивэкспериментахсоблучениембиологическихмакромолекулвсухомсостоянии.Основныерезультатыполучены,главнымобразом, сферментамиинуклеиновымикислотами, причёмнаиболееважныеиоднозначныеданныебылиполученыпоинактивацииферментов.Кислородныйэффектпочтивсегданаблюдаетсяприоблучениисухихмакромолекул.ОбратныйкислородныйэффектприоблученииразбавленныхводныхрастворовмакромолекулОднако, приоблучениимакромолекулвразбавленныхводныхрастворах(т.е.
вусловиях,когдапреобладаетнепрямоедействие) кислородныйэффектможетбытьоченьслабымилиполностьюотсутствовать.Болеетого, возможендажезащитныйэффекткислорода(т.н.обратныйкислородныйэффект), чтобылопродемонстрировано,например, приоблучениирастворовтрипсина: егорадиочувствительностьватмосферекислородаоказаласьв3разаниже, чемватмосфереазота.КислородныйэффектнакультивируемыхклеткахпридействииразныхвидовионизирующихизлученийНаиболеечеткокислородныйэффектнакультивируемыхклеткахнаблюдаетсяприоблученииредкоионизирующимиизлучениями(γ- ирентгеновским). Приоблученииплотноионизирующимиизлучениямикислородныйэффектгораздоменеевыражен(вслучаенейтронногоизлучения) илиполностьюотсутствует(вслучаеαизлучения).Нарисункепредставленыразличныевариантыпроявлениякислородногоэффектавзависимостиотприменяемоговидаионизирующегоизлучения–рентгеновского, нейтронного(15 МэВ) иα-излучения(2,5 МэВ).
Каквидноизрисунка, самоевысокоезначениеККУнакультивируемыхклеткахчеловеканаблюдаетсяпридействиирентгеновскогоизлучения.ЗависимостьККУотЛПЭионизирующегоизлученияБолееподробнозависимостьККУотЛПЭионизирующегооблученияприоблучениикультивируемыхклетокпочкичеловекапредставленананижеприведенномрисунке.Видно, чтоприувеличенииЛПЭс1,3 кэВ/мкмдопримерно60 кэВ/мкмККУмедленноснижаетсяс2,7 до2,1. ПридальнейшемповышенииЛПЭККУснижаетсяболеерезкоидостигает1 приЛПЭ=160 кэВ/мкм(соответствуетЛПЭα-излучениясэнергией2,5 МэВ).ВозможныепричиныснижениякислородногоэффектаприповышенииЛПЭизлучения(1)Существуетнесколькообъясненийснижениякислородногоэффектапридействииплотноионизирующегоизлучениянаклетки.1-еобъяснение. Придействииплотноионизирующегоизлученияколичествоодномоментнопроисходящихпопаданийвмишеньтаквелико, чтопоражениемишенидостигаетмаксимальногоуровняистановитсянеобратимымдажевбескислородныхусловиях(т.е.
усиливатьрадиационныйэффектуженекуда, онитакмаксимальный).ВозможныепричиныснижениякислородногоэффектаприповышенииЛПЭизлучения(2)2-еобъяснение. Придействииплотноионизирующегоизлученияврезультатедополнительныхреакцийвторичныхпродуктоврадиолизаводыобразуетсякислород. Этоприводитктому, чтореальныханоксическихусловийприоблученииплотноионизирующимизлучениемсоздатьневозможно.Дополнительныереакциисучастиемвторичныхпродуктоврадиолизаводыстановятсявозможны,посколькуплотностьрадикалов, возникающихпридействииплотноионизирующегоизлучениягораздовыше, чемпридействииредкоионизирующегоизлучения. Так, вчастности, повышаетсявероятностьосуществленияреакциирекомбинации2-хгидроксильныхрадикаловиреакциигидроксильногорадикаласперекисьюводородасобразованиемперекисногорадикала:иПридействииредкоионизирующихизлученийвероятностьосуществленияпоследнейреакцииоченьнезначительна(т.к.
дляееосуществленияфактическинеобходимообразованиеприрадиолизеводы3-хблизкорасположенныхдругкдругугидроксильныхрадикалов, чтооченьмаловероятнодляРЕДКОионизирующегоизлучения).Образовавшийсяперекисныйрадикалможетпривестикобразованиюкислородапоследующимреакциям:иЗависимостьККУотсодержаниякислородаприоблученииклетокНаклеточномуровнезависимостькислородногоэффектаотсодержаниякислородаподробнабылаисследованав50 егодыпрошлогостолетияЛ. Греемссотрудниками(экспериментыпроводилисьнадрожжах, бактерияхиклеткахмлекопитающихвкультуре).Графическоеизображениеэтойзависимости(т.н.
кривойГрея) представленонарисунке. НавоздухеККУравенпримерно3 (т.е.радиочувствительностьужемаксимальна) иневозрастаетприповышенииконцентрациикислорода.Присниженииконцентрациикислородасо159 ммрт. ст. (воздух) до30 ммрт. ст. ККУснижаетсяоченьнезначительно. Авотвдиапазонеот20 ммрт. ст. до0 ммрт. ст. ККУснижаетсяоченьрезко. Припарциальномдавлениикислорода3 ммрт. ст.
(чтосоответствует0,4%-номусодержаниюкислорода) ККУравенпримерно2.Первоначальныепредставленияофизико-химическоммеханизмекислородногоэффектаПервоначальновысказывалисьпредположения, чтокислородныйэффектнафизико-химическомуровнеобусловленпоявлениемболееактивныхпродуктоврадиолизаводыв•присутствиикислорода, аименносупероксиданионрадикалаO2–иперекисногорадикалаHO2•.Однако, позжебылопоказано, чтореакционнаяспособностьэтихрадикаловнепревышаетреакционнойспособностидругихосновныхпродуктоврадиолизаводы, возникающихвотсутствиикислорода.ГипотезакислороднойфиксацииВ1956 г.
Т. АльпериП. Говард-Фландерсвысказалигипотезуомеханизмекислородногоэффекта, основаннуюнаследующихположениях:а) врезультатеоблучениямишениобразуетсяееактивированноесостояние;б) этоактивированноесостояниемишенисуществуетвтечениеоченькороткоговремени(несколькомиллисекунд, неболее20 мс), азатеммишеньвозвращаетсявстабильноесостояние(т.е. восстанавливается);в) вактивированномсостояниимишеньявляетсяоченьреакционноспособнойпоотношениюккислороду;г) есливовремяоблучениявсредеприсутствуеткислород, томишеньвактивированномсостояниивзаимодействуетснимсобразованиемперекиси(гидроперекиси), т.е. происходитпероксидациямишени;д) пероксидациямишениприводиткпотерееефункциональныхсвойств(например,ферментативнойактивностиит.д.) изатрудняетеерепарацию(например, умолекулыДНК) иливовседелаетееневозможной.
Повреждениестановитсянерепарируемым. Инымисловами, кислородзакрепляет(«фиксирует») повреждениемишени.Описаннуюгипотезуомеханизмекислородногоэффектачастоназывают«гипотезойкислороднойфиксации» или«гипотезойпероксидациимишени».ЗначениекислородногоэффектаприрадиотерапииопухолейИсследованиекислородногоэффектаимеетнетолькотеоретическое, ноибольшоепрактическоезначение.Вчастности, этоявлениенеобходимоучитыватьприрадиотерапиизлокачественныхновообразований.Понятно, чтоцельрадиотерапии–убитьопухолевыеклеткиикакможноменьшеповредитьнормальныеткани, окружающиеопухоль.Однако, применениюоблучениядляудаленияопухолипрепятствуеттотфакт, чтосущественнаячастьпопуляцииклетокопухолиявляетсягораздоболееустойчивойкдействиюоблучения.Этосвязаностем, чтовопухоляхимеютсягипоксическиезоны, возникающиеврезультатегораздохудшегоснабженияопухоликровьюпосравнениюснормальнымитканями, чтопроисходитпоследующимпричинам:1) росткапиллярнойсетинепоспеваетзабыстрымростомопухоли;2) быстроеделениеклетокопухолиприводиткпериодическомусдавливаниюимеющихсятамкапилляровипрекращениюкровотока.Парциальноенапряжениекислорода(рО2) вгипоксическойзонеопухолиможетсоставлять1 10 ммрт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
