Коэффициенты относительной биологической эффективности

Вид излучения	ФРЭ
Рентгеновы лучи	1
лучи	1
лучи	10
Быстрые и медленные нейтроны (n)	3-20
Протоны (p)	10

Коэффициенты свидетельствуют о том, что, например, био­логическое действие (а следовательно, и патогенетическое) у альфа-излучения в 10 раз сильнее выражено, чем у рентгеновских и гамма-лучей. Исследования показали, что патогенетическое действие нейтронов на органы кроветворения примерно в 3 ра­за интенсивнее по сравнению с рентгеновскими лучами. При хроническом облучении нейтронами коэффициент от­носительной биологической эффективности еще больше возра­стает.

Величинами ОБЭ приходится пользоваться при оценке ре­зультатов смешанного облучения (например, гамма-лучами и нейтронами) и для определения полученной суммарной дозы, выражаемой в условных биологических рентген-эквивалентах (БРЭ).

Различное биологическое действие зависит главным обра­зом от плотности ионизации (от удельной ионизации). Под термином «удельная ионизация» понимают количе­ство ионов, которое образуют ионизирующие частицы на еди­ницу пути. Как правило, чем выше проникающая способность и больше длина пробега ионизирующих частиц, тем меньшая создается плотность ионизации.

Проникающая способность и плотность ионизации различных видов излучений с энергией 2 Мэв

Вид излучения	Длина пробега в воздухе (в м)	Плотность ионизации (число ионов на 1 мм)
-лучи	0,01	6000
-лучи	10	6
-кванты	~600	0,1

Проникающая способность -излучения в тканях орга­низма не велика и особенно мала у альфа-излучения (доли миллиметра). Вследствие этого на ограниченных участках действия создается большая плотность ионизации (особенно от альфа-излучения), вызывающая значительные изменения в различных тканях в зависимости от локализации облучения. Этим определяются многие особенности патогенетического действия данных видов излучения.

Различие биологического действия не всегда можно объ­яснить только плотностью ионизации. Несмотря на одинаковую дозу при равной интенсивности, эффективность нейтронного облучения, как уже указывалось, во много раз выше (особен­но при хронических воздействиях) по сравнению с гамма-излучением и лучами Рентгена. Причины этого различия не всегда ясны.

Первичное действие ионизирующей радиации

Начальным этапом действия ионизирующих излучений яв­ляется процесс ионизации. Ионизации могут подвергаться все элементы организма. Вода, составляющая основную массу организма играет определяющую роль в процессах ио­низации. Ионизированные частицы воды в присутствии кис­лорода ведут к образованию химически активных продуктов расщепления в виде свободных радикалов. Среди них наиболь­шее значение имеют атомарный водород (Н), гидроксил (ОН), гидропероксид (НO₂) и перекись водорода (H₂O₂).

Кратковременно живущие (только в момент действия ио­низирующей радиации) свободные радикалы вызывают воз­никновение цепных химических реакций. Свободные радикалы вступают во взаимодействие с наиболее реактивными белковыми структурами ферментных систем, а именно с сульфгидрильными группами (SH), и переводят их в неактивные дисульфидные группы (S=S). Окисление сульфгидрильных групп белковых молекул мо­жет быть представлено в следующем виде:

2R—SH + 2OH == R—S—SR— + 2H₂O

2R—SH + 2O₂H == R—S—SR— + 2H₂O₂

2R—SH + H₂O₂ == R—S—SR— + 2H₂O

В результате такого окисления происходит нарушение ка­талитической активности важнейших тиоловых ферментных систем, участвующих главным образом в синтезе нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот. Установлено, что после облу­чения в тканях организма происходит уменьшение дезоксирибонуклеиновой кислоты и нуклеопротеидов.

Приведенное выше положение о роли свободных радика­лов в биологическом и поражающем действии ионизирующей радиации косвенно подтверждается фактами, свидетельствую­щими о повышении резистентности организма к действию ионизирующей радиации при понижении парциального давле­ния кислорода и при условиях, ведущих к гипоксии в орга­низме, т. е. тогда, когда возможность образования свободных радикалов резко снижается. Облучение мышей или крыс, на­ходящихся в среде с 5—7% кислорода, ведет к резкому повы­шению их выживаемости даже при применении абсолютно смер­тельных доз облучения. Точно та­ким же защитным действием обладают метгемоглобинобразователи и яды, угнетающие тканевое дыхание (например, KCN).

Наиболее эффективные современные средства химической защиты (цистеин, -меркаптоэтиламин и др.), будучи внутривенно введены в организм за несколько минут до облучения, действительно оказывают защитный эффект, как это было по­казано на мелких лабораторных животных.

Предполагают, что тиоловые соединения представляют собой материал для окисляющего действия радикалов ионизированной воды и на этом основана их «защита»; другое мнение заключается в том, что защитное действие этих ве­ществ не прямое, а основано в конечном итоге на явлениях возникающей при этом гипоксии или на замещении недоста­ющих сульфгидрильных групп и активации тиоловых фермент­ных систем.

Теория радиохимического действия свободных радикалов, образующихся из воды, находит косвенное подтверждение и в том, что радиорезистентность облучаемых биологических субстратов повышается при уменьшении в них содержания воды. Например, кристаллические ферменты и водные раство­ры ферментов проявляют совершенно различную чувствитель­ность к облучению последние более чувствительны. Зерно более радиорезистентно, чем проросший стебель, и т. д.

Важным внешним фактором, от которого зависит чувствительность биологических объектов к облучению, является напряжение кислорода в них. При облучении биологических объектов в отсутствие кислорода или при его пониженном давлении действие облучения, при про­чих равных условиях, будет менее выраженным, чем при нормальном напряжении кислорода. Иными словами, биологические Объекты при недостатке кислорода стано­вятся менее чувствительными к облучению. Таким пу­тем радиочувствительность можно снизить в два-три раза.

Свойством повышать радиочувствительность клеток, помимо кислорода, обладает окись азота (NO), что по­казано в опытах с дрожжами и бактериями. С другой стороны, закись азота (N₂O) понижает, как и некоторые инертные газы, чувствительность к облучению.

Кислородный эффект проявляется в отношении са­мых разнообразных показателей воздействия ионизи­рующего излучения на живые объекты: выживаемости, торможения роста, а также морфологических и биохи­мических изменений в клетках. Повышение чувствительности к облучению с возрастанием давления кислорода имеет свой предел: содержание кислорода во вдыхае­мом воздухе выше 20% уже не влияет на чувствитель­ность. Кислородный эффект мало выражен или совсем отсутствует при облучении -частицами или прото­нами, т. е. излучением с большой плотностью ионизации.

Вероятно, наиболее близким к истине будет предпо­ложение, что от наличия кислорода в среде зависит на­правление начальных химических реакций, возникаю­щих в результате ионизации в воде. Ранее указывалось, что в воде, в которой растворен кислород, образуется радикал HO₂. Это предположение подтверждается от­сутствием кислородного эффекта при облучении альфа-частицами и протонами, так как радикал HO₂ в этом случае образуется и в бескислородной среде. Понятно также, почему для кислородного эффекта важно, чтобы недостаток кислорода ощущался именно в момент облу­чения, а не до или после него. Ведь радикалы образуют­ся и исчезают, участвуя в первичных химических реак­циях, всего за 10^-5 — 10^-6 сек.

При недостатке кислорода в клетке не будет образовываться радикал RO₂, т. е. органические перекиси. Поэтому при последующих реакциях в клетках будет меньше накапливаться ненормальных продуктов обме­на. Объяснение механизма кислородного эффекта осложняется еще тем, что этот эффект наблюдался и при облучении сухих биологических объектов. Напри­мер, сухие семена ячменя облучали -лучами в кислороде, затем проращивали. На седьмой день изме­ряли высоту проростков. То же делали с семенами, облученными в бескислородной среде. В первом случае чувствительность семян была в 8 — 9 раз выше, чем во втором.

Несмотря на приведенные выше факты, вопрос о первичном действии ионизирующей радиации посредством ио­низации воды и возникновения окисляющих радикалов не мо­жет считаться окончательно решенным. Кратковременно живущие (доли секунд) свободные радикалы обеспечивают длительные радиохимические процессы. При применении даже смертельных доз облучения от момента воз­действия ионизирующей радиации до периода развития луче­вой болезни проходит некоторое время (одна-две недели). В связи с этим Б. Н. Тарусов и предложил гипотезу возник­новении цепных, самоускоряющихся реакций. Расчетные данные показывают сравнительно ничтожные количества поглощенной энергии, которая, по мнению некото­рых авторов, недостаточна для образования значительных ко­личеств окисляющих радикалов. Вызывает сомнение то, что радиохимические процессы, совершающиеся в воде, яв­ляются единственным механизмом, посредством которого ио­низирующая радиация оказывает свое действие на живые био­логические структуры.

Тем не менее теория непрямого действия ионизирующей радиации через образовавшиеся продукты радиолиза воды - наиболее обоснованная схема первичного биологического действия ионизирующей радиации.