2. Теории косвенного и прямого действия

В настоящее время в радиобиологии существуют две концепции действия радиации на живые организмы. Чаще они называются теориями косвенного и прямого действия.

Согласно первой из них, ионизация, вызванная излучением, происходит в особых молекулах, входящих в состав чувствительных областей клеток. Их всех первичных процессов, происходящих в них под действием радиации, играют ионизация и связанные с ней химические изменения. Под действием ионизирующих излучений в воде образуются катионы и анионы:

Н₂О  Н₂О⁺ + е^-

Н₂О + е^- Н₂О^-

Эти ионы отличаются от ионов воды, образующихся в естественных условиях в процессе электролитической диссоциации. Они характеризуются неустойчивой электронной структурой, так как имеют нечетное число электронов на внешней орбите и свободную валентность. По этим причинам эти ионы не могут долго существовать и быстро диссоциируют с образованием свободных радикалов.

Положительный ион (катион) воды диссоциирует на протон и свободный радикал гидроксила: Н₂О⁺  Н⁺ + ОН^•

А отрицательный ион (анион) воды образует при диссоциации свободный радикал водорода (атомарный водород) и анион гидроксильной группы:

Н₂О^-  Н^• + ОН^-

Свободные радикалы водорода и гидроксила обладают очень высокой химической активностью и не могут существовать длительное время. Поэтому они

начинают взаимодействовать как между собой, так и с другими биологически

важными молекулами:

1). Н^• + ОН^•  Н₂О 2). Н^• + Н^•  Н₂↑

3). ОН^• + ОН^•  Н₂О₂ 4). ОН^• + ОН^•  Н₂О + О↑

Свободные радикалы, перекись водорода и атомарный кислород обусловливают химические изменения в различных частях клеток, которые приводят к развитию радиобиологических эффектов.

До открытия свободных радикалов воды радиобиология объясняла действие радиации на живые клетки прямым эффектом.

В конце 20-х - начале 30-х г.г. прошлого столетия Дж. Кроутер (Кроузер), а также Ф. Хольвек и А. Лакассань, анализируя кривые зависимости эффекта (гибель клеток) от дозы облучения, для объяснения его вероятностного характера вводят представление о наличии в клетке особого чувствительного объёма - «мишени». Попадание ионизирующей частицы в «мишень» и вызывает наблюдаемый эффект.

При изучении действия радиации на простейших и биологически активные молекулы Кроутер установил, что зависимость их инактивации от величины дозы облучения носит экспоненциальный характер. То есть, эффективность облучения резко падала, когда погибало около 90% объектов, а для оставшихся 10 % необходимо было увеличить дозу в 2 раза. Это объяснялось тем, что вероятность попадания ионизирующих частиц или квантов в неповрежденные объекты уменьшается, так как в среде их содержание уменьшается в 10 раз от начального количества. На основе этой зависимости Кроутер пришел к выводу, что инактивация клеток или молекул происходит в результате одного попадания (одноударный механизм).

Теория «мишени» как формальное обобщение многих наблюдаемых явлений была окончательно сформулирована английским учёным Дугласом Ли (1946), немецким учёным К. Циммером и нашим выдающимся соотечественником биологом-эволюцио-

нистом, генетиком, одним из основателей радиобиологии Николаем Владимировичем Тимофеевым-Ресовским (1947).

Д. Ли в своих исследованиях развил гипотезу Кроутера и также сформули-

ровал новое положение о многоударном механизме поражения. Он предположил, что в клетках имеются особо чувствительные места, т.е. мишени, при попадании в которые частиц или квантов происходит инактивация ферментов или гибель клеток.

Было установлено, что оно вызвано не только попаданием самой частицы в клеточные структуры, но также и действием других факторов: температуры, содержанием воды и кислорода, рН среды и наличием защитных веществ-радиопротекторов.

Среди первых радиопротекторов были, в основном, вещества, содержащие в своей молекуле аминную (- NH₂) и тиольную (- SH) группы. В дальнейшем, в экспериментах на лабораторных животных и клетках, были изучены защитные свойства десятков тысяч препаратов различной химической природы и было выявлено, что наиболее эффективными остаются упомянутые аминные и тиольные радиопротекторы.