2. Стохастическая гипотеза.

Эта гипотеза рассматривает любой биологический объект, в частности клетку, как лабильную динамическую систему, постоянно находящуюся в состоянии перехода из одного состояния в другое, Вследствие крайней сложности системы любой такой переход сопровождается и связан с множеством комплексных и элементарных сопряженных реакций отдельных клеточных органелл и макромолекул. Совершенно ясно, что в процессе жизнедеятельности, благодаря влиянию самых разнообразных, не подлежащих учету факторов и малейших неопределенностей исходного состояния, возникает вероятность «отказов» в элементарных звеньях, а вследствие этого и/или независимо от них – «крушения» всей системы. Поэтому, любое критическое событие, например митоз или гибель клетки, можно предсказать лишь с известной неточностью. Зная это и стремясь к достижению желаемой точности, обычно оперируют средними значениями вероятности события. Таким образом, любым критическим событиям в живой нативной системе свойственна некая изначальная биологическая стохастичность.

На биологическую стохастичность (вероятность) первого порядка при облучении объекта накладывается стохастика второго порядка вследствие случайного взаимодействия излучения с веществом, что резко увеличивает вероятность «крушений» системы, происходящих со значительно меньшей скоростью и в необлученном контроле.

В этом случае классические представления об отдельных попаданиях и дискретных мишенях теряют первородное значение – мишенями в этом случае служат все компоненты живой системы, а регистрируемая реакция обусловлена взаимодействием самых различных первичных пусковых событий.

Весьма вероятно, что случайное «удачное» попадание в одну из уникальных структур клетки приведет ее к гибели, и формально это может быть описано с классических позиций теории попаданий. Однако ясно, что такие ситуации должны быть достаточно редкими, а следовательно, положения теории попаданий – лишь простейшие частные случаи стохастической схемы.

Первая особенность стохастической гипотезы – то, что она учитывает как физиологические, так и индуцированные облучением процессы. В то же время, классические положения теории попаданий не только не учитывают спонтанные физиологические процессы, но и сами процессы, индуцированные облучением, рассматривают как строго детерминированные первичными актами абсорбции энергии.

Вторая (проистекающая из первой) очень важная особенность стохастической схемы – ее стремление описать кинетику индуцированных излучением изменений в динамическом аспекте, тогда как классическая теория попаданий рассматривает изменения, возникающие только в статической системе, что является заведомым упрощением, особенно при анализе клеточных лучевых реакций.

Таким образом, стохастическая концепция предлагает простую, но более «биологическую» интерпретацию кривых доза-эффект по сравнению с их объяснением с позиций теории попаданий, хотя ее основная мысль, что эти кривые определяются в основном случайной природой абсорбции энергии, остается незыблемой.

Например, рассматривая с позиций стохастического принципа формы кривых доза-эффект, им можно придать более «биологическое» понятие, введя такое определение как компенсационная способность объекта. То есть, при анализе дозовых кривых с учетом функциональной лабильности биологических объектов, стохастическая гипотеза приводит нас к выводу о том, что экспоненциальная кривая указывает на систему без компенсаторных механизмов, а сигмоидная соответствует системам, обладающим такими механизмами, эффективность которых исчерпывается при возрастании дозы облучения. Экстраполяционное число же следует рассматривать как количественное выражение компенсационной способности облучаемого объекта, а не как число «мишеней». Вот как выглядит схематически принцип многих попаданий ( Х_1, Х₂……Х_n ) с учетом фактора времени, при котором происходят восстановительные процессы ( λ ) во время самого облучения и способствующие поэтому ослаблению его действия ( по Хугу и Келлереру ):

Х₀↔Х₁↔Х₂ ↔…….↔ Х_n-1→↓

λ λ λ λ λ

Естественно, что роль восстановительных процессов в конечном эффекте должна усиливаться с уменьшением мощности дозы.

Для количественного учета фактора времени и связанных с ним восстановительных процессов предложены специальные уравнения, дающие возможность рассчитать дозовые кривые.

В последнее время произведены расчеты некоторых результатов с использованием рекомендуемых количественных характеристик, и при этом оказалось, что для инактивации клеток млекопитающих редкоионизирующим излучением в среднем необходимо совместное действие не менее четырех событий абсорбции.

Подводя итоги изложению классической теории попадания и стохастической гипотезы, необходимо подчеркнуть прежде всего их основное общее достоинство – строго количественный принцип. Более того, стохастическая гипотеза явилась логическим следствием классических представлений с того момента, как они перестали удовлетворительно объяснять многообразие радиобиологических феноменов. Стохастическая гипотеза учитывает современные данные о микрораспределении энергии, вариабельности радиочувствительности биологических объектов, роль репарационных процессов. Тем самым она значительно расширяет круг явлений, которые можно интерпретировать с новых позиций. Она более «биологична» по своей природе.

Пока еще рано говорить о том, насколько плодотворными окажутся результаты ее применения, так как за пределами объяснений данной гипотезы остался большой круг явлений, прежде всего из области модификации радиобиологического эффекта. Неясно, как использовать новую гипотезу для интерпретации результатов радиационно-генетических экспериментов. Концепция биологической стохастики не позволяет объяснить зависимость биологического эффекта от ЛПЭ.