7.6.Радіопротекторний та радіосенсибілізаційний ефекти у радіобіології

В радіобіології в 60-70 роки минулого століття зусиллями З.Бака , П.Александера, Е.Романцева та інших було відкрито ефект радіопротекції та радіосенсибілізації. У якості радіопротекторів використовували різні хімічні речовини. Частіше то були сульфгідрильні сполуки, закрема цистеин та цистеамин. Радіопротекторами назівають такі хімічні сполуки, при введенні їх до біологічного об`екта перед опроміненням, відбувається зниження радіобіологічного ефекту, який називають радіопротекторним ефектом . Основним ефектом дії судьфгідрільних радіопроекторів –вважають механізм перехоплення активних вільних радикалів (це насамперед : сольватовані електрони, ОН –радікали. В радіобіології відомо, про пряму та непряму дію радіації. Ілюстрацією цього явища є ефект розведення. На рис 7.5 представлено залежність радіобіологічного ефекту ураження молекул-ферментів від їх концентрації у розчині. Збільшення концентрації ферменту у водному розчині зменшує непряму дію радіації на білки.

Рис 7.5. «Ефект розведення» (А,Б). Залежність ступеня інактивації ферменту або вірусу від концентрації його у розчині при прямій (I) та непрямій дії (II) випромінювання (по З.Баку, П.Александеру).

Встановлено, що зменшення внеску непрямої дії радіації, за рахунок перехоплення вільних радикалів води, лежить в основі радіопротекторної дії різних речовин.

Мірою радіопротекторного єфекту є фактор зменшення дози опомінення (ФЗД). Для цього проводять два експеримента – з отриманням дозових залежностей виживаності клітин в умовах застосування радіопроектора, та без нього. Побудувавши такі дві дозові залежності по них можно визначити дози рівного радіаційного ураження , наприклад - D₃₇( + ) – у випадку внесення радіопротектора, а D₃₇ (-) для випадку відсутності радіопротектора. Тоді : ФЗД = D₃₇( + )/ D₃₇ (-) , показує у скільки разів зменьшуєтся доза опромінення клтин у випадку застосування радіопротектора.

Наведені на рис 7.6, 7.7 криві виживаності можна описати моделями Нормана –Етвуда : Ln (N/No ) = ln m – V₁ D (для випадку застосування радіопротектора), та Ln (N/No ) = ln m – V₂ D. При рівнях виживаності 37%, ми отримаємо слідуючий вираз(7.10) :

(7.10).

З цього рівняння слідує що ФЗД = D₃₇( + )/ D₃₇ (-) = V₂ /V₁ , тобто ФЗД показує у скільки разів зменшується розмір чутливої мішені клітини. Це відбувається, скоріше усього, за рахунок перехоплення активних вільних радикалів і таким чином зменшення ефективного об`єму мішені клітини. Для більшості радіопротекторів ФЗД не перевищує 2 одиниць.

Окрім радіопротекторів були відкриті сполуки, які мають сенсибілізуючий ефект. Насамперед у якості радіосенсибілізатора виступають молекули кисню. У цьому випадку наявність молекул кисню поблизу чутливої мішені клітини призводить от збільшення кількості активних форм кисню, які здатні збільшувати ефективний об`єм чутливої мішені клітини.

Рис 7.6. Криві виживаності (N/No) клітин китайського хомячку, при рентгенівському опроміненні.

1 –опромінення на повітрі, 2 –опромінення в атмосфері азоту.

Видно, що дози котрі визивають однакову виживаність при опроміненні при опроміненні у повітрі та в атмосфері азоту складають 30 та 10 Гр – відповідно. Тобто ФЗД сенсибілізуючого ефекту становить у цьому випадку значення -3. У цьому випадку ФЗД – фактор зміни дози дає зворотній ефект у порівнянні з дією радіопротектора. ФЗД для дії кисню також називають коефіцієнтом кисневого підсилення (ККП) ефекту дії радіації на біологічні системи.

Встановлено, що величина ККП залежить від виду опромінення (рис 7.7).

Рис 7.7. Залежність кисневого ефекту від виду іонізуючого опромінення. А-рентгеніське опромінення; Б-нейтроні з енергією 15 МеВ; В- альфа-опромінення.

Видно, що ККП найбільший у випадку рентгенівського опромінення, менший у випадку опромінення нейтронами, та зовсім відсутній у випадку дії альфа-опромінення. Це зрозуміло, бо непряма дія радіації практично відсутня при дії альфа – опромінення. Таким чином , ККП та ФЗД найбільші в умовах наявності непрямої дії радіації.

Встановлено що є багато різних факторів, що здатні модифікувати радіаційне ураження. Це насамперед –фактор температури, видиме світло, гормони, інгібітори біохімічних процесів, додавання у питне середовище мікро- або макроелементів. Всі ці факторі можуть мати, як захисний ефект, так і сенсибілізуючу дію на виживаність клітин, стабільність макромолекул і тощо.

Є одне важливе правило в радіобіології, це те , що радіобіологічні ефекти, не є чимсь особливим, характерним для дії радіації на біосистеми. Як правило всі радіаційні ураження на всіх рівнях організації біосистем, існують і реалізуються в нормі, і тільки з дозою опромінення зростає частота таких подій. Таке важливе узагальнення стосується практично всіх реалізацій радіобіологічних ефектів.

Друге важливе правило, стосується засобів та методів модифікації радіаційних уражень. Практично всі модифікації зводяться до того, що при дії модифікаторів відбувається видиме «зменшення», або «збільшення» дози опромінення. Це дозволяє нам у додачу до трьох основних принципів радіобіологіі додати ще один – принцип зменшення, або збільшення ефективної дози опромінення. Особливо цей принцип стосується прояву механізмів та ефектів відновлення клітин при дії іонізуючої радіації.