Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений. Радиолиз воды. Кислородный эффект (физико-химическая стадия)

На этой стадии происходит образование свободных радикалов.Свобод­ные радикалы - это электрически нейтральные атомы или молекулы с неспаренным электроном на внешней орбите.Они являются весьма реакцион­носпособными, т.к.имеют тенденцию спаривать этот электрон с аналогич­ным электроном в другом СР либо удалять его из атома путём электронно­го излучения. Следовательно, СР могут быть как окислителями (акцепто­рами), так и восстановителями (донорами).

В основе первичных радиационно-химических изменений на данной стадии могут лежать 2 механизма :

1) прямое действие - когда молекула претерпевает изменения не­посредственно при взаимодействии с ИИ ;

2) косвенное действие - когда молекула непосредственно не погло

щает энергию от ИИ ,а получает её от других молекул.

Поскольку живая материя на 70-90% состоит из воды, то большая часть энергии излучения поглощается именно молекулами воды.

Таким образом, в основе косвенного действия лежит РАДИОЛИЗ ВОДЫ. Механизм радиолиза воды.

При воздействии ИИ в воде идут процессы ионизации и возбуждения. В результате ионизации из молекулы воды выбивается электрон и об-

разуется положительно заряженная молекула Н О : Н О --- Н О + е Образовавшийся электрон постепенно теряет свою энергию и может быть захвачен другой молекулой воды, которая превращается в отрицательно заряженную молекулу Н О . Эти молекулы не являются стабильными и рас­падаются, образуя ион и свободный радикал.

Н О -- Н + ОН Н О -- Н + ОН

Кроме того, выбитый электрон может окружить себя четырьмя молеку­лами воды и превратиться в гидратированный электрон е .

Возбуждённая молекула воды также нестабильна и распадается на 2 радикала : атомарный водород Н и гидроксильный радикал ОН .

Далее радикалы могут реагировать друг с другом :

Н + Н -- Н ; ОН + ОН -- Н О ; Н + ОН -- Н О

Радикалы могут вступать в реакцию с другими молекулами воды :

Н О + Н -- Н + ОН

Свободные радикалы способны вырывать атом водорода из органи­ческих молекул ,превращая их в радикалы :

RН + ОН -- R + Н О RН + Н -- R + Н

Свободные радикалы реагируют также с молекулами растворённого кислорода ,в результате чего образуются перекисные радикалы ,обладаю­щие высокой реакционной способностью :

- гидроперекисный радикал НО Н + О -- НО

- супероксидный радикал О О + е -- О

Какие эффекты могут вызвать продукты радиолиза воды ?

1) окислители : ОН , Н О , НО , О ;

2) восстановители : Н , е ;

3) образование радиотоксинов в результате реакции с хиноном и убихиноном ;

4) дезаминирование аминокислот.

Необходимо отметить, что в присутствии кислорода образуются до­полнительные реакционноспособные радикалы, которые обладают выраженным

поражающим действием. Кроме того, молекула кислорода обладает электро­ноакцепторными свойствами, активно взаимодействует с образующимися при действии излучения радикалами биологических молекул, как бы фиксирует возникшие в них потенциальные повреждения и делает их труднодоступными для репарации.

Следовательно, в присутствии кислорода отмечается усиление луче­вого повреждения по сравнению с наблюдаемым в анаэробных условиях. Это явление известно в радиобиологии как КИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ.

Количественной мерой КЭ служит коэффициент кислородного усиления. При облучении отдельных клеток он равен 3, т.е.в присутствии кислорода лучевое повреждение усиливается втрое.

Для проявления такого действия кислород должен присутствовать в клетке в момент облучения. Однако в дальнейшем кислород играет положи­тельную роль: он необходим для нормальной работы системы репарации ДНК.

Таким образом, в формировании лучевого повреждения кислород ведёт себя двояко: усиливая первичные процессы лучевого повреждения, он од­новременно стимулирует процессы внутриклеточного восстановления.

Кислородный эффект зависит от ЛПЭ: с увеличением ЛПЭ он уменьшается и при действии, например, альфа-излучения исчезает.

На кислородном эффекте основан метод управления тканевой радио­чувствительностью, что используется в лучевой терапии опухолей.

1) оксигенорадиотерапия (оксибарорадиотерапия)

Во время сеанса лучевой терапии больной дышит чистым кислородом при нормальном или увеличенным в 2-3 р. атмосферном давлении. Напряже­ние кислорода в здоровых тканях увеличивается незначительно (есть пре­дел насыщения). В опухоли давление кислорода поднимается до такого же уровня, но по сравнению с исходным его содержание возрастает во много раз, значит, повышается её радиочувствительность.

2) гипооксирадиотерапия

Во время сеанса лучевой терапии больной дышит гипоксической газо­вой смесью (содержание кислорода 7-10% вместо 21%). Напряжение кисло­рода в здоровой ткани уменьшается, а в опухоли останется прежним. Зна­чит, можно повысить дозу на опухоль.