Основы радиационной биофизики - Кудряшов Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
В принципе, можно добиться того, чтобы клетки, для которых характерна репродуктивная форма гибели, погибали в интерфазе до первого митоза. Для этого их необходимо облучить большой дозой.
2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИБЕЛИ ОБЛУЧЕННЫХ КЛЕТОК
Первые строгие количественные эксперименты по лучевой инактивации клеток были проведены в начале 20-х гг. Тогда же обнаружили важнейшую закономерность — вероятностную природу проявления реакции «леток !на облучение. При исследовании зависимое™ доли погибших клеток от величины дозы облучения выяснили, что различные одноклеточные объекты гибнут при самых малых дозах облучения, с ростом дозы увеличивается число погибших клеток, однако при любой как угодно большой дозе некоторое число клеток сохраняет жизнеспособность.
Существенно, что с ростом дозы облучения увеличивалась не столько степень проявления эффекта (глубина поражения клетки), сколько доля пораженных, т. е. число клеток в облученной популяции, реагирующих данным образом на облучение.
Пример кривой, отражающей зависимость доли выживших клеток от дозы облучения, приведен на рис. V-2, А, Б. Ось абсцисс начинается не от нуля оси ординат, а от выбранной для удобства точки, соответствующей 0,01% выживаемости. Поэтому кривая упирается в ось абсцисс. В действительности же для популяции изолированных клеток не существует критической дозы, при которой гибли бы все 100% особей.
Возможная «биологическая» интерпретация кривых «доза — эффект», наблюдаемых в экспериментах с клетками, могла бы основываться на представлении о широкой индивидуальной вариабельности радиочувствительности. Действительно, фармакологам хорошо известно, что S-образные кривые «доза — эффект», получаемые при действии ядов на животных, связаны с
их различной индивидуальной устойчивостью к действию токсического агента. Вплоть до некоторой пороговой дозы все животные переносят действие яда; ори концентрациях, превышающих пороговые, резко возрастает доля погибших особей; и при некоторой дозе яда 100% животных гибнут. Чем меньше выражены индивидуальные различия, тем круче наклон кривой «доза — эффект». Однако такое объяснение в случае радиационного воздействия малоубедительно. Во-первых, трудно представить, что внутри генетически однородной популяция клетки в десятки тысяч раз различаются по устойчивости к облучению. Во-вторых, на кривых «доза — эффект» отсутствует четкий порог: как угодно
облучения, Гр
Рис. V—2. Кривая «доза — эффект» для популяции клеток, облученных редкоионизирую-щим излучением: А — клетки почки человека в культуре
(Скайф, 1962)-, Б — линия
клеток ELD в культуре (Ярмо-ненко и др., 1976)
малая доза излучения убивает некоторое число клеток, а при самых высоких дозах все еще обнаруживаются выжившие. Вряд ли у клеток одного «лона существуют такие различия в строении или обмене веществ, которые делают их тысячекратно различающимися по радиочувствительности.
Была предложена иная, биофизическая трактовка экспериментальных кривых «доза — эффект». Она основывалась на сложившихся ,в 20-е гг. 'представлениях о дискретной природе ионизирующего излучения и вероятностном характере передачи энергии внутриклеточным молекулярным структурам. Вначале Дж. Дессауэр использовал шпотезу точечного нагрева для объяснения вероятностного характера «легочной гибели, затем Блау и Альтенбургер в 1922 г. предложили -общую формулу для расчета кривых «доза — эффект», основанную на статистическом принципе попадания:
где N0 — исходное число клеток до облучения, N — число клеток, прореагировавших данным образом, v 1— чувствительный объем, попадание в который приводит к тест-эффекту, D — доза облучения, п — требуемое число попаданий в мишень. Блау и Альтенбургер из уравнения (V-1) рассчитали теоретические кривые «доза — эффект» для разного числа попаданий в мишень. Эти кривые соответствовали реальным дозным кривым, наблюдаемым при облучении изолированных клеток. Дальнейшее приложение статистического принципа попадания для объяснения количественных закономерностей лучевой инактивации клеток связано с работами Кроутера. В 1924 г. он сформулировал «теорию попадания». Считая попаданием возникновение акта ионизации в облучаемом объеме, Кроутер предположил, что регистрируемый эффект связан е некоторым критическим числом ионизаций (попаданий) в пределах мишени, занимающей определенный чувствительный объем внутри клетки. Параметры мишени оказались сопоставимы с размерами центриолей и ядрышек. В радиобиологии начинается поиск мишени на основании статистических принципов теории попадания. Он привел к представлению о ведущей роли ядра и внутриядерных наследственных структур в летальном поражении 'клетки.
Количественный анализ, основанный на принципе попаданий, не может вскрыть природу физико-химических процессов, развивающихся в «летке вслед за возникновением одиночных актов ионизации (попаданий). Однако он позволил ввести в радиобиологию представление о вероятностной природе единичной реакции клетки на облучение. Появилась возможность корректного описания кривых «доза — эффект», анализа важнейших пара-
