Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
*) Теория и методы микродозиметрии описаны в книгах [18, 160].
6. Локальные характеристики поглощения энергии веществом
81
6.1. Зависимость ОВЭ от локального распределения энергии
излучения
Рассмотренные положения о действии излучения на биологические объекты уже достаточны для того, чтобы вместо упрощенного подхода к ОБЭ перейти к пониманию характера изменения ОБЭ излучения при различном составе и энергии излучения. Для определенности будем говорить о нейтронах, хотя особенности процессов в треках образованных ими вторичных частиц — те же, что и для тяжелых заряженных частиц (если не говорить о примеси вторичных фотонов, которая мало меняет существо рассуждений).
«Теория дуального действия» излучения (ТДД) *), разработанная Келлерером и Росси в 1970-х годах, предполагает, что каждое первичное элементарное повреждение происходит путем взаимодействия двух субповреждений, допустим, одиночных разрывов (ОР) отдельных цепочек молекулы ДНК. Это возможно в пределах некоторой ограниченной области, «сайта». Случайно оба субповреждения могут быть инициированы внутри сайта одной и той же частицей, и тогда это приведет к даунитевому разрыву ДНК (ДР).
Допустим, это фотонное излучение в дозе или нейтронное в дозе Dn. Обладающее значительно более низкой плотностью ионизации фотонное излучение чаще будет производить такое же двойное событие не в одном и том же треке, а за счет даух независимых попаданий треков разных частиц в один и то же сайт, и вероятность этого пропорциональна уже квадрату дозы D*. В какой-то степени это возможно и для нейтронов, поэтому при равенстве вероятностей обоих биологических эффектов, всегда предполагаемом при определении ОБЭ, с учетом некоторых постоянных коэффициентов, получим
a„D„ + 0„D2n = a-,Dy + 0. (П.16)
В пределе малых доз следует пренебречь квадратом дозы, и тогда ОБЭ не зависит от дозы и равна отношению Z?7/Dn = ап/ау. Точно так же можно ожидать, что ОБЭ не зависит от дозы и в пределе больших доз. Но величина ОБЭ окажется намного больше, что сразу вытекает из ситуации для промежуточных доз. Тогда, как мы видели, функции для протонов и нейтронов имеют различный характер. Заметим кстати, что по современной терминологии воздействия, связанные с совместным действием нескольких частиц, иногда называют «7-смертельным ударом» или «7-ударом» **), по типу облучения фотонами, а процессы, происходящие в пределах одного и того же трека, по типу трека быстрого многозарядного иона — «ионным ударом» ***). Конечно, удар этого типа возможен и под действием фотона. Нейтрон
*) Примененный Келлерером и Росси термин «дуальное действие* неудачен, так как речь вдет о двунитевых разрывах ДНК, а не о дуальной природе или противоречивости моделей.
**) Неточный перевод «7-kill*.
***) Неточный перевод «ion-kilb.
82
Гл. II. Поглощение энергии ионизирующих излучений
чаще производит ионный удар, а фотон — 7-удар, и уравнение (П.16) сокращается: a„Dn = Тогда сразу определяем ОБЭ нейтронов как отношение доз равного эффекта:
Dy/Dn = const/у/D^. (П-17)
Полученная зависимость ОБЭ нейтронов от квадратного корня из дозы хорошо подтверждается многими экспериментами и в широких пределах изменения дозы, как показано на рис. П. 15 (в двойном
логарифмическом масштабе зависимость (П.17) изображается прямой линией).
Этот результат был большим успехом теории микродозиметрии. При малых дозах в уравнении (1) остаются только линейные члены, что означает, что ОБЭ больше не зависит от дозы. Подобные рассуждения могли бы также связать между собой значения ОБЭ при малых и больших дозах, но экспериментального подтверждения такой связи получить не удалось.
Заметим, что все рассуждения пока были проведены нами без применения мнкродозимет-рических функций (у и z) и разработанной для них своеобразной статистики. Поскольку речь идет о повреждающем эффекте при двух попаданиях в микрообъем, а вероятность каждого попадания пропорциональна удельной энергии z, то два попадания — это просто квадрат z.
Путем таких рассуждений Келлерер и Росси пришли в точности к тому же результату, что ОБЭ нейтронов обратно пропорциональна квадратному корню от дозы, а при малых дозах становится постоянной.
Чисто микродозиметрический подход позволял также определить размер «сайта» и можно было надеяться, что наконец биологически ориентированная модель микродозиметрни построена. Однако связать факт двунитевых разрывов ДНК с полученными в расчетах по гипотезе прямого действия размерами сайтов порядка микрометров, никак не удавалось: реально нм следовало приписывать размеры порядка десятков нанометров.
Разительное расхождение сайтовой модели с экспериментом было обнаружено группой Гудхеда, использовавшей низкоэнергетическое
Рис. II.15. Зависимость ОБЭ нейтронов от дозы для инактивации клеток человека в культуре (1), клеток кожи (2), хромосомных аберраций в клетках лейкоцитов человека (3), различных эффектов на семенах кукурузы (4), уменьшения скорости роста бобов (5), индукции опухолей молочной железы у крыс (6), мутаций тычинок у традесканции (7) и помутнения хрусталика у мышей (8)
