КИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ

КИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ в радиобиологии — зависимость биологического действия ионизирующего излучения от величины парциального давления кислорода (pO₂) в облучаемой ткани или в среде, окружающей облучаемый биологический объект. К. э. проявляется в снижении степени повреждений (инактивации ферментов, фагов и вирусов, возникновении хромосомных аберраций, гибели клеток и организмов и др.) при облучении биол, объектов в условиях пониженного pO₂ (см. Гипоксия), а также в усилении повреждений при переходе от анаэробных условий к аэробным и при дальнейшем повышении pO₂ до определенных пределов.

С повышением pO₂ в среде, окружающей биол, объекты, от 0 до 150— 160 мм рт. ст., т. е. при изменении концентрации кислорода от 0 до 21%, биол, действие ионизирующего излучения (см.) усиливается, причем наиболее резко с увеличением концентрации кислорода от 0 до примерно 10%. Указанным концентрациям кислорода в окружающей среде соответствуют меньшие их значения в тканях организма или непосредственно вокруг клеток в межклеточной среде; К. э. реализуется в них при более низких величинах pO₂. Напр., в тканях млекопитающих К. э. проявляется при pO₂ ок. 20 мм рт. ст. в межклеточной среде.

Величина К. э. характеризуется коэффициентом кислородного усиления (кислородным отношением). Коэффициент кислородного усиления представляет собой отношение доз ионизирующего излучения, вызывающих одинаковое повреждение в анаэробных условиях Д_{анаэроб} и на воздухе или в атмосфере чистого кислорода Д_O2:

-(Д_{анаэроб} / Д_O2)

Эта величина для разных биол, объектов неодинакова.

Величина К. э. зависит гл. обр. от вида ионизирующего излучения и условий облучения. К. э. четко проявляется при воздействии рентгеновского, альфа-излучения (см.) почти не проявляется. Поэтому К. э. для разных видов излучений неодинаков: коэффициент кислородного усиления составляет 2—3 для рентгеновского и гамма-излучения, 1,5—1,7 для быстрых нейтронов разной энергии и 1,1—1,3 для альфа-частиц с энергией 2—4 МэВ. Излучения с близкими значениями ЛПЭ (рентгеновское и гамма-излучение, ускоренные электроны, протоны с энергией 100—600 МэВ) характеризуются и близкими величинами К. э. Для сравнения зависимости биол, действия разных видов ионизирующего излучения от кислородного режима используют величину соотношения их коэффициентов кислородного усиления — так наз. фактор преимущества. Он характеризует преимущество действия какого-то одного вида ионизирующего излучения на биол, объекты, находящиеся в состоянии гипоксии.

Так, для быстрых нейтронов фактор преимущества по отношению к рентгеновскому или гамма-излучению равен 1,4—1,7, что характеризует их большую эффективность при воздействии на биол, объекты в условиях гипоксии, в т. ч. при лучевой терапии опухолей, поскольку в них pO₂ понижено.

Физ.-хим. механизм К. э. при косвенном действии излучения связан с участием кислорода в образовании активных продуктов радиолиза воды и органических радикалов. К. э. может иметь место и при прямом действии ионизирующего излучения на органические молекулы. Механизм его в этих случаях связан с образованием органических перекисей. При понижении pO₂ уменьшается образование активных продуктов радиолиза воды и измененных органических молекул, что снижает эффективность биол, действия излучения. Снижение К. э. при прямом действии излучения с высокой ЛПЭ объясняется максимальной степенью радиационных повреждений в этом случае, а при косвенном действии таких излучений — образованием большой концентрации первичных радикалов ОН, что обеспечивает высокую эффективность их биол, действия даже в анаэробных условиях. Однако изменение радиорезистентности (см. Радиочувствительность) при облучении животного организма в условиях гипоксии не может быть объяснено только этими механизмами. При гипоксии развивается сложный комплекс нейроэндокринных реакций (сужение кровеносных сосудов в кишечнике, селезенке и других радиочувствительных органах, повышенное выделение адреналина, изменение тканевого дыхания и т. д., в результате чего изменяется чувствительность организма к ионизирующему излучению.

Понимание сущности К. э. при лучевых воздействиях необходимо для изучения первичных механизмов действия ионизирующих излучений, выявления их относительной Противолучевая защита).

К. э. находит практическое применение и при лучевой терапии (см.). Повышая содержание кислорода в опухоли, напр, путем гипербарической оксигенации, и создавая гипоксические условия в окружающих тканях, можно усиливать лучевое воздействие на опухолевые клетки, одновременно уменьшая повреждение здоровых тканей.

Библиография: Бак 3. и Александер П. Основы радиобиологии, пер. с англ., с. 270, М., 1963; Свердлов А. Г. Биологическое действие нейтронов и химическая защита, с. 143, Л., 1974; Эйдус Л. X. Физико-химические основы радиобиологических процессов и защиты от излучений, с. 76, М., 1972.

А. Г. Свердлов.