Довідковий матеріал. У радіобіології, як і взагалі при вивченні реакцій на будь-який дозований фактор, важливе місце займає аналіз залежності ефекту від дози

 

У радіобіології, як і взагалі при вивченні реакцій на будь-який дозований фактор, важливе місце займає аналіз залежності ефекту від дози, що графічно виражено в кривих «доза-ефект». При цьому особливу зацікавленість викликає наліз кривих для якісних реакцій. При малих дозах летального фактору практично всі клітини залишаються живими, при збільшенні дози відмирають деякі чутливі клітини. При середніх дозах починається масова загибель. При великих дозах тільки деякі стійкі клітини залишаються живими. Браузером у 1923 р. на основі принципу «мішеней» пояснено криву у = е, що отримана експериментально. Припустимо, що в живій клітині є деяка структура – «мішень», враження якої призводить до загибелі всієї клітини. Достатньо одного або декількох ударів, що припадають на мішень, щоб клітина загинула.

Більшість дозових залежностей виживаності клітин є експоненціальними функціями. Це пояснюється тим, що враження клітин спричиняється взаємодією гамма-фотонів або заряджених частинок зі структурами, інактивація яких супроводжується загибеллю клітини. Тобто, першопричина загибелі клітини – акт влучання частинки або фотона у відповідну її структуру, й ці влучання є суто випадковими явищами. Просторовий розподіл актів влучань, що є незалежним подіями, підпорядковується розподілу Пуассона. Розвиток поглядів на першопричини радіаційного враження клітини як акти взаємодії іонізуючого випромінювання зі структурами клітин відобразився в теорії мішені. Теорію мішені було розвинено в працях К. Ціммера, Дж. Лі, М.В. Тимофєєва-Ресовського. Теорія мішені ґрунтується на трьох принципах: влучання, мішені й посилювача. Принципи влучання й мішені базуються на таких аксіоматичних твердженнях:

· передавання енергії іонізуючого випромінювання речовині характеризується дискретністю й статистичними особливостями просторового розподілу актів влучань;

· молекули або складніші субклітинні структури, яким передається енергія випромінювання, що спричиняє їх ураження, мають неоднакове значення в життєдіяльності клітини.

За принципом влучання – фізичною основою променевого враження клітини є випадковий акт влучання фотона або зарядженої частинки в певну її ділянку, де відбувається дискретне передавання енергії випромінювання речовині. Передавання енергії здійснюється за механізмами пружного співударяння – фотоелектричного ефекту або непружного розсіяння – ефекту Комптона. Отже, передумовою влучання є проходження крізь клітину треку гамма-фотона або зарядженої частинки й здійснення іонізації або збудження на частині треку в межах клітини.

Принцип мішені – інактивація клітини відбувається лише за умови влучання в певні її ультраструктури. Це означає, що не всі молекули й складніші ультраструктури клітини рівнозначні в системі клітинних процесів. До основних понять, якими оперує теорія мішені, належать:

· подія влучання – поглинання дискретної кількості енергії, яка реалізується в процесі іонізації або збудження молекули;

· мішень, одиниця, що реагує, – молекула або надмолекулярна структура, ушкодження якої супроводжується проявами конкретного радіобіологічного ефекту, що є одиницею реакції. Найвиразнішою одиницею реакції є поліферативна загибель клітини;

· місце дії – ділянка мішені, в якій відбуваються зміни, зумовлені поглинанням енергії;

· ефективний об’єм – простір, що оточує мішень, у межах якого енергія, передана під час взаємодії випромінювання з речовиною, може мігрувати до мішені.

Мішень – це структура, ушкодження якої спричинює інактивацію клітини. Ушкодження мішені може бути наслідком прямого влучання у відповідну молекулярну структуру або ж непрямої дії випромінювання, за якої в місце перебігу критичної радіаційно-хімічної реакції енергія передається від хімічно активних форм, що виникли під упливом опромінення за межами мішені.

Принцип посилювача – інактивація мішені досягається в акті передавання енергії випромінювання речовині, внаслідок чого молекули зазнають іонізації або збудження. Один з прикладів прояву принципу посилення – формування інактивації клітини після ушкодження неампліфікованого гена. З ушкодженням цього гена поступово зростає дефіцит його продукту – відповідних білкових молекул. Цей дефіцит багаторазово індукує транскрипцію ушкодженого гена й процес трансляції на ушкодженій матричній РНК, що не усуває дефіциту генного продукту й перевантажує клітину не властивими для норми молекулами білкової природи. Це явище й визначатиме розвиток подальших подій, які завершаться інактивацією клітини, або ж ініціюватиме ще складніші події в багатоклітинній системі.

Мішенню можуть бути лише ті структури клітини, які мають унікальний характер. Під унікальністю структури розуміють те, що вона є одиничною в клітині й жодна інша структура не здатна компенсувати її функцію, а крім того, вона відтворюється в ході метаболічних процесів. Натомість, масові структури клітини – це багаторазово продубльовані структури, які можуть відтворюватися в клітинних процесах, а відтак, у разі їх часткової або повної загибелі вони знову з’являються внаслідок біогенезу.

За теорією мішені ушкодження масових структур не може бути критичним для клітини, бо завдяки гомеостатичному характерові регуляції біосинтетичних процесів відбувається більш або менш швидке оновлення запасу втрачених унаслідок опромінення молекул шляхом їх синтезу.

Зовсім інша ситуація з ДНК, молекули якої відтворюються лише один раз за клітинний цикл, під час фази реплікації, а в клітин, що зазнали диференціації, такого відтворення ДНК взагалі не відбувається.

 

Тестові завдання для самоконтролю знань:

 

1. Хто із вчених розвивав теорію мішені: а) Гродзинський; б) Бекерель; в) Тимофєєв-Ресовський; г) Рентген; д) Ціммер.

2. Який із принципів стверджує, що інактивація клітини відбувається лише за умови влучання в певні її ультраструктури: а) влучання; б) мішені; в) посилювача.

3. Який із принципів стверджує, що фізичною основою променевого враження клітини є випадковий акт влучання фотона або зарядженої частинки в певну її ділянку: а) влучання; б) мішені; в) посилювача.

4. Багаторазово продубльовані структури, які можуть відтворюватися в клітинних процесах це: а) унікальні структури; б) масові структури.

5. Структура, ушкодження якої спричинює інактивацію клітини: а) епісоми; б) мішень; в) унікальна структура; г) масова структура.

6. Першопричиною загибелі клітини є …– (продовжити думку).

7. При яких дозах відбувається масова загибель клітин: а) малих; б) середніх; в) високих; г) дуже високих.

8. Ділянка мішені, в якій відбуваються зміни, зумовлені поглинанням енергії: а) місце дії; б) ефективний об’єм; в) подія влучання; г) мішень, що реагує.

9. Поглинання дискретної кількості енергії, яка реалізується в процесі іонізації або збудження молекули: а) місце дії; б) ефективний об’єм; в) подія влучання; г) мішень, що реагує.

10. Назвіть структури клітини, які можуть бути мішенню: …(продовжити думку).