Cтраница 2
По мнению автора этой книги, применение теории мишеней в такой форме, как это делается в последнем случае, менее обосновано; поэтому мы не обсуждаем в деталях теорию мишеней с многократными попаданиями, в которой биологические действия излучения рассматриваются как кумулятивные эффекты, производимые несколькими ионизирующими частицами, проходящими через мишень независимо друг от друга. Мы ограничимся рассмотрением биологических действий, которые могут быть приписаны отдельным ионизациям или ионизирующим частицам. [16]
При изучении действий излучений, объясняемых на основе теории одиночных мишеней, обычно имеют дело с диаметрами мишеней от 4 до 40 ммк. [17]
Второй класс биологических гффектов, к которым также приложима теория мишеней, представляют определенные хромосомные аберрации в высших клетках, возникающие под действием излучений. Аберрации следуют за разрывами хромосом, которые происходят в результате прохождения через них ионизирующих частиц. Вероятность того, что одиночная ионизация в хромосоме приведет к ее разрыву, крайне мала ( например, в случае традесканции, см. гл. Однако прохождение отдельной ионизирующей частицы через хромосому вызывает разрыв, если, конечно, эта частица интенсивно ионизирующая и производит внутри хромосомы достаточное количество ионизации. [18]
В случае эффектов, которые можно рассматривать при помощи теории мишеней, любое попадание ионизирующей частицы в большую и сложную структуру оказывается эффективным. [19]
Когда было открыто, что облучение вызывает генные мутации, теория мишени для объяснения биологического действия радиации уже была в ходу. Когда выяснилось, что данные по вызыванию мутаций излучением согласуются с представлением, что мутация гена может быть вызвана единичной ионизацией, естественно было использовать данные по облучению для вычисления размера мишени, и в случае мутаций идентифицировать мишень с геном. [20]
По мнению самого Ли, для того чтобы обеспечить применимость теории мишеней к данному явлению, кроме кривой выживаемости, соответствующей по форме теоретической, нужно располагать еще и другими данными. [21]
Первый класс действий излучений, при изучении которого можно пользоваться теорией мишеней, составляют биологические эффекты, возникающие в результате одиночной ионизации. [22]
III мы уже рассмотрели те изменения в вычислениях, применяемых в теории мишени, которые влечет за собой необходимость учета этих возможностей. Для того чтобы возможность ( а) имела серьезное значение, необходимо распространение эффекта ионизации на достаточно большое расстояние, при котором обеспечивалась бы ощутимая вероятность мутации гена в случае, если ионизация происходит вне его на расстоянии порядка генного диаметра или больше. Возможность некоторого распространения эффекта ионизации была рассмотрена в гл. Распространение на расстояние порядка 1 ммк может быть понято. Представление, что эффект ионизации может распространяться на заметное расстояние, было принято некоторыми генетиками ( Меллер, 1940) на том основании, что частота мелких перестроек хромосом оказалась пропорциональной дозе облучения ( см. гл. Это было сочтено за доказательство возможности вызвать два разрыва хромосомы на ощутимом расстоянии один от другого единичной ионизацией. Однако пропорциональность дозе не обязательно означает, что оба разрыва вызываются одной ионизацией, а лишь то, что они вызываются одной ионизирующей частицей. [23]
Многие действия излучений на живой организм не могут быть интерпретированы на основании теории мишеней. Так, если установлено, что наблюдаемый в данной клетке эффект обусловлен изменением окружающей ткани или связан с нарушением циркуляции крови, теория мишеней к нему неприменима. [24]
В течение ряда лет самые разнообразные биологические действия излучений интерпретировались на основе теорий мишеней, и только в самое последнее время была проведена строгая проверка правильности подобных интерпретаций. В большинстве случаев авторы стремились определить экспериментально размеры м: ишеней в надежде отождествить их с какими-либо известными клеточными структурами. [25]
Наличие небольших систематических отклонений от экспоненциальной кривой не указывает, однако, на непригодность теории мишеней, если, конечно, не были специально приняты меры для исключения усложняющих явление факторов, способных исказить экспоненциальный характер кривой выживания. Так, если при облучении бактерий в суспензии образуются местные скопления, кривая выживания делается слегка сигмообразной, так как требуется несколько попаданий, каждое в отдельную молекулу, чтобы лишить такое скопление способности к дальнейшему размножению с образованием колоний. Если облучаемые организмы обладают различной устойчивостью к излучению, то более чувствительные будут убиты быстрее, чем более устойчивые, и кривая выживания, построенная в логарифмическом масштабе, будет несколько выпуклой. Если для распространения исследований в область почти полного уничтожения организмов применяемые в опыте дозы доводятся до очень высоких, это может привести к возникновению добавочных летальных факторов ( например, к образованию ядовитых продуктов распада среды), что также может обусловить отклонение кривой от экспоненты. Очень часто подобные осложняющие обстоятельства отсутствуют, но если они есть, то, естественно, ослабляют доказательства, основанные на форме кривой выживания и законности применения теории мишеней к исследуемому явлению. [26]
Разрушение жизненноважных для организма молекул возможно не только при прямом их разрушении ионизирующим излучением ( теория мишени), но и при косвенном действии, когда сама молекула не поглощает непосредственно энергию излучения, а получает ее от другой молекулы ( растворителя), которая первоначально поглотила эту энергию. В этом случае радиационный эффект обусловлен вторичным влиянием продуктов радиолиза ( разложения) растворителя на молекулы ДНК. Этот механизм объясняется теорией радикалов. Повторяющиеся прямые попадания ионизирующих частиц в молекулу ДНК, особенно в ее чувствительные участки - гены, могут вызвать ее распад. Однако вероятность таких попаданий меньше, чем попаданий в молекулы воды, которая служит основным растворителем в клетке. Поэтому радиолиз воды, т.е. распад при действии радиации на водородный ( Н) и гидроксильный ( ОН) радикалы с последующим образованием молекулярного водорода и перекиси водорода, имеет первостепенное значение в радиобиологических процессах. Наличие в системе кислорода усиливает эти процессы. На основании теории радикалов главную роль в развитии биологических изменений играют ионы и радикалы, которые образуются в воде вдоль траектории движения ионизирующих частиц. [27]
Таким образом, неслучайное пространственное распределение ионизации в облученной ткани и вычисления, основанные на теории мишени, играющие большую роль в объяснении эффектов радиации, рассмотренных в предыдущих главах, в данном случае имеют значительно меньшее значение. [28]
Следует отметить, что вычисления основываются на предположении, что эффект, к которому приложима теория мишеней одиночного действия, возникает только тогда, когда одна или более ионизации образуются внутри сферической мишени определенного радиуса г, и не возникает вообще, когда ионизация происходит вне мишени. [29]
Разрушение жизненно важных для организма молекул возможно не только при прямом их разрушении ионизирующим излучением ( теория мишени), но и при косвенном действии, когда сама молекула не поглощает непосредственно энергию излучения, а получает ее от другой молекулы ( растворителя), которая первоначально поглотила эту энергию. В этом случае радиационный эффект обусловлен вторичным влиянием продуктов радиолиза ( разложения) растворителя на молекулы ДНК. Этот механизм объясняет теория радикалов. Повторяющиеся прямые попадания ионизирующих частиц в молекулу ДНК, особенно в ее чувствительные участки - гены, могут вызвать ее распад. Однако вероятность таких попаданий меньше, чем попаданий в молекулы воды, которая служит основным растворителем в клетке. Наличие в системе кислорода усиливает эти процессы. На основании теории радикалов главную роль в развитии биологических изменений играют ионы и радикалы, которые образуются в воде вдоль траектории движения ионизирующих частиц. [30]