2) стремится к нулю
3) понижается
4) повышается (+)
Молекулярный кислород усиливает биологическое действие ионизирующего излучения, особенно фотонного и электронного излучения с низкой линейной передачей энергии (ЛПЭ). Поэтому в оксигенированных тканях одинаковая физическая доза вызывает более выраженное повреждение клеток, чем в условиях гипоксии или аноксии. Этот феномен называют кислородным эффектом, а количественно оценивают коэффициентом усиления кислородом (OER, oxygen enhancement ratio).
При облучении происходит радиолиз воды с образованием свободных радикалов, которые повреждают ДНК. Кислород реагирует с радикулярными центрами макромолекул и образует пероксильные соединения, стабилизируя (фиксируя ) повреждение; такие поражения хуже репарируются и чаще приводят к летальным хромосомным аберрациям или утрате репродуктивной способности клетки. При гипоксии часть радикалов успевает восстановиться или рекомбинировать, поэтому повреждение оказывается менее устойчивым. Для низко-ЛПЭ излучения OER обычно составляет около 2–3, тогда как при высоко-ЛПЭ излучении кислородный эффект значительно слабее.
| Условие или фактор | Преимущественный механизм | Ориентировочный кислородный эффект | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Нормоксия | Кислородная фиксация радиационно-индуцированных повреждений ДНК | Максимальная биологическая эффективность дозы | Более выраженная гибель клеток при одинаковом физическом облучении |
| Умеренная гипоксия | Снижение вероятности стабилизации свободнорадикальных повреждений | Чувствительность ниже, чем при нормоксии | Возможное уменьшение эффективности лучевой терапии |
| Тяжёлая гипоксия или аноксия | Преобладание обратимых радиохимических реакций и репарации повреждений | Наиболее выраженная радиорезистентность | Формирование гипоксических, потенциально устойчивых к облучению зон опухоли |
| Низко-ЛПЭ излучение: рентгеновское, γ-излучение, электроны | Значительная доля повреждений реализуется через свободные радикалы | OER обычно около 2–3 | Оксигенация тканей существенно влияет на результат лечения |
| Высоко-ЛПЭ излучение: α-частицы, нейтроны, тяжёлые ионы | Преимущественно прямое, кластерное повреждение ДНК | OER приближается к 1–1,5 | Зависимость эффективности от содержания кислорода значительно меньше |
| Фракционированная лучевая терапия | Между фракциями возможна реоксигенация ранее гипоксических участков | Чувствительность опухоли может повышаться в последующих фракциях | Гипоксия учитывается при планировании и выборе радиобиологической модели |
Кислородный эффект особенно важен для солидных опухолей, где неоднородное кровоснабжение создаёт участки хронической и острой гипоксии. Оценка оксигенации может дополняться радиобиологическим моделированием, функциональной визуализацией и анализом маркеров гипоксии. Повышение доставки кислорода, нормализация перфузии и применение гипоксических радиосенсибилизаторов рассматриваются как способы преодоления радиорезистентности. Следовательно, присутствие кислорода не изменяет физическую дозу, но повышает её повреждающее действие на биологические структуры.