2) не меняется при изменении ЛПЭ
3) повышается
4) понижается (+)
Коэффициент кислородного усиления (ККУ, OER) представляет собой отношение дозы излучения в условиях гипоксии к дозе в присутствии кислорода, необходимой для достижения одинакового биологического эффекта. Для излучения с низкой линейной передачей энергии, например рентгеновского и гамма-излучения, значительная часть повреждений ДНК формируется опосредованно через радиолиз воды и образование свободных радикалов. Кислород фиксирует радикальные повреждения, превращая их в необратимые химические изменения, поэтому хорошо оксигенированные клетки оказываются более радиочувствительными.
При увеличении ЛПЭ ионизация становится более плотной, а в ДНК возникают сложные кластерные повреждения, включая множественные двунитевые разрывы. Такие повреждения в большей степени обусловлены прямым действием излучения и значительно меньше зависят от присутствия кислорода. Поэтому различие между радиочувствительностью оксигенированных и гипоксических клеток уменьшается, а ККУ постепенно снижается и при очень высокой ЛПЭ приближается к единице.
Эта закономерность имеет важное значение для лучевой терапии: гипоксические участки опухоли относительно устойчивы к низко-ЛПЭ излучению, но их радиорезистентность менее выражена при воздействии высоко-ЛПЭ частиц. Одновременно с уменьшением кислородного эффекта возрастает относительная биологическая эффективность излучения до определённого диапазона ЛПЭ вследствие увеличения частоты трудно репарируемых повреждений генома.
| Характеристика излучения | Примеры | Особенности повреждения | Зависимость от кислорода | Типичный ККУ |
|---|---|---|---|---|
| Низкая ЛПЭ | Рентгеновское и гамма-излучение | Преобладает непрямое действие через свободные радикалы | Выраженная | Около 2,5–3,0 |
| Низкая или умеренная ЛПЭ | Электроны | Разреженная ионизация, значим радиолиз воды | Выраженная | Около 2–3 |
| Переменная ЛПЭ | Протоны | ЛПЭ возрастает в дистальной части пробега | Постепенно уменьшается с ростом ЛПЭ | Ниже в области высокой ЛПЭ |
| Умеренно высокая ЛПЭ | Быстрые нейтроны | Более плотные треки и сложные повреждения ДНК | Умеренная | Около 1,5–2,0 |
| Высокая ЛПЭ | Альфа-частицы | Множественные кластерные и двунитевые повреждения | Слабая | Близок к 1 |
| Очень высокая ЛПЭ | Тяжёлые ионы в области высокой плотности ионизации | Преимущественно прямое, трудно репарируемое повреждение | Минимальная | Приближается к 1 |
Снижение ККУ не означает уменьшения общего повреждающего действия высоко-ЛПЭ излучения. Напротив, его биологическая эффективность обычно высока, поскольку формируются локально множественные повреждения ДНК, плохо поддающиеся ферментативной репарации. При ККУ, близком к единице, одинаковая доза вызывает сопоставимый эффект как в оксигенированных, так и в гипоксических клетках. Именно уменьшение зависимости радиобиологического эффекта от кислорода объясняет преимущество высоко-ЛПЭ излучения при воздействии на гипоксические опухолевые субпопуляции.