2) H2O2 и гидратированный электрон
3) OH и H2O2
4) OH и гидратированный электрон (+)
При радиолизе воды под действием ионизирующего излучения образуется первичный набор высокореактивных частиц: гидратированные электроны, гидроксильные радикалы, атомарный водород, а также молекулярные продукты. Наибольший радиационно-химический выход в условиях разбавленного водного раствора и низкой линейной передачи энергии имеют гидроксильный радикал •OH и гидратированный электрон eaq−. Они формируются в радиационных треках и спурах в течение субпикосекундных–пикосекундных интервалов после ионизации и возбуждения молекул воды.
Гидроксильный радикал является сильным окислителем и быстро вступает в реакции с органическими молекулами, липидами, белками и нуклеиновыми кислотами. Гидратированный электрон — один из наиболее сильных восстановителей; после замедления электрона он окружён ориентированными молекулами воды и способен инициировать восстановительные реакции. В отличие от них, атомарный водород образуется в меньшем количестве, а водород и перекись водорода преимущественно возникают или накапливаются вследствие последующих реакций рекомбинации и взаимодействия первичных радикалов, поэтому их выход ниже.
| Продукт радиолиза | Тип частицы | Основной механизм образования | Окислительно-восстановительные свойства | Относительный радиационно-химический выход | Биологическое значение |
|---|---|---|---|---|---|
| •OH | Гидроксильный радикал | Распад возбуждённой или ионизированной воды с последующей реакцией радикальных фрагментов | Очень сильный окислитель, практически неселективно реагирует с биомолекулами | Один из максимальных среди первичных продуктов | Повреждение ДНК, белков и мембран; инициирование цепных реакций перекисного окисления липидов |
| eaq− | Гидратированный электрон | Замедление вторичного электрона и его сольватация молекулами воды | Сильный восстановитель | Один из максимальных среди первичных продуктов | Восстановление растворённых соединений и участие в радиационно-химических реакциях |
| H• | Атомарный водород | Диссоциация возбуждённых молекул воды и протонирование гидратированного электрона | Восстановитель; реакционная способность зависит от среды | Ниже, чем у •OH и eaq− | Участвует в реакциях с кислородом и органическими радикалами |
| H2 | Молекулярный водород | Рекомбинация атомов водорода и восстановительные реакции в радиационных треках | Относительно инертный восстановительный продукт | Низкий по сравнению с радикальными частицами | Может накапливаться в облучённой воде и влиять на последующую радиолизную химию |
| H2O2 | Перекись водорода | Рекомбинация и диспропорционирование гидроксильных радикалов | Окислитель; может участвовать в образовании вторичных активных форм | Ниже максимального первичного выхода | Поддерживает окислительное повреждение и вторичное образование радикалов |
| H3O+ и OH− | Ионные продукты | Ионизация воды и перенос протона в водной среде | Определяют кислотно-основное состояние раствора | Зависит от условий радиолиза и последующих реакций | Модифицируют скорость и направление радиационно-химических процессов |
Таким образом, правильная комбинация определяется максимальными выходами наиболее реакционноспособных первичных частиц — •OH и eaq−. Их количественное соотношение зависит от линейной передачи энергии, мощности дозы, pH, присутствия кислорода и веществ-акцепторов радикалов. При высоком LET возрастает плотность ионизаций в радиационных треках, что усиливает рекомбинацию и изменяет стандартные выходы. В биологическом эффекте радиотерапии особое значение имеет последующее взаимодействие этих частиц с кислородом и макромолекулами клеток.