2) молекулярного кислорода, присутствующего в клетках и тканях, уменьшать биологическое действие ионизирующих излучений
3) молекулярного кислорода, присутствующего в клетках и тканях, усиливать биологическое действие ионизирующих излучений (+)
4) воздуха усиливать биологическое действие ионизирующих излучений
Кислородный эффект — это усиление биологического действия ионизирующего излучения молекулярным кислородом, находящимся в клетках и тканях. Наиболее выражен он при излучении с низкой линейной передачей энергии, когда значительная часть повреждений ДНК возникает опосредованно через радиолиз воды и образование свободных радикалов. Кислород взаимодействует с радиоиндуцированными радикалами ДНК с образованием пероксильных радикалов и стабилизирует повреждение по механизму фиксации кислородом , препятствуя его химическому восстановлению.
В результате однонитевые и двунитевые разрывы ДНК, окислительные модификации оснований и повреждения сахарофосфатного остова становятся более стойкими и хуже репарируются. Поэтому гипоксические клетки, особенно в солидных опухолях, обладают повышенной радиорезистентностью, тогда как нормоксические клетки повреждаются эффективнее. Количественно кислородный эффект характеризуют коэффициентом усиления действия кислорода (OER): отношением дозы в условиях гипоксии к дозе при нормальном кислородном обеспечении для достижения одинакового биологического эффекта; для низко-ЛПЭ излучения он обычно составляет около 2–3.
Выраженность эффекта зависит от парциального давления кислорода, типа излучения, клеточного цикла и способности клетки к репарации ДНК. Для высоко-ЛПЭ излучения кислородная зависимость слабее, поскольку плотная ионизация непосредственно формирует сложные, кластерные и трудно репарируемые повреждения. В лучевой терапии неоднородность оксигенации опухоли учитывают при планировании фракционирования, поскольку последующая реоксигенация может повышать чувствительность ранее гипоксических клеток к последующим фракциям.
| Условия | Состояние кислорода | Основной механизм | Радиочувствительность | Практическое значение |
|---|---|---|---|---|
| Нормоксия | Физиологическое содержание O2 в тканях | Активное образование и фиксация кислородом радикальных повреждений ДНК | Относительно высокая | Типичная ситуация, с которой сравнивают действие излучения |
| Умеренная гипоксия | Сниженное, но не отсутствующее поступление O2 | Меньше реакций кислородной фиксации и больше потенциально обратимых радикальных повреждений | Повышенная радиорезистентность | Может ограничивать эффективность лучевой терапии опухоли |
| Аноксические условия | Практически полное отсутствие молекулярного кислорода | Преимущественно химическое восстановление радиоиндуцированных повреждений | Максимально сниженная для низко-ЛПЭ излучения | Крайний вариант проявления кислородного эффекта |
| Реоксигенация | Восстановление снабжения клетки кислородом после гипоксии | Повторное усиление фиксации повреждений при последующем облучении | Повышается по сравнению с гипоксическим состоянием | Один из механизмов эффективности фракционированного облучения |
| Низко-ЛПЭ излучение | Оксигенация существенно влияет на результат | Преобладает непрямое действие через радиолиз воды и свободные радикалы | OER обычно около 2–3 | Кислородный эффект клинически наиболее значим |
| Высоко-ЛПЭ излучение | Зависимость от O2 значительно слабее | Преобладают прямые кластерные повреждения ДНК при плотной ионизации | Различия между нормоксией и гипоксией меньше; OER приближается к 1 | Гипоксия в меньшей степени снижает биологическую эффективность |
Таким образом, определяющим признаком кислородного эффекта является усиление, а не ослабление радиобиологического действия излучения при наличии молекулярного кислорода. Он особенно важен для оценки радиочувствительности гипоксических клеточных популяций. Учет оксигенации позволяет точнее прогнозировать ответ опухоли и выбирать режимы лучевого лечения.