2) резко уменьшается
3) остается прежней
4) резко увеличивается (+)
Правилен вариант 4: при гипоксии вероятность рекомбинации ионов и восстановления исходной структуры молекулы резко возрастает. После ионизации образуются молекулярный катион и свободный электрон; при недостатке кислорода электрон чаще возвращается к ионизированной молекуле, а первичные радикалы вступают в реакции рекомбинации. Такая химическая реституция уменьшает число повреждений, которые сохраняются до этапа биологической репарации.
Кислород является акцептором электронов и фиксатором радиационного повреждения. Он реагирует с радиолизными продуктами воды и органическими радикалами, в том числе с радикалами ДНК, образуя относительно стабильные пероксильные соединения; обратное восстановление исходной молекулы при этом затрудняется. В условиях гипоксии этот механизм выражен слабее, поэтому часть потенциально летальных повреждений исчезает вследствие рекомбинации или химического восстановления.
Описанный феномен лежит в основе кислородного эффекта — повышения радиочувствительности клеток при достаточном содержании кислорода. Он особенно значим для редкоионизирующего излучения с низкой линейной передачей энергии (ЛПЭ), где значительная доля повреждений возникает косвенно через радиолиз воды. В результате гипоксические клетки опухоли становятся радиорезистентнее, а для достижения того же биологического эффекта требуется большая поглощённая доза.
| Условие или тип воздействия | Преобладающий физико-химический процесс | Последствие для повреждения | Радиобиологическое значение |
|---|---|---|---|
| Нормоксия | Захват электронов кислородом и окисление органических радикалов | Формирование стойких пероксильных и других окисленных продуктов | Повышение вероятности необратимого повреждения ДНК |
| Гипоксия или аноксия | Рекомбинация ионов, электронов и органических радикалов | Частичное восстановление исходной молекулы | Снижение радиационного поражения и повышение клеточной выживаемости |
| Прямое действие излучения на ДНК | Непосредственная ионизация или возбуждение молекулы ДНК | Повреждение в меньшей степени зависит от присутствия кислорода | Кислородный эффект выражен слабее, чем при непрямом действии |
| Непрямое действие через радиолиз воды | Образование гидроксильных радикалов и других активных форм | Повреждение ДНК опосредуется свободными радикалами | Наиболее выраженная зависимость от кислорода при низкой ЛПЭ |
| Излучение с низкой ЛПЭ | Преимущественно разреженные и частично обратимые ионизационные события | Кислород эффективно фиксирует радикальные повреждения | Кислородное отношение обычно составляет около 2–3 |
| Излучение с высокой ЛПЭ | Плотные кластеры ионизаций и сложные двунитевые повреждения | Повреждения часто становятся необратимыми ещё до участия кислорода | Кислородное отношение приближается к 1 и значительно уменьшается |
| Гипоксическая опухолевая ткань | Сниженная фиксация радиационно-индуцированных радикалов | Повышенная выживаемость клеток после облучения | Возможна необходимость коррекции радиотерапии с учётом оксигенации и гипоксических зон |
Кислородный эффект зависит от ЛПЭ, дозы, мощности дозы и времени существования радиационно-индуцированных радикалов. Гипоксия не устраняет все повреждения, поскольку часть ионизаций вызывает прямые и кластерные поражения, не требующие кислородной фиксации. В клинической радиотерапии гипоксические зоны могут снижать эффективность лечения, поэтому учитываются при планировании дозы и выборе методов повышения оксигенации или применения излучения с высокой ЛПЭ.