2) биологического
3) кислородного (+)
4) клеточного
Кислородный эффект — это зависимость выраженности радиационного поражения клеток от содержания кислорода в тканях в момент облучения. При достаточной оксигенации биологическое действие ионизирующего излучения усиливается, тогда как гипоксические клетки более радиорезистентны. Это особенно важно для опухолей, в которых встречаются зоны хронической гипоксии из-за нарушения микроциркуляции.
Основу явления составляет фиксация радиационного повреждения кислородом. При радиолизе воды и возбуждении молекул в клетке образуются свободные радикалы, повреждающие ДНК; в присутствии кислорода эти радикальные повреждения превращаются в более стабильные перекисные производные и хуже репарируются. Количественно эффект характеризуют коэффициентом кислородного усиления (OER): отношением дозы в гипоксии к дозе при нормальной оксигенации, необходимым для получения одинакового биологического эффекта.
Для фотонного и электронного излучения низкой линейной передачи энергии OER обычно составляет около 2–3, то есть гипоксическим клеткам может потребоваться значительно большая доза. При излучении высокой линейной передачи энергии, например α-частицами, вклад косвенного радикального механизма меньше, поэтому различия между оксигенированными и гипоксическими клетками существенно сокращаются. Именно эта закономерность определяет значение кислородного эффекта при планировании лучевой терапии и выборе способов преодоления опухолевой гипоксии.
| Состояние ткани или характеристика излучения | Ориентировочная особенность | Радиобиологическое следствие | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Нормоксия | Достаточное парциальное напряжение кислорода | Максимальная реализация кислородного эффекта и фиксация повреждений ДНК | Более высокая радиочувствительность клеток |
| Умеренная гипоксия | Снижение доступности кислорода без полного его отсутствия | Часть свободнорадикальных повреждений остается потенциально обратимой | Снижение эффективности стандартного фракционирования |
| Тяжелая гипоксия | Очень низкое содержание кислорода; точные пороги зависят от ткани и метода измерения | Выраженная радиорезистентность, уменьшение OER | Возможное сохранение гипоксических клоногенных клеток после облучения |
| Реоксигенация | Восстановление оксигенации между фракциями или после улучшения кровотока | Ранее гипоксические клетки становятся более чувствительными к последующим фракциям | Один из механизмов эффективности фракционированной лучевой терапии |
| Излучение низкой ЛПЭ | Фотоны и электроны; преобладает косвенное действие через радиолиз воды | Кислородный эффект выражен, OER обычно близок к 2–3 | Гипоксия существенно ограничивает радиотерапевтический эффект |
| Излучение высокой ЛПЭ | Плотные треки ионизации, например при действии α-частиц | Повреждение ДНК чаще является прямым, зависимость от кислорода слабее | Потенциальное преимущество при лечении гипоксических опухолевых субпопуляций |
Кислородный эффект относится к фундаментальным закономерностям радиобиологии, а не к отдельному клиническому симптому или морфологическому типу поражения. Его выраженность зависит от линейной передачи энергии, дозы, мощности дозы, фазы клеточного цикла и эффективности репарации ДНК. Для уменьшения влияния гипоксии применяют фракционирование, методы улучшения оксигенации и технологии, позволяющие повышать дозу в радиорезистентных зонах. Поэтому оценка кислородного статуса опухоли имеет значение при прогнозировании ответа на лучевое лечение.