2) кислородом (+)
3) фитанцидами
4) инфракрасным излучением
Усиление биологического действия ионизирующего излучения кислородом называют кислородным эффектом. Он наиболее выражен при воздействии рентгеновского и γ-излучения, относящихся к излучениям с низкой линейной передачей энергии. В результате радиолиза воды ионизирующее излучение образует свободные радикалы, которые повреждают ДНК; молекулярный кислород взаимодействует с органическими радикалами, формируя пероксильные соединения и стабилизируя повреждение по типу фиксации .
Кислород препятствует химическому восстановлению первичных радиационных повреждений и повышает вероятность формирования нерепарируемых разрывов ДНК, особенно двунитевых. Поэтому в хорошо оксигенированных тканях радиочувствительность выше, а гипоксические клеточные зоны, например в солидных опухолях, могут быть радиорезистентными. Кислородный эффект количественно характеризуют коэффициентом кислородного усиления (ОER — oxygen enhancement ratio), который для низко-ЛПЭ-излучения обычно составляет примерно 2–3.
Влияние кислорода зависит от его концентрации, времени воздействия и линейной передачи энергии излучения. При высоком ЛПЭ повреждение ДНК преимущественно формируется прямым и плотным ионизационным воздействием, поэтому зависимость от кислорода выражена слабее. Нитриты, фитонциды и инфракрасное излучение не обладают аналогичным универсальным радиосенсибилизирующим механизмом.
| Фактор или условие | Основной механизм | Влияние на радиобиологический эффект | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Нормальная оксигенация ткани | Образование и стабилизация кислородсодержащих радикалов | Повышение вероятности летального повреждения ДНК | Обычная радиочувствительность клеток при низко-ЛПЭ-облучении |
| Гипоксия | Недостаток O2 для фиксации свободнорадикальных повреждений | Снижение радиочувствительности и увеличение выживаемости клеток | Фактор радиорезистентности опухолевых клеток |
| Низкое ЛПЭ | Преимущественно непрямое действие через радиолиз воды | Выраженный кислородный эффект; OER обычно около 2–3 | Характерно для рентгеновского и γ-излучения |
| Высокое ЛПЭ | Плотная локализация ионизаций и прямое повреждение ДНК | Кислородная зависимость уменьшается, OER приближается к 1 | Повреждение в большей степени определяется структурой трека частиц |
| Повреждение оснований и однонитевые разрывы | Окисление молекул ДНК и сахаро-фосфатного остова | Часть повреждений может быть репарирована | Определяет потенциально обратимый компонент радиационного поражения |
| Двунитевые разрывы ДНК | Одновременное повреждение обеих цепей, усиленное фиксацией радикалов кислородом | Высокая вероятность клеточной гибели или потери репродуктивной способности | Ключевая мишень лучевого повреждения при противоопухолевой терапии |
Кислородный эффект лежит в основе различий радиочувствительности между хорошо перфузируемыми и гипоксическими участками ткани. В радиотерапии его учитывают при выборе режима фракционирования и оценке возможной резистентности опухоли. Повторная оксигенация опухолевых клеток между фракциями может повышать эффективность последующего облучения. Таким образом, именно молекулярный кислород усиливает и стабилизирует радиационно-индуцированное повреждение, что объясняет правильность выбранного ответа.