2) рентгеновских квантов
3) фотонов
4) нейтронов (+)
К плотноионизирующему излучению относят нейтронные пучки, поскольку их биологическое действие реализуется преимущественно через вторичные заряженные частицы. Нейтроны не имеют электрического заряда и не вызывают прямую ионизацию вдоль своей траектории, однако при упругом и неупругом взаимодействии с ядрами тканей образуют быстрые протоны отдачи, альфа-частицы и другие фрагменты. Эти частицы обладают высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ), то есть передают значительную энергию на коротком участке пути, формируя плотные кластеры повреждений ДНК.
Высокая ЛПЭ нейтронного излучения обусловливает повышенную относительную биологическую эффективность (ОБЭ), большое число кластерных повреждений и двунитевых разрывов ДНК, которые труднее репарируются. Для такого излучения характерны менее выраженный кислородный эффект и меньшая зависимость повреждения от фазы клеточного цикла по сравнению с фотонным воздействием, хотя эти различия зависят от энергии нейтронов и состава вторичных частиц. Поэтому нейтронная терапия ограниченно применяется в клинической радиотерапии из-за повышенного риска повреждения нормальных тканей.
Электроны, рентгеновские кванты и другие фотонные пучки относят преимущественно к редкоионизирующему, или низко-ЛПЭ, излучению. Фотон передаёт энергию через образование вторичных электронов, которые вызывают более разреженную последовательность ионизаций; для этих видов излучения ОБЭ в терапевтическом диапазоне обычно близка к единице. Таким образом, определяющим критерием является не только проникающая способность или электрический заряд частиц, а пространственная плотность передачи энергии в биологической ткани.
| Вид излучения | Основной механизм взаимодействия | ЛПЭ | Ключевая радиобиологическая особенность |
|---|---|---|---|
| Нейтроны | Ядерные столкновения с образованием протонов отдачи и других вторичных частиц | Высокая, зависит от энергии | Повышенная ОБЭ, плотные и трудно репарируемые повреждения ДНК |
| Альфа-частицы | Прямая ионизация тяжёлыми положительно заряженными частицами | Очень высокая | Короткий пробег, выраженный локальный клеточный эффект |
| Углеродные ионы | Прямая ионизация тяжёлыми заряженными ионами | Высокая, особенно в области пика Брэгга | Высокая точность распределения дозы и повышенная ОБЭ в зоне мишени |
| Протоны | Прямая ионизация; максимальная отдача энергии в конце пробега | Низкая–умеренная, возрастает к пику Брэгга | Благоприятное дозное распределение, клиническая ОБЭ обычно около 1,1 |
| Электроны | Ионизация и возбуждение атомов быстрыми заряженными электронами | Низкая | Разреженная ионизация, ограниченная глубина проникновения, ОБЭ близка к 1 |
| Рентгеновские кванты | Фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование вторичных электронов | Низкая | Редкоионизирующее действие, выраженная зависимость от кислорода и репарации |
| Гамма-фотоны | Взаимодействие с веществом преимущественно через вторичные электроны | Низкая | Радиобиологически сходны с рентгеновским излучением при сопоставимой энергии |
Плотность ионизации оценивают прежде всего по ЛПЭ, а клиническое действие дополнительно характеризуют ОБЭ и кислородным усилением. Нейтронное излучение является высоко-ЛПЭ преимущественно за счёт вторичных заряженных частиц, возникающих в тканях. При выборе метода лучевой терапии учитывают не только физическое распределение дозы, но и повышенную биологическую эффективность и токсичность для нормальных органов.