Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
Глава 2. Методика экспериментов 15
1. Общая схема проведения опытов по комбинированному воздействию ионизирующего излучения и импульсного электрического поля 15
2. Характеристики источников излучения 20
3. Измерение параметров электрического поля в суспензии эритроцитов человека при электропорации мембран 26
Глава 3. Исследование повреждений мембран эритроцитов при действии у-излучения в широком диапазоне доз с помощью электропорации 37
1. Результаты экспериментов по воздействию у-излучения и импульсного электрического поля на мембраны эритроцитов
2. Влияние у-излучения на гемолиз эритроцитов 49
Глава 4. Исследование повреждений мембран эритроцитов при облучении пучком ускоренных ионов бора 53
1. Результаты экспериментов по комбинированному воздействию пучка ускоренных ионов бора и импульсного электрического поля на мембраны эритроцитов 53
2. Результаты экспериментов по воздействию пучка ускоренных ионов бора на мембраны эритроцитов (без электропорации) 59
Глава 5. Теоретические основы исследования воздействия гамма- излучения и пучков тяжелых заряженных частиц на мембраны эритроцитов. Обсуждение результатов проведенных экспериментов 63
1. Воздействие гамма-излучения на мембраны эритроцитов. Оценка числа ионизации в мембране эритроцита при воздействии излучения в заданной дозе 63
2. Взаимодействие ускоренных ионов бора 5В с суспензией эритроцитов 65
3. Физические основы детектирования результатов действия ионизирующего излучения на биологические мембраны 70
4. Механизмы взаимодействия ионизирующих излучений с биомем бранами 76
Заключение 80
Список литературы 82
- Характеристики источников излучения
- Влияние у-излучения на гемолиз эритроцитов
- Результаты экспериментов по воздействию пучка ускоренных ионов бора на мембраны эритроцитов (без электропорации)
- Взаимодействие ускоренных ионов бора 5В с суспензией эритроцитов
Введение к работе
Актуальность работы
Одной из актуальных задач современной прикладной ядерной физики является исследование особенностей воздействия различных видов излучения, в частности у-излучения и пучков тяжелых заряженных частиц, на биологические структуры. Наряду с традиционной генетической мишенью (ДНК) в радиобиологических исследованиях в последнее время важное место занимают и другие критические структуры - биологические мембраны. При этом в качестве исследуемой биологической модели довольно часто используются безъядерные красные клетки крови человека. Эритроциты являются удобной биологической моделью, эти клетки рассматриваются в качестве эффективного естественного биодатчика состояний и изменений организма при воздействии различных внешних факторов (в частности, ионизирующего излучения) и экологического состояния окружающей среды.
Известно, что под воздействием ионизирующих излучений в биологических мембранах появляются скрытые повреждения, которые могут не привести к гибели клеток даже в течение длительного времени после облучения. Скрытое повреждение может проявиться при дополнительных воздействиях. Дополнительное воздействие определенного физического или химического фактора является как бы индикатором, с помощью которого можно установить и определить степень скрытых повреждений, возникающих в результате облучения, что особенно важно при облучении в малых дозах. Но также эти методы могут оказаться необходимыми для регистрации и оценки степени повреждений в зависимости от величины
поглощенной дозы и для случаев больших доз ионизирующего излучения, которые не приводят к гибели клеток.
В ряде работ рассматриваются механизмы повреждения мембран под воздействием ионизирующих излучений. Экспериментального материала накоплено недостаточно (особенно по облучению пучками тяжелых заряженных частиц) для установления всех закономерностей и особенностей изменений, происходящих в биомембранах при облучении. Также различны условия проводимых экспериментов и методы исследования, что вносит некоторую несогласованность в полученные результаты. Отсутствуют исследования, в которых используется один и тот же физический метод для установления характера биологических эффектов, возникающих при облучении биомембран в широком диапазоне доз.
Целью работы является экспериментальное исследование воздействия у-излучения в широком диапазоне доз и пучка ускоренных ионов бора на мембраны эритроцитов человека.
Задачи исследования:
Усовершенствовать метод калиброванной электропорации, используемый для регистрации скрытых повреждений мембран эритроцитов при облучении их гамма-излучением 60Со и ускоренными ионами бора.
Измерить константу скорости гемолиза эритроцитов в зависимости от поглощенной дозы гамма-излучения.
Измерить константу скорости гемолиза эритроцитов в зависимости от флюенса пучка ускоренных ионов бора.
Рассчитать характеристики взаимодействия пучка ускоренных ионов бора с мембраной эритроцитов.
5. Разработать математическую модель, описывающую результаты экспериментов по воздействию гамма-излучения.
Научная новизна работы.
1. Впервые экспериментально показано, что гамма-излучение 60Со в
диапазоне доз 1-600 Гр (мощность дозы 2,75 Гр/мин) вызывает скрытые
повреждения мембран эритроцитов, выявляемые методом электропорации.
Показано, что гамма-излучение 60Со в диапазоне доз 1-350 Гр вызывает малые скрытые повреждения мембран эритроцитов, практически не изменяющие порога электропорации мембран и не зависящие от величины поглощенной дозы.
Методом электропорации показано, что гамма-излучение 60Со в диапазоне доз 350 - 600 Гр при взаимодействии с мембранами эритроцитов вызывает в них скрытые повреждения, которые пропорциональны величине дозы.
Экспериментально установлено, что через сутки после облучения границы диапазонов доз, вызывающих характерные повреждения мембран, сдвигаются в область более низких доз по сравнению с начальными (сразу после облучения).
Впервые проведены исследования по воздействию пучка ускоренных ионов бора на мембраны эритроцитов. Экспериментально методом электропорации показано, что ускоренные ионы бора с энергией 32 МэВ/нуклон в диапазоне доз 50 - 750 Гр (ЛПЭ в среднем - 70 КэВ/мкм; мощность облучения - 1,4 - 10,7 Гр/с) вызывали скрытые повреждения мембран эритроцитов сразу после облучения.
Взаимодействие ускоренных ионов бора с биологической мембраной приводило к непосредственному гемолизу эритроцитов только через
несколько суток. При этом константа скорости гемолиза нелинейно зависела от величины дозы.
7. Предложена математическая модель, которая удовлетворительно описывает процессы взаимодействия гамма-излучения с мембраной эритроцита. Рассчитана кривая Брэгга ионизационных потерь ионов бора для условий поставленного эксперимента.
Достоверность научных результатов обеспечена использованием хорошо апробированных методик, хорошей воспроизводимостью опытных данных и строгим соблюдением условий эксперимента. Выводы научно обоснованы и убедительны.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Для гамма-излучения 60Со при взаимодействии с мембраной
эритроцита существуют три диапазона доз, отличающиеся характером
биологических эффектов: дозы от 1 до 350 Гр вызывают малые скрытые
повреждения мембран эритроцитов, практически не зависимые от величины
дозы; степень скрытых повреждений мембран для диапазона поглощенных
доз от 350 до 600 Гр пропорциональна величине дозы; дозы гамма-излучения
выше 600 Гр вызывают тотальное повреждение мембран эритроцитов сразу
после облучения.
2. Ускоренные пучки ионов бора (энергия 32 МэВ/нуклон) в зоне плато
кривой Брэгга вызывают скрытые повреждения мембран эритроцитов в
диапазоне поглощенных доз от 50 до 750 Гр, слабо зависящие от величины
дозы.
Практическая ценность работы. Выявленные три диапазона доз, отличающиеся характером биологических эффектов, могут быть приняты во внимание при выборе оптимальных условий облучения при лучевой терапии. Результаты, полученные в диссертации, могут быть включены в программу обучения студентов ВУЗов, специализирующихся в области ядерной физики и радиобиологии.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались
на следующих конференциях: 4 International Workshop on Space Radiation
Research and 17 Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop (Москва, 2006); III Международный симпозиум под эгидой ЮНЕСКО, посвященного 100-летию со дня рождения акад. Н.М. Сисакяна «Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии» (Дубна, 2006); Международная конференция, посвященная 70-летию НИИ общей реаниматологии РАМН (Москва, 2006); The investigation of erythrocyte membrane under the action of ionizing radiation, 16 Meeting EARCR (Оксфорд, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ. Из них 5 в рецензируемых журналах, 5 в сборниках трудов и тезисах конференций.
Личный вклад автора. Все эксперименты и методические исследования были проведены при непосредственном участии автора в Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ г. Дубна, на физическом факультете МГУ и на кафедре медицинской и биологической физики ММА
им. И.М. Сеченова. Теоретические оценки и расчеты сделаны лично автором.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, выводов и списка литературы, всего на 92 страницах, включая 37 рисунков. Список цитируемой литературы включает 74 наименования.
Характеристики источников излучения
Эксперименты по воздействию ионизирующего излучения на эритроциты проводились в ОИЯИ г. Дубна. В качестве источника у-излучения использовали радиоактивный изотоп кобальта 60Со с периодом полураспада 5,2 года и активностью около 5000 Ки. Спектральные линии излучения 1,17 МэВ и 1,33 МэВ. В процессе радиоактивного распада 60Со превращается в 60Ni, и возбужденное ядро 60Ni переходит в стабильное состояние с последовательным испусканием двух квантов .
Облучения проводились на ротационной конвергентной кобальтовой гамма-терапевтической установке «Рокус» ("кобальтовая пушка", рис. 2.5). Измерения доз проводятся с помощью газоразрядных счетчиков (дозиметр VA-J-18) и определяется значение дозы в зависимости от расстояния от источника излучения в рентгенах в воздухе за определенный промежуток времени (т.е измеряют мощность дозы). Затем производится пересчет в поглощенную дозу в греях для мягких тканей - воды (1 Р = 1 рад). Источником ускоренных ионов ИВ служил циклотрон U400M (рис. 2.6). Значение энергии иона бора на входе в суспензию составляло 32 МэВ/нуклон. Диаметр коллиматора равнялся 14 мм. В проведенных облучениях дозе 1 Гр соответствовало 1,4x10 ядер бора на см . Этому соответствует счет ионизационной камеры 12,5 импульсов. Для каждого опыта выдавался протокол эксперимента в котором указывалось число импульсов ионизационной камеры в секунду, значения мощности дозы и значения поглощенной образцом дозы.
В медицинских и биологических исследованиях для введения веществ в клетку, изменения ионной проводимости, для выявления скрытых повреждений клеточных структур используется явление электропорации мембран (Mangal,1991; Zhang, 1996; Vanbever, 1999; Golzio et al., 2001; Gehl, 2003). В медицинской практике мембраны кардиомиоцитов подвергаются электропорации при электрической дефибрилляции сердца (Tovar, 1992; Tung, 1995; Ashihara, 2001; Walcott, 2003). При действии на клетку внешнего электрического поля превышающего некоторое критическое значение в мембране в результате электрического пробоя образуются поры. Пробой мембраны является пороговым эффектом и определяется наведенным трансмембранным потенциалом и пороговым потенциалом электрического пробоя. Пороговый потенциал пробоя определяется свойствами мембраны, а величина наведённого потенциала задаётся как внешним генератором электрического поля, так и свойствами внеклеточной среды. Комплексная зависимость результатов электропорации от напряженности поля, длительности и количества импульсов описана в работах (Canatella, 2001; Яковенко, 2004). Изменение импеданса наружного раствора существенно влияет на показатели пробоя мембран. Поэтому при исследовании воздействия импульсного электрического поля на биологические мембраны с целью их электропорации необходимо регистрировать напряженность электрического поля, длительность и форму импульса, которые формируются в объёме клеточной суспензии. Эта задача осложняется тем, что для создания порогового трансмембранного потенциала порядка 0,3-0,5 В необходимо формировать электрическое поле в растворе 1000 - 2000 В/см длительностью 5-Ю мс. Измерение таких величин в растворах и степени однородности их по объёму в биологическом эксперименте является важной и актуальной задачей.
В исследовании использовался клинический дефибриллятор "Lifepak" 7, с помощью которого получали однополярные электрические импульсы с энергией от 5 до 400 Дж. Длительность импульса 10 мс. Электрический импульс подводили к титановым электродам, которые помещались в кварцевую кювету. В неё наливали 1-5 мл суспензии. Расстояние между силовыми электродами 15мм. Электроды полностью покрывали боковые стороны кюветы.
Амплитуда электрического импульса, подаваемого с дефибриллятора, зависит от сопротивления нагрузки R и ее можно оценить: w XU\ 2 R где W-энергия импульса, [/-амплитуда импульса, Г-длительность импульса. Сопротивление нагрузки (суспензия эритроцитов в физиологическом растворе, помещенная в кварцевую кювету между двумя титановыми электродами) зависело от количества налитой жидкости и формы и размеров кюветы и варьировалось в пределах нескольких десятков Ом (измерения сопротивлений в зависимости от количества налитой жидкости производилось электрическим методом). Энергия импульса во всех опытах равнялась 200 Дж. Теоретическая зависимость (сплошная линия) и экспериментальные данные амплитуды импульса напряжения в растворе между электродами от сопротивления раствора Для регистрации импульса в растворе, в него помещались две металлические иголки на расстоянии 1,3 мм друг от друга, разность потенциалов с которых подавалась на вход звуковой карты компьютера, который служил в качестве электронного осциллографа. С помощью специальной программы на экране компьютера наблюдался в реальном времени исследуемый импульс. Частота дискретизации звуковой карты составляла 44 кГц, что позволяло наблюдать процессы, изменяющиеся во времени с длительностью до 50 мкс.
Вследствие больших значений разности потенциалов, снимаемых с иголок, необходимо было использовать схему с делителем напряжения (рис. 2.10), так как динамический диапазон звуковой карты не превышал величины 1В. Таким образом, коэффициент деления схемы был равен к=20000/9=2200. Отметим, что сопротивление (9 Ом) с которого подавалось напряжение на звуковую карту много меньше сопротивления звуковой карты ( 20 кОм), поэтому измерительная система не вносила изменений в распределение токов и напряжений в схеме.
Влияние у-излучения на гемолиз эритроцитов
Из этих зависимостей видно, что образцы, получившие дозы до 350 Гр вели себя в течение нескольких суток практически как контроль. Образцы, получившие дозы порядка 350-500 Гр в течение многих часов после облучения также трудно было отличить от контроля и тем более дифференцировать по величине поглощенной дозы. И только начиная с доз 550 Гр происходили явные повреждения мембран эритроцитов, приводящие через несколько часов после облучения или сразу к гемолизу без электропорации. На рис. 3.11 представлена зависимость относительной константы скорости гемолиза (без электропорации) от величины поглощенной дозы (и указаны диапазоны доз для выше описанных эффектов).
Таким образом, по характерному виду кривой зависимости относительной константы скорости гемолиза эритроцитов от поглощенной дозы у-излучения (рис. 3.6 и рис. 3.7) можно сделать вывод о том, что существует некоторый диапазон в котором степень повреждения мембран является малой и практически не зависит от дозы (фаза плато), и диапазон, где степень дефектов мембран после облучения растет с ростом поглощенной дозы. Зависимость относительной константы скорости гемолиза (без электропорации) от величины поглощенной дозы, за единицу принята константа скорости гемолиза контрольной (необлученной) суспензии
Специально для проведения данных экспериментов была рассчитана кривая Брэгга (см. гл. 5) ионизационных потерь ионов бора (с энергией 32 МэВ/нуклон) в суспензии. Пик Брэгга находился на глубине 4,4 мм. Поэтому для облучения было необходимо использовать кюветы малой глубины (3 мм). Диаметр кювет равнялся диаметру коллиматора (14 мм). Кюветы заклеивались сверху тонкой пленкой (для проходящих ионов она была почти прозрачна) и через специальное отверстие сбоку кюветы туда заливалась суспензия крови. После этого кюветы размещались в специальном барабане (по 10 штук) и их подвергали воздействию пучка ускоренных ионов бора ПВ (ядра бора с зарядом Z=5), рис. 4.1. При этом линейные потери энергии частицы вдоль облучаемого образца составляли от 50 до 90 кэВ/мкм. Облучение образцов происходило в широком диапазоне поглощенных доз от 50 до 750 Гр. Мощности облучения варьировались от 1,4 до 10,7 Гр/с. В проведенных облучениях 1 Гр соответствовало 1,4x10 ядер бора на см .
Затем сразу облученные образцы суспензии для каждой дозы сливались в один объем и разбавлялись 0,9 % раствором хлористого натрия в пропорции 4:3 (0,9% раствор хлористого натрия : облученная суспензия). вМНв-VBr--- Tf пучок ионов бора mm
Схема по облучению суспензии ускоренными ионами бора (для сравнения приведено изображение кюветы в которой суспензию облучали у-квантами) При этом гематокрит суспензии составлял 0,2 % (оптическая плотность в кювете толщиной 5 мм составляла величину близкую к 1,0). Это было сделано ввиду того что, объема суспензии набранного из облученных кювет было недостаточно для проведения последующих измерений. После чего суспензию термостатировали при температуре 20 С, а затем выдерживали некоторое время, для того чтобы возникшие повреждения мембран могли развиться. После чего данные образцы, получившие различные дозы облучения, подвергали воздействию импульсного электрического поля для выявления скрытых повреждений мембран. Всего было проведено 48 опытов (27 из них по комбинированному воздействию ионов бора и импульсного электрического поля), результаты которых были обработаны современными методами математической статистики с помощью широко используемых компьютерных программ. Также был проведен методический эксперимент, который показал, что процесс разливания суспензии по кюветам столь малого размера и последующего выделения ее из них практически не влияет на кинетику гемолиза эритроцитов после электропорации.
Поглощенные дозы, полученные образцами суспензии, составляли значения 50, 200, 400, 550, 750 Гр. Непосредственно сразу после облучения гемолиза эритроцитов не происходило (для всех значений доз). Электропорация проводилась через 4 часа после облучения. Для анализа полученных результатов была построена кривая зависимости относительной (относительно контроля - необлученной суспензии) константы скорости гемолиза облученных образцов от полученной ими дозы облучения .
Результаты экспериментов по воздействию пучка ускоренных ионов бора на мембраны эритроцитов (без электропорации)
Изменение оптической плотности (в 3 мм кювете) облученных образцов и контроля в течение длительного времени после облучения без воздействия импульсного электрического поля. Из этих зависимостей видно, что облученные образцы ведут себя практически как контроль в течении суток (а для большинства доз даже более). И только через несколько суток можно явно сказать о наличии повреждений мембран и дифференцировать повреждения по величине дозы.
Зависимость относительной константы скорости гемолиза (без электропорации) от величины поглощенной дозы Таким образом в ходе проведенных экспериментов было выявлено, что облучение суспензии эритроцитов пучком ускоренных ионов бора (с указанными выше параметрами) в широком диапазоне доз от 50 до 750 Гр не приводит к гемолизу эритроцитов непосредственно сразу после облучения, и только через длительное время (порядка нескольких суток) происходит гибель облученных клеток. Электропорация суспензии, проведенная через несколько часов после облучения, позволяет выявить скрытые повреждения мембран эритроцитов, вызванных действием тяжелых ускоренных заряженных частиц. Для таких плотноионизирующих частиц характерно сильное прямое воздействие. Глава 5. Теоретические основы исследования воздействия гамма-излучения и пучков тяжелых заряженных частиц на мембраны эритроцитов. Обсуждение результатов проведенных экспериментов
В эксперименте по облучению суспензии эритроцитов использовался источник у-излучения 60Со с энергиями у-квантов 1,17 МэВ и 1,33 МэВ. При таких энергиях сечение полного фотопоглощения у-квантов атомами суспензии складывается из сечений фотоэффекта Сф, комптоновского рассеяния ок и образования электронно-позитронных пар ап (Широков, 1980):
В проведенных экспериментах энергии у -квантов равнялись 1,17 и 1,33 МэВ. Для этих энергий Оф 10"5 б (для атомов кислорода; 1 б = 10"24 см2), а ак 0,2 б. Для атомов железа сечение фотоэффекта становится сравнимо с величиной сечения комптоновского рассеяния. Но концентрация атомов железа в молекуле гемоглобина составляет величину порядка 10"4 по сравнению с более легкими атомами. Поэтому основную роль при взаимодействии у -квантов с суспензией играет комптоновское рассеяние. Процесс образования электронно-позитронных пар для таких энергий также несущественен по сравнению комптоновским рассеянием.
Оценка числа ионизации в мембранах эритроцитов Электроны отдачи, высвобождаемые в результате комптоновского взаимодействия у -квантов с энергией около 1 МэВ, теряют около 0,2 кэВ на 1 мкм пути в суспензии и образуют -10 пар ионов/мкм. Т.е. расстояние между центрами первичных ионизации, образуемых каждым из электронов отдачи, составляет в среднем около 100 нм. На толщину мембраны эритроцита будет приходиться 0,1 первичных ионизации. Далее оценим общее количество первичных ионизации в зависимости от величины поглощенной дозы. В воде поглощенной дозе 1 рад соответствует экспозиционная доза 1 Р, то есть полное число ионов (соответственно электронов) в 1 кг воды при дозе 1 Гр: N„OH = 2.58 10-2/(1.6-10",9)=1.6-1017 ионов/кг. В среднем при облучении на 1 эритроцит приходится около: Nbp=1.6-1017-1000 кг/м3 -10"16 м3/кг=1.6-104 ионизации /эритроцит. В линейном масштабе - в среднем около 25 ионизации на диаметр эритроцита. То есть расстояние между центрами ионизации в среднем около 7 мкм/25 = 300 нм. Итак - при дозе 1 Гр расстояние между центрами первичных ионизации в среднем около 300 нм. Соответственно, при дозе 1000 Гр - 30 нм - соизмеримо с толщиной мембраны (10 нм). В этом случае возникает процесс активного гемолиза, как видно из полученных экспериментальных данных.
Взаимодействие ускоренных ионов бора 5В с суспензией эритроцитов
Ионизационные потери ионов бора в суспензии Если скорость заряженной частицы V много больше средней скорости электронов в атоме среды, то величина удельных ионизационных потерь определяется формулой Бете - Блоха: где Е(х) - энергия частицы; Z, п - заряд и плотность числа атомов среды; z, p=V/c - заряд и относительная скорость частицы; IU0H =I0 Z - средний потенциал ионизации; 3, U - параметры, учитывающие соответственно релятивистский эффект поляризации среды и энергию связи электронов на оболочках.
Для оценочных расчетов ионизационных потерь ядер бора, пренебрегая параметрами 3 (нерелятивистский случай) и U , используем следующую упрощенную формулу для массовой тормозной способности.
На основе композиционного закона Брэгга для массовых тормозных способностей в воде: и формулы (1), численно с помощью системы Matlab (специально для расчетов была написана программа в Matlab) рассчитана кривая Брэгга ионизационных потерь ионов бора в суспензии (рис. 5.1). Начальная энергия ядра бора при входе в суспензию равнялась 352 МэВ (32 МэВ/нуклон). Пик Брэгга находится на глубине 4,4 мм; среднее значение dE/dx в облучаемом образце толщиной 3 мм - 70 кэВ/ мкм.
Пик Брэгга находится на глубине 4,4 мм; среднее значение dE/dx в облучаемом образце толщиной 3 мм - 70 кэВ/мкм Расчет числа треков, пронизывающих мембрану эритроцита в зависимости от поглощенной дозы Из протокола эксперимента следует, что флюенс пучка составляет: Jj = 1,4-10 ядер/см - для излучения в дозе 1Гр, J50= 7-108 ядер/см2 - 50 Гр.
Схематичное представление центров первичной ионизации ускоренными ионами бора мембраны эритроцита при дозе 750 Гр Средняя ЛПЭ ионов бора в облучаемом образце для поставленных условий эксперимента составляет величину 70 кэВ/мкм, что соответствует величине около 1000 первичных ионизации на 1 мкм пути вдоль трека частицы. На толщине мембраны будет около 10 первичных ионизации. Как было сказано выше, электроны отдачи, высвобождаемые в результате комптоновского взаимодействия у -квантов с энергией около 1 МэВ, теряют около 0,2 кэВ на 1 мкм пути в суспензии и образуют 10 пар ионов/мкм. Т.е. расстояние между центрами первичных ионизации, образуемых каждым из электронов отдачи, составляет в среднем около 100 нм. На толщину мембраны эритроцита будет приходиться 0,1 первичных ионизации.
Таким образом при такой высокой плотности ионизации ускоренных ионов бора по сравнению с у-излучением прямое действие ионов бора оказывается более эффективным, что особенно проявляется при регистрации скрытых повреждений с помощью электропорации и находится в согласии с проведенными экспериментами.
Экспериментальные данные, показывают, что скорость уменьшения числа клеток при комбинированном воздействии импульсного электрического поля и ряда физико-химических факторов не является суммой скоростей в результате воздействия данных факторов по отдельности. Этот факт может быть положен в основу теоретического анализа возможности применения импульсного электрического поля для диагностики скрытых повреждения биологических мембран. В экспериментах, описанных в главах 3 и 4 калиброванное импульсное электрическое поле использовали как «диагностический тест» выявления скрытых, замаскированных повреждений в клеточных мембранах, возникающих в результате действия ионизирующего излучения. Гемолиз эритроцитов происходит со временем в зависимости от дозы и без воздействия импульсного электрического поля. Явная реакция клетки проявляется в зависимости от дозы излучения через несколько часов и даже дней. Такая запоздалая реакция связана с постепенным развитием во времени различных физико-химических процессов в клетках под воздействием внешних факторов. Когда число активных центров повреждения (точнее плотность центров повреждения) достигнет критической величины GKp, начинается биологический процесс, в частности процесс гибели клетки. На рис. 5.3 показано увеличение центров повреждения со временем для разных начальных доз воздействия, при этом коэффициент усиления (коэффициент размножения) X везде одинаков (хотя в общем случае он также может зависеть от начальной дозы). Здесь рассмотрена произвольная биологическая система. Допустим, что число центров поражения в данной системе увеличивается по экспоненциальному закону: G=G0-exp(Xt), где Go - начальное число активных центров в результате полученной дозы воздействия. Из примера, представленного на рис. 5.3 видно, что случаи, соответствующие разным начальным дозам, не эквивалентны. Так в момент наблюдения Тні число активных центров повреждения в системе достигло критического уровня только для кривой .
