Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 7
1.1. Действие ионизирующего излучения 7
1.2. Характеристика гамма-излучения 11
1.3. Характеристика альфа-излучения 14
1.4. Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений 15
1.5. Действие ионизирующего излучения на клетки 19
1.6. Радиационно-индуцированная нестабильность генома (РИНСГ) 24
1.7. Механизм пострадиационного восстановления 27
1.8. Положительное действие ионизирующего излучения 31
1.9. Действие ионизирующего излучения на растения 37
1.10. Микроводоросли как объект исследования действия ИИ 42
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 46
2.1. Характеристика объекта 46
2.2. Технология выращивания культуры 51
2.3. Техника облучения 56
2.4. Изучение пострадиационного восстановления 62
2.5. Статистическая обработка данных 66
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение 69
3.1. Сравнение выживаемости клеток на разных стадиях роста после действия ионизирующих излучений 69
3.2. Анализ форм гибели облученных клеток 72
3.3. Расчет относительной биологической эффективности (ОБЭ) альфа-излучения для клеток хлореллы 78
3.4. Пострадиационное восстановление хлореллы 81
3.5. Изучение радиационно-индуцированной нестабильности генома хлореллы 86
Заключение 90
Выводы 91
Список используемых сокращений 92
Список литературы
- Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений
- Положительное действие ионизирующего излучения
- Изучение пострадиационного восстановления
- Расчет относительной биологической эффективности (ОБЭ) альфа-излучения для клеток хлореллы
Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений
Гамма-излучение (у-излучение) - коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Возникает при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и др. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длиной волны (Х 10-8 см), вследствие чего ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц - гамма-квантов, или фотонов, с энергией hv (v - частота излучения , h -постоянная Планка).
Гамма-излучение, сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в основное. Энергия гамма-кванта равна разности энергий состояний, между которыми происходит переход. Испускание ядром гамма-кванта не влечет за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от других видов радиоактивных превращений (Ярмоненко СП., Вайнсон А.А., Радиобиология человека и животных: Учеб. пособие - М.: Высш. шк, 2004. - 552с).
Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле атомных ядер вещества (Широков Ю.М., Юдин Н.П., Ядерная физика. М., 1980, 728с). Тормозное гамма-излучение, также как и тормозное рентгеновское излучение, характеризуется сплошным спектром, верхняя граница которого совпадает с энергией заряженной частицы, например электрона. В межзвёздном пространстве гамма-излучение может возникать в результате соударений квантов более мягкого длинноволнового, электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными магнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передает свою энергию электромагнитному излучению, и видимый свет превращается в более жесткое гамма-излучение. Аналогичное явление может иметь место в земных условиях при столкновении электронов большой энергии, получаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивных пучках света, создаваемых лазерами. Электрон передает энергию световому фотону, который превращается в гамма-квант. Таким образом, можно на практике превращать отдельные фотоны света в кванты гамма-излучения высокой энергии.
Гамма-лучи - излучение подобно рентгеновскому, но имеющее более короткую длину волны (Савельев И.В., Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - 2-е изд., стер. -М.: «Наука», 1968. 214-216с). Благодаря малой длине волны гамма-лучи обладают очень высокой проникающей способностью. Они распространяются в воздухе приблизительно на 2,5 км, и являются основной причиной лучевой болезни при использовании атомного оружия.
Наиболее интенсивное гамма-излучение и по энергии, и по количеству фотонов, возникает при Р-распаде естественных и искусственных радионуклидов. Фотоны взаимодействуют с электронами атомов и с электрическим полем ядра. Проходя через среду, гамма-излучение ослабляется по экспоненциальному закону, т.е. никогда не поглощается полностью. В этом его отличие от корпускулярного (альфа, бета, нейтронного) излучения (Трофимова Т.Н., Курс физики. 6-е изд., стер. - М.: «Высшая школа», 1999, 423-426с). Передача всей энергии гамма-квантов происходит в результате фотоэлектрического поглощения, в результате которого фотон исчезает, а его энергия уходит на отрыв электрона от атома, т.е. его ионизацию. Для фотонов с энергией свыше 1,02 МэВ возможно образование пар электрон-позитрон. Важно, что фотон может отдать электрону лишь часть своей энергии и двигаться дальше в другом направлении.
Гамма-излучение ионизируют атомы и молекулы тел, разрушает живые клетки, не взаимодействует с электрическим и магнитным полями. Ионизация, проводимая гамма-квантами в среде, примерно в 100 раз ниже ионизации Р-частицами. Глубина проникновения в среду зависит от энергии квантов.
Гамма-лучи, в отличие от альфа-лучей и бета-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях (Савельев И.В., Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - 2-е изд., стер. - М.: «Наука», 1968). Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:
Фотоэффект - энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным).
Комптон-эффект - гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.
Эффект образования пар - гамма-квантов в поле ядра превращается в электрон и позитрон. Ядерный фотоэффект - при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.
Гамма-излучение применяется в дефектоскопии, при диагностике технологических процессов, для выявления внутренней структуры атомов, в медицинской терапии и диагностики в медицине, для каротажа в геологии, в гамма-лазерах, военном деле и т.п. 1.3. Характеристика альфа-излучения
Альфа-излучение - поток положительно заряженных альфа-частиц (ядер атомов гелия). Основным источником альфа-излучения являются естественные радиоактивные изотопы, многие из которых испускают при распаде альфа-частицы с энергией от 3,98 до 8,78 Мэв (Амиров Я. С, Безопасность жизнедеятельности. Кн2. 42, 1998, 270 с). Благодаря большой энергии, двукратному (по сравнению с электроном) заряду и относительно небольшой (по сравнению с другими видами ионизирующих излучений) скорости движения (от 1,4-109 до 2,0-109 см/сек) альфа-частицы создают очень большое число ионов, густо расположенных по их пути (до 254 тыс. пар ионов). При этом они быстро расходуют свою энергию, превращаясь в обычные атомы гелия. Пробеги альфа-частиц (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким. В воздухе при нормальных условиях — от 2,50 до 8,17 см; в биологических средах - сотые доли миллиметра. Однако вдоль короткого пути альфа-частицы создают большое число ионов, то есть обусловливают большую линейную плотность ионизации, которая достигает нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях.
Ионизация, производимая альфа-излучением, обусловливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые протекают в веществе, в частности в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, в свою очередь вызывают особую, большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность альфа-излучения. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения (ОБЭ) принимается равной 10, хотя в различных случаях она может меняться в широких пределах. Как и другие виды ионизирующих излучений, альфа-излучение применяется для лечения больных с различными заболеваниями (Машкович В.П., Кудрявцева А.В., Защита от ионизирующих излучений. Справочник. М., Энергоатомиздат, 1995, 496 с).
Положительное действие ионизирующего излучения
Культура выращивается в полустационарном режиме, который достигается ежедневным пересевом в свежую среду. Такой режим культивирования позволяет без соблюдения условий стерильности поддерживать чистую культуру водоросли. При перерывах в работе свежевыращенную культуру водоросли можно хранить в холодильнике при температуре 2-4 С в течение 2-4 месяцев.
Контроль качества культуры водоросли хлорелла проводится один раз в квартал. Он осуществляется посредством определения её чувствительности к «эталонному» токсиканту -сульфату кадмия (CdS(V8H20) (Буймова С.А., Бубнов А.Г., Комплексная оценка качества родниковых вод на примере Ивановской области, 2012). Для этого в культиватор КВМ-05 вносят растворы CdS(V8H2C) в концентрациях 0,03; 0,06; 0,12; 0,24; 0,48 мг/дм , что в расчёте на ион кадмия составит 0,01; 0,02; 0,04; 0,08 и 0,16 мг/дм , соответственно. При хорошем состоянии культуры водоросли и правильно поставленном эксперименте после 22 ч культивирования 50 % подавление прироста (снижение индекса отклонения (9,2) до 50%) должно наблюдаться в диапазоне концентраций сульфата кадмия 0,06 - 0,24 мг/дм (в расчёте на соль). При этом оптическая плотность культуры водоросли в контрольном варианте за этот период должна достигнуть величины 0,15 ± 0,03. Этот же показатель может быть использован для текущего контроля состояния тест-культуры водоросли. Если концентрация сульфата кадмия, вызвавшая острую токсичность, находится в интервале 0,06 - 0,24 мг/дм , то чувствительность культуры водоросли соответствует необходимым требованиям, и она может быть использована для биотестирования.
В работе использован альгологически и бактериально чистый термофильный штамм зеленой одноклеточной водоросли Chlorella vulgaris Beijerinck.
В качестве источников ионизирующего излучения использовали излучатель у-квантов Со «Исследователь» с мощностью дозы 22 Гр/мин. Установка «Исследователь» представляет собой свинцовую камеру, служащую защитой от излучения, внутри которой располагается собственно источник Со в виде «беличьего колеса». С помощью специального приспособления внутрь камеры помещается магазин с исследуемыми объектами, которые необходимо облучить.
Дозиметрия установки осуществлялась ионизационным и ферросульфатным методами. Ионизационный метод дозиметрии основан на измерении ионизации в газе, заполняющем детектор. При низком напряжении на электродах ионизационной камеры электроны и ионы, образованные воздействием ионизирующего излучения, будут двигаться к соответствующим электродам и в цепи возникает ток (И.А. Соколов, В.Ф. Запрудин и др., Радиационное качество жилых зданий и пути его обеспечения. Учебник для студентов высших учебных заведений образования Украины / Под ред. д.т.н. Соколова И.А. - Днепропетровск, 2007, С.280). С ростом напряжения на электродах камеры ток через камеру растет по закону Ома и, наконец, разность потенциалов достигает такой величины, при которой практически все ионы, образованные ионизирующим излучением в камере, достигают ее электродов.
Для заполненной воздухом камеры ток насыщения io имеет простую связь с мощностью поглощенной дозы излучения Рв: i0 = qVpPB/cQ, (1) где q - заряд одного иона; V - объем ионизационной камеры; р - плотность воздуха в камере; со - средняя энергия ионообразования. Умножив обе части равенства (1) на время облучения ґ, получим: Qo=qVpDB/a , (2) где Qo - полное количество электричества, образованное в камере за время t; DB - поглощенная доза излучения в воздухе камеры. Таким образом, ток насыщения в ионизационной камере пропорционален мощности дозы, а полное количество электричества, образованное за некоторое время, пропорционально дозе излучения за то же время. Полученные результаты контролировались ферросульфатным методом. Этот химический метод дозиметрии основан на химических реакциях, происходящих при радиолизе воды. По концентрации продуктов радиолиза определяют мощность дозы. При ферросульфатном методе концентрация ионов Fe определялась сравнением оптической плотности облученного 0бл. и необлученного Необл. растворов на спектрофотометре. Тогда мощность дозы находится по формуле:
Таким образом, при дозиметрии камеры установки «Исследователь» мощность дозы Р на момент облучения составляла 22 Гр/мин, а доза, обусловленная временем спуска - подъема (СП) камеры из положения загрузки до положения облучения и обратно составляла 9,7 Гр. Средняя энергия у-квантов Со 1,2 МэВ; ЛПЭ 0,2 кэВ/мкм.
В качестве источника а-частиц использовали радиоактивный изотоп плутония-239 с мощностью 25 Гр/мин, средняя энергия а-частиц ЛПЭ -125 кэВ/мкм.
Для клеток хлореллы характерны несколько типов инактивации. Во-первых, это гибель без предварительного роста на стадии молодой клетки, при облучении - гибель «под лучом». Во-вторых, клетка может погибнуть, увеличив свой объем до объема материнских клеток и больше. При этом в клетке иногда видны контуры автоспор (Шевченко, В.А., и др., 1969). Наконец, клетка может несколько раз спорулировать и дать патологическую микроколонию.
Из-за малого пробега альфа-частиц клетки хлореллы подвергали воздействию плотноионизирующего излучения следующим образом. Небольшую каплю суспензии (0,1мл) концентрацией 2x10 кл/мл помещали на поверхность голодного агара, после чего жидкая среда выпаривалась, а оставшийся монослой клеток подвергался воздействию альфа-частиц Ри (мощность дозы - 25 Гр/мин, ЛПЭ -125 кэВ/мкм). Облучаемая суспензия не содержала комков клеток и состояла из одиночных клеток примерно одинакового размера. Выживаемость клеток определялась путем подсчета микроколоний после 3-суточной инкубации при комнатной температуре на слое голодного агара.
После гамма-облучения каждый образец высеивался на слой голодного агара, нанесенного на покровное стекло. Для дальнейшего роста тестируемые объекты помещали под источник света. Регистрация изменений проводилась с помощью светового микроскопа и машинки для подсчета колоний каждые сутки в течение 6 дней относительно контрольного образца. Этот метод позволяет легко и практически безошибочно регистрировать изменения выживаемости клеток хлореллы, возникшие после действия излучения.
Большинство авторов в генетических экспериментах с хлореллой применяли следующие методы исследования материала: метод макроколоний и метод микроколоний.
Метод макроколоний - обычный микробиологический метод, заключающийся в том, что на поверхности питательного агара в чашки Петри высевается определенное количество клеток из расчета 500-1000 выживших колоний на чашку для учета выживаемости и количества мутаций. Данный метод использовался Ваулиной Э.Н. и Аникеевой И.Д. (Действие УФ лучей на хлореллу // Радиобиология. 4, N 6, - 1964 - С. 883—892) для учета мутаций в клетках хлореллы, связанных с изменением пигментного состава. Подобные исследования были проведены в 1972 году В.И. Хроповой. Принято считать, что клетки, формирующие большие клоны (макроколонии), видимые невооруженным глазом на твердой питательной среде, являются способными к неограниченному размножению или репродуктивно выжившими. Клетки, не способные формировать макроколонии, считаются погибшими, при этому неизвестно погибли сами облученные клетки или их ближайшие потомки.
По мнению некоторых авторов (James А.Р., 1973; Dertinger Н., Jung Н., 1970), классическая оценка гибели клеток по способности образовывать макроколонии на твердой питательной среде не является адекватной для определения кинетики формирования радиационного поражения, а лишь отражает его последствия. Выжившие дрожжевые клетки после любого воздействия можно определить другим методом - по образованию микроколоний на твердой питательной среде.
Метод микроколоний используют для изучения динамики роста клеток хлореллы на твердой агаризованной среде после воздействия на культуру различными мутагенными факторами. Этот метод позволяет изучать картины поражения клеток мутагенными факторами и на основе этого определять выживаемость клеток при различных дозах воздействующих факторов.
Изучение пострадиационного восстановления
Ранее в экспериментах на хлорелле было изучено влияние хронического облучения на мутационную способность хлореллы и зависимость выхода мутаций от сроков хранения облученной культуры в неактивном состоянии (Шабанова Е.А. Влияние хронического у-облучения на хлореллу // Радиобиология. - С. 140-143). После облучения у - лучами в дозах 150, 300, 450, 750 рад, хлореллу хранили в темноте и спустя разный промежуток времени 3 и 6 часа, 5 и 10 суток высевали в чашки Петри, затем производили подсчет выросших колоний, учитывали видимые мутации и летальные мутации, рассчитывали количество видимых мутаций на 1 рад. Пересчет количества мутаций на 1 рад на 1x10 клеток показал, что эффективность облучения в дозе 150 рад в первые сутки после воздействия превышает эффективность облучения во всех остальных дозах. Но через 5 дней хранения большее число мутаций наблюдается в дозе 300 рад, в дозе 150 рад наблюдается даже стимулирующее действие. Это объясняли тем, что замедление деления способствует протеканию восстановительных процессов. Стимулирующее действие объясняют тем, что слабое воздействие радиации инициирует в клетке процессы, активирующие геном и вызывающие образование новых генных продуктов, которые ответственны за возросшую сопротивляемость к последующему облучению.
Обнаружив в наших экспериментах способность клеток хлореллы к пострадиационному восстановлению, мы решили провести более детальное исследование данного феномена. Для проведения собственных исследований по изучению пострадиационного восстановления хлореллы мы использовали два подхода. Первая серия экспериментов была посвящена изучению процессов классического восстановления (Корогодин и др., Сравнительное изучение световой и темновой реактивации дрожжевых клеток разной плоидности, пораженных ультрафиолетовым излучением. Журн. общ. биол, 1962, Т.23, №4, 302-307), когда клетки восстанавливаются в непитательной среде в темноте (для подавления процессов фотореактивации). На рис. 18 представлены кривые выживаемости клеток хлореллы (панель А) после облучения их гамма-квантами и кривые восстановления клеток в темноте (панель Б). 100
На рисунке - кривая 1 демонстрирует восстановление клеток после облучения в дозе 190 Гр, кривая 2 - 280 Гр и кривая 3 - 375 Гр. Видно, что восстановление клеток наблюдается в первые 6-8 часов, затем кривые выходят на плато.
Ранее было показано (Корогодин В. И., Близник К. М., Капульцевич Ю. Г. Закономерности формирования радиорас у дрожжевых организмов. Сообщение XI. Факты и гипотезы. // Радиобиология 1977. 17(4): 492—499), что процессы пострадиационного восстановления количественно описываются двумя параметрами - необратимым компонентом радиационного поражения К, характеризующий долю необратимо поврежденных клеток, и константой восстановления Д определяющей вероятность восстановления в единицу времени.
На рис. 19 представлены аналогичные кривые выживаемости и восстановления клеток водоросли, но при этом восстановление проходило на свету. Так же как и в предыдущем случае наблюдается процесс восстановления, который завершается за 6 часов, но при этом объем восстановившихся клеток уменьшается. Доза, Гр
Видно, что доля клеток не способных к восстановлению в темноте (табл. 4) уменьшается с увеличением времени восстановления клеток и составляет 0,30 (при действии гамма-квантов в дозе 190 Гр) и 0,60 (доза 280 Гр). Это означает, что 30 и 60% клеток, соответственно, не способны к пострадиационному восстановлению. Константа восстановления {/3) для обеих доз составила 0,17 ч" , это означает, что скорость восстановления не изменяется и около 17% оставшихся репарируемых радиационных повреждений восстанавливается каждый час.
Необратимый компонент радиационного поражения для клеток, восстанавливающихся на свету (табл. 5), составил 0,38 и 0,67, константа восстановления осталась неизменной и составила 0,17 ч" .
Количественная оценка параметров восстановления клеток хлореллы (восстановление на свету) Таблица Доза Облучения, Гр Время восстановления Необратимыйкомпонент (К),отн. единицы Константавосстановления (Р),-і час 190 Гр 4 часа 0,85 ± 0,05 0,17 ±0,003 часа 0,80 ± 0,05 0,17 ±0,005 часа 0,53 ± 0,06 0,17 ±0,004 часа 0,38 ± 0,06 280 Гр 4 часа 0,88 ± 0,04 0,17 ±0,003 часа 0,76 ± 0,04 0,17 ±0,004 часа 0,71 ± 0,03 0,17 ±0,003 часа 0,67 ± 0,06 Из табл. 5 также видно, что с увеличением дозы облучения возрастает количество клеток не способных к восстановлению, причем количество таких клеток выше по сравнению с восстановлением, которое протекало в темноте. Это может свидетельствовать, что на свету запускаются не все возможные процессы восстановления, скорее всего это связано с тем, что ферменты, которые узнают нарушения структуры ДНК, удаляют затронутые участки, замещая их нормальными нуклеотидными последовательностями, и, наконец, восстанавливают первоначальную структуру ДНК, замыкая полинуклеотидную цепь, активируются только при отсутствии света. В следующем эксперименте мы использовали большие дозы облучения (560 Гр, 745 Гр). Клетки облучались так же, как и в предыдущем опыте в стационарной стадии роста, восстановление протекало в темноте и на свету. Результаты представлены на рисунках 20-21.
Расчет относительной биологической эффективности (ОБЭ) альфа-излучения для клеток хлореллы
В качестве первичного теста на генетическую нестабильность использовали эффект дорастания клеток. Также как и в предыдущих опытах, выживаемость хлореллы определялась по количеству клеток, сохранивших способность к делению относительно контрольного образца. Выжившими для репродуктивной формы гибели считали клетки, образовавшие микроколонии из 10 и более клеток. Для теста гибель клеток без деления - погибшими считали клетки, не поделившиеся ни одного раза, а выжившими - клетки, поделившиеся за сутки хотя бы один раз. Эффект оценивали как число колоний, выросших в разное время после облучения, к общему числу колоний, выросших при данной дозе за все время наблюдения, в процентах.
Подсчет выросших колоний в чашках производился, начиная с момента появления видимых колоний в контроле (36 часов). Облученные клетки дозами излучения 50 и 100 Гр образовывали колонии с задержкой на два часа (38 часов). При больших дозах облучения 200, 300 и 450 Гр первые колонии появлялись с задержкой на сутки (48 часов). Формирование колоний клетками, облученными разными дозами ионизирующего излучения не одновременно, а с задержкой на 1, 2 и более суток по сравнению с контролем называется «эффектом дорастания».
В процессе размножения облученных клеток у них могут появляться нежизнеспособные потомки. У некоторых клеток - родоночальниц все клетки в потомстве могут оказаться нежизнеспособными, в результате чего образуется та или иная форма инактивации. У других же облученных клеток лишь некоторые дочерние клетки оказываются нежизнеспособными, и такие клетки образуют макроколонии за счет размножения своих жизнеспособных потомков. В контроле же все дочерние клетки делятся нормально.
Появление нежизнеспособных потомков в процессе развития макроколонии из облученной клетки свидетельствует о том, что разделение всей популяции облученных клеток на два класса - класс погибающих и класс выживающих клеток - является условным.
На рис. 22 представлена зависимость эффекта дорастания клеток хлореллы от дозы гамма-облучения. Число колоний подсчитывалось непосредственно после 24, 48, 72, 96, 120, 144 часов после облучения. Из рисунка видно, что с возрастанием дозы облучения количество поздно формирующихся колоний увеличивается. 6s
Зависимость эффекта дорастания клеток хлореллы от дозы гамма-облучения. Кривая 1 - количество колоний, вырастающих после 36 часов; кривая 2 - количество колоний, выросших после 48 часов; кривая 3 - количество колоний, выросших после 96 часов.
Из рис.22 видно, что дозы в 50 и ЮОГр хотя и не снижают выживаемость популяции одноклеточной водоросли на 50%, но индуцируют большое количество субповреждений, в результате чего количество дорастающих колоний значительно отличается от контрольных клеток, особенно в поздние сроки. Дозы же в 350 - 450 Гр вызывают такое количество повреждений, что рост клеток почти полностью прекращается через двое суток после облучения.
Если же рассматривать время, необходимое клеткам для восстановления от сублетальных повреждений, то здесь можно отметить, что после 48 часов дорастание наиболее интенсивно, следовательно, клеткам необходимо не менее двух дней для активации систем репарации и исправления ошибок. Однако, после 72 часов интенсивность вновь выросших клеток уменьшается, что говорит о неоднородности клеточной популяции: одним и тем же клеткам требуется разное время для восстановления.
Обнаружив эффект дорастания в случае действия редкоионизирующего излучения, и оценив интенсивность его проявления в зависимости от дозы, возник вопрос о существовании этого эффекта при действии плотноионизирующего излучения. На рис. 23 представлена зависимость эффекта дорастания клеток хлореллы от дозы альфа-облучения. о4
Зависимость эффекта дорастания клеток хлореллы от дозы альфа-облучения. Кривая 1 - количество колоний, вырастающих после 36 часов; кривая 2 - количество колоний, выросших после 48 часов; кривая 3 - количество колоний, выросших после 96 часов.
Если оценить время, необходимое клеткам для восстановления от сублетальных повреждений при действии плотноионизирующего облучения, то оно соответствует времени, необходимому клеткам для восстановления при действии редкоионизирующего облучения и составляет около 48 часов. После 72 часов дорастание колоний уменьшается пропорционально времени и минимально после 96 часов, тогда как при действии гамма-излучения появление колоний наблюдалось и после 72 часов. Следовательно, плотноионизирующее излучение продуцирует большее количество повреждений на единицу дозы.
Если рассматривать разные типы инактивации клеток видно, что после воздействия плотноионизирующего излучения, снижается количество клеток, способных образовывать колонии, в связи с большим числом клеток, погибающих «под лучом».
Эффект дорастания клеток, характеризующий генетическую нестабильность проявляется как при действии редкоионизирующего, так и при действии плотноионизирующего излучения. При этом дозы, индуцирующие субповреждения в наибольшей степени, для них различны. Для гамма-излучения этот диапазон находится в пределах 50-100 Гр, для альфа-излучения он смещен в меньшую сторону и составляет 20-50 Гр. Минимальное время, необходимое клеткам для восстановления, одинаково, и составляет около 48 часов. При этом плотноионизирующее излучение вносит больше повреждений на единицу дозы, поэтому клетки, способные восстановиться, дают колонии не позднее 48 часов после облучения.
Проведенный в работе анализ действия ионизирующего излучения с различными ЛПЭ на культуру зеленой одноклеточной водоросли Chlorella vulgaris показал, что зависимость выживаемости клеток от дозы облучения экспоненциальна. Такой тип зависимости реализуется в том случае, когда в процессе репарации каждого возникающего повреждения в клетке при облучении остаются не восстановленные повреждения, подчиняющиеся пуассоновскому распределению. Угол наклона экспоненты, отражающий радиочувствительность клеток, соответствует в этом случае выходу не репарируемых повреждений ДНК. При этом облучение альфа-частицами вызывает значительно большую гибель клеток микроводоросли при условии облученных в одних и тех же дозах. Поскольку кривые выживаемости после обоих видов излучения были экспоненциальными, значение относительной биологической эффективности (ОБЭ), определяемых отношением изоэффективных доз на кривых выживаемости после гамма-и альфа-облучения, не зависело от уровня выживаемости, для которого оно рассчитывалось. ОБЭ альфа излучения равна 3 ± 0,12 Впервые обнаружены разные формы гибели клеток Chlorella vulgaris: гибель «под лучом», апоптотическая гибель после нескольких делений и некротическая гибель как до деления, так и после нескольких делений для Chlorella vulgaris. Показано, что при изоэффективных дозах воздействия обоих видов излучения выход клеток погибших «под лучом» практически в 2 раза выше такового после действия гамма-квантов для клеток в логарифмической фазе роста и 1,5 раза - в стационарной.