Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Ферментативная фотореактивация ДЕК, поврезденной ультрафиолетовым излучением 10
1.2. Явление фотореактивации после облучения
Т -квантами и электронами клеток Е E.co^l t дефектных по экецизионной и
рекомбинационной репарации 15
Р є з юм е 37
ГЛАВА 2. МОДИФИКАЦИЯ ВОДИМЫМ СВЕТОМ ЛЕТАЛЬНОГО
ДЕЙСТВИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА
КЛЕТКИ Е.соЄс 40
2.1. Материалы и методы 41
2.2. Зависимость эффекта фотореактивации от мощности дозы рентгеновского излучения 42
2.3. Зависимость эффекта фотореактивации
от газовых условий в момент облучения 50
Р є з юм е 53
Вы в о д ы 54
ГЛАВА 3. БИОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОТОРЕАКТИВАЦИИ КЛЕТОК БАКТЕРИЙ, ОБЛУЧЕННЫХ ГАММА-КВАНТАМИ
3.1. Фотореактивация клеток после повреадений,
индуцированных излучением Вавилова-Черен-
кова 56
3.2. Фотореактивация клеток после повреадений,
индуцированных прямым возбуждением мо
лекул оснований ДНК 63
Вы в о д ы 74
ГЛАВА 4. ДОЗА И СЖКТР ИЗЛУЧЕНИЯ ВАЕИЯОВА-ЧЕРЕНКОВА,
ЩЦУЦИРОВАННОГО В ПРОЗРАЧНОЙ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КЛЕТОК
4.1. Зависимость дозы излучения Вавилова-Черенкова от линейных размеров облучаемых объемов прозрачной водной суспензии 76
4.2. Метод расчета No ( Е ^ ) X і, л X )
и DA( Er) 80
4.3. Моделирование процессов взаимодействия
)р -квантов, электронов и позитронов
с веществом, определяющих величины
Й0(г;Ас,л\ )и 1),,( Er ) 89
4.4. Результаты расчетов дозы и спектра
излучения Вавилова-Черенкова при
облучении водных объемов электронами
и У"-квантами 99
Ре з юм е 117
Вы в о д ы 118
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 120
ВЫВОДЫ... 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 139
ЛИТЕРАТУРА 151
Введение к работе
Актуальность темы
Наиболее важными первичными процессами для большинства видов ионизирующих излучений являются столкновения, при которых энергия передается электронам атома или молекулы. Наиболее существенными процессами передачи энергии являются ионизация, возбуждение и перезарядка. Многие годы считалось, что электронным возбуждением, как причиной радиобиологических эффектов, можно пренебречь. В основном это объясняется тем, что при действии ионизирующих излучений не удавалось идентифицировать повреждения, образование которых могло бы быть следствием электронных возбуждений молекул. В фотобиологии основной тип таких повреждений при действии коротковолнового ультрафиолета - пиримидиновые димеры -хорошо изучен и отличается, в частности, способностью восстанавливаться под действием видимого света. Однако попытки многочисленных авторов достоверно воспроизвести феномен фотореактивапии после воздействия на клетки ионизирующего излучения не увенчались успехом. Эффект был обнаружен М.Н. Мясником и И.И. Морозовым только в 1973 при облучении -квантами °Со клеток Б, cot і , дефектных по основным типам темновой репарации (эксцизионной и рекомбинационной), но сохранивших способность к фотореактивации.
В последующие годы у нас в стране и за рубежом усилия исследователей были направлены на выяснение механизма образования повреждений УФ-типа при действии на клетки ионизирующего излучения. Наиболее естественным следует считать образование фотореактивиру-емых повреждений в результате воздействия на пиримидиновые основания ультрафиолетового компонента излучения Вавилова-Черенкова, индуцированного в прозрачной водной суспензии вторичными электронами /М.Н. мясник, И.И. Морозов, 1979/. Экспериментальные ис
следования ряда авторов показали, что величина эффекта коррелирует с зависимостью выхода излучения Вавилова-Черенкова от энергии f-квантов, прозрачности и объема суспензии. Но в то же время \hJcLn j,SrnL{fi /1978/ и MoSS , SmcM /1980/наблвдали эфект фотореактивации и при энергиях меньших пороговой для образования свечения. Наличие эффекта в отсутствии излучения Вавилова-Черенкова можно бы объяснить образованием фотореактивируемых повреждений в результате прямого возбуждения азотистых оснований вторичными электронами. Но само существование эффекта при действии на клетки рентгеновского излучения нельзя считать достоверным / Red paU , 2-а 6ian$fccf 1979; Myasnck г od?. , 1980; МсЛае€ e 1. f 1981/.
Весьма противоречивы и теоретические оценки выхода излучения Вавилова-Черенкова для объяснения зависимости величины эффекта фотореактивации от энергии VА- -квантов. Так, рассчитанный
MoSS , Smii-ft /1980/ выход свечения для ]Л-квантов I37Cs ,
fin п
lo и электронов с энергией 32 МэВ качественно согласуется с
зависимостью эффекта от энергии. Мил son /1981/, рассчитав поток излучения Вавилова-Черенкова в условиях эксперимента, проведенного Moss f miih /1980/, приходит к выводу, что излучение Вавилова-Черенкова нельзя рассматривать в качестве основной причины образования фотореактивируемых повреждений. В то же время Moiobov t Myasniic /1980/; Moss , Smiifi /1980/; Rectpctlv tA oJ., /Г98І/ на основании оценочных расчетов заключают, что большая часть фотореактивируемых повреждений может быть обусловлена образующимся в водной суспензии излучением Вавилова-Черенкова. Недостатком всех этих работ является отсутствие последовательного перехода на основании модельных представлений от физической стадии радиационного поражения к критериям модифицирующего действия фотореактивации, таким, как фактор изме
нения дозы, например.
Исследования роли излучения Вавилова-Черенкова и процесса прямого возбуждения оснований ДНК в биологическом действии ионизирующих излучений не ограничивается выяснением их влияния на величину эффекта фотореактивации. Особую актуальность они приобретают в связи с тем влиянием, которое фотореактивируемые и нефото-реактивируемые повреждения УФ-типа могут оказывать на мутагенез, величину СБЭ, ККУ и др.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование роли излучения Вавилова-Черенкова и процесса прямого возбуждения азотистых оснований ДВК в образовании фотореактивируемых повреждений, для этого необходимо решить следующие основные задачи:
1. Экспериментальное исследование наличия эффекта фотореактивации после действия рентгеновского излучения и изучение влияния на его проявление модифицирующих факторов.
2. Разработка биофизической модели, постулирующей образование фотореактивируемых повреждений в результате прямого возбуждения оснований и действия излучения Вавилова-Черенкова.
3. Детальный расчет физических параметров, необходимых для количественной интерпретации выводов модели.
4. Теоретическое исследование зависимости величины эффекта фотореактивации от энергии )Л-излучения и линейных размеров облучаемых объемов клеточной суспензии. Сравнение с результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна и практическое значение работы
Впервые достоверно обнаружено наличие эффекта фотореактива
ции при действии рентгеновского излучения и исследовано влияние модифицирующих Факторов - мощности дозы и аноксических условий облучения.
Разработана биофизическая модель действия ионизир7юцего излучения, вызывающего фотореактивируемые повреждения в результате прямых возбуждений оснований ДНК и действия излучения Вавилова-Черенкова. При этом впервые теоретически обоснована роль свечения Вавилова-Черенкова и прямых возбуадений в наблюдаемом эффекте фотореактивации.
Методом Монте-Карло проведен детальный расчет выхода на единицу поглощенной дозы и спектра излучения Вавилова-Черенко-ва с минимальным количеством приближений при описании геометрических условий облучения и процессов взаимодействия У -квантов, электронов и позитронов с веществом.
На основании модельных представлений и рассчитанных характеристик излучения Вавилова-Черенкова получена теоретическая зависимость величины эффекта от энергии V -излучения. Обнаружена и изучена, уникальная в радиобиологической практике, зависимость эффекта от соотношения линейных размеров облучаемого объема суспензии. Указаны геометрические условия облучения, обеспечивавшие максимальную при данной энергии \Л-кван-тов дозу излучения Вавилова-Черенкова.
Анализ Фотобиологических аспектов радиационного поражения может способствовать пониманию механизмов повреждающего действия радиации на клетки. Полученные в работе результаты могут быть использованы при дальнейшем изучении роли электронных возбуждений молекул в летальном и мутагенном действии ионизирующих излучений. Образование фотореактивируемых и нефоторе-активируемых повреждений в результате прямых возбуждений молекул должно учитываться в радиобиологических исследованиях со
всеми видами ионизирующего излучения, а излучение Вавилова-Че-ренкова в тех случаях, когда энергия заряженных частиц превышает пороговую для его образования. На защиту выдвигаются:
1. Результаты опытов, демонстрирующие наличие эффекта фотореактивации клеток E.coCt после действия рентгеновского излучения, зависимость величины эффекта от газовых условий и независимость от мощности дозы.
2. Постулаты и выводы биофизической модели, в которой образование фотореактивируемнх повреждений рассматривается как результат прямого возбуждения молекул оснований ДНК вторичными электронами и действия излучения Вавилова-Черенкова.
3. Результаты расчетов средних по облучаемому цилиндрическому объему дозы и спектра излучения Вавилова-Черенкова, индуцированного в прозрачной водной суспензии вторичными электронами.
4. Результаты теоретического и экспериментального исследования зависимости величины эффекта фотореактивации от энергии рентгеновского и -излучения и формы облучаемых объемов суспензии.
Личный вклад соискателя
Под научным руководством М.Н. Мясника и В.А. Питкевича автором проанализированы литературные данные, спланированы и выполнены эксперименты, результаты статистически обработаны и систематизированы. Составлены алгоритм и программа и проведены расчеты на ЭВМ, сформулированы постулаты и предположения , лежащие в основе биофизической модели. В научных статьях и докладах по теме диссертационной работы, опубликованных совместно с другими авторами, преобладающими являются материалы, полученные автором диссертации. Результаты работы отражены в 3-х печатных работах и в 3-х докладах на 2-х Всесоюзных конференциях.
