лимеризации метакриловой кислоты лод действием облучения основную роль играют гидроксильные радикалы.

Следует иметь в виду, что не всегда радикалы непосредственно взаимодействуют с облучаемым субстратом. Иногда и окисление и восстановление при облучении осуществляются через промежуточные соединения радикального характера, например через органические перекиси.

Такого рода органические перекиси были даже обнаружены (в 1954 г.) в бутилово-алкогольных экстрактах из тканей облученных животных.

Таким образом, возникновение в растворах окисляющих радикалов является первичным физико-химическим звеном в цепи реакций, возникающих в живых тканях и органах вслед за актом ионизации или возбуждения молекул.

Роль удельной плотности ионизации в механизме биологического действия излучений. За последние годы, особенно в связи с открытием атомной энергии, медицина и биология обогатились не только новыми мощными источниками излучения, но и новыми видами излучения, которые используются в научных и практических целях (быстрые и медленные нейтроны, ультражесткое рентгеновское излучение, ускоренные тяжелые частицы и др.). Естественно, возникает вопрос: одинаков ли механизм действия разных видов излучения, т. е действительно ли при всех известных нам в настоящее время излучениях речь идет об ионизации, о радикальных и других химических, физико-химических и биохимических изменениях, приводящих в конечном счете к тому или иному биологическому эффекту?

Одним из наилучших методов решения этого вопроса является одновременное использование на одних и тех же объектах разных видов излучения. Речь может идти, скажем, о смертельном эффекте при воздействии половинными смертельными дозами разных видов излучения. При идентичности механизма действия примененных видов излучения мы должны получить простое сложение. При отсутствии такой идентичности механизма действия результаты могут быть разными. Большинство исследователеГг склоняются к тому, что имеет место аддитивность и что можно с большой степенью достоверности считать, что механизм биологического действия разных видов ионизирующего излучения одинаков.

Из сходства механизма действия отнюдь не следует равно-эффективность одинаковых доз. В действительности одинаковые дозы разных видов излучения дают совершенно различный эффект. Это было замечено радиобиологами еще в 1935 г., когда впервые было использовано для воздействия на экспериментальные опухоли нейтронное излучение и было замечено, что

оно оказалось в 5 раз более эффективным, нежели рентгеновы лучи.

Оказалось, что различие в эффективности разных видов излучения зависит от плотности их ионизации, т. е. от различного распределения в пространстве равного при разных дозах количества пар ионов и, следовательно, образуемых ими радикалов.

При облучении рентгеновыми и у-лучами в результате взаимодействия фотонов с веществом с электронных орбит атомов срываются электроны, так называемые первичные электроны. Энергия этих электронов такова, что они способны сами вызывать интенсивную ионизацию, т. е. в свою очередь срывать электроны с электронных орбит атомов. Эту ионизацию принято называть вторичной ионизацией. При воздействии рентгеновыми и у-лучамн Практически вся ионизация создается за счет этой вторичной ионизации.

В зависимости от энергии первичных электронов характер производимой ими ионизации бывает различным. Чем больше скорости этих электронов, тем на больших расстояниях один от другого будут располагаться образованные ими ионы. Удельная плотность ионизации (число пар ионов на единицу длины пути), создаваемой быстрыми электронами, измеряется в среднем всего несколькими парами нонов на 1 \i пути в тканях.

По мере затраты энергии на ионизацию скорость электронов уменьшается и к концу их пробегов становится такой, что ионы здесь располагаются относительно более густо, образуя так называемые хвосты . Плотность ионизации в этих местах измеряется десятками и даже сотнями пар ионов на 1 ц пути. Ионизация, создаваемая хвостами , невелика (порядка нескольких процентов) н мало отражается на общем характере ионизации, создаваемой рентгеновыми и у-лучами, обычно более или менее равномерной. Все же для некоторых биологических эффектов там, где требуется массированный удар по той или иной биологической структуре, основное значение имеют именно хвосты . Равномерному пространственному распределению ионов при ионизации рентгеновыми и гамма-лучами способствует также и то, что благодаря малой массе электронов пути их в веществе, особенно прп малых энергиях, оказываются сильно и разнообразно искривленными.

Указанный характер ионизации рентгеновыми и у-лучами приводит к тому, что и образовавшиеся в результате радиолиза воды радикалы также оказываются раопределенными в облученном пространстве довольно редко и при этом равномерно, т. е. расстояния между ними как между одноименными, так и между разноименными оказываются в среднем одинаковыми.

Совсем иной характер носит ионизация при плотноионизи-рующих излучениях. Эти ионизирующие частицы (протоны, а-ча-

стицы, ядра атомов) обладают обычно значительно меньшей скоростью, чем излучения с малой удельной плотностью ионизации. Благодаря этому, а у а-частиц еще и благодаря их большему заряду, среднее число пар ионов, создаваемых на 1 ц пути в тканях, достигает нескольких тысяч (табл. 7).

У излучений с большой удельной плотностью ионизации пути ионизирующих частиц благодаря их большей массе, по сравнению с электрона(ми, оказываются прямыми. Это, а также меньшее количество треков приводит к тому, что при излучениях с большой удельной плотностью ионизации в облучаемом, пространстве радикалы распределены неравномерно. Не случайно такого рода ионизация, в частности для а-частиц, получила название зональной.

Характер распределения в пространстве ионов, создаваемых ионизирующим излучением, определяет й характер распределения радикалов. При излучениях с большой удельной плотностью ионизации наблюдается следующая картина начального распределения радикалов, которая затем может меняться в результате их пространственного перераспределения вследствие диффузии, образования электрического поля и т. п. Вдоль трека а-частицы образуется первая зона (колонка) с очень большой концентрацией гидроксильных радикалов ОН, непосредственно возникающих при первичной ионизации и от вторичных электронов. Далее располагается зона действия более быстрых электронов, в которой образуются свободные водородные агомы, составляющие как бы цилиндрическую оболочку для первой колонки.

Таким образом, при ионизации а-лучами радикалы ОН и Н зонально распределены в облучаемом пространстве. Расстояния между радикалами ОН, расположенными вдоль треков а-частиц, с одной стороны, и между атомами водорода, расположенными во внешней части колонки, с другой стороны, оказываются весьма малыми, расстояния же между радикалами ОН и Н, наоборот, значительны.

Подводя итоги всему изложенному о плотности ионизации разных видов излучений, можно сказать, чтоу излучений с малой удельной плотностью ионизации радикалы Н и ОН распределены равномерно, т. е. расстояния между радикалами ОН и ОН, Н и Н, Н и ОН в среднем одинаковы. У излучений с большой удельной плотностью ионизации распределение этих радикалов неравномерно, причем расстояния между радикалами Н и Н, ОН и Он в среднем значительно меньше, чем расстояние между радикалами ОН и Н.

Зависимость эффекта действия излучения от плотности ионизации. В большинстве изученных до сих пор общих и биологи-

При равных дозах облучения количество треков будет во столько раз меньше, во сколько раз удельная плотность иопнз.шнп больше,

Таблица 7

Линейный расход энергии и удельная плотность ионизации различных видов ионизирующих излучений

8 .Защита от радиоактивных излучений

ческих реакций излучения с большой удельной плотностью ионизации (а-лучи, нейтроны) оказались более эффективными, чем рентгеновские, у- или р-лучи. В отдельных случаях, особенно при воздействии на микроскопически малые объекты, а также на растворы и некоторые другие объекты, излучения с большой удельной плотностью ионизации оказываются менее эффективными. В том и другом случае это объясняется различием в

1.0 0,9

10 %0,

0.1 0.2 I г 4 6 810 20 10 00 гоо ш woo

ЛРЗ, HsSljH

1ис. 27. Зависимость вы.хода от линейного расхода энергии, на ординате указан относительный выход ( G ), на абсциссе-линейный расход энергии, кэв/ц. Условные обозначения:

ф - GpjQ (выход перекиси водорода) в присутствии кислорода: о - HjOj (то же при отсутствии кислорода)

Для перекиси водорода 1.0 иа ординате соответствует

выходу НаОз в 2.3 \ - выход РеЗ-Ьц 0.8 h/HiSO, в присутствии кислорода. Для Fc + 1.0 на ординате соответствует 16-0 - ниактивиш карбакснпептидазы, карбоксипеп-

тидазы (,0 на ординате соответствует (),!8. -г - выход водорода

удельной плотности ионизации, но не всегда удается выявить тот конкретный механизм, благодаря которому плотность ионизации приводит к Отмеченным различиям (рис, 27)-

Хорошей иллюстрацией зависимости действия излучения от плотности ионизации является различие в проявлении кислородного эффекта между излучениями с большой и малой удельной плотностью ионизации. Так, например, в отличие от рентгеновых и у-лучей, отсутствие кислорода или понижение его концентрации почти не отражается на эффективности действия а-лучей и мало влияет на эффективность нейтронного облучения. Это подтверждается образованием перекиси водорода в

нр - ОН

.Нр + НО;

HOj-l-OH- нр + о;

НО, НО2-.НР, гО;

нр + он- f О2,

приводящие к образованию кислорода.

Таким образом, из этих реакций видно, что необходимые для процесса активные окислители H2O2, а главным образом HO2, могут при излучениях с большой удельной плотностью ионизации образовываться и при отсутствии кислорода в окружающей среде или в объекте, поскольку необходимый для этого свобол-8*

облучаемой воде, при облучении корней растения, злокачественных опухолей у мышей и на других объектах.

Различие в кислородном эффекте при действии излучений с большой и малой линейной плотностью ионизации, т. е- большая эффективность первых при отсутствии кислорода, может быть объяснено рассмотренными выше различиями в распределении радикалов при различных излучениях.

При излучениях с большой удельной ллотностью ионизации зональность распределения радикалов приводит к тому, что реакции

И + Н Н-,

ОН + он -> Н-,0, будут превалировать над реакциями

Н + ОН -> Н.,0

Ho-f OHHO h Н-

Количество образовавшихся перекиси водорода и водорода будет больше, чем в случае излучений с малой плотностью ионизации при той же мощности поглощенной дозы.

С точки зрения изложенных выше представлений, по мере сближения пучков, что равносильно большей удельной плотности ионизации, радикалы, оставшиеся от соединения с радикалами того же пучка, все еше могут соединиться с такими же радикалами 1!3 соседнего пучка. Поэтому чем больше удельная плотность ионизации, тем больше выход Нг и Н2О2.

Так как перекись водорода образуется главным образом в центральной части колонки радикалов, то концентрация ее может оказаться достаточно большой для того, чтобы начали протекать реакции