Системные модели радиобиологических эффектов

Модели инактивации клеток

Модель состояния Каппоса и Полита исходит из следующих постулатов:

§ Клетки после облучения находятся в одном из трех состояний: А – в них отсутствуют повреждения, В – содержатся только репарируемые потенциально летальные повреждения, С – имеется хотя бы одно нерепарируемое повреждение, являющееся летальным.

§ Репарируемые и нерепарируемые повреждения возникают независимо друг отдруга и распределены между клетками по закону Пуассона.

§ Клетка из состояния А может перейти в состояние В и С. Из состояния В в результате репарации клетка может перейти в состояние А, а при фиксации повреждения – в состояние С.

В основе модели насыщения Хейнса положены следующие предположения:

§ Чувствительной мишенью в клетке является ДНК. При облучении клетки в ДНК за короткий срок образуются различные потенциальные повреждения, после чего развиваются медленные биохимические процессы репликации и репарации.

§ Если повреждения репарируются до репликации ДНК, то происходит образование клона клеток при нормальной репликации ДНК. Если репликация ДНК началась раньше, чем репарировались повреждения, образования клона клеток не происходит из-за блокады нерепарированных повреждений.

§ Ожидаемое число нерепарированных повреждений при облучении клеток в дозе D равно -lnS = F(D) – R(D), где F(D) – начальное число потенциальных повреждений; R(D) – число репарированных повреждений.

Модель Мансона описывает выживаемость клеток прокариот:

Чувствительной мишенью в клетках является молекула ДНК, которую представляют в виде двух цилиндрических нитей.

При прохождении частицы через ДНК каждое событие поглощения энергии (первичная ионизация) с вероятностью w индуцирует однонитевой разрыв в одной из нитей ДНК. Разрыв в противоположных нитях ДНК одной частицей приводит к двунитевому разрыву, который не репарируется и является летальным. Вероятность образования двойного разрыва отдельными частицами мала.

Однонитевые разрывы частично репарируются; вероятность того, что репарация однонитевого разрыва не произойдет, равна u. Нерепарируемые однонитевые разрывы также являются летальными.

Для оценки выживаемости клеток эукариот предложена модель Барсукова и Малиновского.

Причиной нарушения репродуктивной способности клетки является возникновение хотя бы одной двухударной асимметричной хромосомной перестройки.

Каждое первичное повреждение хромосомы возникает по принципу «все или ничего», т.е. является результатом попадания одной единственной ионизирующей частицы, производящей в пределах хромосомы достаточное количество ионизаций. Распределение первичных повреждений по клеткам подчиняется закону Пуассона и среднее их число на клетку прямо пропорционально дозе облучения. При действии редкоионизирующего излучения пространственное распределение первичных повреждений внутри ядра можно считать статистически равномерным. Первичные повреждения хромосом способны спонтанно и независимо друг от друга репарироваться.

Первичные повреждения способны мигрировать по клеточному ядру, перемещаясь вместе с хромосомами независимо друг от друга по закону случайных блужданий.

Природа первичных повреждений не рассматривается, но оговаривается, что их выход линейно зависит от дозы. Первичные повреждения исчезают со временем в результате их репарации и образования хромосомных обменов. Природа этих процессов стохастична, поэтом модель, по сути дела, учитывает стохастику процессов репарации, рапределения повреждений по клетке и их миграции.

Модель летальных и потенциально летальных повреждений Куртиса представляет собой попытку объединения разных моделей и теорий биологических эффектов. Основные гипотезы модели заключаются в следующем.

§ Нерепарируемые повреждения образуются в результате взаимодействия двух первичных повреждений, индуцированных отдельной заряженной частицей, включая d-электроны.

§ Вероятность взаимодействия повреждений зависит от расстояния между ними.

§ Первичные повреждения распределяются вдоль трека частицы согласно закону Пуассона.

§ Все первичные повреждения лежат вдоль траектории частицы.

§ Первичные повреждения индуцируются несколькими близко расположенными ионизациями. Считают, что необходимо 6 – 1- ионизаций в мишени размером порядка 2-3нм для образования первичного повреждения.

§ Радиочувствительные мишени равномерно распределены в некотором облучаемом объеме.

Современный подход к качественному системному описанию ответа клетки на лучевое воздействие изложен в разделе 3.7.