Т•+ SH ® ТН + S•(химическая репарация) ® выживание клетки

Т + OH•® Т•+ О2 ® ТОО•® гибель клетки.

Для клеточного ядра, лучевое повреждение которого является определяющим для жизнеспособности клетки, перехват водных радикалов природными протекторными соединениями в окружающей среде не является определяющим по нескольким причинам. Реактивность гидроксильного радикала к ДНК на 2 порядка превышает константу скорости реакции и с кислородом, и с природными протекторами. Кроме того, повреждающее действие на ДНК оказывают радикалы, образовавшиеся в непосредственной близости к ДНК в структурированной (кристаллической) воде в составе молекулы.

После образования радикалов ДНК при прямом или непрямом действии радиации реальны конкурентные реакции за взаимодействие с ними протекторов и кислорода:

Образующийся в результате реакции радикал глутатиона сам по себе обладает низкой реакционной способностью, и его повреждающее действие невелико.

Возможности химической репарации пероксидных соединений ДНК, типа ТОО^·, при участии доноров водорода крайне ограничены и не конкурируют с системой ферментативного восстановления ДНК. Судьба образовавшихся, в том числе под воздействием кислорода, потенциально летальных повреждений ДНК зависит от эффективности клеточной системы ферментативной репарации ДНК.

В практической медицине кислородный эффект учитывается при разработке радиопротекторов и способов повышения радиорезистентности организма. При лучевой терапии онкологических больных нашли применение гипоксические смеси, обедненные кислородом, что позволяет снизить поражение кожи и других тканей в области проекции опухоли.

Содержание кислорода в артериальной крови составляет 125-135 мкМ/л, в сосудистых капиллярах – 95-100 мкМ/л. Нормальная оксигенация клеток в организме наблюдается при 30-70 мкМ кислорода в окружающей среде. Наибольшая васкуляризация и, соответственно, оксигенация имеется в тканях головного мозга, почках, печени, селезенки и костного мозга (40-60 мкМ О₂). Меньшее напряжение кислорода отмечается в коже, семенниках (20 мкМ) и слизистой кишечника (7-10 мкМ). При снижении содержания кислорода в среде до 15-25 мкМ клетки человека испытывают состояние умеренной, при 7-12 мкМ выраженной и менее 5 мкМ глубокой гипоксии.

Внутриклеточное содержание кислорода зависит от размеров клетки. У клеток до 10 мкм в диаметре оно ближе к напряжению кислорода в окружающей среде, чем у клеток до 100 мкм, у которых уровень О₂ в среднем снижен в 2 раза. Имеет значение расстояние от клетки до ближайшего капилляра, что создает большие колебания между клетками в напряжении кислорода. Существует также внутриклеточный градиент по кислороду.

Радиосенсибилизирующий эффект кислорода на клеточном уровне находится в конкурентных взаимоотношениях с природными антиоксидантами, прежде всего с SH-группами глутатиона и цистеина, концентрация которых в клетке достигает нескольких миллимолей.