Кривые доза-эффект и их интерпретация

Зависимость между дозой радиации и степенью выраженности радиобиологического эффекта графически характеризуют построением кривой дозовой зависимости. Обычно по оси абсцисс откладывают значения доз, а по оси ординат – меру радиобиологического эффекта: выживаемость клеток (организмов), выход хромосомных аберраций и др. Если кривая доза-эффект описана каким-либо аналитическим выражением, то его используют в качестве эмпирической модели радиобиологического эффекта.

Выживаемость клеток в области малых доз хорошо описывается линейной зависимостью. В большинстве же случаев выживаемость клеток следует экспоненциальной функции, или же описывается сигмоидальной зависимостью.

Кривые выживания самых разных клеток при действии на них любого редкоионизирующего излучения имеют одинаковую форму, аналогичную приведенной на рис. 4.

А Б

Рис 4. Кривые доза-эффект при действии редкоионизирующего излучения. А - линейные координаты; Б - полулогарифмические координаты. (Ярмоненко, 1984)

Специфической особенностью, отличающей летальные клеточные эффекты от кумулятивных, является увеличение количества пораженных клеток с увеличением дозы. С одной стороны, даже при самых малых дозах может быть зарегистрирован летальный эффект; с другой - и при очень больших дозах могут сохраняться жизнеспособные клетки (разумеется, с малой вероятностью в обоих случаях). Именно этим объясняется S-образный вид кривой в линейных координатах.

В системе полулогарифмических координат (дозу излучения откладывают на оси абсцисс в линейном масштабе, а выживаемость - на оси ординат в логарифмическом) кривая состоит из плеча (называемого иногда плечом репарации) и линейного участка, начинающегося после доз 3-5 Гр.

Кривые, имеющие плечо, описываются уравнением вида:

где N - число выживших из общего (N₀) числа клеток; D - доза излучения; n - экстраполяционное число, определяемое как значение ординаты в месте ее пересечения экстраполированным прямолинейным участком кривой выживания.

Величина D₀здесь служит мерой радиочувствительности и определяется как приращение дозы, снижающей выживаемость объектов в е раз на прямолинейном участке кривой доза-эффект.

Плечо на кривой выживания определяет способность клеток к репарации, которая обычно бывает исчерпана дозами 3-5 Гр. Мерой способности клеток к репарации является величина плеча, оцениваемая квазипороговой дозой Dq. Эта доза соответствует точке пересечения экстраполированного прямолинейного участка кривой выживания с прямой, параллельной оси абсцисс, проведенной на уровне 100% выживаемости. При уменьшении репараторной способности клеток величина n уменьшается до 1; а величина Dq до 0 Гр.

При облучении биологических систем плотноионизирующими частицами кривые их выживаемости не имеют плеча (рис 5): в линейных координатах они экспоненциальны, а в полулогарифмическом масштабе - линейны, что хорошо описывает зависимость вида:

где N - число выживших из общего числа клеток; D - доза излучения; D₀ - доза, при которой доля выживших клеток =е^-1=1\2.71=0.367.

Таким образом, при дозе D₀выживает 36.7% и погибает 63.3%. Величина D₀ служит показателем радиочувствительности клеток и определяется по кривой выживания как доза, при которой выживает»37% клеток от исходного количества. Поэтому эту величину иногда называют D₃₇, что справедливо в случае экспоненциальных кривых, тогда как в случае кривых, имеющих плечо, D₀ и D₃₇ различны.