Рожденная веком

Детальное изучение КЭ на клетках млекопитающих было начато в конце 40-х годов крупным английским радиобиологом Греем с его сотрудниками. Ими была впервые определена количественная зависимость изменения радиочувствительности от концентрации кислорода в виде своеобразной кривой, известной в литературе как кривая Грея (рис. 14). Анализ этой кривой показывает, что в условиях полной аноксии клетки наиболее радиоустойчивы; по мере увеличения содержания кислорода их радиочувствительность вначале резко, затем более плавно увеличивается, а начиная с 25—30% О₂ до 100% О₂ практически не изменяется. Таким образом, на воздухе, содержащем, как известно, 21% кислорода, радиочувствительность оказывается почти максимальной. Эта закономерность была установлена Греем и Конгером в экспериментах на опухолевых клетках асцитного рака Эрлиха, облучавшихся при разных концентрациях кислорода. Об открытии и вызванном им энтузиазме среди сотрудников лаборатории Грея мне довелось услышать от одного из них, ныне маститого специалиста в этой области сэра Оливера Скотта, который и сейчас не может без волнения вспоминать тот период. Полученные результаты уже тогда позволили понять причину радиоустойчивости опухолей.

Рис. 14. Влияние концентрации (напряжения) кислорода на радиочувствительность клеток. Кривая Грея. 1 — 1—2% О₂; 2 — воздух, 21% О₂; 5—100% О₂.

Эти работы послужили импульсом к началу использования повышенного барометрического давления для усиления эффективности лучевых методов лечения рака, с чем подробнее мы познакомимся во время экскурсии в радиологическую клинику. С тех пор в Англии систематически созываются специальные симпозиумы, посвященные различным аспектам КЭ, называемые после кончины Грея его именем. Последний, седьмой мемориальный симпозиум состоялся в сентябре 1977 года и был посвящен использованию КЭ в лучевой терапии рака.

КЭ — универсальное явление в радиобиологии. Он может быть обнаружен самыми разнообразными методами регистрации по различным показателям поражения в модельных системах и в экспериментах с живыми организмами, расположенными на любом уровне эволюции.

Автор первой крупной отечественной монографии по КЭ, вышедшей еще в 1950 году, талантливый исследователь С. А. Ардашников удивительно метко заметил, что периодически появляющиеся в литературе исключения из КЭ в большинстве случаев удается расшифровать с позиций самого КЭ, в результате чего они в конечном счете не только не опровергают его, а наоборот, блестящим образом подтверждают.

Все это делает понятным пристальное внимание, уделяемое КЭ на протяжении последних сорока лет, ибо изменяя концентрацию кислорода, можно активно влиять на радиобиологический эффект в нужном направлении.

Удобным объектом изучения КЭ являются изолированные клетки, изменение выживаемости которых в зависимости от концентрации кислорода в среде во время облучения наглядно отражается на кривых выживания (рис. 15). Количественным выражением КЭ обычно служит так называемый коэффициент кислородного усиления, или фактор изменения дозы (ФИД), оцениваемый по отношениям величин доз, вызывающих одинаковую выживаемость при облучении в гипоксических условиях (в числителе) и в кислороде (в знаменателе). Участие кислорода в возникающих под влиянием облучения повреждениях биологических макромолекул происходит на самых ранних этапах. Это продемонстрировано в изящных экспериментах с использованием метода сверхбыстрого смешивания и импульсного облучения (продолжительность импульса всего 5—7 мс). Предварительно было установлено, что добавление кислорода к бактериям, находящимся в условиях аноксии, за 20 мс до облучения обеспечивало полную оксигенацию и соответственно усиливало их поражение. Доставка же кислорода даже через 2 мс после облучения уже не модифицировала эффекта, наблюдавшегося в аноксии.

Рис. 15. Радиочувствительность клеток, облученных в атмосфере азота (2) и на воздухе (1). ФИД, вычисленный на уровне 10%-ной выживаемости, составляет около 3 (1280 Р : 430 Р)

Рядом исследователей, однако, на различных биологических системах обнаружено новое явление, названное кислородным последствием. Оказалось, что кислород в определенных условиях и после облучения отчетливо усиливает лучевое поражение. Л. X. Эйдус это показал в оригинальных экспериментах на выделенных белках: миозине, пепсине и рибонуклеазе, а Н. И. Шапиро с сотрудниками — на сухих растительных семенах и изолированных опухолевых клетках. Кислородное последействие связывают с реализацией кислородом возникающих под влиянием радиации так называемых скрытых повреждений.