6. ПРОТИРАДІАЦІЙНИЙ ЗАХИСТ І РАДІОСЕНСИБІЛІЗАЦІЯ

Серед фізичних факторів, що визначають стан організму в момент його опромінення, виділяють декілька основних.

Газове середовище. Зміна газового складу атмосфери, в якій перебуває організм при опроміненні, в значній мірі впливає на його радіочутливість. Так, ще в І921–23 рр. німецький фізіолог рослин Є. Петрі, вивчаючи залежність чутливості проростків пшениці до рентгенівської радіації від обміну речовин, встановив, що опромінення в атмосфері вуглекислого газу підвищує їх радіостійкість. Англійські дослідники С. Хеншоу, Д. Френсіс і Л. Моттрем в дослідах з також з рослинами показали, що властивість послаблювати радіаційне ураження  має будь-який інертний газ, що заміщує кисень. Це явище, назване кисневим ефектом, є видатним   відкриттям в радіобіології, яке відіграло велику роль в її становленні на теоретичну основу.

Перше глибоке вивчення кисневого ефекту було проведене в 1930-і роки англійським радіобіологом Л. Греєм, ім'ям яко­го названа одиниця поглинутої дози. Працюючи також з рослинами – кінськими бобами, він показав, що максимум кисневого ефекту досягається при вмісті його в атмосфері близько 20% (вміст кисню в повітрі біля земної поверхні складає 20,9%). Потім це було підтверджено багатьма дослідниками  на різних об’єктах

Існує два визначення кисневого ефекту. Перше характеризує його як явище посилення радіаційного ураження організму при підвищенні в середовищі концентрації кисню у порівнянні з опроміненням в анаеробних умовах. Друге – як послаблення радіаційного ураження організму при зниженні в середовищі вмісту кисню. Легко помітити, що обидва формулювання не суперечать одне одному, а тільки розглядають явище з різних боків.

Кисневий ефект – універсальне явище в радіобіології. Воно проявляється у всіх біологічних об'єктів і на всіх рівнях орга­нізації живої матерії. Механізм захисної дії гіпоксії пояснюється звичайно тим, що при опроміненні в присутності кисню в клітинах утворюються активні перекисни вільні радикали типу О^., НО^., НО₂^. та перекис водню Н₂О₂, які посилюють дію випромінювань на жит­тєво важливі макромолекули і структури.

Кількісним вираженням зміни дії опромінення під впливом кисню є коефіцієнт кисневого підсилення (К_КП). Він являє собою відношення величини ефективної дози (звичайно ЛД₅₀) при оп­роміненні в умовах гіпоксії до дози, що зумовлює такий же ефект при опроміненні в повітрі.

Іноді його виража­ють іншим показником – фактором зміни дози (ФЗД), який звичай­но використовується для оцінки ефективності радіозахисних та радіосенсибілізуючих агентів. Фактор зміни доз – це відношення ефективної дози при опроміненні об'єкту з викори­станням модифікуючого фактора (у випадку з кисневим ефектом ним є гіпоксія) до ефективної дози контролю.

Таким шляхом визначається ФЗД для всіх чинників фізичної і хімічної природи як радіозахисної, так і радіосенсибілізуючої дії. Дія радіозахисних факторів ФЗД складає величину більше 1 і  для радіосенсибілізуючих факторів – менше 1.

Кисневий ефект практично не проявляється в сухих системах – насінні, спорах, пилку. Але при переході до активної життєдіяльності, на­приклад при проростанні насіння, він швидко зростає і досягає максимуму в обводнених активно метаболізуючих проростках і рослинах. Це цілком зрозуміло, так як радіаційно-хімічні реакції з киснем більш активно проходять у водній фазі.

Відкриття кисневого ефекту привело буквально до перевороту уявлень в області модифікації радіаційного ураження. Воно переконливо показало, що процесом його розвитку і реалізації  можна керу­вати і, головне, знижувати його.

Вологість. Cтупінь прояву кисневого ефекту, а, отже, і радіобіологічних реакцій, залежить від вологості систе­ми. І в радіобіології рослин, мабуть, немає іншого такого питан­ня, з якого було б стільки відомостей, як про вплив вологості насіння на його радіочутливість. Вони свідчать про те, що найбільша радіостійкість насіння досягається при вмісті води дещо більшому, ніж її кількість в повітряно-сухому насінні. При вмісті води вище і нижче цього рівня радіостійкість знижуєть­ся. 3 одного боку, вона стає мінімальною при вологості насіння 3–5%, з другого – при її збільшенні до 15–20% і вище.

Цю складну залежність пояснює шведський радіохімік Л. Еренберг. Він встановив, що, незалежно від вологості насіння, при пе­вній дозі опромінення в ньому утворюється однакова кількість віль­них радикалів. В насінинах з вологістю 3–5% вони протягом досить тривалого часу – до декількох місяців, не піддаються рекомбінації (об'єднанню у неактивні форми). Зі збільшенням вологості насіння частка зникаючих  віль­них радикалів з часом зростає. Біологічне пошкодження прямо пропорційне концентрації радикалів і, отже, зі збільшен­ням вологості зменшується.

При вмісті воду у насінні понад 15% опромінення супровод­жується реакціями, пов'язаними зі зміною їх фізіологічного стану і процесами проростання. Такі ре­акції ведуть до різкого зростання радіочутливості.

Питання про роль вологості в радіостійкості вегетуючих рослин та тварин практично не досліджене. Мож­на тільки припускати, що формування деякої ксероморфності тканин, що ве­де до втрати води і зниження інтенсивності метаболізму, буде спри­яти зростанню радіостійкості.

Температура. Є немало даних про дію температури на радіостійкість рослин. Вони також в основному відносяться до насіння, фізіологічний стан якого дає можливість в ши­роких межах варіювати діапазон температур без суттєвих порушень функцій. І роботами багатьох дослідників було цілком однозначно встано­влено, що охолодження насіння в момент опромінення до температури сухого льоду (–78°С) або рідкого повітря чи азоту (близько –190°С) проявляє значний протирадіаційний ефект. Прийнято вважати, що захисна дія цих температур зумовлена тим, що при глибокому охолоджен­ні створюється несприятлива ситуація для переносу енергії випро­мінювання та її поглинання речовиною. При низьких температурах об­межена також рухливість вільних радикалів і утруднена їх взаємодія з молекулами речовин клітини.

Разом з тим показано, що і підвищення температури при опромі­ненні насіння до 35–80°С веде до зниження радіаційного ураження. Припускається, що захисна дія високих температур зумовлена ослаб­ленням кисневого ефекту за рахунок зниження розчинності кисню при нагріванні.

При опроміненні вегетуючих рослин температура також впливає на радіочутливість. Однак, якщо при її зниженні до 5–10°С прояв­ляється радіозахисна дія, то при підвищенні більше 30°С радіацій­не пошкодження, як правило, посилюється – проявляється радіосенсибілізуюча дія.

Опромінення неіонізуючими видами радіації. Передуюче опроміненню іонізу­ючою радіацією опромінення деякими видами неіонізуючої радіації може безпосередньо впливати на радіочутливість організмів шляхом індукції в клітинах процесів відновлення, а також посередньо, діючи на інтенсивність метаболіч­них процесів.

Так відомо, що попереднє опромінення рослин, культури клітин тварин ультрафіолетовою радіацією знижує уражуючу дію γ-опромінення. Доведено, що таке опромінення індукує в клітинах процеси репараційного відновлення, що веде до підвищення радіостійкості. Але в певних умовах опромінення ультрафіолетовою радіацією може призводити до посилення ураження, що визначається як величиною дози, так і довжиною хвилі, часовим інтервалом між попереднім і основним опромі­ненням і деякими іншими факторами.

Немає однозначної думки і по відношенню ефективності інфра­червоного світла. Відомо, що попереднє опромінення інфрачервоним світлом в діапазоні 750–1900 мкм з максимумом в області 1000 мкм може викликати затримку поділу клітин в меристемах проростків і підвищувати їх стійкість до наступного опромінення іонізуючою раді­ацією.

Змінити радіочутливість рослин можна за допомогою попередньо­го їх освітлення або вирощування за різних світлових режимів. В залежності від інтенсивності і спектрального складу видимого сві­тла в клітинах рослин в результаті фотосинтезу може з'явитися ба­гато відновних сполук, зокрема вільних амінокислот, які сприяють підвищенню радіостійкості.

Разом з зростанням інтересу до дії на живі організми магні­тних та електричних полів, мікрохвиль, проявилась певна зацікавленість до вивчення спільної дії іонізуючих випромінювань і цих типів радіації на біологічні об'єкти. Так, є дані про те, що попередня або спільна обробка насіння і проростків магнітними полями і γ-радіацією веде до ослаблення дії останніх.

Радіозахисна дія цих факторів пояснюється різ­ними причинами: зміною стану і проникністю клітинних мембран під впливом магнітних і електричних полів і мікрохвиль, пере­розподілом аніонів і катіонів між різними тканинами, навіть можливістю утворенням радіостійких комплексних сполук в результаті зв’язування білків з магніточутливими мікроелементами та іншими. Всі вони, на жаль, слабо обґрунтовані і мають характер гіпотез.

В цілому ж треба визнати, що встановлені факти можливості модифікації радіаційного ураження за допомогою різних фізичних факторів тільки підводять базу до вирішення проблеми керування радіобіологічними реакціями. Вони дуже далекі від її кінцевого рішення, особливо по відношенню до протирадіаційного захисту людини. І якщо до 1945 р. ця проблема навіть не була достатньо конкретно сформульована як в науковому, так і в соціальному плані, то після трагічних подій в Японії у серпні того року, коли водночас від радіаційного ураження загинули сотні тисяч людей, вона відразу ж стала у радіобіології проблемою номер один. Перед всіма радіобіологічними установами світу повстало завдання створення речовин хіміко-фармацевтичного типу, які б захищали організм від дії іонізуючих випромінювань.