Комбинированное действие ионизирующего излучения и других факторов окружающей среды на живые организмы

Комбинированное действие
ионизирующего излучения и других
факторов окружающей среды на живые
организмы
Комарова Людмила Николаевна
МРНЦ РАМН, г. Обнинск
• Цель работы – получение новой
информации о механизме
взаимодействия ионизирующих
излучений с физическими и
химическими факторами.
• Задачи работы:
1. Оценить количественно константу восстановления и
необратимый компонент радиационного поражения
при комбинированном действии гипертермии с
ионизирующим и УФ излучениями на дрожжевые
клетки.
2. Определить параметры восстановления
культивируемых клеток млекопитающих после
терморадиационного воздействия.
3. Проанализировать характер восстановления
культивируемых клеток млекопитающих при
использовании ингибиторов восстановления.
4. Предложить и проверить математическую модель
прогнозирования доли необратимо пораженных
клеток при комбинированных воздействиях.
Äî çà, Ãð
100
0
400
800
Dýô (t)
Âû æè âàåì î ñòü, %
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî ññòàí î âë åí è ÿ, ÷
0
20
40
60
80
D1
10
1
À
Á
0,1
K t  
Dэф t 
D1
K  K   
Dэф  
D1

Dэф t   D1 K  1  K e
K  K   
e
t

Dэф  
D1
Dэф t   Dэф 
D1  Dэф  
ln At 

t
 t

102
0
Äî çà, Ãð
1000 1500 2000
500
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî ññòàí î âë åí è ÿ, ÷
2500 0
20
40
60
80
À
Âû æè âàåì î ñòü, %
101
Á
1
100
1'
2
10-1
2'
3
10-2
10-3
4, 4'
3
2
1
4
3'
10-4
Изменение объема и скорости восстановления дрожжевых клеток
S. ellipsoideus (vini) (штамм Мегри 139-В) от дозы γ-квантов и от
продолжительности действия температуры (последовательное действие)
Äî çà, Ãð
100
0
400
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî ññòàí î âë åí è ÿ, ÷
800
1200
Âû æè âàåì î ñòü, %
À
0
20
40
60
80
100
Á
1
2
10
3
1
4
3
2
1
4
0,1
Изменение объема и скорости восстановления дрожжевых клеток
S. ellipsoideus (vini) (штамм Мегри 139-В) от дозы γ-квантов и от
повышенной температуры (одновременное действие)
Í åî áðàòè ì û é ê î ì ï î í åí ò
1,0
Á
À
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0
4
8
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü
âî çäåé ñòâè ÿ, ì è í
12
20
40
45
50
55
60
Òåì ï åðàòóðà, î Ñ
Зависимость относительной доли необратимо пораженных клеток от
продолжительности воздействия гипертермии (60°С) при последовательном
действии и от температуры при одновременном действии
A(t)
1
Á
À
0,4
0,2
0,1
0
10
20
30
40 0
10
20
30
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî ññòàí î âë åí è ÿ, ÷
Определение константы восстановления
40
Äî çà, Äæ/ì
100
0
180
360
540
2
720
900
Á
Âû æè âàåì î ñòü, %
À
10
1
2
3
1
4
6
5
3
4
2
5
1
0,1
6
0
2
4
6
8
10
0
10
20
30
40
50
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî çäåé ñòâè ÿ, ì è í Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî ññòàí î âë åí è ÿ, ÷
Изменение объема и скорости восстановления дрожжевых клеток S.
cerevisiae от дозы УФ-излучения и от повышенной температуры
(одновременное действие)
Влияние гипертермии на параметры восстановления диплоидных дрожжевых
клеток Saccharomyces cerevisiae (штамм XS800) после одновременного
комбинированного воздействия ультрафиолетового излучения и тепла
Воздействующая
температура,
С
Необратимый компонент (К),
отн. единицы
Константа
восстановления
(β),
час-1
20–40
0.53  0.02
0.06  0.01
53
0.60  0.02
0.06  0.02
54
0.68  0.02
0.06  0.01
55
0.79  0.02
0.06  0.01
56
0.95  0.02
0.06  0.02
57
1.00  0.03
–
Параметры восстановления разрывов цепей ДНК асцитной карциномы
Эрлиха после последовательного действия тепла и рентгеновского (РИ)
излучения (Jorritsma, Konings, 1983)
Способ
облучения
0
× è ñë î ðàçðû âî â ÄÍ Ê/ê ë åòê à õ 10 -3
1
Необратимый
компонент,
отн. ед.
Константа
восстановления,
мин-1
2
2
3
4
4
6
À
8
0
Á
5
2
4
Äî çà, Ãð
0
20
40
60 90
120
44 ºС 15
мин +
РИ 6 Гр
0,18
0,05
44 ºС 30
мин +
РИ 6 Гр
0,20
0,05
44 ºС 60
мин +
РИ 6 Гр
0,41
0,05
44 ºС 120
мин +
РИ 6 Гр
1,00
–
Ï ðî äî ë æè òåë üí î ñòü âî ññòàí î âë åí è ÿ, ì è í
1,0
À
Á
Â
Ã
0,9
Í åî áðàòè ì û é ê î ì ï î í åí ò
0,8
0,7
0,6
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0
10
Êî í öåí òðàöè ÿ, ì Ì
20 0
10
20
Êî í öåí òðàöè ÿ, ì ê Ì
Необратимый компонент радиационного поражения
клеток китайского хомячка (V79):
пируват натрия (А), новобиоцин (Б), лактат натрия (С) и налидиксовая кислота (Г).
 K1 N1  K 2 N 2  K 3 p1 N1
, если p1 N1  p 2 N 2

N

N

p
N

1
2
1 1
K 
 K1 N1  K 2 N 2  K 3 p 2 N 2 , если p N  p N
1 1
2 2

N1  N 2  p 2 N 2
N2

 K1  K 2 N  K 3 p1
1

,
если p1 N1  p 2 N 2
N

2
1
 p1

N1
K 
K  K N2  K p N2
2
3 2
 1
N1
N1
, если p1 N1  p 2 N 2

N
N

1  2  p2 2

N1
N1
Äî çà, Ãð
Âû æè âàåì î ñòü, %
100
0
500 1000 1500 2000 2500 0
D1
500 1000 1500
À
D2
Á
45оС
10
1
2
2
20оС
1
1
0,1
Âû æè âàåì î ñòü, %
100
Â
Ã
50оС
10
Ä
55оС
52,5оС
1
2
2
1
1
1
2
0,1
0
300 600 900 0
50
100 150 0
40
80
Äî çà, Ãð
Зависимость выживаемости дрожжевых клеток S. ellipsoideus (vini) (штамм
Мегри 139-В) от дозы ионизирующего излучения и температуры
воздействия
Необратимый компонент радиационного поражения (K) после одновременного действия
ионизирующего излучения и гипертермии на диплоидные дрожжевые клетки Saccharomyces
ellipsoideus (vini) (штамм Мегри 139-В)
Температура, C
20
45
50
52,5
55
N2/N1
0
0,21
0,55
1,36
7,19
Необратимый
компонент (K),
эксперимент
0,41  0,05
0,51  0,07
0,75  0,04
0,84  0,06
0,91  0,05
Необратимый
компонент (K),
теория
0,41
0,66
0,80
0,89
0,95
2
Äî çà ÓÔ-ñâåòà, Äæ/ì
Âû æèâàåì î ñòü, %
100
0
400
800
1200
D1
D2
0
400
800
1200
10
2
1
2
0,1
1
á
à
1
0,01
Âû æèâàåì î ñòü, %
100
ã
â
ä
å
10
1
1, 2
0,1
1
2
2
2
1
1
0,01
0
400
800 0
400
0
Äî çà ÓÔ-ñâåòà, Äæ/ì
400
0
400
2
Зависимость выживаемости дрожжевых клеток S. сerevisiae (штамм
XS800) от дозы УФ-излучения
Необратимый компонент радиационного повреждения после одновременного действия УФизлучения (254 нм) и гипертермии на диплоидные дрожжевые клетки
Saccharomyces cerevisiae (штамм XS800)
Температура, C
20
53
54
55
56
57
N2/N1
0
0,11
0,16
0.21
0.95
4.29
Необратимый
компонент (K),
эксперимент
0,56  0,05
0,60  0,07
0,69  0,04
0,80  0,06
0,92  0,08
1,00  0,05
Необратимый
компонент (K),
теория
0,56
0,70
0,74
0,77
0,87
0,95
• Выводы
1. Механизм синергического взаимодействия гипертермии с
ионизирующим и УФ излучениями связан с увеличением
доли клеток, неспособных к восстановлению, в то время
как константа восстановления не зависит от условий
терморадиационного воздействия.
2. Показано, что механизм действия многих химических
ингибиторов восстановления обусловлен не нарушением
самих процессов восстановления, а формированием
большей доли клеток, неспособных к восстановлению.
3. Предложена концепция синергического взаимодействия,
на базе которой сформулирована и проверена
математическая модель для прогнозирования доли
необратимо пораженных клеток при комбинированных
воздействиях.