CC BY
56
Корякина Е.В.1, Потетня В.И. 1, Клыков С.А.2, Пугачев Р.М. ©
1К.б.н., 2к.ф.-м.н., МНРЦ Минздрава РФ
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕЙТРОНОВ И АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЯ С БЛИЗКОЙ ЛПЭ
Аннотация
Статья посвящена исследованию биологического действия нейтронного излучения с энергией 14,5 МэВ и а-излучения с близкой ЛПЭ на клетки млекопитающих, изучению влияния импульсности нейтронного излучения на эффект, а также оценке ОБЭ исследованных видов излучения для разделения эффектов нейтронов и вторичных заряженных частиц.
Ключевые слова: нейтроны, а-частицы, ЛПЭ, ОБЭ, клетки китайского хомячка Keywords: neutrons, а-particles, LET, RBE, Chinese hamster cells
Опосредованное действие нейтронов через вторичные заряженные частицы, спектр которых представлен компонентами с низкой и высокой ЛПЭ, предполагает знание биологической эффективности основных составляющих действующего поля излучения: протонов, а-частиц, тяжелых ядер отдачи (ЯО). В работе исследовали ОБЭ нейтронов с энергией 14,5 МэВ и а-частиц 239Pu с целью оценить биологическую эффективность разных составляющих спектра вторичных частиц при нейтронном облучении клеток млекопитающих.
Клетки китайского хомячка двух линий (СНО-К1 и V-79) в стационарной фазе роста (3-4 сутки после посева) облучали нейтронами с энергией 14,5 МэВ на двух нейтронных генераторах с тритиевой мишенью - импульсном ИНГ-031 и непрерывного действия НГ-24, а-частицами 239Pu (E0=5,15 МэВ) и стандартным g-излучением (установка «Луч-1» с источником 60Со) в условиях равновесия вторичных заряженных частиц, используя в качестве тест-эффекта выживаемость клеток. В экспериментах с а-частицами монослои клеток облучали через пленку ПЭТФ толщиной 10 мкм. ЛПЭ на входе в клетки составляла 115 кэВ/мкм, незначительно изменяясь по глубине. В изученном диапазоне доз кривые выживаемости после воздействия g-излучения характеризуются линейно-квадратичной зависимостью, а-излучения 239Pu, импульсного и непрерывного нейтронного излучения -линейными зависимостями (рис. 1).
СНО-К1 V-79
Поглощенная доза, Гр Погпсиценная дола. Гр
© Корякина Е.В., Потетня В.И., Клыков С.А., Пугачев Р.М., 2013 г.
Рис.1 - Дозовые кривые выживаемости клеток китайского хомячка линий СНО-К1 и У-79 после воздействия у-излучения 60Со, импульсного и непрерывного нейтронного излучения, а-излучения
239Ри
Эффективности импульсного и непрерывного нейтронного излучения статистически не отличаются друг от друга для обеих клеточных линий. Действие а-излучения на клетки более эффективно, чем нейтронного излучения. Различий в чувствительности двух клеточных линий к исследованным видам излучений не выявлено. Величины коэффициентов ОБЭ составили для нейтронов с энергией 14,5 МэВ - 2,2-2,9 при 37 % выживаемости и 1,52,4 при 10 % выживаемости; для а-частиц 3,7-3,9 при 37 % выживаемости и 2,7-3 при 10 % выживаемости.
Полученные данные согласуются с данными литературы и качественно с известной зависимостью ОБЭ-ЛПЭ для тяжелых ионов [1]: поскольку среднедозовая ЛПЭ а-частиц (115 кэВ/мкм) несколько выше, чем нейтронов с энергией 14,5 МэВ (92 кэВ/мкм), то и величина ОБЭ для них тоже выше. Однако в случае нейтронов спектр ЛПЭ действующих частиц очень широк - от единиц до тысячи кэВ/мкм (рис. 2), и биологический эффект обусловлен усреднением по этому спектру. Среднедозовая ЛПЭ протонов, а-частиц и ЯО С, К, О составляет соответственно 20, 140 и 600 кэВ/мкм.
¿) кзВ/ачн
Рис.2 - Спектр ЛПЭ нейтронов с энергией 14,5 МэВ в мягкой биологической ткани [2]
Как следует из зависимости ОБЭ-ЛПЭ, ОБЭ протонов не превышает 1,2-1,5 (73 % дозы нейтронов), а тяжелых ЯО (11 % дозы) около 1 и даже меньше. Использованные в данной работе а-частицы по своим характеристикам примерно соответствуют а-частицам, образующимся при действии нейтронов. Однако их высокая ОБЭ, с учетом вклада в дозу (12 %), не объясняет высокого полученного значения ОБЭ нейтронов. Это указывает, что ОБЭ короткопробежных ЯО (ЛПЭ 200-1300 кэВ/мкм) и протонов более высока, чем у аналогичных ускоренных ионов при тех же значениях ЛПЭ как за счет структуры трека, так и, возможно, механизма размена энергии в упругих столкновениях с атомами ДНК. Несмотря на основной вклад протонов в дозу нейтронов с энергией 14,5 МэВ, в предположении независимого действия а-частицами, медленными протонами и ЯО может быть обусловлено 40-50 % эффекта нейтронов. С этим, вероятно, связано проявление нейтронами характерных радиобиологических признаков излучений с высокой ЛПЭ. Несмотря на прогресс достигнутый в экспериментальной и теоретической биофизике [], нельзя, однако, исключить и возможность проявления синергетического эффекта взаимодействия радиационных повреждений за счет вторичных тяжелых заряженных частиц с высокой и низкой ЛПЭ при их одновременном действии на клетки в случае нейтронного облучения, что требует специального изучения.
Литература
1. Говорун Р.Д. - Цитогенетические нарушения и мутагенез в клетках млекопитающих и человека, индуцированные ионизирующими излучениями с различной ЛПЭ // Радиац. биол. Радиоэкология. - 1997. - Т. 37. - Вып. 4. - С. 539-548.
2. . Bewley D.K - Calculated LET Distributions of Fast Neutrons // Radiat. Res. - 1968. - Vol. 34. -P.437-445.
3. Корякина Е.В., Севанькаев А.В., Потетня В.И. и др. - Цитогенетическое действие излучения импульсного реактора БАРС-6 в режиме непрерывного однократного импульсного воздействия со сверхвысокой мощностью дозы на лимфоциты человека // Радиац. биол. Радиоэкология. -2005. - Т.45. - № 4. - С.405-411
4. Брусков В.И., Черников А.В., Гудков С.В. и др. - Активация восстановительных свойств анионов морской воды под действием тепла // Биофизика. - 2003. - Т.48. - №6. - С.1022-1029
5. Gudkov S.V., Bruskov V.I., Chernikov A.V. et al. - Oxygen-dependent auto-oscillations of water luminescence triggered by the 1264 nm radiation // Journal of Physical Chemistry B. - 2011. - Т.115. -№23. - С. 7693-7698.
