Введение к работе
11 Актуальность темы
Анализ и исследование явлений, возникающих в результате воздействия радиации на биологические объекты, представляет собой одно из актуальных направлений прикладной ядерной физики и радиобиологии Для оценки степени поражения живого объекта важен учет характера, способа его облучения, те распределения поглощенной энергии во времени и пространстве Учет всех параметров облучения особенно необходим при проведении лучевой терапии, где необходимо минимизировать воздействие на здоровые окружающие ткани при максимальном поражении опухолевых клеток При этом принято считать, что эффективность воздействия ионизирующего излучения на ткани в основном определяется величиной поглощенной дозы Величина поглощенной дозы учитывает среднюю энергию, абсорбированную облучаемым объектом, и не учитывает способность производить различные радиационные эффекты в зависимости от физических характеристик излучения
В современной литературе широко обсуждается вопрос о воздействии ионизирующего излучения на ДНК Есть данные, свидетельствующие о зависимости биологического эффекта на уровне ДНК от линейной передачи энергии (ЛПЭ) частиц При облучении клеток различными частицами с разными ЛПЭ в одной дозе частота возникновения мутаций и хромосомных аббераций неодинакова Для всех типов клеток выявлен нелинейный характер зависимости биологического эффекта от дозы облучения
Считается, что при облучении клетки критической мишенью радиационного воздействия, наряду с ДНК, является мембрана Ряд работ посвящен исследованию физических аспектов формирования радиационного повреждения биологических мембран при действии различных видов излучения Известно, что для эффектов воздействия на биологические мембраны характерно появление скрытых повреждений
Проблема нелинейной зависимости радиационного эффекта от ЛПЭ частиц тесно связана с задачами дозиметрии В современной радиобиологии развиваются дозиметрические методы в фантомных измерениях, учитывающие изменения чувствительности используемой аппаратуры в зависимости от меняющейся энергии пучка и ЛПЭ
Широко применяются математические методы и компьютерные программы для исследования глубинных распределений физических характеристик ионизирующих излучений при их прохождении в веществе, такие как EGS.GANThta
Актуальной остается разработка адекватных модельных систем для определения интенсивности воздействия ионизирующего излучения Проводятся исследования клеточных популяций растений как тестовой системы для оценки радиационной экологической обстановки того или иного региона Индуцированные ионизирующим излучением структурные изменения клеточных мембран предлагается рассматривать как основу для создания биоиндикаторов оценки интенсивности воздействия ионизирующего излучения
Данная работа посвящена экспериментальному исследованию пространственного распределения эффективности воздействия на мембраны эритроцитов пучка электронов различных энергий при его распространении в суспензии эритроцитов
/ 2 Цепь работы
Экспериментально исследовать распределение константы скорости гемолиза эритроцитов при облучении суспензии эритроцитов пучком электронов различных энергий, получить аналитическое и экспериментальное распределения поглощенной дозы для различных энергий пучка электронов, провести анализ спектральных характеристик пучка электронов при его прохождении в среде, исследовать взаимосвязь между изменением спектральных характеристик пучка электронов и характерным видом распределения биологического эффекта
1.3 Научная новизна работы
Экспериментально с помощью метода калиброванной электропорации исследовано распределение константы скорости гемолиза эритроцитов в зависимости от расстояния, пройденного ускоренными электронами в суспензии
Пространственное распределение константы скорости гемолиза имело два локальных максимума область основного максимума в начале пробега электронов и область дополнительного максимума в конце пробега
Экспериментально исследованы величина и взаимное расположение основного и дополнительного максимумов в зависимости от энергии электронов, тока пучка, времени облучения
Проведен анализ изменения спектральных характеристик пучка электронов при его распространении в среде
Достоверность научных результатов и выводов обеспечена использованием хорошо апробированных методик, строгим соблюдением условий экспериментов, высокой степенью воспроизводимости опытных данных Результаты исследований, полученные с использованием общеизвестной библиотеки EGSnrc, находятся в хорошем согласии с проведенными экспериментальными исследованиями и также с имеющимися данными модельных расчетов и экспериментальных измерений других авторов
Практическая и научная ценность работы
Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы в медицине для прогнозирования глубинного распределения биологического эффекта при проведении лучевой терапии с использованием пучков электронов Приведенный метод анализа изменения спектральных характеристик пучка электронов при прохождении в среде может быть применим для аналитического исследования распределения биологического эффекта при воздействии пучка электронов
1.6 Основные положения, выносимые на защиту
Пространственное распределение эффективности воздействия пучка электронов на мембраны эритроцитов в суспензии характеризуется двумя зонами зоной основного максимума (в начале пробега электронов) и зоной дополнительного максимума (в конце пробега электронов)
Параметры распределения эффективности воздействия (величины и взаимное расположение основного и дополнительного максимумов) определяются спектральными характеристиками пучка при его распространении в суспензии эритроцитов
1. 7 Апробация диссертации
Результаты, изложенные в диссертации, докладывались автором на международных и российских конференциях, в том числе, на конференции «Ломоносовские чтения» 2005, 2006 года (МГУ им MB Ломоносова), на III международном симпозиуме «Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии» (Дубна, 2007), на международной конференции европейского общества исследователей красных клеток крови EARCR (Oxford, 2007)
1.8 Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе в реферируемых журналах «Вестник МГУ Физика и астрономия» (2), «Биомедицинские технологии и радиоэлектроника» (1), «Технология живых систем» (1), «Медицинская физика» (4), «Патологическая физиология и экспериментальная терапия» (1)
1.9 Личный вклад автора
В основу диссертации легли результаты исследований, выполненные в Московской медицинской академии им И М Сеченова, в НИИЯФ МГУ им Д В Скобельцина Экспериментальные исследования проведены на разрезном микротроне Отдела электромагнитных процессов и взаимодействий с атомными ядрами НИИЯФ МГУ, на кафедре физики ускорителей высоких энергий физического факультета МГУ и на кафедре медицинской и биологической физики ММА им И М Сеченова при непосредственном участии автора Анализ и обобщение результатов также осуществлялись автором
1.10 Структура и объем диссертации
