Радиобилогический способ определенияКАчЕСТВА излучЕНия Советский патент 1981 года по МПК A61N5/10 

1

Изобретение относится к области радиационной дозиметрии, в частности ЛПЭ-метрии, и может быть применено ё некоторых разделах биофизики, радиобиологии и радиационной гигиены.

Для оценки качества неизвестного излучения существует ряд физико-технических способов и приборов (фотоэмульсионные способы, полупроводниковые детекторы, пропорциональный счетчик Росии и т.д.)

Цель изобретения - создание простого радиобиологического способа, обеспечивающего возможность определения качества неизвестного излучения.

. Это достигается благодаря использованию способности полиплоидных дрожжевых клеток к пострадиационному восстановлению от летальных поврезвдений.

На фиг. 1 представлены кривые выживания диплоидных дрожжевых, клеток при высеве их на питательную среду сразу после облучения (кривая 1) и после двухсуточного полного восстановления от летальных повреждений а воде при (кривая и . в процес.с пострадиационного восстановлений не все погибшие клетки восстанавливаются. Так, если сразу после облучения клеток в течение 40 мин выживаемость составляет 0,02%, то после полного восстановления от летальных повреждений их выживаемость равна 6%.

При высеве клеток на питательную среду сразу после облучения такой выживаемости соответствует доЗа облучения, создаваемая в течение 18 мин.

o Эта доза получила в литературе название эффективной дозы. Из этих данных видно, что некоторая часть клеток гибнет, не восстанавливая свою способность к бесконечному размножению,

5 т.е. лучевое поражение имеет необратимый компонент.

Согласно математическим моделям пострадиационного восстановления процесс восстановления может харак0теризоваться изменением во времени эффективной дозы. Отношение же эффективной дозы, соответствующей плато кривой восстановления (Д) , к первоначальной дозе, в которой были облучены клетки (Д), :; арактеризует необратимый компонент лучевого, поражения, т.е. доля необратимо погибших клеток К определяется выражением Д°°

Для приведенного на фиг. 1 примера К равно 0,45 начальной дозы облучения независимо от ее абсолютной величины. Можно было ожидать, что способность клеток к пострадиационному восстановлению должна зависеть от тяжести повреждений, в частности при действии плотно ионизирующих частиц доля необратимых повреждений должна возрастать. Исследования показали, что это не так. Однако при этом вьдживаемость клеток оценивалась и анализировалась методом микроколоний, обладающим пониженной точностью, а облучение дрожжевых клеток происходило на мембранных фильтрах, на которых, как показали исследования, при длительных экспозициях наблюдается отмирание клеток Полученное изменение ОБЭ с ростом ЛПЭ в некоторых примерах противоречило общеизвестным закономерностям. Так, при облуче-нии oi-частицами, создающими ЛПЭ-18 кэВ/мк, ОВЭ их была меньше 1 при сравнении с рентгеновскими лучами,средние линейные потери энергии которых значительно меньше. Общим недостатком этих исследований является отсутствие анализа изменения восстановления дрожжевых клеток во времени.

Отмеченные недостатки работ, посвященных анализу зависимости пострадиационного восстановления дрожжевых клеток от качества излучения, в совокупности с многочисленными данными о влиянии качества излучения на способность к восстановлению бактери клеток млекопитающих и ряда других объектов послужили основанием для проведения тщательного исследования способности дрожжевых клеток к восстановлению в зависимости от качества излучения. В экспериментах использовали диплоидные дрожжи Saecharomyces ellipsoideus штамм Мегри 139-В. Оказалось, что только дрожжевые клетки, находящиеся в.стационарной фазе роста, т.е. в стадии,.когда клетки находятся в непочкующемся состоянии способны к пострадиационному восстановлению, в то время как клетки, находящиеся в логарифмической стадии роста, т.е. в стадии деления, такой способностью не обладают.

Проведенные исследования зависимости ДОЛИ обратимых повреждений от средних линейных потерь энергии в совокупности с результатами изучения способности восстанавливаться от радиационных повреждений дрожжевых клеток ЭТОГО же штамма дрожжей после облучения на ускорителе многозарядных ионов показали наличие постоянного возрастания К с ростом ЛПЭ излучения.

Из фиг. 2 видно, что каждому значению ЛПЭ однозначно соответствует определенное значение величины необратимого компонента К, причем К возрастает с ростом ЛПЭ. Поскольку доля необратимых повреждений К определяется отношением эффективной и заданной доз (безразмерная величина), TOj ее значение можно определять из кривых выживания дрожжевых клеток при действии неизвестного излучения, не зная абсолютных значений величин поглощенных доз, а воспользовавшись произвольными единицами, например, временем облучения. Воспользовавшись полученным таким образом значением К и рассчитанной зависимостью К от ЛПЭ (фиг. 2), можно оценить качество этого излучения, т.е. определить средние линейные потери энергии используемого излучения.

Для осуществления предлагаемого метода необходимо стандартное микробиологическое, оборудование: стерильная посуда, питательная среда, микроскоп. ,

Пример. Пусть мы имеем кривые выживания дрожжевых клеток сразу после облучения и после полногд восстановления (фиг. 1, кривые ( и II соответственно) . Клетки в этих экспериментах выращивались до облучения трое суток на твердой питательной среде (сусло-агар) при 30°С, облучение монослоя происходило на поверхности водного агара, после облучения клетки выращивались в течение 5 сут. на сусло-агаровой среде при 30°С. Выживаемость клеток оценивалась методом макроколоний. Восстановление клеток от лучевых повреждений происходило в течение 2 сут. в стерильной водопроводной воде при . Дозирование в этом эксперименте осуществлялось в зависимости от времени облучения, происходящего в строго постоянных условиях (геометрия облучения, окружающие условия и т.д.). В каче- стве источника облучения использовался плутоний-239 с сильно размазанньом энергетическим спектром -частиц. В результате облучения клеток в течение 40 мин их выживаемость составляет сразу после облучения 0,02%, в то время, как после полного восстановления около 6%, что соответствует (йак показано на чертеже стрелками) эффективной дозе сразу после облучения, создаваемой в резуль тате облучения в течение 18 мин. Отсюда находим значение .К 18/40 0,45.

На фиг. 2 стрелками показано,что этому значению К соответствует значение ЛПЭ, равное 1470 МэВ , что соответствует значению ЛПЭ oiчастиц с энергией около. 3-4 МэВ. Аналогично предложенный метод может быть использован для любого неизвестного вида излучения. Формула изобретения Радиобиологический способ опредезтения качества излучения путем использования радиобиологических реакций микроорганизмов, отли.чающ и и с я . тем, что, с целью определения качества известного ионизирующего излучения без установления величины поглощенной дозы, используют полиплоидные дрожжевые клетки, нахоо 10 20 30 0 5д емя облучения MUf/уть

Фиг.1 дящиеся в стационарной фазе роста, выживаемость которых определяют как сразу после облучения, так и после 48-часового пребывания облученных клеток в условиях, способствующих пострадиационному восстановлению, что позволяет определить долю необратимо поврежденных радиацией кле-, ток , величина которой зависит от средйих линейных потерь энергии излучения.

I «

«

I

I

1/.5

t

.

I 0.2 Ч

i L 1 1

I I I J 1 I

W100

Постная dE/dx, Мэё

WOO

ctE/dx-miQ МэВ-см /i

r

Фиг. 2