Научная работа на тему Радиопротекторы современные направления и перспективы
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2013-10-26Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ВОЕННОЙ И ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ
с курсом Организации медицинского обеспечения в ЧС
ВОЕННО-НАУЧНАЯ РАБОТА
Тема: РАДИОПРОТЕКТОРЫ: СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ.
Выполнил:
Студент 1 группы, 4 курса,
фармацевтического факультета
Лемишко С.С.
Руководитель:
Преподаватель ВМТЗ
Князев В.С.
г. Волгоград – 2006
Содержание:
Введение ………………………………………………………….... 2
Основы патогенеза радиационного поражения…………………... 4
Классификация и характеристика радиозащитных веществ……...16
Механизм радиозащитного действия…………………………….....28
Практическое применение радиопротекторов………………...........31
Перспективы развития радиопротекторных препаратов………..…37
Заключение……………………………………………………………39
Список литературы…………………………………………...............40
Введение
Широкие масштабы мирного использования атомной энергии в ряде областей — энергетике, медицине, сельском хозяйстве, промышленности, исследовании космоса, а также сохраняющаяся угроза военного конфликта с применением ядерного оружия представляют потенциальную опасность для нынешнего и будущих поколений. Число лиц, контактирующих с источниками ионизирующих излучений, будет постоянно возрастать.
Уже более 30 лет ученым известны радиозащитные свойства некоторых химических веществ. Их изучение проводится в интересах защиты здоровых тканей у тех больных, которые в связи с онкологическими заболеваниями подвергаются интенсивной радиотерапии. Очевидна и необходимость защиты человека от воздействия ионизирующих излучений при ликвидации последствий аварий на атомных установках и в случае военного конфликта, с применением ядерного оружия. Дальнейшее проникновение человека в космос также не мыслится без разработки соответствующих радиозащитных мероприятий.
Радиационная защита в широком смысле включает любые действия, направленные на уменьшение риска радиационного поражения. К ним в первую очередь относятся все профилактические мероприятия в области радиационной безопасности лиц, работающих с ионизирующими излучениями. В 1977 г. изданы Рекомендации (№ 26) Международной комиссии по радиологической защите. В 1982 г. Международное агентство по атомной энергии в Вене опубликовало Основные правила безопасности при радиационной защите.
При контакте человека с ионизирующими излучениями высокой мощности практические меры защиты могут представлять собой:
а) физическое (механическое) экранирование части или всего тела во время облучения;
б) фракционирование облучения с помощью рационального чередования работы в зоне радиоактивного загрязнения и вне ее;
в) назначение перед облучением радиозащитных средств (радиозащита в узком смысле слова).
Радиопротекторы могут быть подразделены на группы с учетом их химической природы, продолжительности и вероятного механизма защитного действия или фармакологического эффекта. Для понимания действия радиопротекторов и их роли в современной радиационной защите мы сочли необходимым включить в книгу вступительную главу о механизмах радиационного поражения живого организма. Исчерпывающего представления о них пока не существует, поэтому не могут быть раскрыты с окончательной ясностью и механизмы защитного действия радиопротекторов. В то же время данные о процессе послелучевого повреждения, с одной стороны, и расширение информации о действии радиопротекторов на различных уровнях живого организма — с другой, взаимно обогащают наше понимание как пострадиационного процесса, так и радиозащитного эффекта.
Наряду с радиопротекторами интерес радиобиологов вызывают вещества с противоположным действием — радиосенсибилизаторы. Одной из главных целей здесь является изыскание химических соединений, повышающих чувствительность раковых клеток к воздействию ионизирующей радиации. Таким образом, проблемы защиты здоровых тканей с помощью радиопротекторов и повышение чувствительности раковых клеток к облучению путем использования радиосенсибилизаторов оказываются связанными общностью задач. Радиопротекторы и радиосенсибилизаторы вместе представляют так называемые радиомодифицирующие средства. Их комбинированное использование открывает новые возможности для радиотерапии злокачественных опухолей.
Радиозащитное действие впервые было описано в 1949 году исследователем Паттом. Цистеин, введенный мышам перед летальным рентгеновским облучением, предотвращал гибель большого числа животных. Полученные данные, подтверждающие реальную возможность уменьшения влияния ионизирующих излучений на биологические процессы у млекопитающих, положили начало широкому развитию исследовательских программ в целях поиска средств с выраженным защитным действием, способных обеспечить защиту человеческого организма.
К настоящему времени проверены радиозащитные свойства тысяч химических соединений. В 1961—1963 гг. ученые Хубер и Спод систематически публиковали отчеты об испытаниях химических средств на радиозащитную активность. Клиническое применение получили только некоторые из них. К наиболее эффективным средствам относятся цистеамин (МЭА), цистамин, аминоэтил-изотиуроний (АЭТ), гаммафос (WR-2721), серотонин и мексамин. Радиозащитное действие цистеамина (меркаптоэтиламин, или МЭА) и цистамина (дисульфид МЭА) впервые описали Bacq и соавт. (1951), АЭТ—Доерти и Барнет (1955), серотонина—Грей и соавт. (1952), мексамина (5-метокситриптамин, 5-МОТ)— Красных и соавт. (1962). Гаммафос, в англоязычной литературе обозначаемый WR-2721, в химическом отношении представляет собой 8-2-(3-аминопропиламино) тиофосфорноэтиловый эфир. Он был синтезирован Пайпером и соавт. (1969), а его радиозащитный эффект установлен Юхасом и Сторером (1969).
По характеру взаимодействия с веществом ионизирующие излучения делятся на прямо и косвенно ионизирующие. Прямо ионизирующие излучения ионизируют атомы поглощающего излучение вещества воздействием несущих заряд электростатических сил. К ним относятся заряженные частицы — электроны, протоны и альфа-частицы. Косвенно ионизирующие излучения при взаимодействии с веществом передают свою энергию заряженным частицам атомов поглощающего излучение вещества, которые затем как прямо ионизирующие частицы вызывают образование ионных пар. К этим излучениям относятся электромагнитные рентгеновское и гамма-излучение, а также корпускулярное излучение нейтронов, не несущих электрического заряда.
Физическое поглощение ионизирующего излучения протекает за доли секунды (10-17 — 10-15). Механизмы, ведущие к ионизации и возбуждению атомов облучаемого вещества, достаточно хорошо изучены и детально описаны в учебниках биофизики. Менее изучены следующие два этапа развития пострадиационного повреждения, при которых происходят химические и биологические изменения. В настоящее время очень мало известно о связи между химическими и биомолекулярными изменениями и последующими биологическими эффектами. В развитии пострадиационных процессов в живых тканях недостаточно изучена роль, в частности, возбужденных атомов.
Из-за потери электрона или его захвата возникают свободные радикалы — атомы и молекулы, имеющие на орбитальной электронной оболочке один неспаренный электрон. У стабильных атомов в орбитальном слое всегда находятся пары электронов, вращающихся вокруг собственной оси в противоположном направлении. Свободные радикалы обладают высокой реакционной способностью с выраженным стремлением присоединить или отдать электрон с тем, чтобы довести общее их число до четного. Исходя из этого, свободные радикалы делят на окислительные (принимающие электроны) и восстановительные (отдающие их).
Живая ткань содержит 60—90% воды, поэтому естественно, что при взаимодействии ионизирующих излучений с тканями организма значительная часть энергии поглощается молекулами воды. Радикалы, возникающие при радиолизе воды, могут взаимодействовать с любой органической молекулой ткани. Реакция свободных радикалов воды с биологически важными молекулами клеток лежит в основе косвенного действия ионизирующего излучения. Свободные радикалы воды как промежуточные продукты поглощения энергии излучений служат средством переноса энергии на важные биомолекулы. Прямое же действие ионизирующих излучений обусловлено непосредственным поглощением энергии излучений биологически важными молекулами, При ионизации которых и возникают свободные радикалы. С точки зрения собственно биологического повреждения вообще не имеет большого значения то, как повреждена критическая биомолекула,— прямо или косвенно. Принимая во внимание состав живой материи, можно допустить, что в радиационном повреждении клеток участвует как прямой, так и косвенный механизм.
Существенную радиобиологическую роль играет взаимодействие свободных радикалов с молекулами кислорода. Оно ведет к возникновению перекисных радикалов водорода и органических молекул, которые могут затем реагировать с другими органическими молекулами ткани. Усиление радиационного повреждения клеток и тканей живого организма в присутствии кислорода носит название кислородного эффекта.
Прямое и косвенное воздействие излучений на биологически важные молекулы ведет к обширным биологическим изменениям в облученном организме, которые можно схематически представить как изменения на различных уровнях биологической организации от молекулы до целостного организма. Эти типы радиационных поражений приведены в таблице 1:
Таблица 1. Типы радиационного поражения у млекопитающих
Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым физическими изменениями клеток, происходят процессы химического и биологического характера, которые закономерно приводят прежде всего к повреждению критических биомолекул в клетке. Этот процесс протекает менее 10-6 с, тогда как окончательное проявление биологического поражения может растягиваться ца часы, дни и даже десятилетия.
Для жизненной функции клеток решающее значение имеют белки и нуклеиновые кислоты. Белки — главный органический компонент цитоплазмы. Некоторые белки относятся к структурным элементам клетки, другие — к имеющим важное значение ферментам. Радиационное повреждение белков состоит в уменьшении их молекулярной массы в результате фрагментации полипептидных цепочек, в изменении растворимости, нарушении вторичной и третичной структуры, агрегировании и т. п. Биохимическим критерием радиационного повреждения ферментов является утрата ими способности осуществлять специфические реакции. При интерпретации пострадиационных изменений ферментативной активности in vitro наряду с радиационными нарушениями самого фермента следует учитывать и другие повреждения клетки, прежде всего мембран и органелл. Чтобы вызвать явные изменения ферментативной активности в условиях in vitro, требуются значительно большие дозы, чем in vivo.
Наиболее существенные повреждения клетки возникают в ядре, основной молекулой которого является ДНК. Ядро у млекопитающих проходит четыре фазы деления; из них наиболее чувствителен к облучению митоз, точнее его первая стадия — поздняя профаза. Клетки, которые в момент облучения оказываются в этой стадии, не могут вступить в митоз, что проявляется первичным снижением митотической активности спустя 2 ч после облучения. Клетки, облученные в более поздних стадиях митоза, или завершают цикл деления без каких-либо нарушений, или в результате инверсии обменных процессов возвращаются в профазу. Речь идет о радиационной синхронизации митозов, когда клетки с запозданием снова начинают делиться и производят чисто внешнюю компенсацию первоначального снижения митотической активности. Нарушения ДНК могут вести к атипическому течению клеточного деления и появлению хромосомных аберраций. Неделящиеся клетки пребывают в длительной интерфазе, оставаясь по большей части вне влияния тех доз излучения, которые вызывают репродуктивный отказ делящихся клеток.
С нарушением клеточной мембраны связаны радиационные изменения поведенческих функций ЦНС. Радиационное повреждение эндоплазматического ретикулума приводит к уменьшению синтеза белков. Поврежденные лизосомы высвобождают катаболические ферменты, способные вызвать изменения нуклеиновых кислот, белков и мукополисахаридов. Нарушение структуры и функции митохондрий снижает уровень окислительного фосфорилирования.
Перечисленные изменения субклеточных структур только намечены, исследования в данной области ведутся.
Стволовые клетки костного мозга, зародышевого эпителия тонкого кишечника, кожи и семенных канальцев характеризуются высокой пролиферативной активностью. Еще в 1906 г. Бергони и Трайбондо сформулировали основной радиобиологический закон, согласно которому ткани с малодифференцированными и активно делящимися клетками относятся к радиочувствительным, а ткани с дифференцированными и слабо или вообще не делящимися клетками — к радиорезистентным. По этой классификации кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников, кишечный и кожный эпителий являются радиочувствительными, а мозг, мышцы, печень, почки, кости, хрящи и связки — радиорезистентными. Исключение составляют небольшие лимфоциты, которые (хотя они дифференцированы и не делятся) обладают высокой чувствительностью к ионизирующему излучению. Причиной, вероятно, является их выраженная способность к функциональным изменениям. При рассмотрении радиационного поражения радиочувствительных тканей следует учитывать, что и чувствительные клетки, находясь в момент облучения в разных стадиях клеточного цикла, обладают различной радиочувствительностью. Очень большие дозы вызывают гибель клеток независимо от фазы клеточного цикла. При меньших дозах цитолиз не происходит, но репродуктивная способность клеток снижается в зависимости от полученной ими дозы. Часть клеток остается неповрежденной либо может быть полностью восстановленной от повреждений. На субклеточном уровне репарация радиационного поражения происходит, как правило, в течение нескольких минут, на клеточном уровне — нескольких часов, на уровне ткани — дней и недель, а в целом организме млекопитающего — в течение месяцев. Обратимая компонента составляет примерно 90% начального радиационного поражения. Считается, что репарация 50% обратимого поражения у человека занимает примерно 30 (25-45) дней. Остальная часть обратимого поражения полностью репарируется через 200 ± 60 дней после окончания однократного сублетального облучения. Чем больше относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучений, тем меньше у организма возможности восстановления. Необратимая компонента нейтронного облучения составляет более 10% начального поражения.
Пострадиационная убыль клеток вследствие их гибели в интерфазе, а также утрата репродуктивной способности части клеток особенно серьезны для тех непрерывно обновляющихся клеточных популяций, зрелые формы которых имеют физиологически ограниченное время жизни, после чего они отмирают. Чем короче цикл созревания и средний срок жизни зрелых клеток какой-либо системы, тем выраженное и чаще бывают нарушения этой системы в период после облучения. Те важные органы и системы, выход из строя которых приводит к гибели организма, называются критическими. Так, к основному тканевому поражению в диапазоне доз (на все тело) 1-10 Гр относится нарушение кроветворной функции, получившее название костномозгового синдрома. Доза, при которой выживает 37% стволовых кроветворных клеток (Д0) у мышей, составляет 1 Гр. При костномозговом синдроме возникают серьезные нарушения репродуктивной способности гемопоэза. Эти нарушения с течением времени после облучения определяют изменения в периферической крови в зависимости от среднего времени жизни форменных элементов крови и дозы излучения. ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ВОЕННОЙ И ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ
с курсом Организации медицинского обеспечения в ЧС
ВОЕННО-НАУЧНАЯ РАБОТА
Тема: РАДИОПРОТЕКТОРЫ: СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ.
Выполнил:
Студент 1 группы, 4 курса,
фармацевтического факультета
Лемишко С.С.
Руководитель:
Преподаватель ВМТЗ
Князев В.С.
г. Волгоград – 2006
Содержание:
Введение ………………………………………………………….... 2
Основы патогенеза радиационного поражения…………………... 4
Классификация и характеристика радиозащитных веществ……...16
Механизм радиозащитного действия…………………………….....28
Практическое применение радиопротекторов………………...........31
Перспективы развития радиопротекторных препаратов………..…37
Заключение……………………………………………………………39
Список литературы…………………………………………...............40
Введение
Широкие масштабы мирного использования атомной энергии в ряде областей — энергетике, медицине, сельском хозяйстве, промышленности, исследовании космоса, а также сохраняющаяся угроза военного конфликта с применением ядерного оружия представляют потенциальную опасность для нынешнего и будущих поколений. Число лиц, контактирующих с источниками ионизирующих излучений, будет постоянно возрастать.
Уже более 30 лет ученым известны радиозащитные свойства некоторых химических веществ. Их изучение проводится в интересах защиты здоровых тканей у тех больных, которые в связи с онкологическими заболеваниями подвергаются интенсивной радиотерапии. Очевидна и необходимость защиты человека от воздействия ионизирующих излучений при ликвидации последствий аварий на атомных установках и в случае военного конфликта, с применением ядерного оружия. Дальнейшее проникновение человека в космос также не мыслится без разработки соответствующих радиозащитных мероприятий.
Радиационная защита в широком смысле включает любые действия, направленные на уменьшение риска радиационного поражения. К ним в первую очередь относятся все профилактические мероприятия в области радиационной безопасности лиц, работающих с ионизирующими излучениями. В 1977 г. изданы Рекомендации (№ 26) Международной комиссии по радиологической защите. В 1982 г. Международное агентство по атомной энергии в Вене опубликовало Основные правила безопасности при радиационной защите.
При контакте человека с ионизирующими излучениями высокой мощности практические меры защиты могут представлять собой:
а) физическое (механическое) экранирование части или всего тела во время облучения;
б) фракционирование облучения с помощью рационального чередования работы в зоне радиоактивного загрязнения и вне ее;
в) назначение перед облучением радиозащитных средств (радиозащита в узком смысле слова).
Радиопротекторы могут быть подразделены на группы с учетом их химической природы, продолжительности и вероятного механизма защитного действия или фармакологического эффекта. Для понимания действия радиопротекторов и их роли в современной радиационной защите мы сочли необходимым включить в книгу вступительную главу о механизмах радиационного поражения живого организма. Исчерпывающего представления о них пока не существует, поэтому не могут быть раскрыты с окончательной ясностью и механизмы защитного действия радиопротекторов. В то же время данные о процессе послелучевого повреждения, с одной стороны, и расширение информации о действии радиопротекторов на различных уровнях живого организма — с другой, взаимно обогащают наше понимание как пострадиационного процесса, так и радиозащитного эффекта.
Наряду с радиопротекторами интерес радиобиологов вызывают вещества с противоположным действием — радиосенсибилизаторы. Одной из главных целей здесь является изыскание химических соединений, повышающих чувствительность раковых клеток к воздействию ионизирующей радиации. Таким образом, проблемы защиты здоровых тканей с помощью радиопротекторов и повышение чувствительности раковых клеток к облучению путем использования радиосенсибилизаторов оказываются связанными общностью задач. Радиопротекторы и радиосенсибилизаторы вместе представляют так называемые радиомодифицирующие средства. Их комбинированное использование открывает новые возможности для радиотерапии злокачественных опухолей.
Радиозащитное действие впервые было описано в 1949 году исследователем Паттом. Цистеин, введенный мышам перед летальным рентгеновским облучением, предотвращал гибель большого числа животных. Полученные данные, подтверждающие реальную возможность уменьшения влияния ионизирующих излучений на биологические процессы у млекопитающих, положили начало широкому развитию исследовательских программ в целях поиска средств с выраженным защитным действием, способных обеспечить защиту человеческого организма.
К настоящему времени проверены радиозащитные свойства тысяч химических соединений. В 1961—1963 гг. ученые Хубер и Спод систематически публиковали отчеты об испытаниях химических средств на радиозащитную активность. Клиническое применение получили только некоторые из них. К наиболее эффективным средствам относятся цистеамин (МЭА), цистамин, аминоэтил-изотиуроний (АЭТ), гаммафос (WR-2721), серотонин и мексамин. Радиозащитное действие цистеамина (меркаптоэтиламин, или МЭА) и цистамина (дисульфид МЭА) впервые описали Bacq и соавт. (1951), АЭТ—Доерти и Барнет (1955), серотонина—Грей и соавт. (1952), мексамина (5-метокситриптамин, 5-МОТ)— Красных и соавт. (1962). Гаммафос, в англоязычной литературе обозначаемый WR-2721, в химическом отношении представляет собой 8-2-(3-аминопропиламино) тиофосфорноэтиловый эфир. Он был синтезирован Пайпером и соавт. (1969), а его радиозащитный эффект установлен Юхасом и Сторером (1969).
ОСНОВЫ ПАТОГЕНЕЗА РАДИАЦИОННОГО ПОРАЖЕНИЯ
Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.
Ионизирующие излучения получили свое название ввиду способности вызывать ионизацию атомов и молекул облучаемого вещества. При прохождении через вещество ионизирующее излучение способствует отрыву электронов от атомов и молекул, благодаря чему возникают ионные пары: положительно заряженный остаток атома и молекулы и отрицательно заряженный электрон. Процессы ионизации атомов и молекул неживого вещества и живой ткани не различаются.По характеру взаимодействия с веществом ионизирующие излучения делятся на прямо и косвенно ионизирующие. Прямо ионизирующие излучения ионизируют атомы поглощающего излучение вещества воздействием несущих заряд электростатических сил. К ним относятся заряженные частицы — электроны, протоны и альфа-частицы. Косвенно ионизирующие излучения при взаимодействии с веществом передают свою энергию заряженным частицам атомов поглощающего излучение вещества, которые затем как прямо ионизирующие частицы вызывают образование ионных пар. К этим излучениям относятся электромагнитные рентгеновское и гамма-излучение, а также корпускулярное излучение нейтронов, не несущих электрического заряда.
Физическое поглощение ионизирующего излучения протекает за доли секунды (10-17 — 10-15). Механизмы, ведущие к ионизации и возбуждению атомов облучаемого вещества, достаточно хорошо изучены и детально описаны в учебниках биофизики. Менее изучены следующие два этапа развития пострадиационного повреждения, при которых происходят химические и биологические изменения. В настоящее время очень мало известно о связи между химическими и биомолекулярными изменениями и последующими биологическими эффектами. В развитии пострадиационных процессов в живых тканях недостаточно изучена роль, в частности, возбужденных атомов.
Из-за потери электрона или его захвата возникают свободные радикалы — атомы и молекулы, имеющие на орбитальной электронной оболочке один неспаренный электрон. У стабильных атомов в орбитальном слое всегда находятся пары электронов, вращающихся вокруг собственной оси в противоположном направлении. Свободные радикалы обладают высокой реакционной способностью с выраженным стремлением присоединить или отдать электрон с тем, чтобы довести общее их число до четного. Исходя из этого, свободные радикалы делят на окислительные (принимающие электроны) и восстановительные (отдающие их).
Живая ткань содержит 60—90% воды, поэтому естественно, что при взаимодействии ионизирующих излучений с тканями организма значительная часть энергии поглощается молекулами воды. Радикалы, возникающие при радиолизе воды, могут взаимодействовать с любой органической молекулой ткани. Реакция свободных радикалов воды с биологически важными молекулами клеток лежит в основе косвенного действия ионизирующего излучения. Свободные радикалы воды как промежуточные продукты поглощения энергии излучений служат средством переноса энергии на важные биомолекулы. Прямое же действие ионизирующих излучений обусловлено непосредственным поглощением энергии излучений биологически важными молекулами, При ионизации которых и возникают свободные радикалы. С точки зрения собственно биологического повреждения вообще не имеет большого значения то, как повреждена критическая биомолекула,— прямо или косвенно. Принимая во внимание состав живой материи, можно допустить, что в радиационном повреждении клеток участвует как прямой, так и косвенный механизм.
Существенную радиобиологическую роль играет взаимодействие свободных радикалов с молекулами кислорода. Оно ведет к возникновению перекисных радикалов водорода и органических молекул, которые могут затем реагировать с другими органическими молекулами ткани. Усиление радиационного повреждения клеток и тканей живого организма в присутствии кислорода носит название кислородного эффекта.
Прямое и косвенное воздействие излучений на биологически важные молекулы ведет к обширным биологическим изменениям в облученном организме, которые можно схематически представить как изменения на различных уровнях биологической организации от молекулы до целостного организма. Эти типы радиационных поражений приведены в таблице 1:
Таблица 1. Типы радиационного поражения у млекопитающих
| Уровень биологической организации | Важнейшие радиационные эффекты |
| Молекулярный | Повреждение макромолекул ферментов, ДНК, РНК и воздействие на обменные процессы |
| Субклеточный | Повреждение клеточных мембран, ядер, хромосом, митохондрий и лизосом |
| Клеточный | Остановка деления и гибель клеток; трансформация в злокачественные клетки |
| Ткань, орган | Поражение ЦНС, костного мозга, желудочно-кишечного тракта; вероятность гибели, обусловленной злокачественным ростом |
| Целостный организм | Смерть или сокращение продолжительности жизни, вызванное радиацией |
| Популяция | Изменения генетической характеристики у отдельных индивидуумов под влиянием генных и хромосомных мутаций |
Развитие радиационного поражения
Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым физическими изменениями клеток, происходят процессы химического и биологического характера, которые закономерно приводят прежде всего к повреждению критических биомолекул в клетке. Этот процесс протекает менее 10-6 с, тогда как окончательное проявление биологического поражения может растягиваться ца часы, дни и даже десятилетия.
Для жизненной функции клеток решающее значение имеют белки и нуклеиновые кислоты. Белки — главный органический компонент цитоплазмы. Некоторые белки относятся к структурным элементам клетки, другие — к имеющим важное значение ферментам. Радиационное повреждение белков состоит в уменьшении их молекулярной массы в результате фрагментации полипептидных цепочек, в изменении растворимости, нарушении вторичной и третичной структуры, агрегировании и т. п. Биохимическим критерием радиационного повреждения ферментов является утрата ими способности осуществлять специфические реакции. При интерпретации пострадиационных изменений ферментативной активности in vitro наряду с радиационными нарушениями самого фермента следует учитывать и другие повреждения клетки, прежде всего мембран и органелл. Чтобы вызвать явные изменения ферментативной активности в условиях in vitro, требуются значительно большие дозы, чем in vivo.
Наиболее существенные повреждения клетки возникают в ядре, основной молекулой которого является ДНК. Ядро у млекопитающих проходит четыре фазы деления; из них наиболее чувствителен к облучению митоз, точнее его первая стадия — поздняя профаза. Клетки, которые в момент облучения оказываются в этой стадии, не могут вступить в митоз, что проявляется первичным снижением митотической активности спустя 2 ч после облучения. Клетки, облученные в более поздних стадиях митоза, или завершают цикл деления без каких-либо нарушений, или в результате инверсии обменных процессов возвращаются в профазу. Речь идет о радиационной синхронизации митозов, когда клетки с запозданием снова начинают делиться и производят чисто внешнюю компенсацию первоначального снижения митотической активности. Нарушения ДНК могут вести к атипическому течению клеточного деления и появлению хромосомных аберраций. Неделящиеся клетки пребывают в длительной интерфазе, оставаясь по большей части вне влияния тех доз излучения, которые вызывают репродуктивный отказ делящихся клеток.
С нарушением клеточной мембраны связаны радиационные изменения поведенческих функций ЦНС. Радиационное повреждение эндоплазматического ретикулума приводит к уменьшению синтеза белков. Поврежденные лизосомы высвобождают катаболические ферменты, способные вызвать изменения нуклеиновых кислот, белков и мукополисахаридов. Нарушение структуры и функции митохондрий снижает уровень окислительного фосфорилирования.
Перечисленные изменения субклеточных структур только намечены, исследования в данной области ведутся.
Стволовые клетки костного мозга, зародышевого эпителия тонкого кишечника, кожи и семенных канальцев характеризуются высокой пролиферативной активностью. Еще в 1906 г. Бергони и Трайбондо сформулировали основной радиобиологический закон, согласно которому ткани с малодифференцированными и активно делящимися клетками относятся к радиочувствительным, а ткани с дифференцированными и слабо или вообще не делящимися клетками — к радиорезистентным. По этой классификации кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников, кишечный и кожный эпителий являются радиочувствительными, а мозг, мышцы, печень, почки, кости, хрящи и связки — радиорезистентными. Исключение составляют небольшие лимфоциты, которые (хотя они дифференцированы и не делятся) обладают высокой чувствительностью к ионизирующему излучению. Причиной, вероятно, является их выраженная способность к функциональным изменениям. При рассмотрении радиационного поражения радиочувствительных тканей следует учитывать, что и чувствительные клетки, находясь в момент облучения в разных стадиях клеточного цикла, обладают различной радиочувствительностью. Очень большие дозы вызывают гибель клеток независимо от фазы клеточного цикла. При меньших дозах цитолиз не происходит, но репродуктивная способность клеток снижается в зависимости от полученной ими дозы. Часть клеток остается неповрежденной либо может быть полностью восстановленной от повреждений. На субклеточном уровне репарация радиационного поражения происходит, как правило, в течение нескольких минут, на клеточном уровне — нескольких часов, на уровне ткани — дней и недель, а в целом организме млекопитающего — в течение месяцев. Обратимая компонента составляет примерно 90% начального радиационного поражения. Считается, что репарация 50% обратимого поражения у человека занимает примерно 30 (25-45) дней. Остальная часть обратимого поражения полностью репарируется через 200 ± 60 дней после окончания однократного сублетального облучения. Чем больше относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучений, тем меньше у организма возможности восстановления. Необратимая компонента нейтронного облучения составляет более 10% начального поражения.
Для убыли форменных элементов в периферической крови характерна определенная последовательность во времени, сопровождаемая следующими функциональными изменениями.
1. Сокращение числа лимфоцитов отмечается сразу же после облучения и достигает максимума на 1–3-й сутки. Оно проявляется ослаблением или подавлением как клеточных, так и гуморальных иммунологических реакций.
2. Уменьшение количества нейтрофильных гранулоцитов (после временного 1–2-суточного лейкоцитоза, обусловленного выбросом нейтрофилов из депо организма) достигает нулевой отметки на 4-е и 5-е сутки в случае летального облучения. При меньших дозах количество нейтрофилов постепенно сокращается, его минимум приходится на 2–4-ю неделю после экспозиции. Гранулоцитопения понижает сопротивляемость организма к инфекциям.
3. Уменьшение числа тромбоцитов происходит параллельно с сокращением количества нейтрофилов или на несколько суток позже. Дефицит тромбоцитов вместе с радиационным поражением эндотелия сосудов проявляется геморрагическим синдромом.
4. Содержание эритроцитов ежесуточно снижается примерно на 0,8%, что усугубляется кровотечениями и явлениями гемолиза. За первый месяц после облучения потеря эритроцитов может достигнуть 25% от исходного уровня. Анемия замедляет процессы репарации, а дефицит кислорода в костном мозге нарушает его способность восстанавливать гемопоэз.
У мышей Д0 стволовых клеток кишечника составляет 4–6 Гр. Следовательно, они в несколько раз более радиоустойчивы, чем стволовые кроветворные клетки. При дозах 10—100 Гр решающим в течении пострадиационного процесса является поражение кишечного эпителия. Основная причина его гибели состоит в том, что в условиях денудации слизистой оболочки тонкого кишечника происходит потеря жидкости, электролитов и белков, сопровождаемая микробной инвазией и токсемией, ведущими к септическому шоку и недостаточности кровообращения. Радиационные изменения эпителиального слоя желудка, толстого кишечника и прямой кишки примерно такие же, но выражены значительно меньше. Хотя решающим патогенетическим фактором данного синдрома является денудация слизистой оболочки кишечника, следует иметь в виду, что параллельно с этим постепенно развиваются нарушения кроветворной функции. Одновременное тяжелое необратимое поражение обеих критических систем организма при облучении в дозах 10–100 Гр приводит к быстрой и неизбежной гибели.
При однократном общем облучении в дозах свыше 100 Гр большинство млекопитающих гибнет в результате так называемой церебральной смерти в сроки до 48 ч. Радиационное поражение ЦНС объясняется повреждением нервных клеток и сосудов мозга. При исключительно больших дозах облучения возможно специфическое воздействие радиации на дыхательный центр в продолговатом мозге. Радиационный синдром ЦПС принципиально отличается от костномозгового синдрома тем, что при его развитии не происходит выраженного клеточного опустошения. К характерным признакам этого синдрома относятся непрекращающиеся тошнота и рвота, упорный понос, беспокойство, дезориентация, атаксия, тремор, судороги, а также апатия, сонливость, нарушение сознания. Сравнительно быстро наступает полное истощение организма, заканчивающееся смертью.
Когда речь идет о чувствительности организма к ионизирующему излучению, рассматривается, как правило, диапазон доз, вызывающих гибель при проявлениях костномозгового синдрома. Пострадиационные изменения в других (не критических) тканях могут оказать значительное воздействие на важные функции организма (зрение, репродуктивные функции), в то же время не оказывая решающего влияния на жизненный исход. В связи с нарушением нервно-гуморальной регуляции в пострадиационный патогенетический механизм вовлекаются все органы и ткани. Радиочувствительность же всего организма у млекопитающих приравнивается к радиочувствительности кроветворных клеток, так как их аплазия, возникающая после общего облучения в минимальных абсолютно смертельных дозах, приводит к гибели организма.
При оценке радиочувствительности организма и анализе эффективности радиопротекторов учитываются дозы облучения, вызывающие конкретный летальный исход. Сублетальная доза не приводит к гибели ни одного животного из облученной группы. Летальная доза вызывает смерть минимально одной, а максимально всех облученных особей. Эта величина характеризуется процентом погибших особей в группе к определенному сроку после облучения. В эксперименте чаще всего применяется средняя летальная доза (гибель 50% животных к 30-м или 90-м суткам)—ЛД50/30, ЛД50/90. Минимальная абсолютно летальная доза — это доза, при которой погибают все особи из облученной группы. Супралетальная доза больше минимальной абсолютно летальной. Отдельные супралетальные дозы различаются лишь по продолжительности жизни животных после экспозиции, поскольку все они вызывают смерть 100% животных в облученной группе. Летальные дозы у млекопитающих, установленные только для одного вида воздействия на организм — облучения, значительно понизились бы в случае комбинации облучения с ожогами, ранениями и различными стрессовыми факторами.
Факторы, влияющие на радиационное поражение
На конечный биологический эффект влияют различные факторы, которые в основном делятся на физические, химические и биологические.
Среди физических факторов на первом месте стоит вид излучения, характеризуемый относительной биологической эффективностью. Различия биологического действия обусловлены линейным переносом энергии данного вида ионизирующего излучения, связанным с плотностью ионизации и определяющим способность излучения проникать в слои поглощающего его вещества. ОБЭ представляет величину отношения дозы стандартного излучения (изотоп 60Со или рентгеновское излучение 220 кВ) к дозе исследуемого излучения, дающей равный биологический эффект. Так как для сравнения можно выбрать множество биологических эффектов, для испытуемого излучения существует несколько величин ОБЭ. Если показателем пострадиационного действия берется катарактогенный эффект, величина ОБЭ для нейтронов деления лежит в диапазоне 5—10 в зависимости от вида облученных животных, тогда как по важному критерию — развитию острой лучевой болезни — ОБЭ нейтронов деления равняется примерно 1.
Следующим существенным физическим фактором является доза ионизирующего излучения, которая в Международной системе единиц (СИ) выражается в грэях (Гр). 1 Гр=100 рад, 1 рад=0,975 Р. От величины поглощенной дозы зависят развитие синдромов радиационного поражения и продолжительность жизни после облучения.
При анализе отношения между дозой, получаемой организмом млекопитающего, и определенным биологическим эффектом учитывается вероятность его возникновения. Если эффект появляется в ответ на облучение независимо от величины поглощенной дозы, он относится к разряду стохастических. За стохастические принимаются, например, наследственные эффекты излучения. В отличие от них нестохастические эффекты наблюдаются по достижении определенной пороговой дозы излучения. В качестве примера можно указать помутнение хрусталика, бесплодие и др.
В Рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите (№ 26, 1977 г.) стохастические и нестохастические эффекты определены следующим образом: «Стохастическими называют те беспороговые эффекты, для которых вероятность их возникновения (а не столько их тяжесть) рассматривают как функцию дозы. Нестохастическими называют эффекты, при которых тяжесть поражения изменяется в зависимости от дозы и, следовательно, для появления которых может существовать порог».
Химические радиозащитные вещества в зависимости от их эффективности снижают биологическое воздействие излучений в лучшем случае в 3 раза. Предотвратить возникновение стохастических эффектов они не могут.
К существенным химическим факторам, модифицирующим действие ионизирующего излучения, относится концентрация кислорода в тканях организма у млекопитающих. Его наличие в тканях, особенно во время гамма- или рентгеновского облучения, усиливает биологическое воздействие радиации. Механизм кислородного эффекта объясняется усилением главным образом непрямого действия излучения. Присутствие же кислорода в облученной ткани по окончании экспозиции дает противоположный эффект.
Для характеристики облучения, наряду с величиной общей дозы, важное значение имеет продолжительность экспозиции. Доза ионизирующей радиации независимо от времени ее действия вызывает в облученном организме одно и то же число ионизаций. Различие, однако, состоит в объеме репарации радиационного поражения. Следовательно, при облучении меньшей мощности наблюдается меньшее биологическое поражение. Мощность поглощенной дозы выражается в грэях за единицу времени, например Гр/мин, мГр/ч и т. д.
Изменение радиочувствительности тканей организма имеет большое практическое значение. Данная работа посвящена радиопротекторам, а также веществам, снижающим радиочувствительность организма, однако это не означает, что мы недооцениваем исследования радиосенсибилизаторов; их изучение ведется прежде всего в интересах радиотерапии.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЗАЩИТНЫХ ВЕЩЕСТВ
Радиозащитный эффект обнаружен у целого ряда веществ различной химической структуры. Поскольку эти разнородные соединения обладают самыми различными, подчас противоположными свойствами, их трудно разделить по фармакологическому действию. Для проявления радиозащитного эффекта в организме млекопитающего в большинстве случаев достаточно однократного введения радиопротекторов. Однако имеются и такие вещества, которые повышают радиорезистентность лишь после повторного введения. Различаются радиопротекторы и по эффективности создаваемой ими защиты. Существует, таким образом, множество критериев, по которым их можно классифицировать.С практической точки зрения радиопротекторы целесообразно разделить по длительности их действия, выделив вещества кратковременного и длительного действия.
1. Радиопротекторы или комбинация радиопротекторов, обладающих кратковременным действием (в пределах нескольких минут или часов), предназначены для однократной защиты от острого внешнего облучения. Такие вещества или их комбинации можно вводить тем же особям и повторно. В качестве средств индивидуальной защиты эти вещества могут найти применение перед предполагаемым взрывом ядерного оружия, вхождением в зону радиоактивного загрязнения или перед каждым радиотерапевтическим местным облучением. В космическом пространстве они могут быть использованы для защиты космонавтов от облучения, вызванного солнечными вспышками.
2. Радиозащитные вещества длительного воздействия предназначены для более продолжительного повышения радиорезистентности организма. Для получения защитного эффекта, как правило, необходимо увеличение интервала после введения таких веществ примерно до 24 ч. Иногда требуется повторное введение. Практическое применение этих протекторов возможно у людей, работающих с ионизирующим излучением, у космонавтов при долговременных космических полетах, а также при длительной радиотерапии. К таким препаратам относятся некоторые алкалоиды и другие природные БАВ. Из синтетических веществ это некоторые противоопухолевые препараты. На сегодняшний день их насчитывается гораздо меньше, чем радиопротекторов кратковременного действия и большая их часть находится в стадии разработки и клинических испытаний, поэтому информации о них крайне мало. Поиск новых радиопротекторов длительного действия – важнейшая перспектива.
Поскольку протекторы кратковременного защитного действия чаще всего относятся к веществам химической природы, говорят о химической радиозащите.
С другой стороны, длительное защитное действие возникает после введения веществ в основном биологического происхождения; это обозначают как биологическую радиозащиту.
Требования к радиопротекторам зависят от места применения препаратов; в условиях больницы способ введения не имеет особого значения. В большинстве случаев требования должны отвечать задачам использования радиопротекторов в качестве индивидуальных средств защиты. Согласно Саксонову и соавт. (1976) эти требования должны быть как минимум следующими:
— препарат должен быть достаточно эффективным и не вызывать выраженных побочных реакций;
— действовать быстро (в пределах первых 30 мин) и сравнительно продолжительно (не менее 2 ч);
— должен быть нетоксичным с терапевтическим коэффициентом не менее 3;
— не должен оказывать даже кратковременного отрицательного влияния на трудоспособность человека или ослаблять приобретенные им навыки;
— иметь удобную лекарственную форму: для перорального введения или инъекции шприц-тюбиком объемом не более 2 мл;
— не должен оказывать вредного воздействия на организм при повторных приемах или обладать кумулятивными свойствами;
— не должен снижать резистентность организма к другим неблагоприятным факторам внешней среды;
— препарат должен быть устойчивым при хранении, сохранять свои защитные и фармакологические свойства не менее 3 лет.
Менее строгие требования предъявляются к радиопротекторам, предназначенным для использования в радиотерапии. Они усложняются, однако, важным условием — необходимостью дифференцированного защитного действия. Следует обеспечить высокий уровень защиты здоровых тканей и минимальный — тканей опухоли. Такое разграничение позволяет усилить действие местно примененной терапевтической дозы облучения на опухолевый очаг без серьезного повреждения окружающих его здоровых тканей.
РАДИОЗАЩИТНЫЕ ВЕЩЕСТВА КРАТКОВРЕМЕННОГО ДЕЙСТВИЯ
К ним относятся разные типы химических соединений. Их классификация по химической структуре и предполагаемому механизму действия впервые дана в монографии Бакк (1965), а позже — в работе Суворова и Шашкова (1975). В 1979 г. Суини опубликовал обзор химических радиопротекторов, изученных в рамках обширной исследовательской программы вооруженных сил США. В радиобиологических лабораториях Армейского исследовательского института им. Уолтера Рида в Вашингтоне, а также в целом ряде американских университетов в 1959—1965 гг. испытано около 4400 различных химических веществ. Помимо этого, в радиационной лаборатории ВВС США в Чикаго было проверено радиозащитное действие еще 1500 веществ.В результате проведенного анализа к клиническому применению была рекомендована небольшая группа препаратов, прежде всего вещество, обозначенное WR-2721. Речь шла о производном тиофосфорной кислоты, названном также гаммафосом. Оно относится к большой группе серосодержащих радиопротекторов.
Современные наиболее эффективные радиопротекторы делятся на две основные группы:
а) серосодержащие радиозащитные вещества;
б) производные индолилалкиламинов.
Серосодержащие радиозащитные вещества.
К числу наиболее важных из них с точки зрения возможного практического использования относятся цистеамин, цистамин, аминоэтилизотиуроний, гаммафос, затем цистафос, цитрифос, адетурон и меркаптопропионилглицин (синтезы см. в приложении).Цистеамин. Это аминоэтиол, b-меркаптоэтиламин, в специальной литературе часто сокращенно обозначаемый МЭА; он имеет химическую формулу:
HS—СН2—СН2—NH2.
Цистеамин представляет собой сильное основание. Его относительная молекулярная масса 77. Он образует соли с неорганическими и органическими кислотами. Температура плавления 96°С, рН водного раствора 8,4. Все соли МЭА, за исключением салицилатов, барбитуратов и фосфатов, гигроскопичны. Из них чаще всего используются гидрохлорид и оксалат. Гидрохлорид цистеамина — белое кристаллическое вещество со специфическим неприятным запахом меркаптана, хорошо растворимое в воде; температура плавления 70—72 °С. Водные растворы дают кислую реакцию, рН 3,5—4,0. Температура плавления сукцината МЭА 146—148 °С, рН водного раствора 7,3.
Аминоалкилтиолы являются сильными восстановителями, они легко окисляются кислородом воздуха и различными слабыми окислителями, в том числе трехвалентным железом, и образуют дисульфиды. Скорость окисления аминоалкилтиолов на воздухе и в водных растворах зависит от рН среды, температуры и присутствия ионов меди и железа. С увеличением рН, температуры и количества ионов в среде скорость окисления возрастает. Сильные окислители могут окислить тиолы до производных сульфиновых или сульфоновых кислот.
Радиозащитное действие цистеамина открыли ученый Бакк и соавторы в 1951 году в Институте фармакологии лютеранского университета в Бельгии.
Цистамин. Он представляет собой меркаптоэтиламин с химической формулой
S— СН2— СН2—NH2.
|
S— СН2— СН2—NH2.
Цистамин — белое кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, но хорошо — в спирте, бензоле и других органических растворителях; относительная молекулярная масса 152. Он обладает свойствами основания, с кислотами образует соли, из которых наиболее часто используется дигидрохлорид цистамина. Это также белое кристаллическое вещество, гигроскопичное, легко растворимое в воде, трудно растворимое в спирте. Водные растворы дигидрохлорида цистамина имеют довольно кислую реакцию, рН около 5,5.
МЭА и цистамин синтезировал ученый Габриель еще в 1889 г. Радиозащитное действие цистамина впервые описали Бакк и соавторы (1951).
Аминоэтилизотиуроний. Это — производное тиомочевины, S-2-аминоэтилизотиомочевина, чаще всего используемая в форме бромида гидробромида. Химическая формула АЭТ
H2N—СН2—СН2—S—C—NH2
||
NH
Его относительная молекулярная масса 119. Бромистая соль АЭТ—белое кристаллическое вещество, гигроскопичное, горькое на вкус, нестабильное на свету, хорошо растворимое в воде, практически нерастворимое в спирте. Водные растворы имеют кислую реакцию. В нейтральном растворе АЭТ превращается в 2-меркаптоэтилгуанидин (МЭГ), нестабильный in vitro и легко окисляющийся до дисульфида.
Данные о радиозащитном действии АЭТ первыми опубликовали американские радиобиологи из Окриджа Догерти и Барнетт в 1955 г. При введении АЭТ в дозах 250 — 450 мг/кг выживали 80% летально облученных мышей (ЛД94). Описание синтеза АЭТ дали в 1957 г. Шапира и соавт. Независимо от этих данных в 1954 г. АЭТ синтезировал советский ученый В. Д. Ляшенко. В опытах Семенова в 1955 г. после введения АЭТ в дозе 150 мг/кг выживали лишь 18% летально облученных мышей, что значительно меньше, чем при применении цистамина. По этой причине данному протектору не придали тогда большого значения.
Гаммафос. Он представляет собой аминоалкилпроизводное тиофосфорной кислоты, точнее S-2-(3-аминопропиламино) этиловый эфир тиофосфорной кислоты. Его химическая формула
O ОН
|| ⁄H2N—СН2—СН2—СН2—NH—СН2—СН2—S—Р — ОН
Это — белое кристаллическое вещество, довольно хорошо растворимое в воде, с резким чесночным запахом. Температуру плавления определили Свердлов и соавт. (1974) в интервале от 145 до 147 °С.
О синтезе гаммафоса сообщили в 1969 г. Пайпер и соавт. В том же году радиозащитное действие гаммафоса у мышей описали Юхас и Сторер.
Из группы производных тиофосфорной кислоты большое внимание уделяется защитному действию цистафоса (WR-638) S-2-аминоэтилтиофосфорной кислоты.
О
||H2N— СН2— СН2— S— Р— ОН.
|
ОН
В 1959 г. это вещество синтезировал Акерфилдт. Одновременно было описано его радиозащитное действие. Оно особенно эффективно при нейтронном облучении мышей.Интересные малотоксичные вещества синтезировали ученый Пантев и соавторы в 1973г. Путем соединения цистеамина с аденозинтрифосфатом (АТФ) было создано эффективное защитное средство цитрифос, а соединением молекул АЭТ и АТФ — радиозащитное вещество адетурон. Последнее эффективно и в случае пролонгированного облучения низкой мощности.
Значительный интерес радиобиологов вызывает 2-меркаптопропионилглицин, сокращенно обозначаемый МПГ. Он представляет собой нетоксичное радиозащитное веществ. Защитная доза МПГ была определена у мышей — 20 мг/кг при внутрибрюшинном введении, тогда как средняя летальная доза препарата достигает 2100 мг/кг. Многие соврменные ученые считают это вещество, наряду с гаммафосом, наиболее перспективным из всех серосодержащих радиопротекторов для клинического применения.
Производные индолилалкиламинов
Основными представителями этой группы химических радиопротекторов являются серотонин и мексамин. Оба вещества — производные триптамина.Серотонин. В химическом отношении серотонин представляет собой 5-гидрокситриптамин (5-ГТ).
Серотонин обладает амфотерными свойствами. В физиологических условиях ведет себя как основание и только при рН > 10 обнаруживает свойства кислоты. Несвязанный серотонин легко растворяется в воде и с трудом — в органических растворителях. Он легко кристаллизуется до белой кристаллической соли в форме креатининсульфата, относительная молекулярная масса которого составляет 405,37. Из-за значительной нестабильности растворов необходимо постоянно готовить свежие растворы серотонина, предохранять их от света и высокой температуры.
Радиозащитное действие серотонина было описано еще в 1952 г. сотрудниками двух лабораторий независимо друг от друга (Бакк, Герви; Грай и соавторы).
Мексамин. Его химическая формула очень близка к формуле серотонина. Мексамин является 5-метокситриптамином, сокращенно 5-МОТ.
Мексамин легко образует соли. Чаще всего применяется гидрохлорид 5-метокситриптамина. Это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, с температурой плавления 240—243 °С и относительной молекулярной массой 226,72.
Радиозащитное действие мексамина впервые описали Красных и соавт. (1962).
Главным основанием для разделения химических радиопротекторов кратковременного действия на две группы служит различие в химической структуре веществ; другое важное основание — представление о различных механизмах их действия. Схематично можно представить, что радиозащитное действие серосодержащих веществ реализуется в зависимости от достигнутой концентрации их в клетках радиочувствительных тканей, тогда как производные индолилалкиламинов повышают радиорезистентность тканей и всего организма млекопитающего главным образом благодаря развитию гипоксии вследствие сосудосуживающего фармакологического действия серотонина и мексамина. (Далее об этом будет упомянуто).
Представление о разных механизмах радиозащитного действия двух типов протекторов потребовало подтверждения защитного эффекта комбинаций различных протекторов. Их вводили одновременно в одном растворе (коктейле) либо отдельными порциями одним и тем же или разными способами. Таким образом создалась третья большая группа — комбинации радиопротекторов, также предназначенные для однократной и кратковременной защиты от облучения.
Комбинации радиозащитных веществ
Обычно испытывается радиозащитное действие двухкомпонентных комбинаций, однако не составляют исключения и многокомпонентные рецептуры. Все комбинации испытываются с тем, чтобы свести к приемлемому минимуму дозу отдельных компонентов с целью ослабления их нежелательного побочного действия и достижения наибольшего защитного эффекта.Чаще всего комбинация защитных веществ вводится в одном растворе и одним способом. Однако описаны сочетания различных способов парентерального введения либо перорального и парентерального введения разных радиопротекторов. При этом все компоненты не должны вводиться одновременно, а лишь через определенные интервалы.
Комбинация серосодержащих протекторов и производных индолилалкиламинов. Двухкомпонентная рецептура протекторов с разными механизмами действия логически оправдана. Уже в конце 50-х годов был испытан ряд комбинаций серосодержащих протекторов с индолилалкиламинами. Одна из первых комбинаций такого рода, состоящая из цистеина и триптамина, была испытана Романцевым и Савичем в 1958 г. Если при использовании отдельных протекторов перед летальным общим облучением выживало 20—30% крыс, то совместное применение этих протекторов повышало выживаемость животных до 70%.
За этим исследованием последовал анализ целого ряда двухкомпонентных рецептур протекторов из обеих основных групп химических радиозащитных веществ.
В большинстве рецептур дозы отдельных компонентов подбирались опытным путем в течение нескольких лет. Затем стали применять фармакологический метод. Первоначально таким методом определяли количественные соотношения токсичности и защитного действия комбинаций радиопротекторов. Таким путем можно оценить, наблюдается ли в комбинациях синергизм защитного действия лишь аддитивного или же потенцирующего характера, повышается или снижается токсичность протекторов при их совместном или раздельном применении.
Совместное введение различных серосодержащих радиопротекторов. Первую комбинацию цистеина и цистеамина предложили Штраубе и Патт еще в 1953 г. При введении оптимальных защитных доз этих протекторов в половинном размере авторы установили суммацию защитного действия.
Однако многие ученые не отмечали после внутрибрюшинного введения мышам комбинации АЭТ с цистеамином или цистамином существенного усиления защитного эффекта. Одновременное пероральное введение цистамина и АЭТ подтвердило только аддитивность защитного действия отдельных компонентов. Комбинации АЭТ с гаммафосом и АЭТ с цистафосом позволяют снизить эффективные дозы даже 4-кратно по сравнению со столь же эффективными защитными дозами отдельно примененных протекторов.
Поскольку раздельное применение эффективных доз серосодержащих радиопротекторов вызывает нежелательные фармакологические эффекты, то одной из основных задач радиобиологии в аспекте данной тематики является изучение этих комбинаций с целью минимизации нежелательных проявлений. Сделать это довольно трудно, ибо побочное действие серосодержащих радиопротекторов не слишком характерно. К таким проявлениям относятся тошнота, рвота, снижение артериального давления, брадикардия и др.
Многокомпонентные комбинации радиопротекторов. В конце 60-х годов защитное действие многокомпонентных комбинаций радиопротекторов в эксперименте на мышах проверено Майсином и Мэттелином (1967), Майсином и Лэмбайтом (1967), Майсином и соавторами (1968). Они внутрибрюшинно вводили АЭТ, глутатион, серотонин и цистеин либо вместе, либо в разных З-компонентных вариантах, иногда в сочетании с пострадиационной трансплантацией костного мозга.
Ранее, еще в 1962 г., Вонг и Керейакис опубликовали сообщение о защитном эффекте однократного совместного введения АЭТ, цистеамина и серотонина супралетально облученным мышам. Внутрибрюшинное введение комбинации АЭТ, МЭА и 5-ГТ оказалось высокоэффективным и при тотальном облучении крыс.
Значительный эффект дала также З-компонентная комбинация мексамина, АЭТ и цистафоса, детально проанализированная Пугачевой и соавторами (1973). Если в этой рецептуре цистафос заменялся цистамином, она становилась еще более эффективной.
Как сообщил ученый Шмидт (1965), американским астронавтам назначалась комбинация радиопротекторов, составленная из 7 компонентов: резерпина, серотонина, АЭТ, цистеамина, глутатиона, парааминопропиофенона и хлорпромазина.
Пероральное совместное введение трех серосодержащих радиопротекторов (гаммафоса, цистафоса и АЭТ) обладает главным образом тем преимуществом, что их комбинация, по эффективности примерно равная каждой дозе отдельных компонентов, оказывается по сравнению с ними менее токсичной и, следовательно, более безопасной.
Химические радиопротекторы и гипоксия
Значительное снижение биологического воздействия ионизирующего излучения под влиянием общей гипоксии относится к основным представлениям в радиобиологии (сводка данных). Например, по данным Вацека и соавт. (1971), уменьшение содержания кислорода в окружающей среде до 8% во время облучения увеличивает среднюю летальную дозу у мышей на 3—4 Гр. Снижение уровня кислорода до 9,2—11% не приводит к повышению выживаемости мышей, подвергавшихся супралетальному воздействию гамма-излучения в дозе 14,5–15 Гр. Оно выявляется лишь после уменьшения содержания кислорода до 6,7%. Повышение радиорезистентности организма млекопитающего под влиянием химических радиопротекторов в условиях общей гипоксии, имеет не только практическое значение. Оно доказывает, что гипоксия — не единственный механизм защитного действия.Усиление защитного действия цистеина в условиях гипоксии отметили в 1953 г. Майер и Патт. В отношении цистеамина и цистамина эти данные подтвердили Девик и Лоте (1955), позже—Федоров и Семенов (1967). Сочетание индолилалкиламиновых протекторов, гипоксический механизм радиозащитного действия которых считается решающим, с внешней гипоксией, вопреки ожиданиям, также превысило радиозащитный эффект одной гипоксии.
Возможность защиты организма с помощью локальной гипоксии костного мозга путем наложения жгута на задние конечности мыши впервые установили Жеребченко и соавт. (1959, 1960). У крыс это наблюдение подтверждено Водиком (1970), у собак—Ярмоненко (1969).
В опытах на мышах Баркая и Семенов показали (1967), что локальная гипоксия костного мозга после перевязки одной задней конечности, не дающей выраженного защитного эффекта при летальном облучении в дозах 10,5 и 11,25 Гр, в комбинации с цистамином обусловливает эффективную защиту. Точно так же Ярмоненко (1969) отметил суммацию радиозащитного эффекта после наложения жгута и введения цистеамина мышам. Защитный эффект мексамина не повысился при одновременном наложении зажимной муфты. После введения цистамина крысам с ишемизированными задними конечностями Водик (1971) получил суммацию эффекта и 100% выживание животных при абсолютно летальном в иных условиях гамма-облучении.
МЕХАНИЗМ РАДИОЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ
Несмотря на обширные исследования, радиобиологи не достигли единого, полного и общепризнанного представления о механизме действия химических радиопротекторов, что отчасти является следствием ограниченности современных познаний о развитии радиационного поражения при поглощении энергии ионизирующего излучения живыми организмами.Представления о механизме защитного действия сосредоточены вокруг двух основных групп.
1. Радиохимические механизмы
По этим представлениям, радиозащитные вещества либо их метаболиты непосредственно вмешиваются в первичные пострадиационные радиохимические реакции. К ним относятся:
— химическая модификация биологически чувствительных молекул-мишеней созданием смешанных дисульфидов между SH-группой аминокислоты белковой молекулы и SH-группой протектора;
— передача водорода протектора пораженной молекуле-мишени;
— инактивация окислительных радикалов, возникающих преимущественно при взаимодействии ионизирующего излучения с водой пораженной ткани.
2. Биохимико-физиологические механизмы
Эти представления объясняют действие радиозащитных веществ их влиянием на клеточный и тканевый метаболизм. Не участвуя в самой защите, они косвенно способствуют созданию состояния повышенной радиорезистентности, мобилизуя собственные резервы организма. К этой группе можно отнести:
— высвобождение собственных эндогенных, способствующих защите веществ, таких как эндогенные SH-вещества, в особенности восстановленный глутатион или эндогенные амины (например, гистамин);
— подавление ферментативных процессов при окислительном фосфорилировании, синтезе нуклеиновых кислот, белков и др., ведущих к снижению общего потребления кислорода, а в пролиферативных тканях—к отсрочке или торможению деления клеток. Этот эффект объясняется взаимодействием протектора с группами ферментов в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме или с белками клеточных мембран. Он носит также название «биохимический шок»;
— влияние на центральную нервную систему, систему гипофиз — надпочечники, на сердечно-сосудистую систему с созданием общей или избирательной тканевой гипоксии. Сама по себе гипоксия снижает образование пострадиационных окислительных радикалов и радиотоксинов, восстанавливает тканевый метаболизм. Затем она может привести к высвобождению эндогенных SH-веществ.
Современный исследователи склоняются в пользу биохимических механизмов радиозащиты. Особенно обращает внимание фармакологический аспект взаимодействия радиопротекторов с рецепторами на различных уровнях организма. Возможности защитного действия вещества ограничены количеством воспринимающих рецепторов. Радиозащитное действие серосодержащих веществ, в том числе цистамина и гаммафоса, вероятнее всего, реализуется благодаря их взаимодействию с рецепторами радиочувствительных клеток.
Производные индолилалкиламинов — мексамин и серотонин, вызывающие в тканях организма поствазоконстрикторную гипоксию, связаны с рецепторами сердечно-сосудистой системы. Однако известны результаты опытов in vitro и in vivo, которые вызывают сомнения в гипоксической теории защитного действия мексамина и серотонина, в отдельных случаях дополняя ее другими компонентами защитного действия. По данным Свердлова и соавторов (1971), мексамин не утрачивал защитного действия у мышей в условиях тканевой гипероксии. Клеточный компонент защитного действия мексамина обнаружили Богатырев и соавторы (1974) in vitro на облученных клетках костного мозга, полученных от мышей, которым за 15 мин до этого вводили защитную дозу мексамина. Не существует точной корреляции между тканевой гипоксией, вызванной мексамином, и его защитным действием. Мексамин вызывает гипоксию в селезенке продолжительностью несколько часов, хотя в более позднее время после введения он уже не обладает радиозащитным действием.
Радиозащитный эффект мексамина нельзя объяснять только его несомненным и значительным гипоксическим действием. Следует согласиться с представлением, что мексамин реализует свое защитное действие и непосредственным влиянием на обменные процессы в клетках.
Проблема понимания механизма радиозащитного действия химических веществ тесно связана с выяснением закономерности развития пострадиационных, изменений. Любая существенная информация в этих областях основных радиобиологических исследований уточняет наши представления о механизмах, как радиационного поражения, так и радиозащиты.
Современные радиозащитные вещества до сих пор далеко не соответствуют требованиям, которые к ним предъявляются. Их действие нельзя по понятным причинам испытывать при остром тотальном облучении людей.
Единственным путем обнаружения защитного эффекта у людей является введение исследуемого протектора в предполагаемой эффективной дозе перед локальным облучением. При этом следует учитывать, что в действительности локальное облучение не может быть оптимальным для оценки вещества, предназначенного для защиты человека преимущественно от тотального облучения. Таким способом ученому Владимирову и соавторам (1971) удалось установить радиозащитное действие цистамина дигидрохлорида, введенного онкологическим больным в дозе 0,8—1,2 г (перорально) за час до начала локального облучения грудной клетки в дозе 2,15 Гр. Действие оценивали по выходу аберрантных митозов в стадиях анафазы и телофазы в костном мозге грудины, взятом через 24 ч после облучения. Другим критерием защитного действия служит в локально облученном организме количественное исследование хромосомных аберраций в ядрах лимфоцитов периферической крови. Анализу подвергаются митозы в метафазе. В ряде сравнительных опытов Владимиров и Джаракян (1982) определили возможности этих и других методов по оценке радиозащитного действия преимущественно цистамина при тотальном и локальном облучении экспериментальных животных и человека. На основе обширного экспериментального и клинического материала был сделан вывод, что однократная пероральная доза цистамина дигидрохлорида (1,2 г) обеспечивает человеку защиту с ФУД, равным 1,35.
В России цистамин разрешен для клинического применения при радиотерапии с целью уменьшения нежелательных пострадиационных эффектов. Таблетка содержит 0,4 г действующего вещества. Цистамин вводится по 0,6 г один раз в сутки за час до облучения при количестве лейкоцитов не менее 5000 в 1 мкл крови, лимфоцитов—18—20% и общей дозе 40— 50 Гр (местно). При суммарных дозах 100—120 Гр и количестве лейкоцитов 4000 в 1 мкл рекомендуется пероральная доза (0,8 г в сутки) перед каждым следующим облучением. У чувствительных лиц после приема цистамина могут появиться признаки раздражения пищеварительного аппарата, которые обычно не служат препятствием для продолжения приема препарата. Острые заболевания желудочно-кишечного тракта, острая сердечно-сосудистая недостаточность и нарушения функций печени являются относительными противопоказаниями к приему цистамина.
Другим радиопротектором, применяемым у нас в стране, является гидрохлорид мексамина. Таблетка содержит 0,05 г препарата. Эта доза рекомендована для однократного перорального приема за 30—40 мин до каждого сеанса лучевой терапии. При хорошей переносимости доза может быть увеличена до 0,1 г. Исключение составляют признаки непереносимости, такие как тошнота, головокружение и рвота. Нежелательные эффекты устраняются или смягчаются введением кофеина. При продолжающейся непереносимости прием мексамина следует прекратить. Противопоказаниями к приему мексамина служат выраженный склероз сосудов сердца и мозга, сердечно-сосудистая недостаточность, бронхиальная астма, болезни почек с функциональными нарушениями и беременность. Цистамин и мексамин необходимо предохранять от света при хранении.
Использование химических радиопротекторов при радиотерапии не получило широкого распространения, поскольку, по мнению радиологов, нельзя различить защиту здоровых и опухолевых тканей. Защита опухолевых клеток от действия ионизирующего излучения, безусловно, нежелательна. Цистеамин или АЭТ явно обеспечивают защиту экспериментальных опухолей. Некоторое различие в защите нормальных и злокачественных тканей не зависит от использованного протектора, а обусловлено неодинаковым кровотоком. Здоровые ткани с хорошим кровенаполнением будут иметь, несомненно, более высокую концентрацию радиопротектора, нежели область опухоли со значительно ограниченным кровоснабжением.
В США клинические испытания гаммафоса начались в марте 1979 г. Испытания проводились параллельно с двумя целями. Прежде всего следовало определить однократную максимально переносимую дозу гаммафоса в клинических условиях. Затем предстояло подобрать схему повторной дозировки гаммафоса на протяжении нескольких недель. Гаммафос ввели 50 больным однократно в нарастающих дозах от 25 до 910 мг/м2, 15 больных получили его повторно. До однократной дозы 100 мг/м2 у больных не отмечалось никаких побочных эффектов. Гаммафос вводили путем медленного вливания в течение 20—50 мин, контролируя кровяное давление, пульс, ЭКГ и дыхание. Вливание заканчивали за 15—20 мин до начала облучения. Максимальная переносимая однократная внутривенная доза была определена в 750 мг/м2. Внутривенно дозу 170 мг/м2 можно повторять 4-кратно в течение недели. Однократное и повторное введение гаммафоса сопровождалось тошнотой и рвотой, понижением кровяного давления, сонливостью и аллергическими кожными реакциями. В другой группе из 53 больных было установлено, что гаммафос не влияет отрицательно на противоопухолевое действие алкилирующих средств, что в сочетании с результатами экспериментов побуждает к дальнейшему клиническому исследованию свойств гаммафоса.
При индивидуальной защите людей от действия ионизирующего излучения вследствие взрыва ядерного оружия внутривенное вливание не может рассматриваться в качестве способа применения радиопротектора. Наиболее адекватен пероральный способ введения. По данным сотрудников отделения медицинской химии Армейского исследовательского института им. Уолтера Рида в Вашингтоне, опубликованным в работе Харриса и Филлипса (1971), люди переносят пероральную дозу гаммафоса 140 мг/кг, что для человека со средней массой тела 70 кг составляет общую однократную дозу 9,8 г, которая могла бы приниматься после растворения в достаточном объеме питьевой воды.
Другую практическую возможность представляет собой внутримышечная инъекция радиопротектора. На основе межвидового сравнения распределения и концентрации гаммафоса в тканях при внутривенном введении Вэшберн и соавторы (1976) предположили, что доза 20 мг/кг может обеспечить защиту человека от тотального облучения с ФУД 1,5. Для человека с массой тела 70 кг однократная парентеральная доза составила бы 1,4 г гаммафоса. Такую дозу можно приготовить в приемлемом для введения объеме соответствующего растворителя.
Несмотря на все подающие надежды данные, свидетельствующие о хорошем защитном действии гаммафоса в эксперименте и клинике, даже этот препарат не обладает идеальными свойствами для использования в радиотерапии. По мнению очень многих ученых желательно иметь более эффективное и менее токсичное вещество. Национальный институт исследований рака в США субсидирует поиск новых химических радиопротекторов. Его проведение было поручено исследовательскому центру в Филадельфии (Fox Chase Cancer Center). Из 50 до сих пор испытанных веществ около 20 защищали мышей от костномозговой гибели при острой лучевой болезни. Однако ни одно из них по своим свойствам не превосходило гаммафос.
В Японии было испытано радиозащитное вещество 2-меркаптопропионилглицин, который уже с 1963 г. используется в клинике как средство детоксикации. Оно вводится людям в дозах 100 и 500 мг перорально или внутривенно. Каких-либо побочных эффектов не отмечается. В опытах на мышах оптимальная внутрибрюшинная защитная доза составляет 20 мг/кг. От летального действия тотального гамма-облучения она защищает с ФУД 1,4. Терапевтический индекс высок, поскольку внутрибрюшинная токсическая доза МПГ у мышей по ЛД50 составляет 1400 мг/кг.
При радиотерапии злокачественных опухолей в тазовой области с суточной дозой облучения 1,5 Гр (5-кратно в течение недели) до суммарной дозы 60 Гр или до общей дозы 40,5 Гр при послеоперационном облучении внутривенное введение МПГ больным в дозе 250 мг в 20% растворе глюкозы за 15—30 мин до каждого облучения оказывало благоприятное влияние на количество лейкоцитов в периферической крови и на выход хромосомных аберраций.
В случае, если бы удалось получить высокоэффективный радиопротектор, не обладающий побочными токсическими эффектами, его использование в ядерной войне было бы ограничено продолжительностью защитного действия, так как трудно с точностью во времени предсказать применение противником ядерного оружия. Существует, однако, случай обоснованного использования радиопротекторов в рамках самопомощи, а именно: перед вынужденным вxoждeниe в зону радиоактивного следа от ядерного взрыва. Здесь возможны и организационные меры, прежде всего рациональное чередование пребывания отдельных лиц в зоне и вне ее, чтобы ограничить суммарную дозу радиации.
Наряду с этим действенная защита людей создается механической (физической) защитой. К ней относится как общая защита в убежищах, подвалах зданий, самих домах, в складках местности и за природными преградами, так и частичная физическая защита преимущественно радиочувствительных тканей, кроветворного костного мозга и слизистой оболочки пищеварительного аппарата.
В чрезвычайных условиях необходимо помнить об использовании любой возможности защиты от действия ионизирующего излучения. Введение химических радиопротекторов представляет собой в настоящее время малоэффективную меру, которую, однако, можно предоставить большому количеству подверженных опасности людей.
В мирных условиях нельзя рекомендовать долговременное повторное (например, ежедневное) введение доступного радиопротектора цистамина лицам, работающим с ионизирующим излучением, исследователям, медицинскому персоналу, работникам АЭС и т.п. Риск возникновения побочных эффектов цистамина, особенно при хроническом введении, намного превышает вероятность риска возможного внешнего облучения. Цистамин также не предназначен для защиты людей от действия излучений при загрязнении организма радиоактивными веществами. Цистамин показан к применению у лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений только в такой явно аварийной ситуации, которая угрожает им однократным облучением в основном всего тела в дозе более 1 Гр. Рекомендованная однократная защитная доза цистамина составляет 0,8–1,2 г. В случае необходимости можно вводить цистамин повторно с 6-часовыми интервалами до общей дозы 30 г.
К клиническому применению цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии, следует подходить индивидуально с учетом их переносимости самой терапии. В наших экспериментах на крупных лабораторных животных комбинация цистамина с метоклопрамидом оказалась пригодной для устранения послецистаминовой рвоты. Эта комбинация рекомендуется и больным для приема внутрь. По экспериментальным данным, гаммафос — более перспективный радиопротектор, чем цистамин. Вопрос об адекватности применения доступного радиопротектора цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии,— решит практика.
Радиопротекторы представляют большой интерес как с научной, так и с практической точки зрения.
Перспективы развития радиопротекторных препаратов.
Подавляющее большинство препаратов относятся к производным аминоэтанола, и лишь небольшая их часть имеет иную химическую природу. Одним из перспективных направлений является создание новых радиобиологических препаратов на основе порфиринов. Одним из таких препаратов является медный комплекс хлорина е – 6 на поливинилпирролидоне. Данный препарат был получен на основе хлорофилла который был экстрагирован из зеленых листьев крапивы двудомной (Urtica dioica). Затем был получен хлорин е – 6, а потом и его медный комплекс. Однако сами порфирины плохо растворимы в воде и поэтому очень плохо проявляют фармакологические свойства. Выходом из этой ситуации стала гидрофилизация медьхлорина е – 6 (с канамицином или стрептомицином) на поливинилпиролидоне. Н. И. Никитиной и Г. П. Потаповым (Сыктывкарский Государственный Университет) была изучена радиобиологическая активность данной группы препаратов в сравнении с радиопротектором – стандартом (цистамин). Животным (мышь) вводили препарат за 30 мин. до облучения (доза облучения 9 Гр). Результаты показали: средняя продолжительность жизни (в сутках) увеличилась в 2 – 2,5 раза, но выживаемость на 30 – е сутки составила от 20 до 80%. Полученные данные говорят о перспективности данных препаратов как радиопротекторных средств (длительного действия) особенно медьхлорин – стрептомицин на поливинилпирролидоне.
Другим перспективным направлением является создание препаратов содержащих пуриновые и пиримидиновые гетероциклы (входят в состав нуклеиновых оснований). Одним из таких ваществ является кофеин. Недавние исследования (опыты на мышах) показали, что кофеин может предохранять животный организм от вредного воздействия ионизирующих излучений. Предполагается, что кофеин связывает свободные радикалы, которые образуются при облучении и повреждают здоровые клетки.
Кофеин – белые шелковистые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок без запаха. Т.пл. 235 - 238°С. На воздухе выветривается, при нагревании возгоняется. Растворимость в холодной воде (1:60), легко растворим в горячей. В этаноле малорастворим.
Кофеин может оказывать слабое защитное действие против ипритов. Предполагается, что молекула кофеина алкилируется в положение 8 и образующиеся тетраалкилпроизводное выводится из организма.
Новейшие противовирусные препараты (аналоги нуклеозидов) содержат в своем составе пиримидиновые и пуриновые кольца. Производные пурина (см. выше) связывают свободные радикалы, а производные пиримидина (фторурацил и тегафур) замедляют метаболизм макроорганизма. Однако последние в основном применяются для лечения последствий лучевых поражений в связи с их стимумулирующим влиянием на процессы кроветворения (лейкопоэз).
Заключение.
В будущем потребность в радиопротекторах возрастет в связи с освоением космоса, развитием ядерной энергетики и возможной войны с применением ядерного оружия и т. н. «грязных бомб». На сегодняшний день получено более тысячи радиозащитных препаратов и ведутся разработки новых. Новые препараты получают путем совершенствования структуры старых препаратов, а также поиском новых веществ обладающих радиозащитным действием.
С каждым годом все чаще приходится слышать о грядущей энергетической катастрофе из – за снижения запасов нефти на Земле. Поэтому все развитые страны переходят на атомную энергию. АЭС и атомные ТЭЦ экологически чисты и могут несколько десятилетий обеспечивать население энергией на минимальном количестве топлива. Однако в случае аварий они представляют огромную опасность из – за заражения огромных территорий долгоживущими изотопами.
Действие «сегодняшних» препаратов направлено на защиту от кратковременного действия ионизирующих излучений высокой и средней интенсивности. Тогда как новое поколение радиопротекторных препаратов должно обеспечивать защиту при длительном действии инизирующих излучений малой интенсивности.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Артамонова В.Г., Шаталов Н.Н. Профессиональные болезни. Учебник. –4-е изд., перераб. и доп. _ М.: Медицина, 1998. –416с., ил.
2. Куна П. Химическая радиозащита. Монография. _ М.: Медицина, 1995. -255с.
3. Ярмоненко С.П. Противолучевая защита организма. _ М.: Атомиздат, 1997. -195с.
4. Романцев Е.Ф. Радиация и химическая защита. (Изд. 3-е, переработ. и доп.). _ М.: Атомиздат, 1996. –248с.
5. Радиация. Дозы, эффекты, риск. (Обзор НКДАР при ООН): Пер. с англ. _ М.: Мир, 2000. –79с., ил.
6. Н.И Никитина и Г.П. Потапов. Синтез и радиобиологические свойства
порфиринов. Сыктывкарский Государственный Университет, 2001.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Методы синтеза некоторых радиопротекторов
1) Цистеамин: (СН2)2О + NH3 → HO-CH2-CH2-NH2 + Na2S →
HS-CH2-CH2-NH2 + 2NaOH
2) Цистамин: 2Br-CH2-CH2-NH2 + Na2S + S (в спирте) →
H2N-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-NH2 + 2NaBr
(Реакцию проводят в токе азота)
3) АЭТ: (CH2)2S + Br-CN → Br-CH2-CH2-S-CN + 2NH3 →
H2N-CH2-CH2-S-C(NH2)=NH +HBr
4) Геммафос: a) H3PO4 + H2S → H3SPO3 + H2O
b) a + (CH2)2O → HO-CH2-CH2-S-PO3H2
c) (CH2)2NH + HCN → H2N-CH2-CH2-CN —‘H’→
H2N-CH2-CH2-CH2-NH2
d) c + b → H2N-(CH2)3-NH-(CH2)2-S-PO3H2
5) Цистафос: (CH2)2NH + H3SPO3 → H2N-CH2-CH2-S-PO3H2
Производные индолилалкиламинов — мексамин и серотонин, вызывающие в тканях организма поствазоконстрикторную гипоксию, связаны с рецепторами сердечно-сосудистой системы. Однако известны результаты опытов in vitro и in vivo, которые вызывают сомнения в гипоксической теории защитного действия мексамина и серотонина, в отдельных случаях дополняя ее другими компонентами защитного действия. По данным Свердлова и соавторов (1971), мексамин не утрачивал защитного действия у мышей в условиях тканевой гипероксии. Клеточный компонент защитного действия мексамина обнаружили Богатырев и соавторы (1974) in vitro на облученных клетках костного мозга, полученных от мышей, которым за 15 мин до этого вводили защитную дозу мексамина. Не существует точной корреляции между тканевой гипоксией, вызванной мексамином, и его защитным действием. Мексамин вызывает гипоксию в селезенке продолжительностью несколько часов, хотя в более позднее время после введения он уже не обладает радиозащитным действием.
Радиозащитный эффект мексамина нельзя объяснять только его несомненным и значительным гипоксическим действием. Следует согласиться с представлением, что мексамин реализует свое защитное действие и непосредственным влиянием на обменные процессы в клетках.
Проблема понимания механизма радиозащитного действия химических веществ тесно связана с выяснением закономерности развития пострадиационных, изменений. Любая существенная информация в этих областях основных радиобиологических исследований уточняет наши представления о механизмах, как радиационного поражения, так и радиозащиты.
Практическое применение радиопротекторов
Предостерегающий опыт знакомства человечества с поражающим действием атомных взрывов в Японии в конце второй мировой войны обязал радиобиологов всего мира постоянно изыскивать возможности снижения риска непосредственных и отдаленных последствий ионизирующего излучения. Большую лепту в радиационный риск вносят различные антропогенные загрязнения.Современные радиозащитные вещества до сих пор далеко не соответствуют требованиям, которые к ним предъявляются. Их действие нельзя по понятным причинам испытывать при остром тотальном облучении людей.
Единственным путем обнаружения защитного эффекта у людей является введение исследуемого протектора в предполагаемой эффективной дозе перед локальным облучением. При этом следует учитывать, что в действительности локальное облучение не может быть оптимальным для оценки вещества, предназначенного для защиты человека преимущественно от тотального облучения. Таким способом ученому Владимирову и соавторам (1971) удалось установить радиозащитное действие цистамина дигидрохлорида, введенного онкологическим больным в дозе 0,8—1,2 г (перорально) за час до начала локального облучения грудной клетки в дозе 2,15 Гр. Действие оценивали по выходу аберрантных митозов в стадиях анафазы и телофазы в костном мозге грудины, взятом через 24 ч после облучения. Другим критерием защитного действия служит в локально облученном организме количественное исследование хромосомных аберраций в ядрах лимфоцитов периферической крови. Анализу подвергаются митозы в метафазе. В ряде сравнительных опытов Владимиров и Джаракян (1982) определили возможности этих и других методов по оценке радиозащитного действия преимущественно цистамина при тотальном и локальном облучении экспериментальных животных и человека. На основе обширного экспериментального и клинического материала был сделан вывод, что однократная пероральная доза цистамина дигидрохлорида (1,2 г) обеспечивает человеку защиту с ФУД, равным 1,35.
В России цистамин разрешен для клинического применения при радиотерапии с целью уменьшения нежелательных пострадиационных эффектов. Таблетка содержит 0,4 г действующего вещества. Цистамин вводится по 0,6 г один раз в сутки за час до облучения при количестве лейкоцитов не менее 5000 в 1 мкл крови, лимфоцитов—18—20% и общей дозе 40— 50 Гр (местно). При суммарных дозах 100—120 Гр и количестве лейкоцитов 4000 в 1 мкл рекомендуется пероральная доза (0,8 г в сутки) перед каждым следующим облучением. У чувствительных лиц после приема цистамина могут появиться признаки раздражения пищеварительного аппарата, которые обычно не служат препятствием для продолжения приема препарата. Острые заболевания желудочно-кишечного тракта, острая сердечно-сосудистая недостаточность и нарушения функций печени являются относительными противопоказаниями к приему цистамина.
Другим радиопротектором, применяемым у нас в стране, является гидрохлорид мексамина. Таблетка содержит 0,05 г препарата. Эта доза рекомендована для однократного перорального приема за 30—40 мин до каждого сеанса лучевой терапии. При хорошей переносимости доза может быть увеличена до 0,1 г. Исключение составляют признаки непереносимости, такие как тошнота, головокружение и рвота. Нежелательные эффекты устраняются или смягчаются введением кофеина. При продолжающейся непереносимости прием мексамина следует прекратить. Противопоказаниями к приему мексамина служат выраженный склероз сосудов сердца и мозга, сердечно-сосудистая недостаточность, бронхиальная астма, болезни почек с функциональными нарушениями и беременность. Цистамин и мексамин необходимо предохранять от света при хранении.
Использование химических радиопротекторов при радиотерапии не получило широкого распространения, поскольку, по мнению радиологов, нельзя различить защиту здоровых и опухолевых тканей. Защита опухолевых клеток от действия ионизирующего излучения, безусловно, нежелательна. Цистеамин или АЭТ явно обеспечивают защиту экспериментальных опухолей. Некоторое различие в защите нормальных и злокачественных тканей не зависит от использованного протектора, а обусловлено неодинаковым кровотоком. Здоровые ткани с хорошим кровенаполнением будут иметь, несомненно, более высокую концентрацию радиопротектора, нежели область опухоли со значительно ограниченным кровоснабжением.
В США клинические испытания гаммафоса начались в марте 1979 г. Испытания проводились параллельно с двумя целями. Прежде всего следовало определить однократную максимально переносимую дозу гаммафоса в клинических условиях. Затем предстояло подобрать схему повторной дозировки гаммафоса на протяжении нескольких недель. Гаммафос ввели 50 больным однократно в нарастающих дозах от 25 до 910 мг/м2, 15 больных получили его повторно. До однократной дозы 100 мг/м2 у больных не отмечалось никаких побочных эффектов. Гаммафос вводили путем медленного вливания в течение 20—50 мин, контролируя кровяное давление, пульс, ЭКГ и дыхание. Вливание заканчивали за 15—20 мин до начала облучения. Максимальная переносимая однократная внутривенная доза была определена в 750 мг/м2. Внутривенно дозу 170 мг/м2 можно повторять 4-кратно в течение недели. Однократное и повторное введение гаммафоса сопровождалось тошнотой и рвотой, понижением кровяного давления, сонливостью и аллергическими кожными реакциями. В другой группе из 53 больных было установлено, что гаммафос не влияет отрицательно на противоопухолевое действие алкилирующих средств, что в сочетании с результатами экспериментов побуждает к дальнейшему клиническому исследованию свойств гаммафоса.
При индивидуальной защите людей от действия ионизирующего излучения вследствие взрыва ядерного оружия внутривенное вливание не может рассматриваться в качестве способа применения радиопротектора. Наиболее адекватен пероральный способ введения. По данным сотрудников отделения медицинской химии Армейского исследовательского института им. Уолтера Рида в Вашингтоне, опубликованным в работе Харриса и Филлипса (1971), люди переносят пероральную дозу гаммафоса 140 мг/кг, что для человека со средней массой тела 70 кг составляет общую однократную дозу 9,8 г, которая могла бы приниматься после растворения в достаточном объеме питьевой воды.
Другую практическую возможность представляет собой внутримышечная инъекция радиопротектора. На основе межвидового сравнения распределения и концентрации гаммафоса в тканях при внутривенном введении Вэшберн и соавторы (1976) предположили, что доза 20 мг/кг может обеспечить защиту человека от тотального облучения с ФУД 1,5. Для человека с массой тела 70 кг однократная парентеральная доза составила бы 1,4 г гаммафоса. Такую дозу можно приготовить в приемлемом для введения объеме соответствующего растворителя.
Несмотря на все подающие надежды данные, свидетельствующие о хорошем защитном действии гаммафоса в эксперименте и клинике, даже этот препарат не обладает идеальными свойствами для использования в радиотерапии. По мнению очень многих ученых желательно иметь более эффективное и менее токсичное вещество. Национальный институт исследований рака в США субсидирует поиск новых химических радиопротекторов. Его проведение было поручено исследовательскому центру в Филадельфии (Fox Chase Cancer Center). Из 50 до сих пор испытанных веществ около 20 защищали мышей от костномозговой гибели при острой лучевой болезни. Однако ни одно из них по своим свойствам не превосходило гаммафос.
В Японии было испытано радиозащитное вещество 2-меркаптопропионилглицин, который уже с 1963 г. используется в клинике как средство детоксикации. Оно вводится людям в дозах 100 и 500 мг перорально или внутривенно. Каких-либо побочных эффектов не отмечается. В опытах на мышах оптимальная внутрибрюшинная защитная доза составляет 20 мг/кг. От летального действия тотального гамма-облучения она защищает с ФУД 1,4. Терапевтический индекс высок, поскольку внутрибрюшинная токсическая доза МПГ у мышей по ЛД50 составляет 1400 мг/кг.
При радиотерапии злокачественных опухолей в тазовой области с суточной дозой облучения 1,5 Гр (5-кратно в течение недели) до суммарной дозы 60 Гр или до общей дозы 40,5 Гр при послеоперационном облучении внутривенное введение МПГ больным в дозе 250 мг в 20% растворе глюкозы за 15—30 мин до каждого облучения оказывало благоприятное влияние на количество лейкоцитов в периферической крови и на выход хромосомных аберраций.
В случае, если бы удалось получить высокоэффективный радиопротектор, не обладающий побочными токсическими эффектами, его использование в ядерной войне было бы ограничено продолжительностью защитного действия, так как трудно с точностью во времени предсказать применение противником ядерного оружия. Существует, однако, случай обоснованного использования радиопротекторов в рамках самопомощи, а именно: перед вынужденным вxoждeниe в зону радиоактивного следа от ядерного взрыва. Здесь возможны и организационные меры, прежде всего рациональное чередование пребывания отдельных лиц в зоне и вне ее, чтобы ограничить суммарную дозу радиации.
Наряду с этим действенная защита людей создается механической (физической) защитой. К ней относится как общая защита в убежищах, подвалах зданий, самих домах, в складках местности и за природными преградами, так и частичная физическая защита преимущественно радиочувствительных тканей, кроветворного костного мозга и слизистой оболочки пищеварительного аппарата.
В чрезвычайных условиях необходимо помнить об использовании любой возможности защиты от действия ионизирующего излучения. Введение химических радиопротекторов представляет собой в настоящее время малоэффективную меру, которую, однако, можно предоставить большому количеству подверженных опасности людей.
В мирных условиях нельзя рекомендовать долговременное повторное (например, ежедневное) введение доступного радиопротектора цистамина лицам, работающим с ионизирующим излучением, исследователям, медицинскому персоналу, работникам АЭС и т.п. Риск возникновения побочных эффектов цистамина, особенно при хроническом введении, намного превышает вероятность риска возможного внешнего облучения. Цистамин также не предназначен для защиты людей от действия излучений при загрязнении организма радиоактивными веществами. Цистамин показан к применению у лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений только в такой явно аварийной ситуации, которая угрожает им однократным облучением в основном всего тела в дозе более 1 Гр. Рекомендованная однократная защитная доза цистамина составляет 0,8–1,2 г. В случае необходимости можно вводить цистамин повторно с 6-часовыми интервалами до общей дозы 30 г.
К клиническому применению цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии, следует подходить индивидуально с учетом их переносимости самой терапии. В наших экспериментах на крупных лабораторных животных комбинация цистамина с метоклопрамидом оказалась пригодной для устранения послецистаминовой рвоты. Эта комбинация рекомендуется и больным для приема внутрь. По экспериментальным данным, гаммафос — более перспективный радиопротектор, чем цистамин. Вопрос об адекватности применения доступного радиопротектора цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии,— решит практика.
Радиопротекторы представляют большой интерес как с научной, так и с практической точки зрения.
Перспективы развития радиопротекторных препаратов.
Подавляющее большинство препаратов относятся к производным аминоэтанола, и лишь небольшая их часть имеет иную химическую природу. Одним из перспективных направлений является создание новых радиобиологических препаратов на основе порфиринов. Одним из таких препаратов является медный комплекс хлорина е – 6 на поливинилпирролидоне. Данный препарат был получен на основе хлорофилла который был экстрагирован из зеленых листьев крапивы двудомной (Urtica dioica). Затем был получен хлорин е – 6, а потом и его медный комплекс. Однако сами порфирины плохо растворимы в воде и поэтому очень плохо проявляют фармакологические свойства. Выходом из этой ситуации стала гидрофилизация медьхлорина е – 6 (с канамицином или стрептомицином) на поливинилпиролидоне. Н. И. Никитиной и Г. П. Потаповым (Сыктывкарский Государственный Университет) была изучена радиобиологическая активность данной группы препаратов в сравнении с радиопротектором – стандартом (цистамин). Животным (мышь) вводили препарат за 30 мин. до облучения (доза облучения 9 Гр). Результаты показали: средняя продолжительность жизни (в сутках) увеличилась в 2 – 2,5 раза, но выживаемость на 30 – е сутки составила от 20 до 80%. Полученные данные говорят о перспективности данных препаратов как радиопротекторных средств (длительного действия) особенно медьхлорин – стрептомицин на поливинилпирролидоне.
Другим перспективным направлением является создание препаратов содержащих пуриновые и пиримидиновые гетероциклы (входят в состав нуклеиновых оснований). Одним из таких ваществ является кофеин. Недавние исследования (опыты на мышах) показали, что кофеин может предохранять животный организм от вредного воздействия ионизирующих излучений. Предполагается, что кофеин связывает свободные радикалы, которые образуются при облучении и повреждают здоровые клетки.
Кофеин – белые шелковистые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок без запаха. Т.пл. 235 - 238°С. На воздухе выветривается, при нагревании возгоняется. Растворимость в холодной воде (1:60), легко растворим в горячей. В этаноле малорастворим.
Кофеин может оказывать слабое защитное действие против ипритов. Предполагается, что молекула кофеина алкилируется в положение 8 и образующиеся тетраалкилпроизводное выводится из организма.
Новейшие противовирусные препараты (аналоги нуклеозидов) содержат в своем составе пиримидиновые и пуриновые кольца. Производные пурина (см. выше) связывают свободные радикалы, а производные пиримидина (фторурацил и тегафур) замедляют метаболизм макроорганизма. Однако последние в основном применяются для лечения последствий лучевых поражений в связи с их стимумулирующим влиянием на процессы кроветворения (лейкопоэз).
Заключение.
В будущем потребность в радиопротекторах возрастет в связи с освоением космоса, развитием ядерной энергетики и возможной войны с применением ядерного оружия и т. н. «грязных бомб». На сегодняшний день получено более тысячи радиозащитных препаратов и ведутся разработки новых. Новые препараты получают путем совершенствования структуры старых препаратов, а также поиском новых веществ обладающих радиозащитным действием.
С каждым годом все чаще приходится слышать о грядущей энергетической катастрофе из – за снижения запасов нефти на Земле. Поэтому все развитые страны переходят на атомную энергию. АЭС и атомные ТЭЦ экологически чисты и могут несколько десятилетий обеспечивать население энергией на минимальном количестве топлива. Однако в случае аварий они представляют огромную опасность из – за заражения огромных территорий долгоживущими изотопами.
Действие «сегодняшних» препаратов направлено на защиту от кратковременного действия ионизирующих излучений высокой и средней интенсивности. Тогда как новое поколение радиопротекторных препаратов должно обеспечивать защиту при длительном действии инизирующих излучений малой интенсивности.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Артамонова В.Г., Шаталов Н.Н. Профессиональные болезни. Учебник. –4-е изд., перераб. и доп. _ М.: Медицина, 1998. –416с., ил.
2. Куна П. Химическая радиозащита. Монография. _ М.: Медицина, 1995. -255с.
3. Ярмоненко С.П. Противолучевая защита организма. _ М.: Атомиздат, 1997. -195с.
4. Романцев Е.Ф. Радиация и химическая защита. (Изд. 3-е, переработ. и доп.). _ М.: Атомиздат, 1996. –248с.
5. Радиация. Дозы, эффекты, риск. (Обзор НКДАР при ООН): Пер. с англ. _ М.: Мир, 2000. –79с., ил.
6. Н.И Никитина и Г.П. Потапов. Синтез и радиобиологические свойства
порфиринов. Сыктывкарский Государственный Университет, 2001.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Методы синтеза некоторых радиопротекторов
1) Цистеамин: (СН2)2О + NH3 → HO-CH2-CH2-NH2 + Na2S →
HS-CH2-CH2-NH2 + 2NaOH
2) Цистамин: 2Br-CH2-CH2-NH2 + Na2S + S (в спирте) →
H2N-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-NH2 + 2NaBr
(Реакцию проводят в токе азота)
3) АЭТ: (CH2)2S + Br-CN → Br-CH2-CH2-S-CN + 2NH3 →
H2N-CH2-CH2-S-C(NH2)=NH +HBr
4) Геммафос: a) H3PO4 + H2S → H3SPO3 + H2O
b) a + (CH2)2O → HO-CH2-CH2-S-PO3H2
c) (CH2)2NH + HCN → H2N-CH2-CH2-CN —‘H’→
H2N-CH2-CH2-CH2-NH2
d) c + b → H2N-(CH2)3-NH-(CH2)2-S-PO3H2
5) Цистафос: (CH2)2NH + H3SPO3 → H2N-CH2-CH2-S-PO3H2
