Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕББМ ?АЗА?СТАН-РЕСЕЙ НУО КАЗАХСТАНСКО-МЕДИЦИНАЛЫ? РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТІ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРС ОБЩЕЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ

Практическая работа

На тему: Радипротекторы

Выполнила:

Сеналова Гульзара

Проверила:

Темиргалиева Э. М.

Алматы 2015

Содержание

Введение

1. Основы патогенеза радиационного поражения

2. Серосодержащие радиозащитные вещества

3. Производные индолилалкиламинов

4. Комбинация радиозащитных веществ

5. Химические радиопротекторы и гипоксия

Литература

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 Huber и Spode 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--Doherty и Burnet (1955), серотонина--Gray 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 Piper и соавт. (1969), а его радиозащитный эффект установлен Yuhas и Storer (1969).

1. Основы патогенеза радиационного поражения

Взаимодействие ионизирующих излучений 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 табл. 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. J. Bergonie и L. Tribondeau 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.

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 книга 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 профессионалов, работающих с ионизирующим излучением, у космонавтов при долговременных космических полетах, а также при длительной радиотерапии.

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 Bacq (1965), а позже -- в работе Суворова и Шашкова (1975). В 1979 г. Sweeney 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 (см. далее), 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.

2. 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 (МПГ).

Цистеамин. Это аминоэтиол, -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 Bacq 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 Gabriel еще в 1889 г. Радиозащитное действие цистамина впервые описали Bacq 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

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 Doherty и Burnett 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. Shapira 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

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. Piper и соавт. В том же году радиозащитное действие гаммафоса у мышей описали Yuhas и Storer.

Из группы производных тиофосфорной кислоты большое внимание уделяется защитному действию цистафоса (WR-638) S-2-аминоэтилтиофосфорной кислоты.

H2N-- СН2-- СН2-- S-- Р-- ОН.

В 1959 г. это вещество синтезировал Akerfeldt. 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. радиопротектор поражение защита излучение

3. 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 (Bacq, Herve; Gray 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.

4. Комбинация 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 изобол 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 Straube и Patt 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 Maisin и Mattelin (1967), Maisin и Lambiet (1967), Maisin и соавторы (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., Wang и Kereiakes 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 Schmidt (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.

5. 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 Vacek 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. Mayer и Patt. В отношении цистеамина и цистамина эти данные подтвердили Devik и Lothe (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 Vodicka (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 Vodicka (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.

...