Радиопротекторы современные направления и перспективы

• Название: Радиопротекторы современные направления и перспективы
• Дата: 30.10.2022
• Размер: 59 Kb.
• Имя файла: 1.docx
• Тип: Научная работа; #761933
• страница: 2 из 6

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.

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)—ЛД_50/30, ЛД_50/90. 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 воздействияпредназначены 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, -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