Радиопротекторы

Радиопротекторы пролонгированного  действия.

Недостатки  существующих в настоящее время  радиопротекторов химических радиопротекторов (главным образом побочные токсические эффекты и ограниченная продолжительность действия) послужили основанием для исследования радиозащитных свойств малотоксичных веществ биологического происхождения. В этом направлении ведется поиск средств, которые бы повышали общую устойчивость организма и сопротивляемость инфекциям, а также стимулировали активность кровеносной системы. В настоящее время к обнаруженным веществам с такими свойствами относятся, например, металлокомплексы порфиринов. Изучено огромное количество веществ природного происхождения в качестве возможных противолучевых средств. Наиболее часто исследовались различные вытяжки из растений, микроорганизмов и другие биологические объекты без выделения активных веществ, а порой и без контроля за чистотой препаратов. Для радиопрофилактики применялись сильнодействующие биологически активные вещества в малых концентрациях: яд змеи, пчелиный яд, бактериальные эндотоксины, гормоны эстрогены. Выраженным, статистически достоверным радиопрофилактическим действием как при кратковременном, так и при пролонгированном облучении (с малой мощностью дозы - 0.1 Гр/мин) обладает мелиттин (полипептид из пчелиного яда, сосотоящий из 26 аминокислотных остатков, М-2840). Бактериальный эндотоксин, выделенный из Salmonella typhi (род неспороносных бактерий, имеющих форму палочек), смягчал пострадиационное поражение и в том случае, если вводился через 30 мин после окончания облучения. Защитное действие было обнаружено у полисахарида зимозана, выделенного из дрожжевых клеток, у полисахаридов, выделенных из бактерий Salmonella paratyphi и Proteus vulgaris (бактерия, возбудитель пищевых токсикоинфекций). Наибольший статистически значимый эффект отмечен у эстрадиола по сравнению с метилтестостероном, диэтилстильбэктролом, дипропионатэстрадиолом. В качестве противолучевых средств и препаратов, применяемых в комбинациях с эффективными радиопротекторами, часто используются продукты метаболизма: нуклеиновые кислоты, витамины, коферменты, углеводы, липоиды, флавоноиды, аминокислоты, промежуточные продукты обмена. Неспецифическое радиозащитное действие оказывает внутрибрюшинное введение 1,5 мл кипяченого коровьего молока за 1-2 сут. до тотального рентгеновского облучения. В других работах было выявлено радиопротективное действие парентерального введения цельной цитратной крови, экстракта крови солкосерила, бензольного экстракта клеток крови человека. Применение сывороточных глобулинов с нормальными аутоантителами перед облучением (или в лечебном варианте после него) повышало выживаемость мышей, морских свинок, крыс, кроликов, подвергнутых летальному облучению в дозах ЛД80-100/30. К числу противолучевых препаратов пролонгированного действия относятся также природные адаптогены. В отличие от радиопротектов они обладают неспецифическим действием, повышая общую сопротивляемость организма к различным неблагоприятным факторам. Адаптогены проявляют радиозащитную способность, если их вводить многократно за много дней до облучения в дозах, ниже летальных. Они эффективны при остром, но при пролонгированном или фракционированном облучениях дают наибольший эффект. Отмечаются также отсутствие побочных эффектов при использовании радиозащитных доз адаптогенов. Наиболее эффективными препаратами этой группы являются экстракты женьшеня, элеутерококка, китайского лимонника. Явное снижение чувствительности лабораторных животных обнаружено при введении перорально сухого экстракта гречихи, а также при блокаде ретикулоэндотелиальной системы с помощью частиц угля, полестерола, латекса или гликогена. Однако в целом механизм радиозащитного действия адаптогенов на организм пока не выяснен. Некоторые авторы к адаптогенам причисляют АТФ и АДФ, аденин нуклеотиды, что связано с их нормализующим влиянием на энергетический и генетический аппараты клеток. Установлено, что многократное 20-суточное внутримышечное введение витамина С повышало радиорезистентность лягушек, голубей, мышей. Было замечено также, что на радиорезистентность лабораторных животных благотворное влияние оказывает рациональное питание, что открывает перспективы эффетивной длительной защиты организма от летального воздействия ионизирующего излучения.

ОСНОВНЫЕ  МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАДИОПРОТЕКТОРОВ 

Более 20 лет в радиобиологии существует термин "идеальный радиопротектор", но его содержание постоянно обновлялось  и обогащалось. Считается, что основные критерии применимости радиопротекторов должны соответствовать их целевому назначению с учетом того, как они могут использоваться:

1) как  средства индивидуальной химической  защиты от внешнего воздействия  ионизирующего излучения при  сравнительно кратковременном облучении  в дозах с большой мощностью (например, при ядерных взрывах, солнечных вспышках);

2) для  защиты от радиации при длительном  облучении в дозах с малой  мощностью (например, при прохождении  радиоактивного облака, при длительных космических полетах);

3) в  качестве средств, повышающих  устойчивость организма к радиации при рентгено- и радиотерапии.

Существуют  различные способы оценки радиозащитной  способности противолучевых средств. При этом можно использовать такие  критерии как влияние радиации на продолжительность жизни и выживаемость. Выживаемость животных - наиболее простой способ определения защитной способности препарата. Обычно о защитной способности судят по разности между выживаемостью в течение месяцев после облучения в опыте и в контроле (в процентах), либо по отношению этих показателей (индекс эффекта). Наиболее четкие результаты наблюдаются, как правило, при дозе, равной или превышающей величину ЛД100. В этом случае, когда доза излучения ниже, и в контроле погибают не все животные, а протектор характеризуется 100%-ой эффективностью, разность между опытом и контролем уменьшается и, следовательно, данные о защитной способности протектора будут занижены. ФИД или ФУД - фактор изменения (уменьшения) дозы определяется по отношению равноэффективных (по поражающему действию) доз излучения в опыте и контроле. Это отражает общепринятое представление, согласно которому протектор как бы снижает величину поглощенной дозы радиации. Иными словами, реакция предварительно защищенных и затем облученных животных (клеток) слабее, как если бы они получили меньшую, чем в контроле, дозу. Для определения величины ФУД большое значение имеет выбор доз, для млекопитающих чаще всего используют отношение ЛД50/30 в контороле: При оценке противолучевой эффективности препаратов облучение животных с протектором (опыт) и без него (контроль) необходимо производить одновременно. Это диктуется необходимостью строгого соблюдения правил облучения и дозиметрии. По количественному критерию выживаемости ФУД учитывают действие различных доз излучения. Для практической применимости препарата необходимо сопоставление защитных и летальных доз. Такое сопоставление включает в себя "терапевтический индекс", "терапевтическую широту", "протекторный индекс". П.Эрлих определил терапевтический индекс как отношение минимально активной дозы к максимально переносимой. Позднее вместо них стали использовать полулетальную дозу и дозу, излечивающую 50% животных. В применении к радиопротекторам Д.Томсон определил терапевтический индекс (Т.И.) как отношение полулетальной дозы к эффективной (в защитном отношении) дозе: Препараты, имеющие терапевтический индекс больше 3, относятся к слаботоксичным. Терапевтическую широту определяют по отношению максимально переносимойц дозы к радиозащитной дозе препарата. Одним из качественных показателей эффективности радиопротекторов является протекторный индекс (I). Достоинство такого способа оценки противолучевой активности заключается в учете, наряду со степенью защиты, терапевтической широты их действия. Протекторный индекс выражается следующей формулой: где ЛД50 - доза вещества, вызывающая гибель 50% животных, ЭД - доза вещества, приводящая к эффекту защиты, а - процент животных, выживших при использовании эффективной дозы, при 100%-ой гибели животных, облученных без защиты протектором; Существующая шкала эффективности радиопротекторов позволяет дифференцированно оценивать эффективность последних.

Для учета  токсических эффектов радиопротекторов используется коэффициент, отражающий вероятность защиты организма от радиационной гибели. Этот показатель используют в том случае, когда хотят определить какая часть особей, подвергнувшихся действию летальной дозы радиации, может быть защищена от гибели. В том случае, когда исследования ведутся не на живых объектах, а на культурах клеток, при цитогенетическом анализе используют коэффициент защиты А, который отражает вероятность эффекта защиты и выражается отношением разности между показателями поражаемости без защиты и с применением защиты к величине поражаемости без защиты.

СЕРОСОДЕРЖАЩИЕ  РАДИОПРОТЕКТОРЫ

Первая  попытка защитить от облучения наследственные структуры половых клеток была сделана в 1953 г. с помощью самого: эффективного в то время радиопротектора - цистеамина (МЭА). Было проведено две серии экспериментов с дрозофилой и мышами, в результате которых уменьшение мутагенного действия облучения не было обнаружено. Попытка уменьшить с помощью цистеамина мутагенный эффект облучения у тутового шелкопряда была предпринята в 1955 г. Наряду с этим исследовался генетический эффект цистеина, защитное действие которого против вызванной облучением гибели было показано в 1949г. на мышах. Оказалось, что оба препарата не уменьшают частоту радиомутаций у тутового шелкопряда.

Одновременно  проводилось генетическое изучение цистеина на дрозофиле. Защитный эффект обнаружить не удалось. В 1955 г. был выявлен  еще один радиопротектор - гуанидиновое производное цистеамина - АЭТ. Этот препарат оказался эффективным в защите от биологических эффектов облучения и менее токсичным по сравнению с другими SH-протекторами. Поэтому АЭТ неоднократно исследовали с точки зрения его радиозащитного действия, в том числе от генетического эффекта облучения. Так, уже в 1958 г. было изучено влияние АЭТ на мутагенный эффект облучения у дрозофилы и установлен эффект истинной сенсибилизации вместо защиты. Производное АЭТ - аминоэтилизотиуромочевина. В результате ее испытаний было обнаружено, что она не является защитным препаратом против индуцированных облучением доминантных леталей у мышей. Авторы предполагали, что причина полученных отрицательных результатов - низкая концентрация препарата в зародышевых клетках в период облучения. Действительно, при исследовании распределения цистеамина в организме мыши с помощью S35 наблюдалось неравномерное распределение протектора по органам - через 20 мин после внутривенной инъекции концентрация препарата в семенниках была очень низкой. Вместе с тем существовали данные о снижении стерильности облученных животных при обработке их протекторами. Так, в одной работе обнаружено уменьшение стерильности самок, а в другой работе - самцов облученных мышей, которым инъецировали цистеамин. Показано, что инъекции цистеамина крысам до облучения заметно ослабляют процесс гибели сперматогониев. Эти факты свидетельствовали о том, что даже малое поглощение протектора половыми клетками все-таки обеспечивает осуществление защиты их от гибели. Были основания полагать, что агенты, защищающие зародышевые клетки от гибели, могут защищать их и от генетических повреждений. Также было проведено исследование по той же методике с целью перепроверки результатов изучения генетической эффективности цистеамина. Удалось показать, что цистеамин, не влияя на гибель эмбрионов в необлученной группе, снижает ее у облученных животных. Обнаружилось расхождение результатов с результатами, полученными в других работах. Это можно объяснить различием в сроках введения препарата, который вводился одними авторами за 15 мин до облучения, в то время как в данных работах препарат вводился за 4-7 мин. Этот интервал мог оказаться недостаточным для проникновения вещества в сперму.

Аналогичные результаты были получены и в еще одной работе при исследовании, проведенном на мышах и на обезьянах. Внутрибрюшинное введение цистеамина за 10 мин до облучения различными дозами рентгеновского излучения снижало частоту хромосомных перестроек в зародышевых клетках мышей в среднем на 42,7 %. Обезьян облучали в дозе 200 Р и также обнаружили уменьшение числа хромосомных аберраций в сперматоцитах первого порядка на 50,8 %. Однако вслед за работами, показавшими защитный эффект цистеамина против мутагенного действия облучения, появилась целая серия генетических исследований, в которых серосодержащие препараты оказались либо неэффективными, либо усиливали мутагенное действие облучения. Так, совместное действие АЭТ и рентгеновского излучения исследовалось на дрозофиле . Введение АЭТ усилило радиочувствительность всех стадий сперматогенеза. К тому же АЭТ в этих опытах оказывал и мутагенное действие, в 2 раза увеличивая частоту сцепленных с полом летальных мутаций. Наряду с этим было установлено, что цистеин не уменьшает выхода сцепленных с полом рецессивных деталей, а АЭТ усиливает частоту таких радиомутаций у дрозофилы. Возможности уменьшения мутагенного эффекта облучения детально исследовались с помощью сульфгидрильных соединений у дрозофилы.

Изучалось влияние трех препаратов - цистеамина, АЭТ и глютатиона на возникновение самых разнообразных мутаций: РЛМ, транслокаций, делеций, ДЛМ, а также потерь Х- и Y-хромосом. Изучение проводилось с учетом всех стадий сперматогенеза. Оказалось, что ни один препарат не снизил частоты ни одного типа мутаций ни на одной стадии развития зародышевых клеток. Более того, цистеамин увеличивал выход всех типов радиомутаций (кроме транслокаций) на той или другой стадии сперматогенеза. Глютатион увеличивал частоту потерь хромосом в сперматоцитах и доминантных летальных мутаций в сперматидах. Автор предположил, что изученные им препараты повышают частоту мутирования, затормаживая восстановительные процессы или уменьшая время, в течение которого происходит фиксация мутаций. Полученные отрицательные результаты поставили под сомнение возможность генетической защиты от облучения. Однако Кункель описал возможные физико-химические механизмы генетической защиты и признал такую защиту теоретически возможной. В то же время приведенные им данные генетических исследований цистеина и АЭТ на дрозофиле показали, что цистеин не влияет на частоту индуцированных облучением рецессивных летальных мутаций, а усиливает мутагенное действие облучения на 37 %. Вот почему вопрос о практической возможности защиты от радиогенетических поражений остался без ответа.

Тем не менее, среди серии отрицательных результатов были и положительные. Эксперименты выполнялись на мышах. Показано, что и цистеин, и АЭТ уменьшают на 6 % частоту ДЛМ, вызванных облучением в сперматидах мышей (защита на прочих стадиях не была существенной). Защитный эффект при использовании АЭТ обнаружен и в работах, в которых исследовалось его влияние на эмбриональную гибель, обусловленную возникновением ДЛМ, на разных стадиях сперматогенеза у мышей. АЭТ защищает спермии мыши от возникновения в них радиомутаций при облучении в дозе 1200 Р и неэффективен при дозе 400 Р.

Что же касается сперматид, то в них АЭТ  снизил значительно предимплантационную  гибель, вызываемую дозой 1200Р, и незначительно  постимплантационную гибель при  дозе 400 Р. Влияние АЭТ исследовалось на мутагенный эффект облучения у мышей по тесту хромосомных перестроек в сперматоцитах. Эффект АЭТ, как и в первом случае, зависел от дозы радиации: при дозе 100 Р препарат вызывал статистически достоверную защиту (на 30 %), а при дозе 200 Р введение АЭТ, наоборот, усиливало повреждающее действие облучения. Исследования влияния АЭТ на частоту доминантных летальных мутаций, индуцированных облучением у мыши, подтвердили способность этого соединения защищать от генетических повреждений. Правда, эффект был обнаружен только для сперматоцитов при облучении их в дозе 400 Р. Клетки, находящиеся на прочих стадиях сперматогенеза, защитить с помощью АЭТ не удалось. Одновременно изучался и цистафос, но он не дал никакого защитного эффекта. Препараты АЭТ и цистеамин изучались также и на кроликах с учетом частоты ДЛМ. Поскольку многие авторы связывали неудачи в осуществлении защиты половых клеток от облучения с плохим проникновением протектора в гонады через физиологические барьеры, в данном случае проводились облучение и обработка спермиев кролика in vitro. Защитные вещества вводились в эякулят, и спермии таким образом облучались либо в физиологическом растворе, либо в растворе протектора. Оказалось, что и в этом случае ни АЭТ, ни цистеамин не уменьшали мутагенного действия f -лучей. Полученный результат уже нельзя объяснить непроникновением протектора в гонады, поэтому авторы считали более вероятным, что эти соединения не могут вступать в реакции, ведущие к защитному эффекту, с соответствующими молекулами, и в первую очередь с ДНК, сосредоточенной в головке сперматозоида. За последующие 10 лет появились еще 4 работы, в которых изучалось радиозащитное действие сульфгидрильных соединений против мутагенного эффекта облучения у животных. В одной из них исследовалось влияние цистеамина на частоту РЛМ. У дрозофилы эффекта обнаружено не было. Эта работа еще раз показала, что цистеамин не способен защищать половые клетки дрозофилы от возникновения в них радиомутаций.