АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Механизмы действия радиопротекторов ( кроме меланина).

Некоторые общие механизмы защиты

С момента установления возможности химической защиты от облучения было выдвинуто много гипотез механизмов радиозащитного действия химических веществ [408-417].

Рассмотрим некоторые гипотезы, которые могут представлять интерес с точки зрения защиты генетических структур от мутагенного действия излучения.

Концепция общего (единого) механизма защиты клеток от ионизирующей радиации, основанная на представлениях о скрытых радиационных повреждениях макромолекул и возможности предотвращения их реализации путем множественной адсорбции на макромолекулах низкомолекулярных соединений разной химической природы (адсорбционный механизм), изложена в работе [418]. Благодаря такой адсорбции увеличивается период, в течение которого повреждения могут быть репарированы. Предполагается, что молекулы различных низкомолекулярных веществ, адсорбируясь в значительном количестве на макромолекулах, скрепляют их структуру и препятствуют тем самым конформационным изменениям. Чем больше времени проходит после облучения, тем выше вероятность разблокировки молекулы в результате флуктуации числа молекул примеси, адсорбированной на ней.

Неспецифичность рассматриваемого механизма защиты касается только природы основного физического процесса, его обусловливающего, т. е. упрочения структуры макромолекул в результате адсорбции больших концентраций примесей. Конкретно же каждое вещество стабилизирует структуру данной макромолекулы по-своему.

Возможно, что такой механизм защиты может предохранять и от генетических повреждений. По мнению Л. X. Эйдуса, для этого вовсе не обязательна адсорбция примесей на самих наследственных структурах, достаточно защитить макромолекулы, участвующие в каком-либо из процессов, связанных с образованием хромосомных аберраций. Эти макромолекулы могут находиться не только в ядре, но и в цитоплазме, и в мембранах [415]. Такой механизм может быть эффективным и для защиты самих ДНК и ДНП от повреждений, связанных с нарушением строения этих молекул. Так, в работе [419] сделан вывод о возможности предотвращения повреждений надмолекулярных структур ДНК и ДНП с помощью „структурной защиты”. Этот механизм защиты рассматривается Л. X. Эйдусом как один из случаев проявления адсорбционного механизма [416].

Согласно работе [420] действие радиопротекторов независимо от их химической природы является следствием повышения уровня тиолов как в изолированных клетках, так и в целостном организме, а снижение содержания SН-групп с помощью специфических блокаторов обусловливает сенсибилизирующий эффект этих соединений.

Большинство исследователей разделяют точку зрения о том, что защитное действие радиопротекторов связано с „биохимическим шоком” [421], вызываемым ими в клетке. Так или иначе, действие радиопротекторов, защищающих от лучевой гибели, связывают с их влиянием на клеточный метаболизм. В связи с этим нам кажется интересной гипотеза Лангендорффов, согласно которой существует прямая связь между радиопротекторами и механизмом цАМФ (аденозин-З-5-монофосфат) [422]. По мнению авторов, протектор транспортируется к эффекторным клеткам, где взаимодействует с регуляторными субъединицами или рецепторами аденилциклазной системы. Эта система имеет каталитические субъединицы внутри эффекторной клетки. Такое взаимодействие между рецепторами и протекторами вызывает активацию аденилциклазной системы, роль которой заключается в превращении АТФ в циклическую АМФ. Активация этой энзимной системы приводит к уве-личению уровня цАМФ в эффекторной клетке [423]. Очевидно, эффективность протекторов в защите животных обусловлена их способностью стимулировать специфическую физиологическую активность эффекторных клеток, которая в противном случае уменьшалась бы в результате облучения. Для того, чтобы получить эффективную защиту, необходим уровень цАМФ в клетке более высокий, чем в норме.

Следовательно, согласно этой гипотезе механизм действия радиопротекторов самой различной химической природы сводится к стимулированию реакций, повышающих уровень циклических АМФ в клетке. Как известно, именно молекулам цАМФ обычно отводится роль регуляторов метаболических процессов. Гипотеза Лангендорффов объясняет роль радиопротекторов в защите от гибели облученных животных. Возможно, эти же процессы, нормализующие состояние облу-ченной клетки, могут играть роль и в защите от мутагенного действия облучения, например благоприятствовать процессам репарации.

Существует представление о комплексном механизме действия аминотиолов, согласно которому после введения в организм радиопротектора происходит обратимое кратковременное ингибирование радиочувствительных биохимических процессов репликации ДНК, биосинтеза РНК и белка, а также процессов окислительного фосфорилирования [424]. В основе этих явлений лежит способность аминотиолов образовывать адсорбционные тиоэфирные, амидные и дисульфидные связи с ферментами, что приводит к ингибированию биохимических процессов и тем самым увеличивает возможность репарации.

Наряду с этим существует мнение, что радиопротекторы оказывают защитное действие за счет мобилизации восстановительной системы клетки, поскольку объекты с хорошо скоординированной системой репарации ДНК (например, клетки Micrococus radiodurans) радиопротекторами не защищаются. Причем радиопротекторы оказываются тем эффективнее, чем сильнее осуществляют релаксацию ДНК [425, 426].

В научной литературе нет единого мнения о механизмах радиозащитного действия протекторов. Так, в работах [427-431] излагаются различные точки зрения на принципы радиопротекторной активности серосодержащих соединений. С одной стороны, утверждается, что цистеамин стабилизирует структуру ДНК за счет образования S-S-сшивок и предотвращает расхождение концов поврежденной цепи, что требует для осуществления акта защиты высокой концентрации протектора. С другой – цистамин угнетает синтез ДНК, что создает условия для ее наиболее полной репарации. Авторы даже предлагают ис-пользовать способность химических веществ угнетать процессы синтеза ДНК в качестве ориентировочного критерия для отбора новых радиопротекторов [428].

По мнению авторов работы [429], все существующие радио-протекторы являются донорами электронов и поэтому критерием для отбора радиозащитных препаратов могут быть их донорно-акцепторные свойства.

Согласно работе [430] цистеамин увеличивает доступность повреждений к ферментам репарации за счет релаксации ДНК хроматина.

Совершенно противоположное мнение о влиянии цистеамина на релаксацию ДНК высказано в работе [431], в которой отмечено, что цистеамин повышает конденсацию хромосом и уменьшает доступность ДНК действию нуклеаз, вследствие чего уменьшается выход ферментативных двунитевых разрывов.

На первый взгляд многие из общепринятых гипотез механизмов действия радиопротекторов противоречат друг другу, однако это не так. Все они отражают разные стороны сложных физико-химических и биохимических явлений, происходящих в облученной клетке при введении в нее радиопротектора. Мы прикасаемся с разных сторон к системе сложнейших механизмов и процессов, происходящих в клетке, и делаем противоречивые выводы, если не видим целого. Разнообразные радио-биологические эффекты, выявленные различными авторами, могут быть взаимосвязаны и взаимозависимы. Например, в работе [432] показано, что мутация rad 51, ответственная в клетках дрожжей за дефектность репарационной системы, обусловливает и нарушение регуляции синтеза SH-групп. Следовательно, содержание эндогенных тиолов в клетке каким-то образом связано с протеканием в ней репарационных процессов. К аналогичному выводу пришли и другие исследователи. Так, в работе [433] отмечается, что тиолы, осуществляя свое защитное действие, связывают кислород, увеличивают содержание SН-групп и вызывают неспефицическую реакцию („биохимический шок"), при которой возрастает объем ферментативной репарации.

Согласно работе [434] радиопротекторы самой разной природы вызывают в организме одни и те же биохимические изменения, поскольку действие протекторов опосредуется системой цАМФ. Эти наблюдения позволили объединить различные гипотезы механизмов радиозащитного действия в единый „каскадный механизм”, состоящий из ряда ступеней. На первой ступени при введении радиопротектора происходит выброс в кровь комплекса биогенных аминов. На второй ступени под влиянием биогенных аминов активируется система цАМФ, на третьей – запускаются цАМФ-зависимые метаболические процессы, имеющие прямое отношение к радиочувствительности клетки [434].

Таким образом, гипотезы биохимического шока Бака [412], увеличения уровня цАМФ [422] и повышения уровня эндогенных биогенных аминов [435] взаимосвязаны.

Очевидно, процессы, рассмотренные в этих гипотезах, не являются непосредственными исполнителями радиозащитного действия, а лишь отражают происходящие в клетке изменения, необходимые для увеличения в ней количества защитных агентов, таких как аутоантимутагены, антиоксиданты и др., которые по своей химической природе могут быть свободными небелковыми тиолами, фенолами (в частности, меланином). Эти защитные агенты могут осуществлять свое действие на основе донорства водорода или электрона, дезактивации свободных радикалов, стабилизации структуры макромолекул и т. п. [417]. Такие процессы могут защищать от первичных повреждений как саму ДНК, так и репарационную систему клетки. Поскольку согласно гипотезе Бреслера [436] повреждения в клетке возникают не в результате того, что система репарации не справляется с полным объемом поражения, а из-за на-рушения координации отдельных, этапов репарационных процессов, то более эффективная работа этой системы при действии каких-либо факторов объясняется не „стимуляцией”, а коррекцией ее деятельности. В свете этой гипотезы защита системы восстановления от повреждающего действия облучения органически вписывается в общую картину физико-химических и биологических реакций, происходящих под действием протектора в облученной клетке.

В некоторых работах встречаются высказывания, что ра-диопротекторы, защищающие организм от лучевой гибели, должны обладать способностью уменьшать и мутагенное действие облучения (причем вывод делается на основании изучения лишь хромосомных аберраций в соматических клетках). Существует мнение, что поскольку индукция хромосомных перестроек в клетках тела отражает общую картину лучевого поражения организма и может служить биологическим „дозиметром", постольку механизмы физиологических и генетических повреждений едины и, следовательно, едиными должны быть и средства защиты от них.

Однако это далеко не так. Изменения, происходящие на уровне целого организма, могут не оказывать влияния на хромосомы и ДНК (особенно половых клеток). Соответственно и радиопротекторы, уменьшающие смертность облученных животных, могут не влиять на частоту индуцированных облучением мутаций. Более того, даже разные типы мутаций модифицируются по-разному, особенно если сравнить точковые мутации, представляющие собой изменения на уровне ДНК, и хромосомные перестройки, связанные с повреждением белковых структур (см. гл. 1). Возможность модификации мутационного процесса различна на разных этапах радиобиологических процессов, развивающихся в облученной клетке. Эти процессы разделяются на четыре стадии:

1) физическая – в клетке возникают возбужденные и ионизированные молекулы, неравномерно распределенные в пространстве. Эти события происходят в первые 10-16-10-13с;

2) физико-химическая длится 10-13-10-10 с и состоит из реакций, приводящих к перераспределению возбужденными молекулами избыточной энергии. На этой стадии образуются ионы и радикалы;

3) химическая – ионы и радикалы взаимодействуют друг с другом и окружающими молекулами, формируя различные структурные повреждения. Это могут быть разрушения нуклеотидов в молекуле ДНК, образование разрывов в ДНК и хроматине, изменение конформации исходных молекул и т. д. По мнению одних авторов [416], эта стадия длится 10-6-10-3 с, других [437] – от 10-14 с до долей минуты.

Модификация азотистых оснований в ДНК и образование сшивок протекают за время от долей секунды до долей минуты, регистрируются при облучении клетки и могут быть причиной генных мутаций [438];

4) биохимическая – работа репарирующих систем клетки сводится к ликвидации перечисленных последствий облучения за время от долей минуты до нескольких суток [437].

Отсюда возможны два пути модификации мутагенного действия облучения:

1) снижение первичного поражения генетического материала – физико-химический уровень;

2) влияние на процессы формирования мутаций путем воздействия на репарационные системы в клетке – биохимический уровень.

Второй способ осуществляется легче, хотя бы потому, что четвертая стадия длится гораздо дольше, чем три первые. Поэтому факторы, влияющие на репаративные процессы в клетке, способны модифицировать мутационный процесс и после облучения. Кроме того, очевидно, не обязательно проникновение вещества в клетку [439, 440]. Однако воздействия на метаболизм клетки, в том числе и на восстановительные процессы, эффективно изменяют выход лишь хромосомных перестроек, а индукция точковых мутаций при этом почти не модифицируется. Более радикальным является первый путь – экранирование ДНК или уменьшение числа первичных изменений ДНК. В этом случае модифицируется индукция всех типов повреждений, в том числе и точковых мутаций. Но осуществить этот процесс гораздо труднее. Для такой защиты протектор должен присутствовать в клетке во время облучения, т. е. быть введенным до облучения. Кроме того, должна быть достигнута достаточно высокая концентрация протектора в непосредственной близости от защищаемых молекул. Необходимо также, чтобы потенциал ионизации или энергия возбуждения молекул протектора были ниже, чем потенциал ионизации и энергия, возбуждения молекул субстрата, или чтобы протектор обладал антирадикальной активностью. Причем защитный эффект химического соединения определяется не только фактором поглощения, но и дальнейшей судьбой поглощенной энергии. Энергия, поглощенная молекулой, может реализоваться тремя путями: а) переходом в энергию химических процессов; б) высвечиванием (процессы люминесценции) и в) превращением в тепловую энергию. Для протектора наиболее желателен последний путь преобразования энергии.

Процессы, связанные с внутримолекулярной компенсацией потерянных электронов или с передачей неспаренного электрона от уникальной макромолекулы другому соединению-акцептору электронов, иногда называют физико-химической репарацией [1, 441, 442] в отличие от ферментативной репарации, а химические вещества, защищающие облученные клетки по этому принципу, – „ловушками энергии” [443]. Таким путем можно защищать и саму репарационную систему от разру-шающего действия облучения.

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 1250 | Нарушение авторских прав