Реферат: Радиопротекторы

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.

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.

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.

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОПРОТЕКТОРОВ У ЧЕЛОВЕКА

Предостерегающий опыт знакомства человечества с пора­жающим действием атомных взрывов в Японии в конце второй мировой войны обязал радиобиологов всего мира постоянно изыскивать возможности снижения риска непосредствен­ных и отдаленных последствий ионизирующего излучения. Большую лепту в радиационный риск вносят различные антропогенные загрязнения.

Современные радиозащитные вещества до сих пор далеко не соответствуют требованиям, которые к ним предъявля­ются. Их действие нельзя по понятным причинам испыты­вать при остром тотальном облучении людей.

Единственным путем обнаружения защитного эффекта у людей является введение исследуемого протектора в предполагаемой эффективной дозе перед локальным облу­чением. При этом следует учитывать, что в действительности локальное облучение не может быть оптимальным для оценки вещества, предназначенного для защиты чело­века преимущественно от тотального облучения. Таким способом ученому Владимирову и соавторам (1971) удалось установить радиозащитное действие цистамина дигидрохлорида, введенного онкологическим боль­ным в дозе 0,8—1,2 г (перорально) за час до начала ло­кального облучения грудной клетки в дозе 2,15 Гр. Дей­ствие оценивали по выходу аберрантных митозов в стадиях анафазы и телофазы в костном мозге грудины, взятом че­рез 24 ч после облучения. Другим критерием защитного действия служит в локально облученном организме коли­чественное исследование хромосомных аберраций в ядрах лимфоцитов периферической крови. Анализу подвергаются митозы в метафазе. В ряде сравнительных опытов Влади­миров и Джаракян (1982) определили возможности этих и других методов по оценке радиозащитного действия преимущественно цистамина при тотальном и локальном облучении экспериментальных животных и человека. На ос­нове обширного экспериментального и клинического мате­риала был сделан вывод, что однократная пероральная доза цистамина дигидрохлорида (1,2 г) обеспечивает чело­веку защиту с ФУД, равным 1,35.

В России цистамин разрешен для клиниче­ского применения при радиотерапии с целью уменьшения нежелательных пострадиационных эффектов. Таблетка содержит 0,4 г действующего вещества. Цистамин вводится по 0,6 г один раз в сутки за час до облучения при количестве лейкоцитов не менее 5000 в 1 мкл крови, лимфоцитов—18—20% и общей дозе 40— 50 Гр (местно). При суммарных дозах 100—120 Гр и коли­честве лейкоцитов 4000 в 1 мкл рекомендуется перораль­ная доза (0,8 г в сутки) перед каждым следующим облу­чением. У чувствительных лиц после приема цистамина могут появиться признаки раздражения пищеварительного аппарата, которые обычно не служат препятствием для продолжения приема препарата. Острые заболевания же­лудочно-кишечного тракта, острая сердечно-сосудистая не­достаточность и нарушения функций печени являются от­носительными противопоказаниями к приему цистамина.

Другим радиопротектором, применяемым у нас в стране, яв­ляется гидрохлорид мексамина. Таблетка содержит 0,05 г препарата. Эта доза рекомендована для однократного перорального приема за 30—40 мин до каждого сеанса луче­вой терапии. При хорошей переноси­мости доза может быть увеличена до 0,1 г. Исключение составляют признаки непереносимости, такие как тошно­та, головокружение и рвота. Нежелательные эффекты устраняются или смягчаются введением кофеина. При продолжающейся непереносимости прием мексамина сле­дует прекратить. Противопоказаниями к приему мексами­на служат выраженный склероз сосудов сердца и мозга, сердечно-сосудистая недостаточность, бронхиальная астма, болезни почек с функциональными нарушениями и бере­менность. Цистамин и мексамин необходимо предохранять от света при хранении.

Использование химических радиопротекторов при ра­диотерапии не получило широкого распространения, по­скольку, по мнению радиологов, нельзя различить защиту здоровых и опухолевых тканей. Защита опухолевых клеток от действия ионизирующего излучения, безусловно, неже­лательна. Цистеамин или АЭТ явно обеспечивают защиту экспериментальных опухолей. Некото­рое различие в защите нормальных и злокачественных тканей не зависит от использованного протектора, а обус­ловлено неодинаковым кровотоком. Здоровые ткани с хо­рошим кровенаполнением будут иметь, несомненно, более высокую концентрацию радиопротектора, нежели область опухоли со значительно ограниченным кровоснабжением.

В США клинические испытания гаммафоса начались в марте 1979 г. Испытания прово­дились параллельно с двумя целями. Прежде всего сле­довало определить однократную максимально переноси­мую дозу гаммафоса в клинических условиях. Затем пред­стояло подобрать схему повторной дозировки гаммафоса на протяжении нескольких недель. Гаммафос ввели 50 больным однократно в нарастающих дозах от 25 до 910 мг/м2, 15 больных получили его по­вторно. До однократной дозы 100 мг/м2 у больных не от­мечалось никаких побочных эффектов. Гаммафос вводили путем медленного вливания в течение 20—50 мин, контро­лируя кровяное давление, пульс, ЭКГ и дыхание. Влива­ние заканчивали за 15—20 мин до начала облучения. Мак­симальная переносимая однократная внутривенная доза была определена в 750 мг/м2. Внутривенно дозу 170 мг/м2 можно повторять 4-кратно в течение недели. Однократное и повторное введение гаммафоса сопровождалось тошно­той и рвотой, понижением кровяного давления, сонли­востью и аллергическими кожными реакциями. В другой группе из 53 больных было установлено, что гаммафос не влияет отрицательно на противоопухолевое действие алкилирующих средств, что в сочетании с резуль­татами экспериментов побуждает к дальнейшему клиниче­скому исследованию свойств гаммафоса.

При индивидуальной защите людей от действия ионизи­рующего излучения вследствие взрыва ядерного оружия внутривенное вливание не может рассматриваться в каче­стве способа применения радиопротектора. Наиболее аде­кватен пероральный способ введения. По данным сотруд­ников отделения медицинской химии Армейского исследо­вательского института им. Уолтера Рида в Вашингтоне, опубликованным в работе Harris и Phillips (1971), люди переносят пероральную дозу гаммафоса 140 мг/кг, что  для человека со средней массой тела 70 кг составляет об­щую однократную дозу 9,8 г, которая могла бы прини­маться после растворения в достаточном объеме питьевой воды.

Другую практическую возможность представляет собой внутримышечная инъекция радиопротектора. На основе межвидового сравнения распределения и концентрации гаммафоса в тканях при внутривенном введении Washburn и соавторы (1976) предположили, что доза 20 мг/кг может обеспечить защиту человека от тотального облучения с ФУД 1,5. Для человека с массой тела 70 кг однократная парентеральная доза составила бы 1,4 г гаммафоса. Такую дозу можно приготовить в приемлемом для введения объ­еме соответствующего растворителя.

Несмотря на все подающие надежды данные, свиде­тельствующие о хорошем защитном действии гаммафоса в эксперименте и клинике, даже этот препарат не облада­ет идеальными свойствами для использования в радиоте­рапии. По мнению очень многих ученых желательно иметь более эффективное и менее токсичное вещество. Национальный институт исследований рака в США суб­сидирует поиск новых химических радиопротекторов. Его проведение было поручено исследовательскому центру в Филадельфии (Fox Chase Cancer Center). Из 50 до сих пор испытанных веществ около 20 защищали мышей от костномозговой гибели при острой лучевой болезни. Одна­ко ни одно из них по своим свойствам не превосходило гаммафос.

В Японии было испытано радиозащитное вещество 2-меркаптопропионилглицин, который уже с 1963 г. ис­пользуется в клинике как средство детоксикации. Оно вводится людям в дозах 100 и 500 мг перорально или внутривенно. Каких-либо побоч­ных эффектов не отмечается. В опытах на мышах опти­мальная внутрибрюшинная защитная доза составляет 20 мг/кг. От летального действия тотального гамма-облу­чения она защищает с ФУД 1,4. Терапевтический индекс высок, поскольку внутрибрюшинная токсическая доза МПГ у мышей по ЛД50 составляет 1400 мг/кг.

При радиотерапии злокачественных опухолей в тазовой области с суточной дозой облучения 1,5 Гр (5-кратно в течение недели) до суммарной дозы 60 Гр или до общей дозы 40,5 Гр при послеоперационном облучении внутри­венное введение МПГ больным в дозе 250 мг в 20% рас­творе глюкозы за 15—30 мин до каждого облучения ока­зывало благоприятное влияние на количество лейкоцитов в периферической крови и на выход хромосомных аберра­ций.

В случае, если бы удалось получить высокоэффектив­ный радиопротектор, не обладающий побочными токсиче­скими эффектами, его использование в ядерной войне бы­ло бы ограничено продолжительностью защитного дей­ствия, так как трудно с точностью во времени предсказать применение противником ядерного оружия. Существует, однако, случай обоснованного использования радиопротек­торов в рамках самопомощи, а именно: перед вынужден­ным вxoждeниe в зону радиоактивного следа от ядерного взрыва. Здесь возможны и организационные меры, прежде всего рациональное чередование пребывания отдельных лиц в зоне и вне ее, чтобы ограничить суммарную дозу радиации.

Наряду с этим действенная защита людей создается механической (физической) защитой. К ней относится как общая защита в убежищах, подвалах зданий, самих до­мах, в складках местности и за природными преградами, так и частичная физическая защита преимущественно ра­диочувствительных тканей, кроветворного костного мозга и слизистой оболочки пищеварительного аппарата.

В чрезвычайных условиях необходимо помнить об ис­пользовании любой возможности защиты от действия иони­зирующего излучения. Введение химических радиопротекторов представляет собой в настоящее время малоэффек­тивную меру, которую, однако, можно предоставить боль­шому количеству подверженных опасности людей.

В мирных условиях нельзя рекомендовать долговре­менное повторное (например, ежедневное) введение до­ступного радиопротектора цистамина лицам, работающим с ионизирующим излучением, исследователям, медицин­скому персоналу, работникам АЭС и т.п. Риск возник­новения побочных эффектов цистамина, особенно при хро­ническом введении, намного превышает вероятность риска возможного внешнего облучения. Цистамин также не предназначен для защиты людей от действия излучений при загрязнении организма радиоактивными веществами. Цистамин показан к применению у лиц, работающих с источ­никами ионизирующих излучений только в такой явно аварийной ситуации, которая угрожает им однократным облучением в основном всего тела в дозе более 1 Гр. Реко­мендованная однократная защитная доза цистамина со­ставляет 0,8–1,2 г. В случае необходимости можно вво­дить цистамин повторно с 6-часовыми интервалами до общей дозы 30 г.

К клиническому применению цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии, следует подходить ин­дивидуально с учетом их переносимости самой терапии. В наших экспериментах на крупных лабораторных живот­ных комбинация цистамина с метоклопрамидом оказалась пригодной для устранения послецистаминовой рвоты. Эта комбинация рекомендуется и больным для приема внутрь. По экспериментальным данным, гаммафос — более перспек­тивный радиопротектор, чем цистамин. Вопрос об аде­кватности применения доступного радиопротектора цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии,— ре­шит практика.

Радиопротекторы представляют большой интерес как с научной, так и с практической точки зрения.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Артомонова В.Г., Шаталов Н.Н. Профессиональные болезни. Учебник. –2-е изд., перераб. и доп. –М.: Медицина, 1988. –416с., ил.

2. Куна П. Химическая радиозащита. Монография. –М.: Медицина, 1989. –193с.: ил.

3. Ярмоненко С.П. Противолучевая защита организма. –М.: Атомиздат, 1969. –264с.

4. Романцев Е.Ф. Радиация и химическая защита. (Изд. 2-е, переработ. и доп.). –М.: Атомиздат, 1968. –248с.

5. Радиация. Дозы, эффекты, риск. (Обзор НКДАР при ООН): Пер. с англ. –М.: Мир, 1990. –79с., ил.