Структурно-метаболітична теорія

На ранніх етапах становлення радіобіології, коли ще не набули розвитку ні молекулярна біологія, ні цитогенетика, застосування концепцій теорії мішені для з’ясування можливих механізмів радіобіологічних ефектів зумовило формування таких уявлень, які значно випереджали відкриття, зроблені в наступні роки. Це стосується головної доктрини сучасної молекулярної біології про унікальність ДНК та про репарацію її від молекулярних ушкоджень. Евристичні потенції теорії мішені надавали їй беззаперечної ваги як методу досліджень. Водночас із розвитком теорії мішені тривали радіобіологічні дослідження, які базувалися на суто експериментальних підходах у розкритті ушкоджень хромосомного апарату клітини та фізіологічних змін, які супроводжують опромінення організму. Формалізовані концепції теоретичної радіобіології певною мірою є самодостатніми і тому не завжди спонукають до розкриття предметної сутності процесів, які відбуваються в клітинах, тканинах, організмах, що зазнають опромінення. У формалізованих концепціях обмежуються думкою про те, що у формуванні відповіді організму на опромінення має місце інтеграція стохастичних поклітинних ефектів у дискретному прояві окремих ушкоджень до рівня променевої реакції детерміністичного характеру радіаційного синдрому в усій різноманітності його проявів. Конкретизація механізмів формування радіаційного синдрому в молекулярно-біологічних, біохімічних та фізіологічних дослідженнях процесів, причетних до реалізації початкових ушкоджень клітини, свого часу відбувалися незалежно від теорії мішені, і це започаткувало розробку альтернативних концепцій радіобіології. Радіобіолог Кузін О. М. створив теорію, яка отримала назву структурно-метаболітичної теорії. В основу цієї теорії покладено принцип багатофакторності як головної причини формування радіобіологічних ефектів. Принципом багатофакторності заперечується унітарний підхід, згідно з яким визначальним у формуванні радіобіологічного ефекту є один механізм – ураження мішені. Влучання в мішень структурно-метаболітична теорія пояснює як фізичний процес індукції різноманітних початкових молекулярних ушкоджень не тільки унікальних структур – неампліфікованих генів, а й масових структур клітини – мембран, білкових молекул, вітамінів, різних кофакторів, речовин фенольної групи та ін. Внаслідок ушкодження масових структур порушуються метаболітичні процеси, що спричинює появу аномальних метаболітів – низькомолекулярних сполук, які виявляють біологічну активність. Такі аномальні метаболіти називаються радіотоксинами. Появу радіотоксинів реєструють невдовзі після опромінення. Серед радіотоксинів особливою активністю характеризуються фенольні сполуки. Саме радіометричними властивостями радіотоксинів структурно-метаболітична теорія пояснює результати дослідів із парабіонтами – тваринами, у яких об’єднані кола кровообігу. У випадку опромінення одного з парабіонтів ознаки променевої хвороби спостерігаються і у іншого – неопроміненого парабіонта.

У структурно-метаболітичній теорії значну роль відведено антиоксидантам, хімічним агентам, які впливають на функціонування репаративних ферментів, низькомолекулярним пептидам, причетним до функціонування інгібіторів та індукторів транскрипції геному. Важливого значення ця теорія надає тригерним механізмам, які є регуляторами експресії окремих генів і підтримують гомеостаз метаболітичних процесів у клітинах. Тому у формуванні радіобіологічних ефектів мають брати участь циклічні нуклеотиди цАМФ і цГМФ.

Одне з основних положень структурно-метаболітичної теорії полягає в тому, що розвиток радіобіологічного ефекту відображає спільний вплив розладу метаболічних процесів, ушкоджень біоенергетичних систем, мембран та розладу систем клітинної регуляції. Імовірнісний характер радіобіологічних ефектів структурно-метаболітична теорія пов’язує не з імовірністю влучання в певні ультраструктури клітини, а з імовірністю різних нетипових для норми взаємодій у деформованій мережі метаболітичних процесів опроміненої клітини. Під час досліджень розвитку радіобіологічних реакцій клітин і багатоклітинних організмів окреслюються аспекти, які свідчать про певну адекватність тих або інших концепцій теоретичниї радіобіології в їх несуперечній доповнюваності. Ця несуперечність пов’язана з багатоетапністю розвитку променевого ураження клітини.

Променеве ураження клітини є складним інтегрованим процесом, який має низку етапів. Початковий етап – це первинні ефекти взаємодії випромінювань з окремими молекулами речовин, що входять до складу ультраструктур клітини. Подальші етапи охоплюють радіаційно-хімічні зміни структури молекул, а також індуковані цими змінами порушення окремих метаболітичних і регуляторних функцій, і нарешті, формування кінцевого радіобіологічного ефекту. На першому етапі реалізуються принципи теорії мішені, на наступних етапах – принципи структурно-метаболітичної теорії.

РАДІОЛІЗ