Гипотеза первичных радиотоксинов и цепных реакций

Еще в 50-х годах было обнару­жено, что водно-солевые вытяжки из печени облученных животных вызывают гемолиз. Так был выявлен «гемолитический фактор» - цитотоксический агент липидной природы, названный липидным радиотоксином (ЛРТ). Он представляет собой комплекс продуктов окисления ненасы­щенных жирных кислот.

Введение ЛРТ интактным животным приводило к образованию других «радиотоксинов». Инъекция же этих «радиотоксинов» не приводила к образованию ЛРТ. Поэтому ЛРТ были названы первичными радио­токсинами, а все остальные — вторичными.

Некоторые исследователи полагают, что в начальных процессах лучевого поражения главную роль играют цепные окислительные реакции свободно-радикального типа. Следствием является поражение клеточных мембран, т.к. данные реакции протекают прежде всего на липидных суб­стратах, и нарушение регуляции химизма живой клетки вплоть до уровней, приводящих к гибели. В естественных условиях в клетке действуют антиокислительные системы, разрушающиеся при облучении, которые предохраняют липиды от окисления.В клетках всегда присутствуют вещества, аналогичные ЛРТ, однако их количество увеличивается при облучении и провоцирует самоускоряющиеся окислительные реакции ра­дикального типа (11).

Рисунок 9. Повреждение клетки свободными радикалами (118).

Структурно-метаболическая гипотеза

В основе гипотезы лежит идея о том, что под действием ионизирующего излуче­ния в клетке развиваются не только чисто радиационно-химические процессы, но синтезируются дополнительные высокореакционные продукты, приводящие к повреждению биологически важных микромолекул и образованию низкомолекулярных токсических метаболитов.

В этой гипотезе важное значение придаётся нарушениям цитоплазматических структур, которые упорядочивают клеточные структуры, обеспечивая их нормальное функциони­рование.

Повреждение данных структур приводит к нарушению функционирования мембран и сбою в течение таких метаболических процессов как активация ферментов и другим тяжелым последствиям (59).

Современные представления о механизмах повреждения клетки

В настоящее время наиболее распространенной является теория, согласно которой основную роль в процессах лучевого поражения клетки играют ионизированные частицы воды и продукты ее разложения, в частности, перекись водорода.

В первоначальном виде эта теория сформулирована Вейссом (Weiss). Она принята Барроном (Barron) и, хотя не может исчерпывающим образом дать объяснения всем фактическим материалам, все же в основном является общепринятой (119). Под влиянием ионизирующей радиации происходит выбивание отрицательно заряженных электронов из молекул воды с образованием ее частиц, несущих положительный заряд: 

H₂ O — H₂ O ⁺ + e^-

 Далее, по типу цепных реакций происходит ряд превращений с образованием радикалов и различных веществ, обладающих как окислительными, так и восстановительными свойствами. Отрицательно заряженный электрон присоединяется к другой нейтральной молекуле воды, придавая ей отрицательный заряд: 

e- + H₂ O — H₂ O^-

Заряженные молекулы воды крайне нестойки и претерпевают дальнейшие изменения:

H₂ O ⁺ — Н+ + ОН, а H₂ O ^- — Н + ОН- .

 Как свободные радикалы Н и ОН, так и ионы Н+ и ОН- вступают во взаимодействие с образованием H₂ O:

 H + OH — H₂ O и H+ + OH- — H₂ O

 Наряду с этим происходят и другие взаимодействия, и комбинации свободных радикалов, например:

 ОН+ОН — H₂ O₂ (перекись водорода) 

OH+OH — H₂ O +O

 Таким образом, в облученных водных растворах возникает возможность окислительно-восстановительных реакций.

При наличии в среде свободного растворенного O₂ выбитые электроны, присоединяясь к нему, дают образование ионов 0⁺ и О^2-. Эти ионы, сочетаясь с Н⁺ , дают следующие реакции:

О^2-+ Н⁺ — O₂ Н (гидропероксид) и О^2- +2 Н⁺— H₂ O₂  

Следовательно, в аэробных условия создаются особенно подходящие возможности для благоприятного осуществления ионизирующими излучениями окислительных процессов. Все эти первичные изменения происходят крайне быстро, в миллионные доли секунды.

Изменения, аналогичные происходящим с водой, возникают при действии ионизации и с другими входящими в структуру живого вещества соединениями. Образуются органические перекиси. Наряду с ионизацией происходит и возбуждение молекул, которые обладают при этом повышенным запасом энергии. В возбужденных молекулах создаются возможности возникновения химических реакций, которые невозможны в обычных условиях. При этом возникают глубокие изменения белков: «денатурация» белков с отрывом от их молекул некоторых боковых цепей. Отрываются особо лабильные части, которые формируются в соединения, обусловливающие дальнейшее развитие процесса. Денатурируется ряд ферментов с их инактивацией, нарушается состав нуклеиновых кислот, аминокислот, мукополисахаридов и т. д.