При действии ионизирующих излучений на биосреды, органеллы, клетки, ткани и целые организмы в них образуется группа веществ с большой биологической активностью, объединяемых под общим названием “радиотоксины” (РТ). В начале 60-х годов было установлено, что в тканях облученных организмов появляются “аномальные” продукты обмена, обладающие токсическим действием на те или иные жизненные процессы. Они играют существенную роль в развитии лучевого поражения. По своей химической природе известные радиотоксины могут быть отнесены к следующим классам: гидропероксиды и пероксиды, полифенолы, хиноны, кетоальдегиды, белки и полипептиды, биогенные амины.
Многие представители указанных классов обладают цитотоксическими свойствами, т.е. угнетают деление, вызывают хромосомные аберрации и гибель клеток.
Известно несколько путей образования радиотоксинов при облучении биологических объектов. Они могут образовываться за счет радиолиза определенных веществ (предшественников радиотоксинов) и за счет вторичных радиационно-химических реакций продуктов радиолиза. Ведущая роль при этом принадлежит радиационно-химическим реакциям окисления, особенно активно протекающим в присутствии кислорода. Большое значение в образовании радиотоксинов имеют ферментативные реакции, характер и течение которых изменяется при действии радиации, т.е. радиотоксины образуются вследствие структурно-метаболических нарушений в клетке, тканях и организме в целом. Радиотоксины являются аномальным продуктом метаболизма в облученном организме.
Часто происходит сопряжение радиационно-химических и ферментативных реакций, когда первично возникающие радиотоксины являются причиной искажения обменных ферментативных процессов, что ведет к дальнейшему накоплению радиотоксинов. Чисто радиоационно-химическое образование радиотоксинов проявляется при облучении растворов индивидуальных веществ, например питательных сред, натуральных соков. А ферментативные пути образования радиотоксинов характерны для живых метаболизирующих организмов, в которых токсические вещества появляются спустя некоторое время после облучения, благодаря опосредованному действию радиации.
Основные представители гидропероксидов и пероксиды.
Пероксид водорода образуется при радиолизе воды:
Н2О ® Н• + ОН• ;
ОН•. + ОН•. ® Н2О2 ;
2Н•. + О2 ® Н2О2 .
При облучении обычной питательной среды установлено образование пероксида, который отсутствует, если облучение ведется в присутствии каталазы. Образование первичных пероксидов ведет к дальнейшему образованию токсических соединений, т.е. гидропероксидов. Например, глицериновый альдегид, реагируя с Н2О2, дает гидропероксид, т.е. радиотоксин. Еще более интенсивное образование гидропероксидов идет в присутствии О2.
К пероксидным радиотоксинам следует отнести и липидные радиотоксины. Было показано, что токсические свойства липидов, извлекаемых из печени облученных животных, обусловлены нахождением в них промежуточных продуктов окисления (например гидропероксиды, пероксиды и т.д.).
К радиотоксинам относят также группы веществ полифенолов и хинонов. Это вещества, широко распространенные в животном и растительном мире, легко окисляются. Окисляясь, они образуют промежуточные продукты окисления, обладающие резко выраженными токсическими свойствами. Эти промежуточные продукты окисления у этой группы веществ легко образуются как при облучении в присутствии кислорода, радиационно-химическим путем, так и за счет ферментативных реакций, активированных в облученном организме.
Среди веществ, образование которых возможно в облучаемых биологических средах, есть и низкомолекулярные кетоальдегиды. Исследование кетоальдегида - метилглиоксаля показало, что он, являясь сильным ингибитором деления клеток, угнетает также синтез ДНК и белка. Эти свойства проявляются при действии радиации и особенно в присутствии кислорода.
Еще одна группа веществ, которые обладают свойствами радиотоксинов, - это белки и полипептиды. Было установлено, что после облучения животных через 4-12 ч в летальных и сублетальных дозах начинается распад клеток радиочувствительных тканей. Исследования токсических свойств образцов этих тканей привели к представлению о белковой природе токсических веществ в этих образцах. Обширные исследования радиотоксинов крови облученных животных показали, что вещества, вызывающие токсический эффект, неоднородны по своей природе и что среди них немаловажная роль принадлежит глобулинам. При радиационном разрушении клеток, присутствующих в них, естественные ингибиторы роста, мутагены могут выходить из распадающихся клеток и оказывать вторичное отрицательное действие на здоровые или частично пораженные клетки, т.е. проявлять свойства радиотоксинов. Например, была показана мутагенная активность полиглутамата и его способность значительно усиливать действие g-излучения.
Количество образующихся радиотоксинов при облучении живых организмов в летальной и сублетальной дозах - столь малые количества, что для их обнаружения наиболее приемлемы биологические методы определения. Наиболее часто применяемые биологические методы определения радиотоксинов можно разделить по природе наблюдаемого эффекта на 4 гр. Методы, основанные на: 1) гибели клеток; 2) поражении цитогенетических структур; 3) изменении скорости гемолиза эритроцитов; 4) угнетении роста, развития тканей и организмов.
Подводя итог вышесказаннаму следует отметить, что при действии радиоизлучений на биологические среды, органеллы, клетки, ткани и целые организмы в них образуется группа веществ, которая называется радиотоксинами. Ведущая роль в проявлении свойств радиотоксинов принадлежит продуктам окисления полифенолов и гидропероксидам. В настоящее время доказано влияние радиотоксинов на генетический аппарат клетки и на ее биомембраны. Действие радиотоксинов на клетки ДНК ведет к разрыву цепи ДНК и нарушению ее функций. При воздействии радиотоксинов на клетки наблюдается образование мутаций, нарушение хромосомного аппарата клетки и ее гибель. При воздействии на биологические мембраны происходит нарушение окислительного фосфорилирования, нарушение активного транспорта ионов и изменение активности мембраносвязанных ферментов. В радиационном поражении мембран радиотоксинам принадлежит ведущая роль, т.к. гидропероксиды, пероксиды и хиноны, образуясь в липидной фазе мембран, являются причиной изменения свойств функций этих органелл.
Таким образом, радиотоксины принимают активное участие в ряде метаболических процессов и вносят свой “вклад” в конечный результат облучения.