Радиация и живые организмы

Если бы в истории наук существовали некие исходные даты, «дни становления» — таким временем для радиобиологии следовало бы, наверное, считать 1895 год. Это год изготовления первых радиевых препаратов и первых радиобиологических экспериментов. Однако в истории науки есть и другая веха — 6 августа 1945 года. В тот памятный для человечества день тысячи людей, уцелевших, казалось, при атомной бомбардировке Хиросимы и Нагасаки, подверглись действию радиации. Они еще не знали об этом. Они ловили рыбу, кормили детей, оплакивали убитых. Но они уже были поражены тяжелой болезнью. В тот памятный день первые радиобиологические исследования, начатые ранее в нескольких лабораториях мира, приобрели новый смысл, выросли в важнейшую проблему практической медицины и теоретической биологии.

Мы твердо верим, что ядерная война никогда не будет развязана. Но атомная энергия уже глубоко вошла в наше мирное хозяйство. В энергетику и промышленность. В химию. В медицину. В научные исследования. Обеспечить полную безопасность человека, защитить живые существа от действия ионизирующей радиации — это проблема номер один современной радиобиологии. Она сложна.

Действие ионизирующей радиации на живой организм во многом загадочно. (Ученые, правда, не любят этого слова — загадочно; они говоря — пока необъяснимо.) Полученные в опыте факты иногда ставят в тупик самих экспериментаторов.

Словом, о сложнейшем механизме радиационного поражения было известно еще мало, когда ученые начали поиски защиты от радиации. И тем удивительнее и неожиданнее оказались результаты первых же опытов: обнаружилось, что защитными свойствами обладают тысячи самых разнообразных веществ. Это «обломки» нуклеиновых кислот, фруктоза, цианистый калий, этиловый спирт, даже инертные газы! И целый ряд специально синтезированных препаратов, названия которых в силу своей трудной произносимости, даже для химиков, были заменены короткими и энергичными: БАЛ, АЭТ, ЭДТА.

«Защитить сложный многоклеточный организм оказалось очень непросто,— рассказывает доктор биологических наук Э. Я. Граевский. — Ведь чем сложнее организм — тем сложнее механизм поражения его ионизирующей радиацией. Выделите отдельную клетку из организма, облучите — клетка останется невредимой. Облучите равной дозой целый организм — клетка в организме погибнет. Больше того. Если выделить клетку, облучить, а затем поместить обратно в организм, — это приведет ее к гибели. Пока это необъяснимо, конечно, есть некоторые предположения… Приведу аналогию, разумеется, очень грубую. Вот телега, у нее сломана ось. Пока она стоит неподвижно — как будто целая телега, можно даже сесть на нее, если человек не очень тяжелый. Впрягите в нее лошадь — телега развалится. Подобное происходит с облученной клеткой в организме. Организм предъявляет ей большие требования: живая клетка в живом организме не может «не работать». И эта нагрузка оказывается губительной…»

И все-таки ученым удалось добиться первых успехов. Созданы препараты, сохраняющие жизнь облученным мышам, собакам, обезьянам. Правда, и у этих препаратов есть свои «но», часто решающие. Однако об этом немного ниже.

ПУТИ, ВЕДУЩИЕ В НАУКУ

Сложилось так, что первые шаги в поисках этих веществ были сделаны чисто эмпирически. Попросту говоря, экспериментаторы вводили облучаемым животным все, что почему-либо приходило в голову — десятки, сотни, тысячи соединений в надежде, что какое-нибудь из них спасет обреченных животных от гибели (метод научного тыка). Но сейчас настало время, когда идти дальше уже невозможно без глубокого понимания механизма действия защитных веществ. Существует несколько теорий на этот счет — и нет единой, принимаемой всеми. А может быть, и не существует единого защитного механизма? Может быть, защита осуществляется разными путями?

Во всяком случае можно с разных сторон подойти к решению этой труднейшей задачи.

ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ ЦИАНИСТЫМ КАЛИЕМ, АДРЕНАЛИНОМ И НЕМБУТАЛОМ!

Человека, хоть сколько-нибудь знакомого с химией и физиологией, этот вопрос способен поставить в тупик: адреналин — сосудосуживающее средство, нембутал — наркотик, цианистый калий — сильнейший яд. И, тем не менее, каждое из этих веществ обладает защитными свойствами. В лаборатории Э. Я. Граевского попытались отыскать то общее, что делает эти далекие друг от друга соединения протекторами — защитными веществами.

Давно известен так называемый «кислородный эффект» при облучении: при повышенном содержании кислорода радиационные нарушения выражены особенно резко. Если же снизить доступ кислорода к облучаемому объекту, можно значительно уменьшить поражение. Исходя из этого, Граевский с сотрудниками предположил: не изменяют ли защитные вещества уровень кислорода в тканях? Оказалось, действительно — при введении многих протекторов содержание кислорода в тканях снижается. И чем ярче защитный эффект, тем уровень кислорода ниже. Значит, существует единый ключ к механизму защитного действия самых разнообразных веществ: их эффект в значительной степени обусловлен тем, что они так или иначе создают недостаток кислорода в тканях (принято говорить — создают искусственную гипоксию). Но другая, меньшая группа веществ не влияет на уровень кислорода — действует по какому-то иному принципу.

Отсюда следует важная рабочая гипотеза. Видимо, вещества первой группы мало перспективны для практического применения. Это одно из тех «но», о которых шла речь вначале.

В самом деле, с гипоксией нужно обращаться с большой осторожностью. Представьте себе такой опыт. Мышам во время облучения давали дышать газовой смесью с разным содержанием кислорода. Благодаря развивающейся гипоксии самыми жизнеспособными, самыми устойчивыми оказались мыши, которые получали минимум кислорода. Вероятно, можно было бы добиться еще большей устойчивости к облучению… если бы при дальнейшем снижении содержания кислорода мыши не задыхались.

То же с защитными веществами. Варьируя химическую структуру, вероятно, удастся синтезировать исключительно эффективное вещество. Но прежде чем спасти животное от излучения, оно убьет его — прекратив тканевое дыхание.

Значит, если гипотеза подтвердится, особое внимание должно быть обращено на вторую, меньшую группу веществ. Многие из веществ этой группы содержат серу. Еще ранее они были известны как спасительное противоядие при поражении ипритом или отравлении тяжелыми металлами.

Эти вещества необычны и капризны. Механизм их действия не совсем ясен. Возможно, соединяясь с молекулами функционально важных белков, они «прикрывают» их от разрушающего действия так называемых активных радикалов, которые возникают при облучении в жидких фазах организма. Пока это еще неясно… Однако бесспорен основной факт: если перед началом смертельного облучения ввести животным некоторые из этих веществ (цистеамин, АЭТ),— то 80, а то и 90 процентов животных останутся живы.

У исследователей серусодержащих веществ постоянно возникают все новые вопросы. Оказалось, например, что вещество обладает защитными свойствами лишь в том случае, если его «углеродный скелет» содержит три атома углерода — удлинение или укорочение углеродной цепочки приводит к потере активности. Почему? Неизвестно. Оказалось, что те или иные вещества неодинаково проникают в разные органы. А поэтому определенный препарат спасет, например, от действия облучения глаз, но не защитит кишечник. Почему? Тоже до конца неизвестно.

Оказалось, далее, что подавляющее количество этих веществ эффективно лишь при введении их непосредственно в кровь, а вводить их с пищей бесполезно… Загадки, связанные с серусодержащими соединениями, решают в десятках лабораторий мира. Это одна из самых интересных и перспективных глав радиобиологии.

Автор: Л. Розанова.