ОГОНЬ НА СЕБЯ

Не знаю, чем я могу казаться ми­ру, но сам себе я кажусь только мальчиком,

играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что от поры

до времени отыскиваю каме­шек более цветистый, чем обыкно­венно, или

красную раковину, в то время как

великий океан истины расстилается передо мной неиссле­дованным

ИСААК НЬЮТОН

На оживленной и необычно для Рима широкой улице Королевы Елены высится большое здание Института сани­тарного просвещения Снаружи оно кажется скучноватым. Зато внутренняя планировка его продумана до мелочей, а аудитории удобны для работы. Этот институт знают во многих странах мира, в его многочисленных залах часто проходят международные конференции ученых Жарким августом 1969 года здание заполнили радиобиологи из раз­ных стран — проходил восьмой съезд участников Европей­ского радиобиологического общества.

Заседания шли одновременно во всех аудиториях в те­чение нескольких дней В конце работы съезда состоялось заключительное собрание Самый большой зал института был полон На трибуну легкими шагами поднялся один из видных европейских радиобиологов почетный член Акаде­мии паук Советского Союза Зенон Бак

— Мы начинаем общую дискуссию,— начал он, твердо выговаривая английские фразы — Характерно, что боль­шинство высказанных здесь представлений имело харак­тер предположений А мы знаем если много гипотез, то, следовательно, не хватает экспериментальных фактов..

Так началась дискуссия по основным вопросам И сразу выяснилась особенность этой международной встречи уче­ных — примерно одна треть всех докладов была посвяще­на радиосенсибилизации Проблема радиосенсибилизации, или, иными словами, повышение чувствительности орга­низмов к действию ионизирующей радиации с помощью химических соединений, привлекла внимание исследовате­лей во многих лабораториях разных стран Европы, Аме­рики и Азии

Интерес к тому или иному направлению науки никогда не бывает случайным И интерес к радиосенсибилизации имел свои причины

Существуют болезни своего века Для средневековья та­кими болезнями были чума, оспа, холера Перед первой мировой войной бичом городских трущоб стал туберкулез. Эти болезни были побеждены Но, к сожалению, на смену им пришли новые Сегодня наиболее опасными и широко распространенными стали сердечно-сосудистые заболева­ния и рак.

На борьбу с раком направлены все средства медицины и биологии Особенно хорошие результаты приносит комп­лексная терапия одновременное использование облучения, химиотерапевтических препаратов, а если нужно, и хирур­гического вмешательства Но у лучевой терапии рака су­ществуют свои особенности Например, чтобы убить рако­вую клетку, необходимо использовать большие дозы облу­чения, а это опасно для организма И вот тогда вспомнили о радиосенсибилизаторах Возникла заманчивая идея — найти химические соединения, которые накапливались бы в опухолевой ткани и к тому же повышали чувствитель­ность раковых клеток к действию ионизирующей радиа­ции. Имея такое соединение, можно было бы снизить об­щую дозу проникающей радиации и добиваться гибели опухоли при меньших дозах облучения. Но радиосенсиби­лизаторами заинтересовались не только медицинские ра­ботники. В наши дни для борьбы с микроорганизмами все чаще используют лучевую стерилизацию Например, пи­щевые продукты можно стерилизовать прямо в упаковке и самым дешевым способом, облучая их большими дозами гамма-лучей. При этом бактерии, грибки и плесени, пор­тящие пищевые продукты, погибают. Но тут встречается одна существенная трудность. Для того чтобы убить эти микроорганизмы, нужно использовать очень большие дозы проникающих излучений А имея радиосенсибилизаторы, повышающие чувствительность микроорганизмов к облу­чению и безвредные для человека, лучевую стерилизацию можно было бы осуществлять при значительно меньших дозах проникающих лучей Это было бы и проще и быст­рее

Изучение проблемы радиосенсибилизации представля­ло интерес не только для практики Большие перспективы открывались и при изучении теоретических вопросов ра­диобиологии.

При облучении образуются осколки молекул — радика­лы, активные в химическом и биологическом отношении соединения, которые называют радиотоксинами После по­глощения клеткой квантов энергии эти радикалы, радио­токсины, а также образовавшиеся ионы и возбужденные молекулы начинают лучевое поражение раковой клетки. Если же перед облучением в организм вводят радиосенси­билизатор с известным химическим строением, то тогда можно предугадать, с какими веществами, образующимися при облучении, этот радиосенсибилизатор может реаги­ровать Иными словами, радиосенсибилизаторы — это удобные «инструменты», с помощью которых можно изу­чать самые тонкие механизмы действия ионизирующей ра­диации

Новое направление радиобиологии — изыскание радио­сенсибилизаторов, изучение их механизма действия и воз­можностей применепия в клинике, конечно, сформирова­лось не сразу Радиобиологический конгресс в Риме подвел итоги работ, начавшихся два десятилетия назад

В 1946 году ученый Д Митчел и его коллеги обнаружи­ли вещества, повышающие чувствительность лаборатор­ных животных к облучению рентгеновскими лучами. Митчел работал с соединением, похожим по действию на ви­тамин К. Это соединение называют синкавитом. Когда в пище не хватает витамина К, то у подопытного животного развиваются многочисленные кровоизлияния под кожей, в мышцах, желудке, кишечнике. Если крысам перед облуче­нием вводили синкавит, то их восприимчивость к рентге­новским лучам возрастала. В то же время само соединение не оказывало токсического действия на животных и не приводило их к гибели. Вызывал удивление и следующий факт. Можно было увеличивать количество вводимого крысам синкавита и наконец достигнуть того уровня, когда введение одного синкавита вызывало гибель животных. Но если подопытным животным перед введением смертельных доз синкавита вводили радиозащитпое соединение, напри­мер аминокислоту цистеин, крысы не погибали Цистеин обезвреживал токсическое действие синкавита. Радиопро­тектор побеждал радиосенсибилизатор

Химическое строение аминокислоты цистеина было хо­рошо известно. Решающую роль в ее радиозащитном дей­ствии играла сульфгидрильная группа, состоящая из веры и водорода Но если аминокислота защищала организм от токсических количеств синкавита, то можно было предпо­ложить, что и в этой реакции решающую роль играли те же сульфгидрильные группы. Экспериментальные работы Митчела, пожалуй, были первой ступенькой той длинной лестницы экспериментальных исследований, которые были посвящены проблеме радиосенсибилизации.

В короткий срок удалось установить, что «очувствляты» к действию проникающей радиации можно самые разнооб­разные организмы — от простейших до млекопитающих.

Одни химические соединения действовали только на определенный вид организмов. Другие—на самые разнооб­разные Синкавит, например, был радиосенсибилизатором для мышей и крыс, «очувствлял» к действию ионизирующей радиации культуру клеток тканей, но слабо влиял на дрож­жи и бактерии.

Количество работ в журналах и докладов на междуна­родных конференциях, посвященных проблеме радиосен­сибилизации, увеличилось И вот уже стало очевидным, что некоторые из экспериментаторов забыли о другом

Синкавит, похожий по действию на витамин К, повышал воспри­имчивость животных к рентгеновским лучам.

важном радиобиологическом направлении — изучении так называемых «радномимстиков» Радиомиметики — соеди­нения различных химических классов — обладали рядом общих призпаков Они, как и ионизирующая радиация, вызывали генетические повреждения в живых клетках, подавляли их деление, вызывали гибель определенных кле­ток кроветворной ткани. А главное, радиомиметики, вводи­мые экспериментальным животным, вызывали у них обра­зование злокачественных новообразований Иными слова­ми, способствовали развитию рака.

Что вы знаете о таком радиомиметике, как иприт? Это в высшей степени ядовитое отравляющее вещество. Его применение в военных целях запрещено международ­ными соглашениями и договорами.

Но изучение механизма действия этого химического оружия принесло пользу науке

В 1943 году ученые К Ауэрбах и Д Робсон обнаружи­ли иприт обладает сильнейшей способностью вызывать изменения генетического материала клетки и приводит к образованию мутаций Прошло почти десятилетие,, прежде чем было опубликовано сообщение другого эксперимента­тора — П Коллера По его данным, иприт вызывал такие же изменения в хромосомах ядра клетки, какие наблюда­лись и при облучении А как известно, в хромосомах кон­центрируется наследственное вещество Эти работы ученых произвели большое впечатление Еще бы' До этого време­ни считали, что способность вызвать мутации и поврежде­ние хромосом присуща только ионизирующей радиации

Прошло всего несколько лет, и в журналах были уже сотни работ, посвященпых изучению механизма действия иприта и его производных Удалось установить, что не только иприт, но и целый ряд других химических соедине­ний являются радиомиметиками и также вызывают гене­тические повреждения в клетках

Исследование биохимического механизма действия радиомиметиков растянулось на несколько десятилетий «Химический орешек» оказался довольно-таки крепким, и расколоть его было не так-то просто. И все же удалось установить важную закономерность радиомиметические соединения вызывали глубокие изменения химических и физических свойств дизоксирибонуклеиновой кислоты — основного генетического материала клетки.

Одна научная проблема всегда тесно связана с другой.

Например, «чисто радиобиологическая» проблема радио­сенсибилизации смыкается с химическим мутагенезом — способностью некоторых веществ вызывать изменения в генетическом веществе Решение обеих задач могло прине­сти большую пользу при разработке методов лечения «бо­лезни века» — злокачественных новообразований

В самые последние годы интерес к радиомиметикам снова резко возрос. Ими стали интересоваться не только радиобиологи, но и врачи, токсикологи, гигиенисты Ин­терес ученых к радиомиметикам понятен. В одном из жур­налов была опубликована карикатура По беговой дорожке, напоминающей циферблат огромных часов, бежит испуган­ный человек

За ним, догоняя его, вьются чудовищные клубы злове­щего заводского черного дыма, напоминающие по форме хищного зверя. Зверь растопырил лапы и вот-вот настигнет бегуна

Смысл рисунка ясен Загрязнение окружающей среды стало одной из острейших проблем современности. Это следствие хищнической эксплуатации природных богатств в ряде стран, безответственного загрязнения рек, озер, мо­рей и океанов сточными водами и промышленными отхода­ми, отравления воздуха отработанными газами, дымом и копотью

Химические вещества, загрязняющие воздух, воду и почву, таят в себе угрозу для живых организмов Многие из этих веществ являются ядовитыми, а некоторые обла­дают свойствами радиомиметиков Итак, мы видим тес­ную взаимосвязь наук Поиск средств химической защиты от лучевых поражений ускорил разработку нового направ­ления радиобиологии — изыскание лекарств, повышающих чувствительность клеток к ионизирующему облучению Изучение механизма действия радиосенсибилизаторов ука­зало новые пути для исследования радиомиметиков. И на­конец, в последнее десятилетие интерес к этим проблемам снова резко возрос в связи с угрозой загрязнения окружаю­щей нас среды — воздуха, земли, воды, океанов, морей, рек и озер.

«Маленьких» радиобиологических проблем не сущест­вует. В руках серьезного исследователя они всегда приоб­ретали общебиологическую значимость.

Шло время, но интерес к проблеме радиосенсибилиза­ции не ослабевал. Факты, которые кропотливо накаплива­ли ученые, вызывали удивление, порой выглядели неве­роятными, требовали объяснения. Так оказалось, что один из наиболее мощных радиосенсибилизаторов окружает нас со всех сторон. Это кислород воздуха. В чем же дело? Как разобраться в этом явлении? Как его объяснить?

Провели опыты

В воздухе, как известно, около двадцати процентов кис­лорода. Составили искусственную газовую смесь, в которой содержание кислорода было в четыре раза меньше по срав­нению с атмосферным воздухом Взяли белых крыс. Конт­рольных животных облучили рентгеновскими лучами в атмосфере воздуха В течение тридцати дней 90 процентов животных погибло Другую группу животных перед облу­чением в течение нескольких минут содержали в атмосфе­ре с 5 процентами кислорода. Затем их облучили рентге­новскими лучами Через тридцать дней ученые получили результат. 50 процентов крыс были живы Следовательно, чем меньше содержание кислорода в атмосферном возду­хе, тем ниже поражающее действие рентгеновских лучей!

Для установления радиобиологических закономерно­стей не всегда нужна сложная аппаратура.

Молодой исследователь Е Райт получил очень интерес­ные данные, хотя постановка его опытов была на редкость простой. Ученый взял молодых мышат, у которых обмен веществ проходит более интенсивно, чем у взрослых жи­вотных. Разделил их на две равные группу На хвосты мышат одной группы накладывались эластичные зажимы, которые пережимали кровеносные сосуды Через четыре секунды после этого в отключенных от системы кровообра­щения участках тканей наблюдалась сильнейшая недоста­точность кислорода Живые клетки в считанные секунды использовали все запасы кислорода и начали задыхаться. Физиологи такое состояние клеток называют гипоксиче- ским. Затем участки хвостов, находящихся в состоянии гипоксии, облучали в течение одной секунды рентгенов­скими лучами Доза ионизирующей радиации была боль­шой. Одновременно облучали участки хвостов мышат, кото­рым зажимы не накладывались Это была контрольная группа Через различные интервалы времени после нача­ла опыта облученные участки тканей, находящихся в со­стоянии гипоксии в нормальных физиологических условиях, исследовались, сравнивались между собой. Ре­зультаты опытов были следующие. Ткани, облученные в состоянии гипоксии, были поражены значительно меньше, чем у контрольных животных. И в этих экспериментах кислород выступал в качестве радиосенсибилизатора.

Радиосенсибилизирующие свойства кислорода обнару­жили на самых разнообразных видах живых организмов. В кишечнике человека есть бактерия, которую называют кишечной палочкой. Это удобный объект для исследования Ее можно культивировать и в пробирке, и в атмосфере воз­духа, и в атмосфере, насыщенной или кислородом или азо­том. И оказалось, что для поражения бактерий; живущих в атмосфере с недостатком кислорода, нужно затратить в 10 раз больше энергии ионизирующих излучений, чем для этих микроорганизмов, живущих в атмосфере воздуха пли при избытке кислорода. Радиосенсибилизирующее действие кислорода легко демонстрируется и на растениях, и на яйцах аскарид, и на многих других биологических объектах Обнаруженное разными учеными явление полу­чило название «кислородный эффект».

Систематическое исследование кислородного эффекта началось с 1922 года. К середине шестидесятых годов бы­ло установлено следующее. В отсутствии кислорода или при резком уменьшении его содержания в среде действие рентгеновских или гамма-лучей на живые клетки резко уменьшается, но не предотвращается. Кислород оказывает свое действие только в том случае, если он присутствует во время облучения Изменение его содержания после об­лучения не сказывалось на результатах опытов

 

Кислородный эффект и явления радиосенсибилизации требовали грамотного физико-химического объяснения Пришлось вспомнить некоторые законы радиационной хи­мии. Если растворить какое-либо органическое вещество в воде и облучать этот водный раствор ионизирующей ра­диацией, то образуются осколки органических молекул и осколки молекул воды — радикалы И вот было установле­но: в присутствии кислорода изменяется природа вновь об­разующихся радикалов. Например, вместо радикала водо­рода образовывались радикалы молекул воды, которые оказывали большее повреждение Одновременно с этим шли и другие процессы. У образующихся радикалов орга­нических молекул появлялось больше возможностей реаги­ровать с молекулярным кислородом. И часто эта реакция исключала все другие реакции, в которые был способен вступить радикал органической молекулы. Иными словами, кислород изменял характер радиационно-химических процессов При облучении живой клетки эти изменения складывались явно не в ее пользу

А каков же механизм действия радиосенсибилизаторов других химических классов?

О нем нам кое-что уже известно. Существует, напри­мер, химическое вещество йодацетат — соединение йода с уксусной кислотой И вот этот йодацетат обладает свойст­вами радиосенсибилизатора Введенное в определенном количестве, оно не вызывает существенных физиологиче­ских изменений. Если же после этого живые клетки облу­чить гамма-лучами в небольшой дозе, которая сама по се­бе вызывает небольшие лучевые поражения, то болезнь резко усиливается Можно было подобрать и такие усло­вия эксперимента, когда облучение в «чистом виде» вызы­вает гибель 30—40 процентов клеток. Но стоит ввести пе­ред облучением небольшие количества йодацетата, как все клетки погибают Почему? Оказывается, йодацетат спосо­бен реагировать с теми самыми молекулами внутри клет­ки, с которыми взаимодействуют радикалы, образующиеся при облучении Можно сказать- в этом случае нападение на клетку происходит одновременно и с фронта и с тыла. Конечно, такое «нападение» целесообразно только в единст­венном случае если эта клетка раковая Поэтому сейчас в ряде стран строятся или уже действуют эксперименталь­ные установки, на которых можно облучать больных в спе­циальной камере в атмосфере с повышенным содержанием кислорода. При этом предполагается, что облучение опу­холи ионизирующими лучами будет более эффективным.

В самом начале рассказа о радиосенсибилизаторах бы­ло упомянуто о том, как жарким августом 1969 года в Ри­ме собрались радиобиологи из разных стран. На заключи­тельном заседании ученые пришли к единому мнению: проблема радиосенсибилизации в радиобиологии приобре­тает особую значимость Она важна для теории радиобио­логии и должна заинтересовать врачей-практиков

Прошло три года И вот осенью в том же здании инсти­тута в Риме состоялся 9-й Международный съезд Европей­ского общества радиобиологов. Проблема радиосенсибили­зации по-прежнему занимала важное место в его работе. Как сказал один из видных ученых: «Проблема радиосен­сибилизации еще не достигла того возраста, когда празд­нуют юбилей Она все еще «на марше», «в пути».

Евгений Романцев. "Рожденная атомом"

__________________________