Аналогичные изменения наблюдаются при канцерогенезе под действием некоторых других химических веществ. Результаты большого числа экспериментов показали, что кинетические кривые изменения концентрации радикалов в тканях и клетках в процессе вирусного, химического и спонтанного канцерогенеза имеют много общих черт, несмотря на различную природу вызывающих этот процесс агентов.
В дальнейшем антиканцерогенное действие ингибиторов радикальных процессов было подтверждено в ряде работ другими авторами. Так, американским исследователем Уотенбергом в 1972 году было изучено антиканцерогенное действие ионола, бутилоксианизола и этоксиквина при развитии канцерогенеза под влиянием бензопирена 7, 12-диметилбензантрацена (ДМБА). Оказалось, что фенольные антиоксиданты тормозят развитие опухолей преджелудка мышей и молочной железы крыс. Аналогичное действие бутилоксианизола наблюдалось в случае рака легких у мышей, возникающего при введении в пищу ДМБА, бензапирена, утретана в острых опытах и при хроническом введении канцерогенов.
Были изучены молекулярные аспекты этой весьма важной проблемы. Обнаружено, что введение ионала совместно с канцерогеном (ДАБ) снимает эффект увеличения концентрации свободных радикалов на стадии формирования опухоли, сохраняя её на уровне, близком к соответствующему уровню в нормальной ткани печени. Опухоли у животных, получивших дибунол, не возникают в течение более 12 месяцев наблюдения.
Одновременно в этих опытах наблюдали за изменением содержания в клетках печени цитохрома Р-450.
Под действием одного ДАБ уровень цитрохрома Р-450 увеличивался в 2,5 раза, в то время как при одновременном использовании ДАБ и ингибитора он возрастал почти в 6 раз и удерживался на этом уровне, на протяжении длительного времени. Очевидно, дибунол является активным индуктором синтеза цитохрома Р-450 в микросомах печени и может приводить к нейтрализации канцерогенеза.
Лучевое повреждение биологически важных макромолекул и защита от лучевого поражения
Кинетический подход оказался весьма перспективным при изучении механизма повреждающего действия излучения на важные биологические макромолекулы – белки, липиды, ферменты, нуклеиновые кислоты. Большое внимание было уделено исследованиям изменения физико-химических свойств ДНК при действии ионизирующего излучения, ультрафиолетового света и др. Для изучения молекулярных механизмов повреждения нуклеиновых кислот использовались различные физические и химико-физические методы – инфракрасная спектроскопия, метод ЭПР в сочетании с методом спиновых меток, хемилюминесценция, электронная микроскопия и т.д.
Под действием на молекулы ДНК малых доз облучения обнаружены конформационные нарушения. При увеличении доз радиации появлялись одиночные и двойные разрывы молекул и различные химические изменения. При еще более высоких дозах длинные линейные молекулы превращались в короткие обрывки и клубки.
В соответствии с гипотезой о важной роли свободных радикальных процессов в функционировании клетки и в развитии различных патологических состояний было высказано предположение, что воздействие ионизирующей радиации приводит к образованию свободнорадикальных состояний химических компонентов клетки, которые могут вызвать биохимические процессы, не свойственны живому организму в норме.
Развитие свободнорадикальных реакций в организме должно приводить к уменьшению количества тканевых ингибиторов, что, в свою очередь нарушает способность организма к правильной регуляции биохимических процессов. Подобное нарушение может быть одной из причин возникновения сдвигов, свойственных лучевой болезни.
Образование свободных радикалов при облучении как самих молекул ДНК, так и соединений, моделирующих отдельные фрагменты макромолекулы, было доказано экспериментально с помощью метода ЭРП. Получены кинетические кривые накопления радикалов ДНК при облучении замороженных водных растворов, установлен сложный механизм образования и дальнейших превращений радикалов в ДНК. Изучение спектров электронного парамагнитного резонанса ДНК, углеводов и азотистых оснований позволило сделать вывод, что при облучении образуются свободные радикалы. Продукты окисления этих радикалов превращаются в гидроперекиси, которые могут распадаться с образованием новых радикалов, инициируя, таким образом, дальнейшее развитие нежелательных процессов повреждения. Процесс распада молекул гидроперекисей ДНК сопровождается свечением – хемилюминесценцией, которая обычно возникает в таких реакциях при рекомбинации радикалов. Из кинетического анализа следует, что интенсивность хемилюминесценции линейно зависит от концентрации гидроперекисей ДНК. Такая же зависимость наблюдается и на опыте.
В связи с активной ролью свободных радикалов ролью свободных радикалов в лучевом повреждении молекул ДНК было предложено в этом случае использовать в качестве защитных средств ингибиторы радикальных реакций. Наиболее эффективно радиопротекторами оказались произвольные галловой кислоты, 3-оксипиридна и фенилэтиламина. При добавлении этих соединений в раствор ДНК перед облучением эффект защиты достигает 80-90 %.
Установлены некоторые аспекты молекулярного механизма действия ингибиторов как радиопротекторов. При добавлении до облучения они могут взаимодействовать с первичными радикалами, возникающими при облучении, предотвращая развитие процесса повреждения. При введении после облучения они могут реагировать с радикалами, образующими при распаде вторичных продуктов, например гидроперекисей, и ингибировать дальнейшие реакции.
Ингибиторы-антиоксиданты оказались эффективными радиопротекторами и в опытах с животными (мышами). С их помощью удалось обеспечить выживаемость до 60% мышей, облучённых смертельными дозами. При этом, чем выше антирадикальная активность ингибитора, тем выше процент оставшихся в живых мышей.
Хотя эти результаты и были получены уже около двух десятилетий тому назад, возможности эффективности применения в радиобиологии ингибиторов радикальных процессов ещё далеко не исчерпаны.
ГЕРОНТОЛОГИЯ
Полвека назад сформировалась химическая физика – новая область естествознания, пограничная между физикой и химией. В этой области современная теоретическая и экспериментальная физика нашла огромное многообразие объектов исследования, а химия получила строгие физические основы для решения важнейших проблем строения и превращения веществ.
Примерно в этот же период физика начала активно проникать в биологию. Речь снова идет о современной физике, поскольку многие известные физики и в далеком прошлом неоднократно обращали свое внимание на биологические явления. Таким образом, этот период можно считать вторым рождением биофизики.
До сих пор научно не выявлены причины старения и нет ответа на вопрос, каковы первичные и существенные элементы старческой инволюции.
Мнения древних о причинах старения можно разделить на две группы. Согласно первой, причина старения лежит в постепенной потере чего-то, что необходимо для поддержания жизни. Это «что-то», по мнению одних авторов, представляет собой энергетический, материальный или психический фактор. По мнению других, старение – это накопление в избытке чего-то, что является вредным для организма (интоксикация организма извне или изнутри). Эти логически противоположные концепции и более или менее измененном виде сохранились до наших дней. Недавно их дополнили более сложными объяснениями. С исторической точки зрения, наибольшее значение имеет гипотеза, по которой старение – это результат постепенной потери специфической жизненной энергии.
Наиболее древнее и четкое научное объяснение причин старения содержится в сочинениях Аристотеля «О молодости и старости». Аристотель (384-322 гг. до н. э.) считал, что старение вызывается постепенным расходованием «прирожденного тепла», которым располагает каждое живое существо с начала его индивидуальной жизни. Центром этого тепла является сердце. Кровеносные сосуды разносят это тепло по телу и оживляют его члены и органы. Эта мысль не представляет собой чего-либо оригинального. Она сформулирована Аристотелем на основе высказываний предшествующих мыслителей. Тщательный анализ трудов Гиппократа (460-377 гг. до н. э.) показывает, что он также принимает гипотезу, объясняющую старение потерей «природного жара». Мнение Гиппократа и Аристотеля основано на правильных наблюдениях того, что выделение тепла в пожилом возрасте идет менее энергично, чем в молодости. Говоря современным языком, старость – это результат постепенного снижения обменных процессов.
Гален (129-199) идет несколько дальше. По его мнению, старение определяется потерей «природного жара», что находит выражение в уменьшении влажности тела. Он считает, что у старых людей уменьшается количество крови, в результате чего уходит основное топливо, поддерживающее огонь жизни. Эта мысль о значении соков тела господствовала в медицине до XVIII в.
М. Фарадей (1791-1867) в своей знаменитой лекции о химической природе свечи сравнивает жизнь с пламенем и старение организма с горением свечи.
XVIII век характеризуется приспособлением к новым научным воззрениям концепций древности и средних веков: создаются различные натурфилософские спекулятивные виталистические системы. Широкое распространение получает vis vitalis («жизненная сила»), якобы управляющая всеми проявлениями жизни. Согласно воззрениям виталистов, «жизненная сила» - наиболее нежный, чем свет или магнетизм, но весьма родственный с этими формами энергии. В сущности, эта гипотеза представляет собой упрощение гипотезы древности, в которой старинный термин «природный жар» был заменен «жизненной силой». В ХХ в. виталистические гипотезы старения как потери специфической «жизненной силы» были оставлены.
Виталистические гипотезы, связанные с тратой «природного запаса жизненной энергии», вызвали к жизни сходные попытки материалистов понять этиологию старения. Так, Отто Бючли (1848-1920) в 1882 г. писал, что старение – это результат израсходования какого-то жизненного фермента, признавая в то же время, что о химическом составе и свойствах этого фермента пока ничего не известно. Дальнейшее развитие этой идеи предпринял американский физиолог Леб (1859-1924). Он считал, что старение состоит в постепенной утрате определенных химических веществ, отпускаемых в некоторой дозе каждому индивидууму при зачатии. Эти вещества расходуются в процессе метаболизма, и их утрата не может быть предотвращена. Наследственная конституция может в значительной степени влиять на продолжительность жизни, но из этого отнюдь не вытекает, что долголетие зависит от количества какого-то вещества, содержащегося в организме. Точка зрения Леба слишком упрощает проблему.
Сторонники механистическо-материалистических теорий жизни, придерживаясь мысли о том, что организм представляет собой физико-химическую машину, по аналогии пришли к выводу, что старение представляет собой процесс изнашивания. Подобно машинам, изнашивающимся в процессе их использования, организм становится все более и более неспособным выполнять свои функции. Механистическая теория старения разделялась последователями школы иатрофизики в XVII В.(Борслли и Джуро Багливи). Расцвет механистической концепции старения падает на конец XIX в. Для сторонников этой теории достаточна аналогия в общей форме старением организма и изнашиванием машины, находящейся в постоянном действии.
