Развитие свободнорадикальных процессов под воздействием пылевых частиц - патология органов дыхания у ликвидаторов аварии на чаэс
Отличительной особенностью при авариях на атомных электростанциях и испытаниях ядерного оружия является преобладание ингаляционного пути попадания радионуклидов в организм. На этапе выброса радионуклидное загрязнение определяется аэрозолем, содержащим в основном частицы выгоревшего топлива. В дальнейшем ведущее значение придается вторичному пылеобразованию в приземной атмосфере, обусловленному как природными факторами, так и деятельностью людей на загрязненной территории. Респирабельные частицы топливного материала и (или) пыли, контаминированной радионуклидами, попадая в дыхательные пути, взаимодействуют с альвеолярными макрофагами. Активация фагоцитов фиброгенной пылью приводит к чрезмерному увеличению выброса активных форм кислорода (АФК) и интенсификации свободнорадикальных процессов (СРП) в организме.
Особенности воздействия радиационной пыли на фагоциты практически не изучены. Но, по всей видимости, механизмы активации сходны с воздействием наиболее агрессивных минералов.
Эпидемиологические исследования показывают, что мутагенное и канцерогенное влияние волокон асбеста, как и радионуклидов, реализуется посредством местных эффектов — развитие рака легких и бронхов. Известно также, что фиброгенные пыли приводят к интерстициальному фиброзу. Подобные диффузные расстройства в легких обнаружены и у пациентов с радионуклидными пневмопатиями (Чучалин А. Г., 1993).
В настоящее время выявлено, что на начальном этапе ответ организма на действие любого пылевого аэрозоля стереотипичен и заключается в активации образования активных форм кислорода (Величковский Б. Т, 1995).
Исходя из этого можно предположить, что под влиянием радиационной пыли происходят такие же нарушения окислительного метаболизма, как и при воздействии агрессивных минералов. Дополнительная токсичность радиационных частиц может быть обусловлена развитием радиационно-химических реакций.
Настоящая глава посвящена механизмам развития процессов свободнорадикального окисления (СРО) при воздействии пылевых частиц.
Активные формы кислорода и их химические свойства
Молекулярный кислород в триплетном состоянии является бирадикалом. Молекула кислорода может быть восстановлена последовательно четырьмя электронами. При одноэлектронном восстановлении молекулы кислорода происходит образование супероксидного радикала (O2) или его протонированной формы — пергидроксильного радикала (НO2). Одноэлектронное восстановление O2 , в свою очередь, приводит к образованию пероксид-иона (O22 ) или к протонированной форме — пероксида водорода (H2O2), который может легко превращаться в гидроксильный радикал (НО*) при участии ионов металлов в результате одноэлектронного восстановления, а также воздействия ультрафиолетового или ионизирующего излучений. В биологических системах донорами электронов чаще всего являются ионы металлов переменной валентности и в первую очередь железа (Метелица Д. И., 1984- Владимиров Ю А. и соавт., 1991).
Известно, что активные формы кислорода играют ключевую роль в патогенезе многих серьезных заболеваний, таких как рак, ишемическая болезнь сердца, атеросклероз, радиационные поражения, пылевые заболевания легких и т.д. (Halliwell В. et al., 1989- Величковский Б. Т., 1995).
Первым интермедиатом восстановления молекулярного кислорода является супероксидный анион-радикал. К реакциям O2 относят следующие: окисление, восстановление, депротонирование субстрата. Супероксидный радикал в неполярном окружении может легко окислять углеводороды, в отличие от H2O2, который является умеренным окислителем. В любой биологической системе, где происходит генерация O2% можно предполагать и образование H2 O2. Так, основные источники АФК — реакции с участием оксидаз, митохондриальных и микросомальных цепей переноса электронов одновременно продуцируют H2O2 Концентрация H2O2 при этом остается низкой, так как она зависит в основном от скорости разложения, а не образования. Вследствие активации фагоцитов наиболее высокая концентрация H2O2 наблюдается в очагах воспаления. Молекула H2O2, в отличие от других АФК, достаточно стабильна и не несет электрического заряда. Это позволяет H2O2 легко проникать через мембраны внутрь клеток, где она может взаимодействовать с ионами железа. Цитотоксическое действие H2O2 обусловлено тем, что она может быть источником высокореакционноспособных НО*, которые образуются в реакции Фентона:
H2O2 + FeJ+------ > НО* + ОН- + Fe3+
Реакция Фентона является основной реакцией образования НО* в биологических системах. Кроме этого, гидроксильный радикал может образоваться в двухстадийной реакции Хабера—Вайсса. Гидроксильные радикалы обладают очень высокой химической активностью: константы скорости их реакций с большинством биологически важных молекул близки к диффузионным. Они могут участвовать в реакциях отрыва атома водорода, присоединения по двойной связи и реакции с переносом электрона. Данные реакции с ненасыщенными жирнокислотными цепями в молекулах липидов могут рассматриваться как одни из основных в инициировании перекисного окисления липидов в биологических мембранах, а реакции с рибозой и дезоксирибозой, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями нуклеиновых кислот, с ароматическими соединениями лежат в основе мутагенного действия НО* (Владимиров Ю. А. и соавт., 1991- Halliwell В. et al., 1989).
