Радиохимические механизмы. 
Сущность патологических процессов, возникающих при действии отравляющих веществ

По этим представлениям, радиозащитные вещества либо их метаболиты непосредственно вмешиваются в первичные пострадиационные радиохимические реакции. К ним относятся:

• — химическая модификация биологически чувствительных молекул-мишеней созданием смешанных дисульфидов между SH-группой аминокислоты белковой молекулы и SH-группой протектора;
• — передача водорода протектора пораженной молекуле-мишени;
• — инактивация окислительных радикалов, возникающих преимущественно при взаимодействии ионизирующего излучения с водой пораженной ткани.

Биохимико-физиологические механизмы

Эти представления объясняют действие радиозащитных веществ их влиянием на клеточный и тканевый метаболизм. Не участвуя в самой защите, они косвенно способствуют созданию состояния повышенной радиорезистентности, мобилизуя собственные резервы организма. К этой группе можно отнести:

• — высвобождение собственных эндогенных, способствующих защите веществ, таких как эндогенные SH-вещества, в особенности восстановленный глутатион или эндогенные амины (например, гистамин);
• — подавление ферментативных процессов при окислительном фосфорилировании, синтезе нуклеиновых кислот, белков и др., ведущих к снижению общего потребления кислорода, а в пролиферативных тканях—к отсрочке или торможению деления клеток. Этот эффект объясняется взаимодействием протектора с группами ферментов в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме или с белками клеточных мембран. Он носит также название «биохимический шок»;
• — влияние на центральную нервную систему, систему гипофиз — надпочечники, на сердечно-сосудистую систему с созданием общей или избирательной тканевой гипоксии. Сама по себе гипоксия снижает образование пострадиационных окислительных радикалов и радиотоксинов, восстанавливает тканевый метаболизм. Затем она может привести к высвобождению эндогенных SH-веществ.

Современный исследователи склоняются в пользу биохимических механизмов радиозащиты. Особенно обращает внимание фармакологический аспект взаимодействия радиопротекторов с рецепторами на различных уровнях организма. Возможности защитного действия вещества ограничены количеством воспринимающих рецепторов. Радиозащитное действие серосодержащих веществ, в том числе цистамина и гаммафоса, вероятнее всего, реализуется благодаря их взаимодействию с рецепторами радиочувствительных клеток.

Производные индолилалкиламинов — мексамин и серотонин, вызывающие в тканях организма поствазоконстрикторную гипоксию, связаны с рецепторами сердечно-сосудистой системы. Однако известны результаты опытов in vitro и in vivo, которые вызывают сомнения в гипоксической теории защитного действия мексамина и серотонина, в отдельных случаях дополняя ее другими компонентами защитного действия. По данным Свердлова и соавторов (1971), мексамин не утрачивал защитного действия у мышей в условиях тканевой гипероксии. Клеточный компонент защитного действия мексамина обнаружили Богатырев и соавторы (1974) in vitro на облученных клетках костного мозга, полученных от мышей, которым за 15 мин до этого вводили защитную дозу мексамина. Не существует точной корреляции между тканевой гипоксией, вызванной мексамином, и его защитным действием. Мексамин вызывает гипоксию в селезенке продолжительностью несколько часов, хотя в более позднее время после введения он уже не обладает радиозащитным действием.

Радиозащитный эффект мексамина нельзя объяснять только его несомненным и значительным гипоксическим действием. Следует согласиться с представлением, что мексамин реализует свое защитное действие и непосредственным влиянием на обменные процессы в клетках.

Проблема понимания механизма радиозащитного действия химических веществ тесно связана с выяснением закономерности развития пострадиационных, изменений. Любая существенная информация в этих областях основных радиобиологических исследований уточняет наши представления о механизмах как радиационного поражения, так и радиозащиты.

Под химической защитой от действия ионизирующей радиации понимают ослабление результата воздействия облучения на организм при условии введения в него химического соединения (радиопротектора).

Радиопротекторы [радио.+ лат. protector — страж, защитник] - это химические вещества, повышающие стойкость организма к облучению, т. е. его радиорезистентность.

Механизм защитного действия радиопротекторов теснейшим образом связан с физико-химическими процессами в клетке. В то же время, они активно вмешиваются в метаболические реакции. Многие гипотезы механизмов защитного действия протекторов сводятся к тому, что в момент облучения необходимо ингибировать основные биосинтезы клеток.

Общим для радиопротекторов является то, что чем больше их радиозащитное действие, тем значительнее они снижают окислительно-восстановительный потенциал клеток.

Опубликованы работы, в которых показано, что резкое увеличение влажности объектов (до 20%) во время облучения увеличивает их устойчивость к действию радиации. Существуют гипотезы о механизме радиозащитного действия воды.

С увеличением концентрации свободного кислорода эффект действия ионизирующей радиации усиливается (кислородный эффект). При повышенном доступе кислорода после облучения увеличивается вред, нанесенный ИИ организму (кислородные последствия).

Радиозащитный эффект может быть достигнут при введении активных веществ, резко меняющих течение основных радиочувствительных биохимических процессов. Такими свойствами обладают:

• 1) соединения, способные временно реагировать с активными группами молекул в клетках;
• 2) соединения, способные интенсивно поглощать излучение воды;
• 3) соединения, способствующие переходу энергии ионизации и возбуждения в тепловую;
• 4) соединения, реагирующие с радикалами;
• 5) биостимуляторы (витамины, гормоны, ферменты).

Именно в этих направлениях производится поиск новых радиозащитных веществ. Уже через 10−20 минут метаболизм сильно изменяется. Механизм защиты большинства радиопротекторов — комплексный.

Характеристика отдельных радиопротекторов. L-цистеин и его производные

L-цистеин относится к соединениям, для которых очень важна степень очистки. От этого зависит его способность к радиозащите. Но возможности использования препарата на высокоорганизованных животных ограничены, так как у собак, облучаемых g-лучами, это вызывало судороги, приступы рвоты и другие побочные реакции. Подобные вещества эффективны только при введении незадолго до облучения.

Большинство производных l-цистеина уменьшают эффективную дозу радиации и ускоряют процессы восстановления. АЭТ, применяемый в профилактических целях уменьшает повреждение ядерного аппарата клеток.

Действие МЭА основано на снижении потребления кислорода организмом при введении препарата.

Многие соединения этого класса уменьшают химический мутагенез, и у них есть общее свойство: по мере увеличения длины углеродной цепи защитное действие уменьшается.

Механизм действия протекторов связан и с явлением синергизма — односторонним или взаимным усилением действия. Эффект от применения выше у комбинации l-цистеин + цианистый натрий из-за различного действия препаратов. Также возможно сочетание l-цистеина с гистамином, АТФ, Na₂S₂O₂, аминоацетонитрином, пиридоксином.

Амины

По данным Александера, гистамин обеспечивает надежную защиту при введении 220 мг/кг. 5-окситриптамин (серотонин) в смеси с ацетилхолином оказывает более эффективное действие, чем при введении каждого из них по отдельности. Это подтверждают эксперименты на макаках-резус. По некоторым данным аминазин и фенатин облегчают течение лучевой болезни, а 5-метоксикриптамин (мексамин) защищает кроветворную ткань. Также защитным действием обладает белок стеллин, выделенный из ядер некоторых клеток рыб. Синергизм свойственен сочетаниям l-цистеина с сульфатом, хлоргидратом и аскорбинатом стеллина. При введении этих комбинаций выживаемость подопытных животных составила 70−80%, что значительно выше, чем при использовании компонентов по отдельности (20% и 20−40%). Метиловый эфир стеллина проявляет защитное действие только в смеси. Все амины являются сильными фармакологическими агентами. Например, гистамин оказывает действие на кровяные сосуды и кровяное давление, поэтому его введение в больших количествах опасно. Также все амины замедляют деструкционные и окислительные процессы в организме.

Эффективность цианистого натрия подтверждена опытами на мышах и на собаках (в сочетании с цистеином, 500 р). Также радиопротекторами являются цианофоры — фурфуролциангидрин, ацетонциангидрин и многие другие, служащие ингибиторами тканевого дыхания.

Нитрат натрия и метгемоглобинобразователи

Одним из важнейших эффектов действия нитрата натрия является уменьшение угнетения деления клеток, но он, в сочетании с этиловым спиртом вызывает расширение капилляров, хотя и повышает процент выживаемости животных до 90% (мышей). Также эксперименты производились на собаках. При образовании метгемоглобина двухвалентное железо превращается в трехвалентное, что служит защитой от рентгеновских и g-лучей, так как переносится меньше кислорода.

Аминофенолы

Эти вещества испытывались на собаках в комплексе с витаминами и антибиотиками (при повышении температуры тела). Они оказались эффективными, и показатели выживаемости резко возросли. Примерами аминофенолов могут служить парааминопропиофенол (ПАПФ), ортоаминопропиофенол (ОАПФ) и метааминопропиофенол (МАПФ).

Малоизученные радиопротекторы

К веществам, радиозащитное действие которых изучено недостаточно, относятся некоторые спирты, углеводы, жирные кислоты. Возможно, антибиотики могут обеспечить защиту организма от рентгеновского и g-излучения. При облучении мышей дозой 500 р эффективными оказались наркотики нембутал и некоторые другие.

Резерпин испытывался на мышах и крысах. Его радиозащитное действие обусловлено тем, что он повышает уровень серотонина и адреналина в крови, оказывает сосудосуживающее действие. Резерпин эффективен только при введении задолго до облучения. Молекулы азота и инертные газы вытесняют кислород из радиочувствительных структур, чем уменьшают кислородный эффект. Роль CO в радиозащите не определена. Возможно, оксид углерода способен затормаживать некоторые цепные реакции, возникающие под воздействием ионизирующего излучения. Защиту от радиации обеспечивают колхицин, берберин и некоторые другие алкалоиды, способные влиять на процессы деления клеток.

Естественные радиопротекторы

Естественные радиозащитные вещества относятся к протекторам пролонгированного действия. Они способны ослабить течение лучевой болезни и повысить общую радиорезистентность организма. В последнее время интерес к вопросам профилактики лучевой болезни с помощью витаминов, ферментов и гормонов повысился. Для большинства витаминов и гормонов, используемых для профилактики, характерно благоприятное действие только при облучении в сублетальных дозах и многократном введении, нередко за большой период времени до облучения.

Вещества, обладающие свойствами витамина Р

Действие подобных веществ основано на укреплении стенок кровеносных сосудов. Такими свойствами обладают: рутин (содержится в спарже, листьях эвкалипта и гречихи), кварцетин (был выделен из черной смородины) и некоторые другие вещества. Также они способствуют лучшей усвояемости витамина С и снижению гиперфункции щитовидной железы. Положительные результаты получены при введении веществ крысам в течение 30 дней и последующем облучении их дозой 500 р.

Биотин — очень распространенное в природе вещество, участвующее во многих биохимических реакциях. Витамины группы В (В₁, В₆, В₁₂). Радиозащитное действие витаминов — активных биокатализаторов основано на том, что при их недостатке происходит угнетение или полное выключение некоторых биохимических процессов. Даже в летальных дозах радиозащитное действие оказывает коэнзим ацетилирования (КоА).

Гормоны

Радиопротекторами являются женские (эстрадиол, эстриол и. т. д.) и мужские половые гормоны (андростерон, метилтестостерон). Также радиозащитное действие оказывают гормоны зобной железы (испытаны на мелких животных) и гипофиза. Проводились опыты по облучению мышей в смертельных дозах; и соматропный, и адренокортикотропный гормон (АКТГ) повысили выживаемость до 77%. Важную роль в защите организма от ионизирующей радиации играют гормоны надпочечников, в первую очередь, адреналин и норадреналин. Так как радиация вызывает нарушение функций надпочечников, использование гормонов для снижения повреждений организма вполне логично.

Адреналин относится к биогенным аминам. Он оказывает сосудосуживающее действие на артериолы, артерии кожи, органов пищеварительного тракта и почек.

Норадреналин обладает сходным действием. При введении в ранние сроки после облучения они способны активизировать восстановительные реакции и замедлить развитие деструкционных процессов в липопротеиновых структурах. Для проявления радиозащитного эффекта в организме млекопитающего в большинстве случаев достаточно однократного введения радиопротекторов. Однако имеются и такие вещества, которые повышают радиорезистентность лишь после повторного введения. Различаются радиопротекторы и по эффективности создаваемой ими защиты. Существует, таким образом, множество критериев, по которым их можно классифицировать. С практической точки зрения радиопротекторы целесообразно разделить по длительности их действия, выделив вещества кратковременного и длительного действия.

Классификация:

• 1. Радиопротекторы или комбинация радиопротекторов, обладающих кратковременным действием (в пределах нескольких минут или часов), предназначены для однократной защиты от острого внешнего облучения. Такие вещества или их комбинации можно вводить тем же особям и повторно. В качестве средств индивидуальной защиты эти вещества могут найти применение перед предполагаемым взрывом ядерного оружия, вхождением в зону радиоактивного загрязнения или перед каждым радиотерапевтическим местным облучением. В космическом пространстве они могут быть использованы для защиты космонавтов от облучения, вызванного солнечными вспышками.
• 2. Радиозащитные вещества длительного воздействия предназначены для более продолжительного повышения радиорезистентности организма. Для получения защитного эффекта, как правило, необходимо увеличение интервала после введения таких веществ примерно до 24 ч. Иногда требуется повторное введение. Практическое применение этих протекторов возможно у профессионалов, работающих с ионизирующим излучением, у космонавтов при долговременных космических полетах, а также при длительной радиотерапии.

Поскольку протекторы кратковременного защитного действия чаще всего относятся к веществам химической природы, говорят о химической радиозащите.

С другой стороны, длительное защитное действие возникает после введения веществ в основном биологического происхождения; это обозначают как биологическую радиозащиту.

Требования к радиопротекторам зависят от места применения препаратов; в условиях больницы способ введения не имеет особого значения. В большинстве случаев требования должны отвечать задачам использования радиопротекторов в качестве индивидуальных средств защиты. Согласно Саксонову и соавт. (1976) эти требования должны быть как минимум следующими:

• — препарат должен быть достаточно эффективным и не вызывать выраженных побочных реакций;
• — действовать быстро (в пределах первых 30 мин) и сравнительно продолжительно (не менее 2 ч);
• — должен быть нетоксичным с терапевтическим коэффициентом не менее 3;
• — не должен оказывать даже кратковременного отрицательного влияния на трудоспособность человека или ослаблять приобретенные им навыки;
• — иметь удобную лекарственную форму: для перорального введения или инъекции шприц-тюбиком объемом не более 2 мл;
• — не должен оказывать вредного воздействия на организм при повторных приемах или обладать кумулятивными свойствами;
• — не должен снижать резистентность организма к другим неблагоприятным факторам внешней среды;
• — препарат должен быть устойчивым при хранении, сохранять свои защитные и фармакологические свойства не менее 3 лет.

Менее строгие требования предъявляются к радиопротекторам, предназначенным для использования в радиотерапии. Они усложняются, однако, важным условием — необходимостью дифференцированного защитного действия. Следует обеспечить высокий уровень защиты здоровых тканей и минимальный — тканей опухоли. Такое разграничение позволяет усилить действие местно примененной терапевтической дозы облучения на опухолевый очаг без серьезного повреждения окружающих его здоровых тканей.

Современные наиболее эффективные радиопротекторы делятся на две основные группы: а) серосодержащие радиозащитные вещества;

б) производные индолилалкиламинов.

Серосодержащие радиозащитные вещества

К числу наиболее важных из них с точки зрения возможного практического использования относятся цистеамин, цистамин, аминоэтилизотиуроний, гаммафос, затем цистафос, цитрифос, адетурон и меркаптопропионилглицин (МПГ).

Цистеамин. Это аминоэтиол, b-меркаптоэтиламин, в специальной литературе часто сокращенно обозначаемый МЭА; он имеет химическую формулу.

HS—СН₂—СН₂—NH₂.

Цистеамин представляет собой сильное основание. Его относительная молекулярная масса 77. Он образует соли с неорганическими и органическими кислотами. Температура плавления 96 °C, рН водного раствора 8,4. Все соли МЭА, за исключением салицилатов, барбитуратов и фосфатов, гигроскопичны. Из них чаще всего используются гидрохлорид и оксалат. Гидрохлорид цистеамина — белое кристаллическое вещество со специфическим неприятным запахом меркаптана, хорошо растворимое в воде; температура плавления 70—72 °С. Водные растворы дают кислую реакцию, рН 3,5—4,0. Температура плавления сукцината МЭА 146—148 °С, рН водного раствора 7,3.

Аминоалкилтиолы являются сильными восстановителями, они легко окисляются кислородом воздуха и различными слабыми окислителями, в том числе трехвалентным железом, и образуют дисульфиды. Скорость окисления аминоалкилтиолов на воздухе и в водных растворах зависит от рН среды, температуры и присутствия ионов меди и железа. С увеличением рН, температуры и количества ионов в среде скорость окисления возрастает. Сильные окислители могут окислить тиолы до производных сульфиновых или сульфоновых кислот.

Цистамин. Он представляет собой меркаптоэтиламин с химической формулой.

S— СН₂— СН₂—NH₂.

|.

S— СН₂— СН₂—NH₂.

Цистамин — белое кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, но хорошо — в спирте, бензоле и других органических растворителях; относительная молекулярная масса 152. Он обладает свойствами основания, с кислотами образует соли, из которых наиболее часто используется дигидрохлорид цистамина. Это также белое кристаллическое вещество, гигроскопичное, легко растворимое в воде, трудно растворимое в спирте. Водные растворы дигидрохлорида цистамина имеют довольно кислую реакцию, рН около 5,5.

Аминоэтилизотиуроний. Это — производное тиомочевины, S-2-аминоэтилизотиомочевина, чаще всего используемая в форме бромида гидробромида. Химическая формула АЭТ.

H₂N—СН₂—СН₂—S—C—NH₂

II.

NH.

Его относительная молекулярная масса 119. Бромистая соль АЭТ—белое кристаллическое вещество, гигроскопичное, горькое на вкус, нестабильное на свету, хорошо растворимое в воде, практически нерастворимое в спирте. Водные растворы имеют кислую реакцию. В нейтральном растворе АЭТ превращается в 2-меркаптоэтилгуанидин (МЭГ), нестабильный in vitro и легко окисляющийся до дисульфида. При введении АЭТ в дозах 250 — 450 мг/кг выживали 80% летально облученных мышей (ЛД₉₄). Описание синтеза АЭТ дали в 1957 г. Shapira и соавт. Независимо от этих данных в 1954 г. АЭТ синтезировал советский ученый В. Д. Ляшенко. В опытах Семенова в 1955 г. после введения АЭТ в дозе 150 мг/кг выживали лишь 18% летально облученных мышей, что значительно меньше, чем при применении цистамина. По этой причине данному протектору не придали тогда большого значения.

Гаммафос. Он представляет собой аминоалкилпроизводное тиофосфорной кислоты, точнее S-2-(3-аминопропиламино) этиловый эфир тиофосфорной кислоты. Его химическая формула.

O.

II.

H₂N—СН₂—СН₂—СН₂—NH—СН₂—СН₂—S—Р—ОН.

|.

ОН Это — белое кристаллическое вещество, довольно хорошо растворимое в воде, с резким чесночным запахом. Температуру плавления определили Свердлов и соавт. (1974) в интервале от 145 до 147 °C. О синтезе гаммафоса сообщили в 1969 г. Piper и соавт. В том же году радиозащитное действие гаммафоса у мышей описали Yuhas и Storer.

Из группы производных тиофосфорной кислоты большое внимание уделяется защитному действию цистафоса (WR-638) S-2-аминоэтилтиофосфорной кислоты.

О.

II.

H₂N— СН₂— СН₂— S— Р— ОН.

|.

ОН В 1959 г. это вещество синтезировал Akerfeldt. Одновременно было описано его радиозащитное действие. Оно особенно эффективно при нейтронном облучении мышей.

Интересные малотоксичные вещества синтезировали ученый Пантев и соавторы в 1973 г. Путем соединения цистеамина с аденозинтрифосфатом (АТФ) было создано эффективное защитное средство цитрифос, а соединением молекул АЭТ и АТФ — радиозащитное вещество адетурон. Последнее эффективно и в случае пролонгированного облучения низкой мощности.

Значительный интерес радиобиологов вызывает 2-меркаптопропионилглицин, сокращенно обозначаемый МПГ. Он представляет собой нетоксичное радиозащитное веществ. Защитная доза МПГ была определена у мышей — 20 мг/кг при внутрибрюшинном введении, тогда как средняя летальная доза препарата достигает 2100 мг/кг. Многие соврменные ученые считают это вещество, наряду с гаммафосом, наиболее перспективным из всех серосодержащих радиопротекторов для клинического применения.

Производные индолилалкиламинов. Основными представителями этой группы химических радиопротекторов являются серотонин и мексамин. Оба вещества — производные триптамина. Серотонин. В химическом отношении серотонин представляет собой 5-гидрокситриптамин (5-ГТ). Серотонин обладает амфотерными свойствами. В физиологических условиях ведет себя как основание и только при рН > 10 обнаруживает свойства кислоты. Несвязанный серотонин легко растворяется в воде и с трудом — в органических растворителях. Он легко кристаллизуется до белой кристаллической соли в форме креатининсульфата, относительная молекулярная масса которого составляет 405,37. Из-за значительной нестабильности растворов необходимо постоянно готовить свежие растворы серотонина, предохранять их от света и высокой температуры. Радиозащитное действие серотонина было описано еще в 1952 г. сотрудниками двух лабораторий независимо друг от друга (Bacq, Herve; Gray и соавторы). Мексамин. Его химическая формула очень близка к формуле серотонина. Мексамин является 5-метокситриптамином, сокращенно 5-МОТ. Мексамин легко образует соли. Чаще всего применяется гидрохлорид 5-метокситриптамина. Это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, с температурой плавления 240—243 °С и относительной молекулярной массой 226,72. Радиозащитное действие мексамина впервые описали Красных и соавт. (1962). Главным основанием для разделения химических радиопротекторов кратковременного действия на две группы служит различие в химической структуре веществ; другое важное основание — представление о различных механизмах их действия. Схематично можно представить, что радиозащитное действие серосодержащих веществ реализуется в зависимости от достигнутой концентрации их в клетках радиочувствительных тканей, тогда как производные индолилалкиламинов повышают радиорезистентность тканей и всего организма млекопитающего главным образом благодаря развитию гипоксии вследствие сосудосуживающего фармакологического действия серотонина и мексамина. (Далее об этом будет упомянуто). Представление о разных механизмах радиозащитного действия двух типов протекторов потребовало подтверждения защитного эффекта комбинаций различных протекторов. Их вводили одновременно в одном растворе (коктейле) либо отдельными порциями одним и тем же или разными способами. Таким образом создалась третья большая группа — комбинации радиопротекторов, также предназначенные для однократной и кратковременной защиты от облучения.

Комбинация радиозащитных веществ. Обычно испытывается радиозащитное действие двухкомпонентных комбинаций, однако не составляют исключения и многокомпонентные рецептуры. Все комбинации испытываются с тем, чтобы свести к приемлемому минимуму дозу отдельных компонентов с целью ослабления их нежелательного побочного действия и достижения наибольшего защитного эффекта.

Чаще всего комбинация защитных веществ вводится в одном растворе и одним способом. Однако описаны сочетания различных способов парентерального введения либо перорального и парентерального введения разных радиопротекторов. При этом все компоненты не должны вводиться одновременно, а лишь через определенные интервалы.

Комбинация серосодержащих протекторов и производных индолилалкиламинов. Двухкомпонентная рецептура протекторов с разными механизмами действия логически оправдана. Уже в конце 50-х годов был испытан ряд комбинаций серосодержащих протекторов с индолилалкиламинами. Одна из первых комбинаций такого рода, состоящая из цистеина и триптамина, была испытана Романцевым и Савичем в 1958 г. Если при использовании отдельных протекторов перед летальным общим облучением выживало 20.

В большинстве рецептур дозы отдельных компонентов подбирались опытным путем в течение 30% крыс, то совместное применение этих протекторов повышало выживаемость животных до 70%.

За этим исследованием последовал анализ целого ряда двухкомпонентных рецептур протекторов из обеих основных групп химических радиозащитных веществ. нескольких лет. Затем стали применять фармакологический метод. Первоначально таким методом изобол определяли количественные соотношения токсичности и защитного действия комбинаций радиопротекторов. Таким путем можно оценить, наблюдается ли в комбинациях синергизм защитного действия лишь аддитивного или же потенцирующего характера, повышается или снижается токсичность протекторов при их совместном или раздельном применении.

Совместное введение различных серосодержащих радиопротекторов. Первую комбинацию цистеина и цистеамина предложили Straube и Patt еще в 1953 г. При введении оптимальных защитных доз этих протекторов в половинном размере авторы установили суммацию защитного действия.

Однако многие ученые не отмечали после внутрибрюшинного введения мышам комбинации АЭТ с цистеамином или цистамином существенного усиления защитного эффекта. Одновременное пероральное введение цистамина и АЭТ подтвердило только аддитивность защитного действия отдельных компонентов. Комбинации АЭТ с гаммафосом и АЭТ с цистафосом позволяют снизить эффективные дозы даже 4-кратно по сравнению со столь же эффективными защитными дозами отдельно примененных протекторов.

Поскольку раздельное применение эффективных доз серосодержащих радиопротекторов вызывает нежелательные фармакологические эффекты, то одной из основных задач радиобиологии в аспекте данной тематики является изучение этих комбинаций с целью минимизации нежелательных проявлений. Сделать это довольно трудно, ибо побочное действие серосодержащих радиопротекторов не слишком характерно. К таким проявлениям относятся тошнота, рвота, снижение артериального давления, брадикардия и др.

Многокомпонентные комбинации радиопротекторов. В конце 60-х годов защитное действие многокомпонентных комбинаций радиопротекторов в эксперименте на мышах проверено Maisin и Mattelin (1967), Maisin и Lambiet (1967), Maisin и соавторы (1968). Они внутрибрюшинно вводили АЭТ, глутатион, серотонин и цистеин либо вместе, либо в разных З-компонентных вариантах, иногда в сочетании с пострадиационной трансплантацией костного мозга.

Ранее, еще в 1962 г., Wang и Kereiakes опубликовали сообщение о защитном эффекте однократного совместного введения АЭТ, цистеамина и серотонина супралетально облученным мышам. Внутрибрюшинное введение комбинации АЭТ, МЭА и 5-ГТ оказалось высокоэффективным и при тотальном облучении крыс.

Значительный эффект дала также З-компонентная комбинация мексамина, АЭТ и цистафоса, детально проанализированная Пугачевой и соавторами (1973). Если в этой рецептуре цистафос заменялся цистамином, она становилась еще более эффективной.

Как сообщил ученый Schmidt (1965), американским астронавтам назначалась комбинация радиопротекторов, составленная из 7 компонентов: резерпина, серотонина, АЭТ, цистеамина, глутатиона, парааминопропиофенона и хлорпромазина.

Пероральное совместное введение трех серосодержащих радиопротекторов (гаммафоса, цистафоса и АЭТ) обладает главным образом тем преимуществом, что их комбинация, по эффективности примерно равная каждой дозе отдельных компонентов, оказывается по сравнению с ними менее токсичной и, следовательно, более безопасной.

Химические радиопротекторы и гипоксия

Значительное снижение биологического воздействия ионизирующего излучения под влиянием общей гипоксии относится к основным представлениям в радиобиологии (сводка данных). Например, по данным Vacek и соавт. (1971), уменьшение содержания кислорода в окружающей среде до 8% во время облучения увеличивает среднюю летальную дозу у мышей на 3—4 Гр. Снижение уровня кислорода до 9,2—11% не приводит к повышению выживаемости мышей, подвергавшихся супралетальному воздействию гамма-излучения в дозе 14,5−15 Гр. Оно выявляется лишь после уменьшения содержания кислорода до 6,7%. Повышение радиорезистентности организма млекопитающего под влиянием химических радиопротекторов в условиях общей гипоксии, имеет не только практическое значение. Оно доказывает, что гипоксия — не единственный механизм защитного действия.

Усиление защитного действия цистеина в условиях гипоксии отметили в 1953 г. Mayer и Patt. В отношении цистеамина и цистамина эти данные подтвердили Devik и Lothe (1955), позже—Федоров и Семенов (1967). Сочетание индолилалкиламиновых протекторов, гипоксический механизм радиозащитного действия которых считается решающим, с внешней гипоксией, вопреки ожиданиям, также превысило радиозащитный эффект одной гипоксии.

Возможность защиты организма с помощью локальной гипоксии костного мозга путем наложения жгута на задние конечности мыши впервые установили Жеребченко и соавт. (1959, 1960). У крыс это наблюдение подтверждено Vodicka (1970), у собак—Ярмоненко (1969).

В опытах на мышах Баркая и Семенов показали (1967), что локальная гипоксия костного мозга после перевязки одной задней конечности, не дающей выраженного защитного эффекта при летальном облучении в дозах 10,5 и 11,25 Гр, в комбинации с цистамином обусловливает эффективную защиту. Точно так же Ярмоненко (1969) отметил суммацию радиозащитного эффекта после наложения жгута и введения цистеамина мышам. Защитный эффект мексамина не повысился при одновременном наложении зажимной муфты. После введения цистамина крысам с ишемизированными задними конечностями Vodicka (1971) получил суммацию эффекта и 100% выживание животных при абсолютно летальном в иных условиях гамма-облучении.

Применение радиопротекторов у человека

Предостерегающий опыт знакомства человечества с поражающим действием атомных взрывов в Японии в конце второй мировой войны обязал радиобиологов всего мира постоянно изыскивать возможности снижения риска непосредственных и отдаленных последствий ионизирующего излучения. Большую лепту в радиационный риск вносят различные антропогенные загрязнения.

Современные радиозащитные вещества до сих пор далеко не соответствуют требованиям, которые к ним предъявляются. Их действие нельзя по понятным причинам испытывать при остром тотальном облучении людей.

Единственным путем обнаружения защитного эффекта у людей является введение исследуемого протектора в предполагаемой эффективной дозе перед локальным облучением. При этом следует учитывать, что в действительности локальное облучение не может быть оптимальным для оценки вещества, предназначенного для защиты человека преимущественно от тотального облучения. Таким способом ученому Владимирову и соавторам (1971) удалось установить радиозащитное действие цистамина дигидрохлорида, введенного онкологическим больным в дозе 0,8—1,2 г (перорально) за час до начала локального облучения грудной клетки в дозе 2,15 Гр. Действие оценивали по выходу аберрантных митозов в стадиях анафазы и телофазы в костном мозге грудины, взятом через 24 ч после облучения. Другим критерием защитного действия служит в локально облученном организме количественное исследование хромосомных аберраций в ядрах лимфоцитов периферической крови. Анализу подвергаются митозы в метафазе. В ряде сравнительных опытов Владимиров и Джаракян (1982) определили возможности этих и других методов по оценке радиозащитного действия преимущественно цистамина при тотальном и локальном облучении экспериментальных животных и человека. На основе обширного экспериментального и клинического материала был сделан вывод, что однократная пероральная доза цистамина дигидрохлорида (1,2 г) обеспечивает человеку защиту с ФУД, равным 1,35.

В России цистамин разрешен для клинического применения при радиотерапии с целью уменьшения нежелательных пострадиационных эффектов. Таблетка содержит 0,4 г действующего вещества. Цистамин вводится по 0,6 г один раз в сутки за час до облучения при количестве лейкоцитов не менее 5000 в 1 мкл крови, лимфоцитов—18—20% и общей дозе 40— 50 Гр (местно). При суммарных дозах 100—120 Гр и количестве лейкоцитов 4000 в 1 мкл рекомендуется пероральная доза (0,8 г в сутки) перед каждым следующим облучением. У чувствительных лиц после приема цистамина могут появиться признаки раздражения пищеварительного аппарата, которые обычно не служат препятствием для продолжения приема препарата. Острые заболевания желудочно-кишечного тракта, острая сердечно-сосудистая недостаточность и нарушения функций печени являются относительными противопоказаниями к приему цистамина.

Другим радиопротектором, применяемым у нас в стране, является гидрохлорид мексамина. Таблетка содержит 0,05 г препарата. Эта доза рекомендована для однократного перорального приема за 30—40 мин до каждого сеанса лучевой терапии. При хорошей переносимости доза может быть увеличена до 0,1 г. Исключение составляют признаки непереносимости, такие как тошнота, головокружение и рвота. Нежелательные эффекты устраняются или смягчаются введением кофеина. При продолжающейся непереносимости прием мексамина следует прекратить. Противопоказаниями к приему мексамина служат выраженный склероз сосудов сердца и мозга, сердечно-сосудистая недостаточность, бронхиальная астма, болезни почек с функциональными нарушениями и беременность. Цистамин и мексамин необходимо предохранять от света при хранении.

Использование химических радиопротекторов при радиотерапии не получило широкого распространения, поскольку, по мнению радиологов, нельзя различить защиту здоровых и опухолевых тканей. Защита опухолевых клеток от действия ионизирующего излучения, безусловно, нежелательна. Цистеамин или АЭТ явно обеспечивают защиту экспериментальных опухолей. Некоторое различие в защите нормальных и злокачественных тканей не зависит от использованного протектора, а обусловлено неодинаковым кровотоком. Здоровые ткани с хорошим кровенаполнением будут иметь, несомненно, более высокую концентрацию радиопротектора, нежели область опухоли со значительно ограниченным кровоснабжением.

В США клинические испытания гаммафоса начались в марте 1979 г. Испытания проводились параллельно с двумя целями. Прежде всего следовало определить однократную максимально переносимую дозу гаммафоса в клинических условиях. Затем предстояло подобрать схему повторной дозировки гаммафоса на протяжении нескольких недель. Гаммафос ввели 50 больным однократно в нарастающих дозах от 25 до 910 мг/м², 15 больных получили его повторно. До однократной дозы 100 мг/м² у больных не отмечалось никаких побочных эффектов. Гаммафос вводили путем медленного вливания в течение 20—50 мин, контролируя кровяное давление, пульс, ЭКГ и дыхание. Вливание заканчивали за 15—20 мин до начала облучения. Максимальная переносимая однократная внутривенная доза была определена в 750 мг/м². Внутривенно дозу 170 мг/м² можно повторять 4-кратно в течение недели. Однократное и повторное введение гаммафоса сопровождалось тошнотой и рвотой, понижением кровяного давления, сонливостью и аллергическими кожными реакциями. В другой группе из 53 больных было установлено, что гаммафос не влияет отрицательно на противоопухолевое действие алкилирующих средств, что в сочетании с результатами экспериментов побуждает к дальнейшему клиническому исследованию свойств гаммафоса.

При индивидуальной защите людей от действия ионизирующего излучения вследствие взрыва ядерного оружия внутривенное вливание не может рассматриваться в качестве способа применения радиопротектора. Наиболее адекватен пероральный способ введения. По данным сотрудников отделения медицинской химии Армейского исследовательского института им. Уолтера Рида в Вашингтоне, опубликованным в работе Harris и Phillips (1971), люди переносят пероральную дозу гаммафоса 140 мг/кг, что для человека со средней массой тела 70 кг составляет общую однократную дозу 9,8 г, которая могла бы приниматься после растворения в достаточном объеме питьевой воды.

Другую практическую возможность представляет собой внутримышечная инъекция радиопротектора. На основе межвидового сравнения распределения и концентрации гаммафоса в тканях при внутривенном введении Washburn и соавторы (1976) предположили, что доза 20 мг/кг может обеспечить защиту человека от тотального облучения с ФУД 1,5. Для человека с массой тела 70 кг однократная парентеральная доза составила бы 1,4 г гаммафоса. Такую дозу можно приготовить в приемлемом для введения объеме соответствующего растворителя.

Несмотря на все подающие надежды данные, свидетельствующие о хорошем защитном действии гаммафоса в эксперименте и клинике, даже этот препарат не обладает идеальными свойствами для использования в радиотерапии. По мнению очень многих ученых желательно иметь более эффективное и менее токсичное вещество. Национальный институт исследований рака в США субсидирует поиск новых химических радиопротекторов. Его проведение было поручено исследовательскому центру в Филадельфии (Fox Chase Cancer Center). Из 50 до сих пор испытанных веществ около 20 защищали мышей от костномозговой гибели при острой лучевой болезни. Однако ни одно из них по своим свойствам не превосходило гаммафос.

В Японии было испытано радиозащитное вещество 2-меркаптопропионилглицин, который уже с 1963 г. используется в клинике как средство детоксикации. Оно вводится людям в дозах 100 и 500 мг перорально или внутривенно. Каких-либо побочных эффектов не отмечается. В опытах на мышах оптимальная внутрибрюшинная защитная доза составляет 20 мг/кг. От летального действия тотального гамма-облучения она защищает с ФУД 1,4. Терапевтический индекс высок, поскольку внутрибрюшинная токсическая доза МПГ у мышей по ЛД₅₀ составляет 1400 мг/кг.

При радиотерапии злокачественных опухолей в тазовой области с суточной дозой облучения 1,5 Гр (5-кратно в течение недели) до суммарной дозы 60 Гр или до общей дозы 40,5 Гр при послеоперационном облучении внутривенное введение МПГ больным в дозе 250 мг в 20% растворе глюкозы за 15—30 мин до каждого облучения оказывало благоприятное влияние на количество лейкоцитов в периферической крови и на выход хромосомных аберраций.

В случае, если бы удалось получить высокоэффективный радиопротектор, не обладающий побочными токсическими эффектами, его использование в ядерной войне было бы ограничено продолжительностью защитного действия, так как трудно с точностью во времени предсказать применение противником ядерного оружия. Существует, однако, случай обоснованного использования радиопротекторов в рамках самопомощи, а именно: перед вынужденным вxoждeниe в зону радиоактивного следа от ядерного взрыва. Здесь возможны и организационные меры, прежде всего рациональное чередование пребывания отдельных лиц в зоне и вне ее, чтобы ограничить суммарную дозу радиации.

Наряду с этим действенная защита людей создается механической (физической) защитой. К ней относится как общая защита в убежищах, подвалах зданий, самих домах, в складках местности и за природными преградами, так и частичная физическая защита преимущественно радиочувствительных тканей, кроветворного костного мозга и слизистой оболочки пищеварительного аппарата.

В чрезвычайных условиях необходимо помнить об использовании любой возможности защиты от действия ионизирующего излучения.

Введение

химических радиопротекторов представляет собой в настоящее время малоэффективную меру, которую, однако, можно предоставить большому количеству подверженных опасности людей.

В мирных условиях нельзя рекомендовать долговременное повторное (например, ежедневное) введение доступного радиопротектора цистамина лицам, работающим с ионизирующим излучением, исследователям, медицинскому персоналу, работникам АЭС и т. п. Риск возникновения побочных эффектов цистамина, особенно при хроническом введении, намного превышает вероятность риска возможного внешнего облучения. Цистамин также не предназначен для защиты людей от действия излучений при загрязнении организма радиоактивными веществами. Цистамин показан к применению у лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений только в такой явно аварийной ситуации, которая угрожает им однократным облучением в основном всего тела в дозе более 1 Гр. Рекомендованная однократная защитная доза цистамина составляет 0,8−1,2 г. В случае необходимости можно вводить цистамин повторно с 6-часовыми интервалами до общей дозы 30 г.

К клиническому применению цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии, следует подходить индивидуально с учетом их переносимости самой терапии. В наших экспериментах на крупных лабораторных животных комбинация цистамина с метоклопрамидом оказалась пригодной для устранения послецистаминовой рвоты. Эта комбинация рекомендуется и больным для приема внутрь. По экспериментальным данным, гаммафос — более перспективный радиопротектор, чем цистамин. Вопрос об адекватности применения доступного радиопротектора цистамина у больных, подвергающихся лучевой терапии, — решит практика.

Радиопротекторы представляют большой интерес как с научной, так и с практической точки зрения.

Паракват. Молекулярное строение, физико-химические свойства, применение, механизм действия, клиника, лечение при поражении

Паракват (англ. Paraquat) — это торговое название N, N'-диметил-4,4'-дипиридилия дихлорида, который относится к производным виологена. В форме четвертичной аммонийной соли паракват широко используется как сильный гербицид неспецифического действия. Токсичен для человека и животных.

Молекулярное строение:

Систематическое наименование: 1,1-диметил-4,4-дипиридилий дихлорид Химическая формула: С12Н14Сl2N2.

Молярная масса = 257,16г/моль Плотность = 1,25 г/см³

Температура плавления = 175−180°C.

Температура кипения >300°C.

Паракват — кристаллическое вещество белого цвета, без запаха. Хорошо растворяется в воде и спиртах; температура кипения 300 °C (при этом препарат разлагается).

Применяется паракват в виде крупнодисперсного аэрозоля (300−600 мкм). После выседания аэрозольных частиц на почву агент быстро разрушается с образованием малотоксичных продуктов. Поэтому даже при интенсивном использовании ядохимиката не отмечено его накопления в окружающей среде.

Токсикокинетика: Наиболее частой причиной отравления людей являются поступление параквата через рот. После приема вещество всасывается в тонком кишечнике (не более 20% от введенного количества) и распределяется в организме. Легкие активно захватывают паракват через механизм аккумулции биогенных аминов, метаболизм которых в основном проходит в легочной ткани.

Механизм действия: В механизме токсического действия параквата ведущую роль играет образование в результате его метаболизма клетками, накапливающими вещество, активного промежуточного продукта, инициирующего свободнорадикальный процесс. Повреждение мембран вследствие активации перекисного окисления липидов, сопровождается гибелью клеток, формирующих альвеолярно-капиллярный барьер. Наиболее чувствительны к параквату альвеолоциты I типа. Возможно, что в основе повреждения альвеолоцитов лежит не только активация ПОЛ, но и другие механизмы. Важную роль в процессе разрастания соединительной ткани в легких играют альвеолярные макрофаги и нейтрофилы крови. Эти клетки, активированные паракватом, продуцируют специфические гликопротеины, усиливающие пролиферацию фибробластов и их фиксацию на базальной мембране альвеол. Предотвратить накопление параквата в легких после его приема на практике не удается. Субстраты-конкуренты яда (цистамин, путресцин и т. д.) могут оказать эффект лишь в ранние сроки от начала интоксикации (первые 8−12 часов).

Клиника: Действуя в дозах выше среднелетальных, вещество поражает все жизненно важные органы (печень, почки, легкие). Развиваются: ожог слизистой желудочно-кишечного тракта, диаррея, повреждение паренхиматозных органов и острый токсический альвеолит. Характерна отсроченная гибель отравленных через несколько дней или недель от нарастающего фиброза легких. Поражение легких при интоксикации паракватом протекает в две фазы. В первую — деструктивную (1 — 3 сутки) — наблюдается гибель и десквамация альвеолоцитов 1-го и 2-го типов, что становится причиной острого альвеолита, токсического отека легких. Во второй фазе — пролиферативной — происходит замещение альвеолоцитов кубовидными клетками, постепенное разрастание фиброзной ткани.

Диагностика паражения: Первым шагом на пути выявления лиц, подвергшихся острому воздействию токсикантов, является констатация самого факта воздействия. В тех случаях, когда этот факт очевиден (в лицо солдату выброшена струя токсического агента), процедура носит формальный характер (регистрация случая). Однако значительно чаще это не простая задача. Поскольку транзиторные токсические реакции быстро исчезают, а стойкие признаки острого ингаляционного поражения формируются постепенно, диагностика развивающейся патологии в ранние сроки представляет известную сложность. Рентгенографические изменения в легких в первые часы после воздействия ОВТВ отсутствуют; содержание газов в крови — в пределах нормы. Существуют косвенные признаки, позволяющие предположить возможность поражения пульмонотоксикантами. К их числу относятся: ожег кожи лица, слюнотечение, затруднение дыхания, кашель и т. д. Лиц, доставленных из зоны пожара (особенно при возгорании синтетических материалов) или взрыва в закрытом помещении всегда следует рассматривать как потенциально отравленных. Особое внимание следует уделять пострадавшим, находящимся в бессознательном состоянии, поскольку вероятность получить тяжелое отравление у них выше.

Медицинская защита: Медицинская защита от поражения веществами удушающего действия предполагает проведения целого комплекса мероприятий:

Специальные санитарно-гигиенические мероприятия:

— использование индивидуальных технических средств защиты (средства защиты органов дыхания) в зоне химического заражения.

Специальные лечебные мероприятия:

• — своевременное выявление пораженных;
• — применение средств патогенетической и симптоматической терапии состояний, угрожающих жизни, здоровью, дееспособности, в ходе оказания первой (само-взаимопомощь), доврачебной и первой врачебной (элементы) помощи пострадавшим.
• — подготовка и проведение эвакуации

Лечение при поражении: При отравлениях паракватом абсолютно противопоказана оксигенотерапия. Данное мероприятие достоверно ускоряет гибель отравленных. Только в случаях угрожающей жизни гипоксемии (РО2 в артериальной крови менее 40 мм Hg) возможна ингаляция кислорода.

Показания к госпитализации:

• — поражение в замкнутом пространстве
• — сохранение признаков поражения (кашель, одышка и т. д.) долее 4 часов
• — нарушение сознания
• — ожог кожи лица
• — загрудинные боли

Показания к оказанию неотложной помощи:

• — угнетение сознания
• — гипоксия
• — снижение объёма форсированного выдоха

Показания к интубации:

• — ларингоспазм
• — тяжелый отек гортани
• — острая дыхательная недостаточность, угрожающая жизни

Оказание помощи при развивающемся токсическом отеке легких включает следующие мероприятия:

• 1. Снижение потребления кислорода (покой, тепло, назначение успокаивающих и противокашлевых средств).
• 2. Борьба с гипоксией (вынужденное положение тела, ингаляция противовспенивающих средств).
• 3. Профилактика отека (ингаляция и системное введение стероидных противовоспалительных препаратов; назначение антиоксидантов и др. препаратов).
• 4. Снижение объема крови, циркулирующей в малом круге кровообращения (вынужденное положение тела; форсированный диурез; жгуты на конечности).
• 5. Стимуляция сердечной деятельности.
• 6. Борьба с осложнениями (антикоагулянты; антибиотики).

Общая продолжительность лечения пострадавших — около 15 — 20 дней, осложненных форм — 45 — 55 дней.

Поскольку при экстремальных ситуациях пострадавшие часто имеют сопутствующие поражения (ожоги, шок) и нередко нуждаются в переливании большого количества жидкостей, оказание им помощи весьма затруднено.

Медицинские средства защиты: Антидоты отсутствуют. В качестве медицинских средств защиты (на догоспитальном этапе) используют препараты, предназначенные для профилактики или устранения (минимизации) развивающихся эффектов, угрожающих жизни, здоровью пострадавших, снижающих их дееспособность.

Кортикостероидные препараты: Назначение глюкокортикостероидов преследует три основные цели:

• — снижение выраженности обструкции дыхательных путей;
• — уменьшение проницаемости альвеолярно-капиллярной мембраны;
• — устранение нарушений гемодинамики.

Вместе с тем хорошо известны и опасности, связанные с использованием кортикостероидов, главная из которых состоит в повышении вероятности развития серьезных инфекционных осложнений. Некоторые авторы считают эту опасность столь существенной, что рекомендуют воздержаться от этих препаратов при некоторых формах поражения, в частности, при комбинации респираторных поражений с ожогами.

Преодоление противоречия лежит в возможности ингаляционного (преимущественно местного) применения препаратов. Так, по мнению Диллера (1984), условием успешной терапии поражения удушающими веществами, является, возможно, более раннее (в скрытом периоде) ингаляционное применение дексазона-21-изоникотината, причем только за первые сутки рекомендуется совершить до 250 ингаляций.

Оправдан ингаляционный способ введения такого аэрозольного препарата, как дексаметазон, со скоростью 150 ингаляций в течение первых 6 ч после поражения. При крайне тяжелой интоксикации или запоздалом лечении (развившемся отеке) переходят на парентеральное введение преднизолона.

Продолжается поиск альтернативных средств снижения альвеолярно-капиллярной проницаемости и предупреждения отека легких. В качестве таковых испытываются нестероидные противовоспалительные препараты, влияющие на метаболизм эйкозаноидов, простациклинов (диклофенак), антиоксиданты (большие дозы аскорбиновой кислоты, производные антрохинона, диметилсульфоксид, восстановленный глутатион, унитиол, витамины Е и А), ингибиторы протеаз (контрикал), ингибиторы NO-синтазы (L-нитроаргини), блокаторы кальциевых каналов (верапамил) и т. д.

Радиационный мониторинг окружающей среды цели, задачи, методы

Охрана окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов и обеспечение экологически благоприятных условий для проживания людей являются стратегически важной задачей государственной политики. Их успешное решение во многом определяет особенности устойчивого развития страны. Национальная стратегия устойчивого развития рассматривает экологический аспект наравне с экономическим и социальным.

Государственное управление охраной окружающей среды и природопользованием основывается на достоверной и своевременной информации о состоянии и тенденциях изменения окружающей среды.

Механизмом, обеспечивающим все уровни управления необходимой экологической информацией для определения стратегии природопользования и принятия оперативных управленческих решений, является мониторинг окружающей среды.

Концепция оптимизации Национальной системы мониторинга окружающей среды определяет мониторинг окружающей среды как систему проводимых по определенной программе длительных регулярных наблюдений за окружающей средой, оценки состояния, анализа и прогноза изменений окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

Ведение мониторинга окружающей среды основывается на принципах:

реализации экосистемного подхода;

объективности, достоверности и комплексности экологической информации;

обязательности информирования органов государственного управления;

обеспечения доступа к информации для граждан и юридических лиц.

В рамках Национальной системы мониторинга окружающей среды (НСМОС) мониторинг атмосферного воздуха, поверхностных вод, техногенного загрязнения почв и радиационный мониторинг осуществляет Департамент по гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Основными задачами мониторинга окружающей среды являются:

наблюдение за компонентами окружающей среды;

анализ и оценка состояния окружающей среды;

прогнозирование состояния окружающей среды и ее компонентов;

информационное обеспечение органов государственного управления.

Основной целью радиационного мониторинга является проведение наблюдений за естественным радиационным фоном; радиационным фоном в районах воздействия потенциальных источников радиоактивного загрязнения, в том числе для оценки трансграничного переноса радиоактивных веществ; радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС. Наблюдения за содержанием радионуклидов в компонентах окружающей среды, прогнозирование и выявление тенденций изменения их содержания проводится с целью предупреждения негативных ситуаций, угрожающих здоровью людей и окружающей среде, обеспечения органов государственного управления достоверной информацией о радиационной обстановке для принятия оперативных управленческих решений по предупреждению и ликвидации негативных ситуаций.

Особое внимание уделяется работам по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Радиационная обстановка в Москве и по Центральной России систематически контролируется с 1987 года. Наблюдения за радиоактивностью объектов окружающей среды и дозами излучения на территории города выполняются согласно «Концепции и программе радиоэкологического мониторинга Москвы», утвержденной Правительством Москвы. Радиоэкологический мониторинг включает в себя наблюдение объектов окружающей среды, систематизацию и обобщение массива данных, создание информационного банка данных, оценку общей и локальной радиационной обстановки.

Система радиоэкологического мониторинга, состоит из мобильных и стационарных средств контроля. Мобильные средства включают в себя автомобильный и водный комплексы. Стационарные средства интегрированы в режимную сеть наблюдения (134 пункта), сеть стационарных постов контроля воздушного (6 постов) и водного бассейна (64 поста), сеть автоматических измерителей радиационного фона (ИРФ) — 50 точек. ИРФ размещены на автомагистралях, крупных предприятиях, в местах массовых миграций населения с учетом планомерного охвата всех административных округов. ИРФ является полностью автоматизированным элементом мониторинга региона. Он выполняет функции непрерывного измерения радиационного фона в автоматическом режиме отслеживания заданных пороговых уровней фона и выход на связь с информационным центром при их превышении. Опрос показаний измерителей производится круглосуточно, и информация предоставляется населению на индикаторных табло. В процессе мониторинга ежегодно отбирается и анализируется более 3000 проб объектов окружающей среды, выполняется около 2500 км авто-гамма съемки. Вклад в дозу облучения городского населения за счет природных радионуклидов вносят в основном продукты распада радона, находящегося в воздухе помещений. Организован систематический контроль детских дошкольных и школьных учреждений, а также жилых и общественных зданий.

Согласно утвержденной «Программе совместных комплексных проверок объектов радиационного риска г. Москвы» с 1997 г. проводятся обследования радиационно-опасных объектов города. По результатам работ оценивается общая и локальная радиационная обстановка в контролируемых регионах и тенденции ее изменения, осуществляется прогнозирование ситуации. Результаты мониторинга используются при составлении ежегодного радиационно-гигиенического паспорта территории г. Москвы, в котором в обобщенном виде дается характеристика основных источников загрязнения объектов окружающей среды, приводится структура облучения населения, расчетная годовая эффективная доза.

В целом радиационная обстановка в Москве признана удовлетворительной. Однако, высокая насыщенность мегаполиса радиационно-опасными объектами не снижает вероятность радиационных инцидентов. Действующая в ФГУП «РАДОН» комплексная система наблюдения за радиоактивностью окружающей среды, выявления участков повышенного радиоактивного загрязнения, дезактивации и захоронения радиоактивных отходов является одним из гарантов обеспечения радиационной безопасности населения и немаловажным фактором устойчивого социального развития общества.

Опыт применения техники ЦНИИ РТК во время ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС показывает, что придание средствам противодействия радиационного загрязнения новых технических качеств требует нескольких лет целенаправленной работы.

ЦНИИ РТК предлагает создание унифицированной системы на базе разработанных аппаратурно-программных комплексов радиационного мониторинга для защиты города или региона от угрозы радиационного терроризма. Значительная часть этой аппаратуры применялась при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС и была впоследствии существенно доработана на основании полученного опыта действий в экстремальных условиях.

Важнейшим направлением работ ЦНИИ РТК при ликвидации последствий аварии на ЧАЭС в апреле 1986 г. была разработка и применение систем дистанционного радиационного мониторинга. В работе принимали непосредственное участие как техника, так и персонал нашей организации. Были использованы ранее созданные для войск химической защиты системы «Зефир» для обнаружения источников ионизирующего излучения с воздуха, «Изъятие» для решения той же задачи с помощью наземных средств, гамма — локатор, испытанный ранее на Белоярской АЭС. Срочно была разработана и поставлена на станцию аппаратура «Зефир-М» для дистанционного определения мощности дозы на высоте 1 м над поверхностью земли с борта воздушных средств. С помощью этой аппаратуры в сентябре 1986 года было обследовано 250 км² территории вблизи АЭС, 93 населенных пункта и 6 дорог. В результате работ был получен уникальный опыт применения техники в экстремальных условиях. В дальнейшем этот опыт был учтен и реализован в последующих разработках. Автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО) предназначена для проведения контроля радиационной обстановки территории (региональная) или потенциально опасного объекта (объектовая). Необходимо отметить, что ещe в 1989 году было принято решение о создании ЕГАСКРО — единой государственной автоматизированной системы контроля радиационной обстановки. Разработанная в ЦНИИ РТК концепция построения региональной системы контроля была впервые представлена, рассмотрена и одобрена как наиболее перспективная на Всесоюзном совещании по Единой государственной автоматизированной системе контроля радиационной обстановки и рекомендована к разработке в 1990 г. Система включает в себя стационарные посты и мобильные средсьтва радиационного контроля, пункт сбора и обработки информации и региональный измерительный центр. После 1991 г. работы в данном направлении продолжались в рамках заказов от различных министерств и других заинтересованных организаций, включая поставку готовых образцов и эксплуатацию установленных систем. В настоящее время в ЦНИИ РТК разработаны как общие концепции построения различных региональных и объектовых АСКРО, так и отдельные их элементы.

Главной особенностью и преимуществом данного проекта является то, что он основывается на применении в качестве основной компоненты мобильных комплексов радиационной разведки с улучшенными обнаружительными характеристиками блоков детектирования на базе дешевых кристаллических сцинтилляторов большого объема и газоразрядных детекторов. Данный подход ориентирован на специфику российских условий по контрасту со спецификой европейских экологических АСКРО, основу которых составляют стационарные посты на базе дорогостоящих полупроводниковых детекторов. Предлагаемый подход обладает следующими преимуществами:

• — Позволяет обойтись дешевыми средствами контроля, что весьма важно при их массовом применении.
• — Позволяет контролировать весьма значительные территории, используя ограниченные средства.
• — Применять эти средства в районах с пересеченным рельефом местности и недостаточно оборудованными дорогами.
• — В случае необходимости позволяет быстро мобилизовать и стягивать в район предполагаемой активности террористов значительные силы из других районов.

Следует особо подчеркнуть, что применение этих средств может быть эффективно только в том случае, если используется соответствующее информационное и математическое обеспечение. Именно это обеспечение является главным ноу-хау разработчиков.

Структура предлагаемой региональной АСКРО включает в себя следующие основные компоненты:

• — система стационарных постов радиационного контроля, соединенных линиями связи с пунктом сбора и обработки информации;
• — воздушный комплекс радиационной разведки (ВКР);
• — наземный комплекс радиационной разведки (НКР);
• — надводный (подводный) комплекс радиационной разведки (ПКР);
• — региональный информационный центр (РИЦ);
• — носимые и возимые средства радиационного контроля;
• — комплекс моделей и пакетов программного обеспечения, банки данных.

Система стационарных постов включает в себя сеть специальным образом расположенных и оборудованных стационарных средств наблюдения за перемещением радиоактивных грузов и транспорта и поиска источников повышенной радиации. Сюда входят посты радиационного наблюдения на контрольно-пропускных пунктах и оперативные средства контроля транспортных магистралей. Эта система может иметь свою собственную информационную сеть и первичный пункт сбора и обработки информации. Система должна иметь прямую или косвенную связь с РИЦ. Квазистационарными средствами можно назвать мобильные комплексы разведки, положение которых не меняется в течении продолжительно периода времени, например автомобильный комплекс разведки на обочине дороги. Функционирование этих средств аналогично стационарным.

Мобильные средства радиационной разведки предназначены для экспрессного обследования радиационной обстановки в подвергшемся загрязнению районе, составления карт дозных полей, поиска и определения местоположения локальных источников ионизирующего излучения, включая гаммаи нейтронное излучение. В процессе работы мобильных средств используются методы дистанционного радиационного мониторинга, позволяющего определять параметры радиационных полей на расстоянии, что особенно важно в случае, если прямой доступ к источникам радиации затруднен ввиду наличия завалов, пожаров, задымления, наличия опасных для людей химических и радиационных полей. В состав мобильных средств входят воздушные (ВКР) и наземные (НКР) комплексы радиационной разведки.

ВКР устанавливается на борту самолета или вертолета без специальной доработки последних, дистанционно определяет мощность экспозиционной дозы на высоте 1 м над поверхностью земли, осуществляет поиск локальных источников гаммаи нейтронного излучения. По результатам работы составляется карта дозной обстановки с привязкой к местности.

НКР устанавливается на борту автомобиля и бронетранспортера и решает подобные задачи более детально, работая автономно или используя информацию, полученную с ВКР. Передвижная радиологическая лаборатория располагается на борту оборудованного микроавтобуса и предназначена для решения широкого круга задач, связанных с радиационным мониторингом окружающей среды и радиационно-опасных объектов. Лаборатория может решать задачи оперативного радиационного контроля транспортных магистралей, поиска локальных источников радиации, дистанционного определения мощности дозы, идентификации нуклидного состава и определения активности радиационного загрязнения, а также проведения лабораторных исследований на месте. Лаборатория может оснащаться робототехническим комплексом для поиска, исследования и изъятия опасных локальных источников радиации.

ПКР предназначен для экспрессной оценки в экспедиционных условиях радионуклидного состава среды. ПКР производит поиск локальных источников гамма-излучения, определение мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, идентификацию и определение объемной активности отдельных радионуклидов. При работе опускается на кабель-тросе с борта корабля или глубоководного аппарата.

РИЦ устанавливается на наземном транспорте и предназначен для сбора, хранения и первичного анализа информации, поступающей со стационарных постов и мобильных средств, а также координации работы всей системы и оповещения соответствующих служб и администрации района о возникновении радиационной угрозы. Результаты обработки представляются в виде карты дозных полей с нанесенными на ней локальными источниками гаммаи нейтронного излучения, протоколов стандартной формы с формированием обширной базы данных.

Носимые и возимые средства радиационного контроля предназначены для проведения углубленного контроля оперативным образом на месте или в специально оборудованном пункте. К ним относятся полевой альфа-, бета-, гамма-спектрометр и ручной направленный гамма-пеленгатор.

Особая роль в предотвращении радиационного терроризма и несанкционированного перемещения радиоактивных материалов по территории контролируемого региона отводится стационарным и мобильным средствам радиационного контроля, использующим методы спектрометрического дистанционного радиационного мониторинга. В ЦНИИ РТК получил развитие подход, который можно назвать «углубленным спектрометрическим методом» для дистанционного радиационного мониторинга. Этот метод базируется на идее максимального использования спектрометрической информации в сочетании с априорной информацией об источнике ионизирующего излучения и окружающей среде. Для своей реализации этот подход требует наличия повышенного уровня спектрометрических характеристик применяемых блоков детектирования, использования специальных методов математического и физического моделирования, а также специальных алгоритмов обработки спектрометрической информации.

Функционирование системы может осуществляется в следующих режимах:

• — Режим патрулирования. Осуществляется экономичное использование ресурсов системы. Идет наблюдение за перемещением известных источников повышенной радиации и поиск неизвестных. В случае обнаружения подозрительного источника информация передается в РИЦ.
• — Режим активного поиска. В случае, если зафиксировано наличие подозрительного источника радиации на территории контролируемого района или получена оперативная информация от правоохранительных органов о его наличии, силами мобильных средств предпринимается целенаправленный поиск источника радиации и его дистанционное исследование.
• — Режим задержания. На основании полученных данных правоохранительные органы проводят задержание подозрительных грузов, транспортных средств или людей в частности для проведения углубленного радиационного контроля. Контроль может проводиться оперативно на месте задержания или в специально оборудованном пункте. В этом случае правоохранительные органы должны обеспечиваться необходимой для задержания информацией и снабжаться необходимым для проведения контроля оборудованием. В качестве такого оборудования могут применяться специальные носимые и возимые средства контроля.

Предложенная система может решать следующие задачи по борьбе с угрозой ядерного терроризма:

• * обнаружение подготовки террористического акта;
• * борьба с контрабандой радиоактивных материалов и их несанкционированным перемещением;
• * обнаружение радиоактивного загрязнения в результате диверсии на ранних стадиях и оповещение соответствующих служб и населения;
• * ликвидация последствий террористических актов.

Кроме того, система может решать задачи, не связанные непосредственно с угрозой ядерного терроризма:

• * осуществление экологического радиационного мониторинга;
• * контроль за выбросами радиоактивности с потенциально опасных объектов АЭС, предприятий по добыче, переработке и хранению ядерных материалов;
• * ликвидация последствий ядерных аварий.

Отметим особенности применения системы для решения задач экологического радиационного мониторинга (ЭРМ). Мобильные комплексы и РИЦ могут непосредственно использоваться для решения этих задач с несколько модифицированным программным обеспечением. В качестве системы стационарных постов должна использоваться система специализированных для решения задач ЭРМ постов, которые должны иметь специальное оборудование и расположение. В случае крупной диверсии на предприятии ядерно-энергетического комплекса и выхода в окружающую среду большого количества радиоактивности должны быть задействованы все средства радиационного мониторинга и проводиться все действия, аналогичные действиям в случае крупной ядерной аварии. При этом мобильные комплексы радиационной разведки решают задачи экспрессной радиационной разведки, оперативного контроля радиационной обстановки, составление карт дозных полей, разведку маршрутов движения автоколонн, поиск радиоактивных пятен на местности, поиск и изъятие локальных источников радиации.

Многофункциональность системы обеспечивает возможность ее постоянного использования и поддержания работоспособности, что создает условия для более эффективного противодействия радиационному терроризму.

Комплексы, создаваемые в рамках настоящего проекта, обеспечат соответствующие службы РФ необходимой информацией о состоянии радиационного фона для обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, а также для проведения защитных и восстановительных мероприятий по преодолению последствий радиационных аварий, в том числе и в результате возможных террористических атак.