Свободные радикалы в биологии: окислительный стресс и последствия ионизирующего излучения

Наиболее важным акцептором электронов в биосфере является молекулярный кислород, который благодаря своей бирадикальной природе легко принимает неспаренные электроны, образуя ряд частично восстановленных форм, совокупно известных как восстановленные, или активные, формы кислорода (АФК). К ним относятся супероксид (O₂•−), перекись водорода (H₂O₂), гидроксильный радикал (HO•), а также пероксильные (ROO•) и алкоксильные (RO•) радикалы. Они могут участвовать в инициировании и распространении цепных реакций свободнорадикального окисления и потенциально способны вызывать выраженное повреждение клеток. В организме сформировались механизмы ограничения и контроля этих процессов — отчасти за счёт компартментализации, отчасти благодаря антиоксидантной защите. Она включает антиоксидантные соединения, обрывающие цепные реакции и способные образовывать стабильные свободные радикалы (например, аскорбат и α-токоферол), а также ферментные системы (например, супероксиддисмутазу, каталазу и пероксидазы), снижающие внутриклеточную концентрацию АФК. Хотя некоторые АФК выполняют полезные функции, их образование, превышающее способность организма обеспечивать антиоксидантную защиту, приводит к окислительному стрессу; возникающее при этом повреждение тканей может участвовать в развитии ряда заболеваний. Доказательства участия АФК в первичных патологических механизмах получены главным образом при воздействии внешних физических или химических факторов, среди которых, вероятно, ведущую роль играет излучение. Одним из важных свободнорадикальных соединений, образующихся под действием излучения, является гидроксильный радикал, который неспецифично атакует соседние молекулы, часто с близкой к диффузионно-контролируемой скоростью. Ионизирующее излучение вызывает образование гидроксильных радикалов либо непосредственно вследствие окисления воды, либо опосредованно — за счёт образования вторичных частично восстановленных АФК. Впоследствии под действием метаболических процессов в клетке они могут превращаться в гидроксильные радикалы в результате дальнейшего восстановления («активации»). Поэтому вторичное радиационное повреждение зависит от антиоксидантного статуса клетки, а также от количества и доступности механизмов активации. Биологический ответ на излучение может изменяться при воздействии на факторы, определяющие эти вторичные механизмы повреждения клеток.