Технология получения текстильных и гидрогелевых депо-материалов с радиопротекторными свойствами, страница 10

В связи с тем, что разрабатываемые материалы предполагается стерилизовать в упакованном виде,обеспечивающем сохранение стерильности при транспортировании и хранении, а также учитывая термическую чувствительность ЛП и полимерной матрицы, наиболее эффективным является использование радиационной стерилизации [137, 138, 139]. В связи с тем, что в качестве основы создаваемых изделий нами были выбраны полимерные материалы, представляет интересболее подробно остановиться на описании основных реакций, протекающих в данных системахпод воздействием радиационного облучения.Согласно литературным данным, под действием ионизирующего излучения в полимерахмогут происходить химические превращения, которые представляют собой реакции, приводящие к изменению состава, строения или степени полимеризации макромолекул.

В зависимостиот изменения степени полимеризации различают три основных типа химических превращенийполимеров: без изменения степени полимеризации (внутримолекулярные реакции полимеров);с увеличением степени полимеризации макромолекул (при сшивании макромолекул полимеров,а также в случае привитой сополимеризации); с уменьшением степени полимеризации (реакциидеструкции макромолекул) [137].

Из литературных данных известно, что полимеры, содержащие в молекулярной цепи хотя бы один атом водорода на каждый атом углерода, преимущественно сшиваются, в то время как полимеры, имеющие в каждом мономерном звене полностьюзамещенные атомы углерода – деструктурируются. Сшивание протекает преимущественно в38аморфных областях и в значительно меньшей степени в кристаллических образованиях, так какв них подвижность деструктурирующих полимер свободных радикалов ограничена сильныммежмолекулярным взаимодействием [137].Реакция деструкции представляет собой радикально-цепной процесс, включающий стадии инициирования, развития и обрыва цепи.

Инициирование является лимитирующей стадией,реализуемой в результате распада макромолекулы с образованием макрорадикалов [137, 140]:~СН2 – СН2 – СН2 – СН2~ → ~СН2 – Н2 + Н2 – СН2~(1)Процесс развития цепи включает в себя изомеризацию радикалов (уравнение 2), отщепление молекул мономера (3) или высших олефинов (4), передачу цепи на соседние макромолекулы и разрыв макромолекулы (5):~СН2 – СН2 – СН2 – Н2 → ~СН2 – СН2 – Н – СН3(2)~СН2 – СН2 – СН2 – Н2 → ~СН2 – Н2 + СН2 = СН2(3)~СН2 – СН2 – Н – СН3 → ~ Н2 + СН2 = СН – СН3(4)~СН2 – СН2 – Н – СН2~ → ~ Н2 + СН2 = СН – СН2(5)Обрыв цепи происходит при взаимодействии двух радикалов по реакции:~СН2 – СН2 – СН2 – СН2~~СН2 – Н2 + Н2 – СН2~(6)~СН = СН2 + СН3 – СН2~Радиационная деструкция большинства полимеров и полимерных материалов наблюдается преимущественно в макромолекулах, содержащих четвертичный атом углерода; в полимерах, легко деполимеризуемых с образованием чистых мономеров; в разветвленных углеводородных цепях [141].

Ряд полимеров под действием излучения претерпевают деструкцию, которая сопровождается одновременной перегруппировкой химических связей вблизи разрыва. Деструкция сопровождается образованием двойных связей и выделением газов (Н 2, СН4, СО,СО2), образующихся, главным образом, при отрыве боковых цепей. Основной эффект деструкции состоит в уменьшении средней молекулярной массы полимера.

Реакции деструкции протекают как на поверхности, так и в объеме полимера, что позволяет говорить о накоплении низкомолекулярных веществ во всей массе образца [137].Далее остановимся более подробно на общих особенностях деструкции водных растворов биополимеров, используемых в данной работе.

Облучение полимеров в разбавленном растворе приводит к химическим изменениям в результате «непрямого действия» излучения [142,143]. Радиолиз воды, входящей в состав облучаемых объектов, вызывает образование свободных радикалов, которые могут взаимодействовать с растворенным полимером:ионизирующая радиацияОН(7)39Радиационно-химический выход (количество частиц на 100 мВ энергии, поглощаемойсистемой от ионизирующего излучения) частиц, перечисленных в уравнении 7, в настоящеевремя установлен и составляет 2,8; 0,6; 2,7; 0,7; 0,5 и 2,7∙10-7моль∙Дж -1 для ОН , Н , e-aq, H2O2,H2 и H+ соответственно [144, 145].

Образующиеся при радиационном воздействии активныеформы кислорода – как первично, так и вторично после взаимодействия молекулярного кислорода с активными продуктами – восстановителями: гидратированным электроном и Н , могутвступать в реакцию практически с любыми органическими соединениями, входящими в составбиологических объектов, приводя к появлению в структуре биополимера органических гидроперекисей, перекисей и эпоксидов [146].При облучении насыщенных растворов полимеров в среде закиси азота, гидратированные электроны (е-аq) способствуют образованию ОН радикалов:(8)ВуказанныхусловияхрадиационныйвыходОНрадикаловсоставляет5,6∙10 -7 моль∙Дж -1, тогда как атомы Н2 образуются с выходом ~ 0,6∙10 -7 моль∙Дж-1.При низкой концентрации полимера плотность сеток не является достаточной для протекания процесса рекомбинации цепи и образования сетевых сшивок.

Два основных радикала,присутствующие в насыщенном водном растворе системы, взаимодействуют с углеводами(RH), разрывая cвязи между углеродом и водородом. Гидроксильные радикалы не обладаютспецифическим действием и поэтому радикальные участки формируются во многих положениях в углеводородном скелете растворенного вещества. В таких системах именно гидроксильныерадикалы являются главными H-реципиентами. Так, например, гидроксильные радикалы вступаютвреакциюсгиалуроновойкислотойсконстантойскоростиреакцииK2 = 0,9·109 моль-1∙дм 3 ∙с-1, в то время как в реакции с H-атомами скорость реакции ниже и составляет К2 = 7∙107 моль-1∙дм3∙с-1 [147].Гидратированные электроны (е-аq), образующиеся при радиолизе воды, в том случае, если система не содержит кислорода, вступают в реакцию только с гидроколлоидами. Они не обладают способностью «отщепления» электронов из полимерных молекул углеводов, таких, как,например каррагинан, гиалуроновая кислота и КМЦ, где константа скорости «исчезновения»гидратированного электрона была определена как 4 – 5,2∙106 моль-1∙дм3∙с-1и коррелирует с«нормальной» скоростью исчезновения гидратированных электронов в воде в отсутствие КМЦ,демонстрируя, что их взаимодействие с КМЦ является незначительным [147].

В случае, еслисистема содержит кислород, гидратированные электроны вступают в реакцию с кислородом дообразования радикала супероксида (O.- 2):мольдм(9)40Кроме того, в атмосфере кислорода атомы водорода образуют перекисные радикалы,инертные по отношению к большинству органических соединений в том случае, если они несодержат свободно связанного водорода:мольдм(10)Первичным радиолитическим процессом, протекающим в водных растворах углеводов иполисахаридов, является образование в этих системах радикалов вследствие разрыва связей СН у любого атома углерода в составе оксиметиленового звена или гликозидной связи при атакеих радикалом ОН˙.

В работе [148] было показано, что радиационные выходы H2O2 при радиолизе воды в присутствии акцепторов свободных радикалов с окислительной или восстановительной способностью снижаются до нуля с ростом концентрации акцепторов гидроксильногорадикала ОН˙. Это показывает, что ОН˙ является прекурсором H2O2 [148]. Применение низкотемпературного облучения позволило установить, что выбиваемые видимым светом из «ловушек» электроны вовлекаются в реакции с радикалами ОН˙, образовавшимися из воды и из растворенных углеводородов (R):е- + ОН˙ = ОН(11)е- + R˙ = R (+H+) =RH(12)Электрон не вносит вклад в разложение полисахаридов в том случае, если они не содержат альдегидных, кето- или карбоксильных групп, но «захватываются» (стабилизируются) гидроксилами молекулы углевода, в результате чего увеличивается время жизни такой частицы иона может принимать участие в реакциях восстановления первичных радикалов.Таким образом, предполагая использование в качестве основы создаваемых материаловвысокомолекулярных соединений, мы принимаем во внимание воздействие на них ионизирующего излучения, и разработка технологии получения лечебных материалов будет проводиться сучетом необходимости технологического влияния на данный фактор.

В следующей главе, сучетом назначения создаваемых изделий, рассмотрены особенности применения лечебных материалов с радиопротекторными свойствами в радиационной терапии.1.4 Специфика и области применения текстильных аппликаций с радиопротекторнымисвойствамиЛучевая терапия является одной из основных областей применения материалов с радиопротекторными свойствами. Это связано с широким использованием данного метода при лечении пациентов с местнораспространенным злокачественным процессом, применяемого в зависимости от стадии развития опухоли, ее морфологического строения, локализации, общего со-41стояния больного как самостоятельный метод или в сочетании с другими способами лечения(оперативное вмешательство, химиотерапия, гормонотерапия, криогенное воздействие). Основным механизмом лучевой терапии является повреждение опухолевых клеток образующимися врезультате цепных радикальных реакций, протекающих при воздействии ионизирующего излучения на биологические ткани (рентгеновского, протонного, нейтронного, позитронного, гамма-облучения), высокоактивных свободных радикалов различной природы [8, 149, 150, 151,152, 153].

Причиной возникновения свободных радикалов является радиолиз воды, входящей всостав облучаемых объектов (ее содержание в организме составляет 80 – 90 %) (уравнение 7).Свободные радикалы вступают в реакции с макромолекулами клеток (ДНК, РНК, белки, мембраны), вызывая, вследствие поражения ядерных структур, дисфункцию и гибель клеток, усугубляемую в присутствии кислорода [149, 154]. Биологическое действие ионизирующего излучения, таким образом, заключается в инициировании функциональных и морфологических изменений на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, во всем организме в целом. Изменения клеток, происходящие из-за сопровождающих ионизацию химических изменений, такимобразом, протекают вследствие реализации двух механизмов [155]:прямого воздействия (ответственного за 10 – 20 % лучевого поражения), при ко-тором молекула, испытывающая изменение, ионизуется или возбуждается при прохождениичерез нее электрона или другой частицы: в результате происходит изменение макромолекул иобразование высокореакционных продуктов – свободных радикалов;косвенного воздействия (80 – 90 % лучевого поражения), при котором исследуе-мая молекула не поглощает энергию, а получает ее от другой молекулы путем передачи: продукты радиолиза воды реагируют между собой и с органическими компонентами клетки, чтоприводит к разрушению их молекулы.Известно, что при проведении лучевой терапии помимо опухоли, имеющей неправильные геометрические формы и неоднородной по своей структуре, облучению подвергаются расположенные вблизи опухоли нормальные, здоровые органы и ткани, степень повреждения которых определяется величиной поглощенной дозы, ее распределением во времени, объемом облучаемых тканей, индивидуальной радиочувствительностью [156].