Защитное действие при облучении представляет собой совокупность процессов, направленных на снижение биохимических и радиохимических повреждений, возникающих в веществах и живых системах под действием ионизирующего излучения. Основными механизмами этого явления являются химическая нейтрализация активных радикалов, рекомбинация повреждённых структур, а также ингибирование цепных реакций радиолиза.
При облучении воды и органических веществ образуются высокореакционноспособные радикалы: гидроксильный радикал •OH, водородный радикал H•, супероксид-анион O₂⁻• и др. Эти частицы являются основными инициаторами разрушения молекул биополимеров, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Введение свободнорадикальных ловушек — антиоксидантов, например, тиолов (R–SH), аскорбиновой кислоты, фенолов — приводит к быстрому присоединению радикалов к донору водорода или электрона, что останавливает каскад реакций:
Такие реакции значительно снижают концентрацию активных радикалов и уменьшают разрушающее воздействие излучения.
Радиационно-индуцированные цепные реакции органических молекул, особенно при радиолизе липидов и белков, приводят к генерации вторичных радикалов, способных инициировать новые повреждения. Рекомбинация радикалов и присутствие молекул-ингибиторов цепи являются важнейшими механизмами защитного действия:
Таким образом предотвращается лавинообразное распространение разрушений. Эффективность рекомбинации увеличивается в растворах с высоким содержанием молекул-доноров водорода и в средах, где скорость диффузии радикалов ограничена.
Температура, давление, агрегатное состояние вещества существенно влияют на эффективность защитного действия. При низких температурах подвижность радикалов ограничена, что уменьшает вероятность их взаимодействия с биомолекулами, одновременно повышая шанс их рекомбинации. В газовых и жидких средах защитное действие веществ проявляется иначе: в жидкой фазе антиоксиданты более подвижны и быстрее нейтрализуют радикалы, тогда как в твёрдой фазе молекулы радиационно-активных частиц могут оставаться локализованными, что ограничивает возможность защиты.
В живых организмах защитное действие проявляется на уровне энзимов-антиоксидантов, таких как супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, пероксидазы. Они катализируют реакции детоксикации активных форм кислорода и радикалов:
Кроме того, система глутатион-трансфераз участвует в связывании и обезвреживании электрофильных продуктов радиолиза, предотвращая повреждение белков и нуклеиновых кислот.
Химические защитители при радиационном облучении подбираются с учётом их редокс-потенциала, растворимости, токсичности и стабильности. Тиолы и аминокислоты, такие как цистеин и глутатион, показывают высокую эффективность при облучении водных растворов, тогда как фенолы и ароматические аминокислоты более активны при органических средах. Важным параметром является также стехиометрическое соотношение защитителя к радиационно-активным частицам: избыточное количество ловушек радикалов обеспечивает полное подавление цепных реакций, тогда как недостаток снижает эффективность защиты.
Для количественной характеристики защитного действия используют коэффициенты защиты (G-защитные), выражающие отношение радиационного эффекта без защитителя к эффекту с защитителем. Также применяются радиационно-химические выходы (G-значения) для оценки числа молей продукта или разрушенной молекулы на 100 эВ поглощённой энергии. Эти показатели позволяют оптимизировать концентрацию и состав химических защитителей в различных средах, от лабораторных растворов до биологических тканей.
Защитное действие при облучении — комплексный процесс, включающий химическую нейтрализацию радикалов, рекомбинацию активных частиц и ферментативную детоксикацию. Эффективность определяется природой вещества, физико-химическими условиями и соотношением защитителей и радиационно-активных частиц. Понимание этих механизмов позволяет рационально разрабатывать средства защиты при радиационном воздействии в химии и биологии.