Окислительный стресс и его последствия для организма человека

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Окислительный стресс может быть определен как неустойчивое состояние между прооксидантами и антиоксидантами. Прооксидантнты - это элементы, включающие все факторы, которые играют активную роль в повышенном образовании свободных радикалов или других реактивных видов кислорода. В этих процессах могут участвовать как клеточные механизмы (дефекты в митохоидриальном дыхании, специфические ферменты), так и экзогенные механизмы (курение, загрязнение воздуха, лекарства и т.д.).

Одним из универсальных механизмов жизнедеятельности клеток и процессов, происходящих в межклеточном пространстве, является образование свободных радикалов (СР). СР составляют особый класс химических веществ, различных по своему атомарному составу, но характеризующихся наличием в молекуле непарного электрона. СР являются непременными спутниками кислорода и обладают высокой химической активностью.

Процессы свободнорадикального окисления нужно рассматривать как необходимое метаболическое звено в окислительном фосфорилировании, биосинтезе простагландинов и нуклеиновых кислот, иммунных реакциях. Оксид азота играет роль нейромедиатора и принимает участие в регуляции кровотока. СР образуются при перекисном окислении ненасыщенных жирных кислот с регуляцией физических свойств биологических мембран.

С другой стороны, свободнорадикальное окисление является универсальным патофизиологическим феноменом при многих патологических состояниях. Кислород для любой клетки, особенно для нейрона, является ведущим энергоакцептором в дыхательной митохондриальной цепи. Связываясь с атомом железа цитохромоксидазы, молекула кислорода подвергается четырехэлектронному восстановлению и превращается в воду. Но в условиях нарушения энергообразующих процессов при неполном восстановлении кислорода происходит образование высокореактивных, а потому токсичных СР или продуктов, их генерирующих.

Относительная доступность и легкость образования СР в условиях неполного восстановления кислорода связана с уникальными свойствами его молекул. В химических соединениях атомы кислорода двухвалентны. Простейшей иллюстрацией этого является всем известная формула молекулы воды. Однако в молекуле кислорода оба атома соединены только одинарной связью, а остающийся на каждом атоме кислорода один электрон свободен. Основной устойчивой формой кислорода является так называемый триплетный кислород, в молекуле которого оба непарных электрона параллельны, но их спины (валентности) направлены в одну сторону.

В организме человека постоянно образуются свободные радикалы кислорода и перекиси водорода. Некоторая часть этих процессов является химической случайностью, например появление гидроксильных радикалов (ОН) из-за постоянной подверженности низким уровням ионизирующего излучения из окружающей среды и выделение супероксида (О) за счет утечки электронов из цепи транспорта электронов. Другое образование этих радикалов является, вероятно, наиболее известным примером закономерной продукции свободных радикалов в организме человека - это выделение 0 путем активирования фагоцитов и образования оксида азота эндотелиальными клетками.

Трудно защититься от фонового ионизирующего излучения, вызывающего расщепление воды и образование СР. Гидроксильный радикал СР настолько реактивен, что воздействует на все, находящееся рядом с местом его образования в организме.

Поскольку образование производных кислорода и уровень антиоксидантной защитной системы приблизительно сбалансированы, то легко сдвинуть баланс в пользу производных кислорода и нарушить биохимию клетки. Эта диспропорция называется окислительным стрессом. Большинство клеток может переносить умеренную степень окислительного стресса благодаря тому, что они обладают репаративной системой, выявляющей и удаляющей поврежденные окислением молекулы, которые затем заменяются. Кроме того, клетки могут повысить свою антиоксидантную защиту в ответ на окислительный стресс. Например, крысы, размещенные в атмосфере чистого кислорода (а воздух содержит 21 % кислорода), погибают через несколько дней. Но воздействие на животных постепенно повышающимися концентрациями кислорода в течение нескольких дней позволяет повысить активность антиоксидантной защиты в легких, и в конечном счете они могут переносить и 100 % содержание кислорода. Однако сильный окислительный стресс может повредить или уничтожить клетки.

В организме здорового человека существует нормальный баланс между образованием производных кислорода и антиоксидантной защитой. Из этого следует, что есть по крайней мере две причины развития окислительного стресса: снижение количества антиоксидантов или повышение образования производных кислорода таким образом, что антиоксиданты уже не могут справляться с защитой.

Хорошо известно, что антиоксидантная защита в большей мере зависит от адекватного питания, и в связи с этим становится очевидным, что недостаточность питания может привести к окислительному стрессу. По-видимому, многие болезни человека являются результатом дефицита антиоксидантных нутриентов, например нейродегенерация в результате длительного дефицита витамина Е у пациентов, организм которых не способен должным образом усваивать жиры. Есть сообщения о том, что у ВИЧ-инфицированных обнаружены необычайно низкие концентрации восстановленного глутатиона в лимфоцитах - клетках, чрезвычайно важных для иммунного ответа. Курение вызывает окислительный стресс

Курение вызывает окислительный стресс в легких и, вероятно, в большинстве других тканей организма, поскольку смолы и дым сигарет богаты радикалами. Почему курение может вызвать окислительный стресс?

Дым содержит много свободных радикалов (как в газовой фазе, так и фазе смолы), которые могут атаковать биологические молекулы и уменьшать количество таких антиоксидантов, как витамины С и Е.

Курение может раздражать макрофаги легких, обусловливая образование О.

Легкие курильщиков содержат больше нейтрофилов, чем легкие некурящих, и дым может активировать образование О в этих клетках.

Курильщики часто питаются хуже и потребляют больше алкоголя, чем некурящие, и могут ощущать недостаточность пищевых антиоксидантов.

Главным последствием окислительного стресса являются тяжелые нарушения клеточного метаболизма.

При большинстве заболеваний окислительный стресс вторичен по отношению к основной болезни; неконтролируемое распространение токсичных радикалов вызывает больше клеточных повреждений, чем само заболевание. Окислительньтй стресс участвует в возникновении генерализованных изменений: нарушает проницаемость капилляров и тканевую диффузию, что характерно для полиорганной недостаточности.

Некоторые болезни человека могут быть вызваны окислительным стрессом. Так, например, гамма-излучение образует СР путем расщепления молекул воды. Многие биологические последствия воздействия ионизирующего излучения могут быть обусловлены повреждениями свободными радикалами белков, липидов, так как СР атакует все эти молекулы. Симптомы, проявляющиеся при хроническом пищевом дефиците селена (например, болезнь Кешана) или токоферола (неврологические нарушения у пациентов с дефектами кишечного всасывания жиров), могут быть также опосредованы окислительным стрессом. У недоношенных воздействие на неразвитую сетчатку повышенными концентрациями кислорода может привести к ретинопатии новорожденных, исходом которой в наиболее тяжелых случаях может стать слепота. Ряд клинических исследований показал эффективность токоферола в снижении тяжести ретинопатии.

При разнонаправленном расположении спинов в молекуле образуется синглетный кислород, который по своим химическим свойствам является нестабильным и токсичным для биологических субстанций.

Образованию СР способствуют многие процессы, сопровождающие жизнедеятельность организма: стрессы, экзогенные и эндогенные интоксикации, влияние техногенных загрязнений окружающей среды и ионизирующего излучения. По данным некоторых авторов, СР участвуют в патогенезе более 100 различных заболеваний. Патологическое действие СР связано прежде всего с их влиянием на структурное состояние и функции биологических мембран. Установлено, что гипоксия и ишемия тканей сопровождаются активацией перекисного окисления липидов. Как известно, в состав клеточных мембран входит большое количество фосфолипидов.

При появлении в мембране СР вероятность его взаимодействия с жирной кислотой нарастает по мере увеличения числа кратных связей. Поскольку ненасыщенные жирные кислоты обеспечивают мембранам большую подвижность, то их изменения в результате процессов перекисного окисления липидов приводят как к увеличению вязкости мембран, так и к частичной утрате барьерных функций.

В настоящее время не вызывает сомнения факт изменения под действием СР функциональных свойств ряда ферментов, углеводов и белков, в том числе белков ДНК и РНК. Головной мозг особо чувствителен к гиперпродукции СР и к так называемому окислительному стрессу. Окислительный стресс, ведущий к гиперпродукции СР и деструкции мембран, связанной с активацией фосфолипазного гидролиза, играет в патогенетических механизмах ишемии мозга особо значимую роль. В этих случаях основным фактором, повреждающим митохондриальные, плазматические и микросомальные мембраны, является высокоактивный гидроксильный радикал ОН.

Повышенная продукция СР, инициируемая при ишемии мозга арахидоновой кислотой, является одной из причин длительного спазма сосудов и срыва церебральной ауторегуляции, а также прогрессирования постишемического отека и набухания за счет дезинтеграции нейронов и повреждения мембранных насосов. В процессе ишемии вследствие энергодефицита снижается активность ферментов антиоксидантной защиты: супероксидисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы. Одновременно уменьшается количество практически всех водо- и жирорастворимых антиоксидантов.

В последние годы окислительный стресс рассматривается также как один из наиболее значимых факторов патогенеза нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и другие типы деменций, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, эпилепсия и рассеянный склероз.

Наряду со свободнорадикальным окислением в процессе функционирования биологических объектов из групп радикалов вырабатываются вещества, обладающие антиоксидантным действием, которые называют стабильными радикалами. Такие радикалы не способны отрывать атомы водорода от большинства молекул, входящих в состав клетки, но могут совершать эту операцию с особыми молекулами, имеющими слабо связанные атомы водорода. Рассматриваемый класс химических соединений получил название антиоксидантов (АО), поскольку механизм их действия основан на торможении свободнорадикальных процессов в тканях. В отличие от нестабильных СР, оказывающих повреждающее действие на клетки, стабильные СР тормозят развитие деструктивных процессов.

Существующая в организме физиологическая антиоксидантная система представляет собой совокупную иерархию защитных механизмов клеток, тканей, органов и систем, направленных на сохранение и поддержание в пределах нормы реакций организма, в том числе в условиях ишемии и стресса. Сохранение окислительно-антиоксидантного равновесия, являющегося важнейшим механизмом гомеостаза живых систем, реализуется как в жидкостных средах организма (кровь, лимфа, межклеточная и внутриклеточная жидкость), так и в структурных элементах клетки, прежде всего в мембранных структурах (плазматических, эндоплазматических и митохондриальных, клеточных мембранах). К антиокислительным внутриклеточным ферментам относятся супероксиддисмутаза, осуществляющая инактивацию супероксидного радикала, и каталаза, разлагающая пероксид водорода.

Известные к настоящему времени биологические и химически синтезированные АО подразделяются на жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые АО локализуются там, где расположены субстраты-мишени атаки СР и пероксидов - наиболее уязвимые для процессов перекисного окисления биологические структуры. К числу таких структур относятся прежде всего биологические мембраны и липопротеины крови, а основными мишенями в них являются ненасыщенные жирные кислоты.

Среди жирорастворимых АО наиболее известен токоферол, который, взаимодействуя с гидроксильным радикалом ОН, оказывает подавляющее влияние на синглетный кислород. Среди водорастворимых АО важное значение имеет глутатион, играющий ключевую роль в защите клеток от токсических интермедиатов кислорода. Второй по значимости среди водорастворимых антиоксидантных систем является система аскорбиновой кислоты, особенно важная для антиоксидантной защиты структур мозга.

Наиболее адекватным синергистом и практически повсеместным спутником аскорбиновой кислоты является система физиологически активных фенольных соединений. Число известных фенольных соединений превышает 20000. В значительных количествах они встречаются во всех живых растительных организмах, составляя 1-2% биомассы и более и выполняя разнообразные биологические функции. Наибольшим разнообразием химических свойств и биологической активности отличаются фенольные соединения с двумя и более гидроксильными группами в бензольном ядре.

Эти классы фенольных соединений в физиологических условиях образуют буферную окислительно-восстановительную систему. Антиоксидантные свойства фенолов связаны с наличием в их структуре слабых фенольных гидроксильных групп, которые легко отдают свой атом водорода при взаимодействии с СР. В этом случае фенолы выступают в роли ловушек СР, превращаясь сами в малоактивные феноксильные радикалы. В борьбе с СР принимают участие не только антиоксидантные вещества, вырабатываемые организмом, но и АО, поступающие в составе пищи. К АО относятся также минеральные вещества (соединения селена, магния, меди), некоторые аминокислоты, растительные полифенолы (флаваноиды).

Следует отметить, что для того чтобы набрать физиологически необходимый минимум АО из продуктов растительного происхождения, удельный их вес при ежедневном питании должен существенно превосходить все остальные компоненты пищи.

В рационе современного питания преобладают рафинированные и технологически обработанные продукты, лишенные ценных природных качеств. Принимая во внимание постоянно увеличивающуюся потребность в АО вследствие воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, становится понятной причина хронического дефицита АО у значительной части населения.

В клинике одними из наиболее часто применяемых естественных АО являются токоферол, аскорбиновая кислота и метионин. Концепция антиоксидантного действия токоферола была сформулирована Taрpel A.L. в 1953 г. Активно защищая гидроксильной группой своего бензольного ядра клеточные мембраны, токоферол способствует сохранению активности мембрансвязанных ферментов, одновременно повышая уровень природных липидных АО. Взаимодействуя с гидроксильным радикалом и оказывая “погашающее” действие на синглетный кислород, токоферол выполняет несколько функций, дающих в совокупности антиоксидантный эффект. В организме токоферол не синтезируется и относится к группе витаминов (витамин Е).

Витамин Е принадлежит к числу важнейших универсальных жирорастворимых АО и играет роль природного иммуномодулятора, стимулируя бласттрансформацию Т-лимфоцитов, нормализуя показатели клеточного и гуморального иммунитета.

Альфа-токоферол, аскорбиновую кислоту и метионин целесообразно включать в комплекс восстановительного лечения многих неврологических заболеваний и их последствий. Их недостатками являются слабо выраженная антиоксидантная фармакокинетика и необходимость длительного (в течение нескольких недель) применения этих препаратов для развития антиоксидантного эффекта.

В настоящее время синтетические препараты со свойствами АО широко применяются в клинической, в том числе в неврологической практике. Из синтетических антиоксидантных веществ хорошо изучен дибунол - жирорастворимый препарат, относящийся к классу экранированных фенолов. При дозировках 20-50 мг/кг показано его достаточно выраженное противоишемическое, противогипоксическое и ангиопротекторное действие. Механизм действия другого жирорастворимого представителя экранированных фенолов - пробукола - обусловлен торможением перекисного окисления липопротеидов низкой плотности, что значительно снижает их атерогенность.

Показано антиатерогенное действие пробукола у больных сахарным диабетом. Фенольным АО последнего поколения является препарат олифен, в молекуле которого представлены более 10 фенольных гидроксильных групп, способных обеспечить связывание большого числа СР. Препарат обладает выраженным пролонгированным антиоксидантным действием, способствуя активации микроциркуляции и обменных процессов в организме, в том числе в тканях мозга, в том числе за счет своего выраженного мембранопротекторного действия.

В последние годы изучается действие янтарной кислоты, ее солей и эфиров, представляющих собой универсальные внутриклеточные метаболиты. Янтарная кислота, содержащаяся в органах и тканях, является продуктом 5-й реакции и субстратом 6-й реакции цикла трикарбоновых кислот. Окисление янтарной кислоты в 6-й реакции цикла Кребса осуществляется с помощью сукцинатдегидрогеназы. Выполняя каталитическую функцию по отношению к циклу Кребса, янтарная кислота снижает в крови концентрацию других интермедиатов данного цикла - лактата, пирувата и цитрата, продуцируемых на ранних стадиях гипоксии.

Феномен быстрого окисления янтарной кислоты сукцинатдегидрогеназой, сопровождающийся АТФ-зависимым восстановлением пула пиримидиновых динуклеотидов, получил название “монополизация дыхательной цепи”, биологическое значение которого заключается в быстром ресинтезе АТФ. В нервной ткани функционирует так называемый аминобутиратный шунт (цикл Робертса), в ходе которого янтарная кислота образуется из аминомасляной кислоты (ГАМК) через промежуточную стадию янтарного альдегида. В условиях стресса и гипоксии образование янтарной кислоты возможно также в реакции окислительного дезаминирования кетаглутаровой кислоты в печени.

Антигипоксическое действие янтарной кислоты обусловлено ее влиянием на транспорт медиаторных аминокислот, а также увеличением содержания в мозге ГАМК при функционировании шунта Робертса. Янтарная кислота в организме в целом нормализует содержание гистамина и серотонина и повышает микроциркуляцию в органах и тканях, прежде всего в тканях мозга, не оказывая влияния на артериальное давление и показатели работы сердца. Противоишемический эффект янтарной кислоты связан не только с активацией сукцинатдегидрогеназного окисления, но и с восстановлением активности ключевого Окислительно-восстановительного фермента дыхательной митохондриальной цепи - цитохромоксидазы.

В настоящее время продолжается изучение использования производных янтарной кислоты с целью уменьшения выраженности ишемических повреждений головного мозга. Одним из таких препаратов является отечественный препарат мексидол. Мексидол является АО - ингибитором СР, мембранопротектором, уменьшает активацию перекисного окисления липидов, повышает активность физиологической антиоксидантной системы в целом. Мексидол является также антигипоксантом прямого энергизирующего действия, активируя энергосинтезирующие функции митохондрий и улучшая энергетический обмен в клетке.

Препарат обладает гиполипидемическим действием, уменьшая уровень общего холестерина и липопротеидов низкой плотности. Мексидол оказывает модулирующее влияние на мембраносвязанные ферменты, ионные каналы - транспортеры нейромедиаторов, рецепторные комплексы, в том числе бензодиазепиновые, ГАМК и ацетилхолиновые, улучшает синаптическую передачу и, следовательно, взаимосвязь структур мозга. Кроме того, мексидол улучшает и стабилизирует метаболизм и кровоснабжение головного мозга, корригирует расстройства в регуляторной и микроциркуляторной системах, улучшает реологические свойства крови, подавляет агрегацию тромбоцитов, улучшает деятельность иммунной системы.

Высокая активность янтарной кислоты нашла применение в дезинтоксикационном растворе реамберин 1,5% для инфузий, в состав которого входят соль янтарной кислоты и микроэлементы в оптимальных концентрациях (магния хлорид, калия хлорид и натрия хлорид). Препарат обладает выраженным антигипоксическим и антиоксидантным действием, оказывая положительный эффект на аэробные биохимические процессы в клетке в период ишемии и гипоксии, уменьшая продукцию СР и восстанавливая энергетический потенциал клетки. Препарат инактивирует ферментативные процессы цикла Кребса и способствует утилизации жирных кислот и глюкозы клетками, нормализует кислотнощелочной баланс и газовый состав крови.

Препарат может быть использован в качестве энергокорректора у больных с первичными и вторичными ишемическими поражениями мозга, в том числе на фоне развития синдрома полиорганной недостаточности, при этом отмечено уменьшение выраженности эндотоксикоза и постишемических поражений как по клинико-лабораторным, так и по энцефалографическим показателям.

В последние годы активно изучается природный АО - тиоктовая (липоевая) кислота. Тиоктовая кислота необходима для регенерации и восстановления витамина Е, цикла витамина С и генерации Q-энзима (убихинона), являющихся самыми важными звеньями антиоксидантной защиты организма. Кроме того, тиоктовая кислота может взаимодействовать с другими соединениями, восстанавливая пул АО в организме. Тиоктовая кислота облегчает превращение молочной кислоты в пировиноградную с последующим ее декарбоксилированием, что способствует ликвидации метаболического ацидоза.

Отмечено положительное липотропное действие тиоктовой кислоты. Уникальность химической структуры иоктовой кислоты позволяет осуществлять ее регенерацию самостоятельно, без участия других соединений. Тиоктовая кислота играет значительную роль в процессе образования энергии в организме. Этим объясняется широкое распространение липоевой кислоты в природе и присутствие в клетках животного (за исключением щитовидной железы) и растительного происхождения. Ежедневная потребность взрослого человека в липоевой кислоте составляет 1-2 мг.

Тиоктовая кислота в настоящее время применяется в виде ее трометамоловой соли (препарат тиоктацид). В ряде работ показана эффективность иоктацида при лечении диабетической и алкогольной полинейропатии, энцефалопатии типа Вернике, острых ишемических и травматических повреждений мозга.

При критических неврологических состояниях лечение тиоктацидом следует начинать с внутривенных инфузий о 1 ампуле (600 мг тиоктовой кислоты) разведении 200 мл физиологического раствора в сутки в течение 2-3 нед. алее назначаются таблетки тиоктацида по 600 мг 1 раз утром, за 30 мин до завтрака. В выраженных случаях заболевания возможно применение суточной дозировки 1800 мг тиоктацида на прием. Курс лечения 1-2 мес. облигатные алиментарные АО представлены соединениями прямого непрямого действия. К АО прямого действия относятся витамины Е, А, С, К, каротиноиды, убихинон и аминокислоты - цистеин и его производные, серосодержащий бетаин-эрготионин. АО непрямого действия относятся витамины В2, РР, аминокислоты метионин и глютаминовая кислота, микроэлементы селен и цинк.

Основная роль перечисленных алиментарных АО обусловлена их функционированием в составе антиоксидантной системы, что определяет их использование при многих неврологических заболеваниях, сопровождающихся чрезмерным свободнорадикальным окислением. Учитывая универсальность представленного выше патогенетического феномена вободнорадикального окисления и процессов перекисного окисления липидов, целесообразно назначение алиментарных АО после перенесенных травм головного мозга, нейроинфекций, при астенических состояниях осле острых респираторных и вирусных заболеваний.

Алиментарные АО рекомендуется включать в комплексное лечение последствий инсульта, хронической ишемии мозга, нейродегенеративных заболеваний, обострений рассеянного склероза, эпилепсии. В настоящее время на фармацевтическом рынке широко представлены различные лекарственные композиции, содержащие АО прямого и непрямого действия. Кроме того, многие АО ходят в состав различных пищевых добавок. Лекарственные композиции и пищевые добавки позволяют практикующему врачу выбрать схему лечения с учетом выявленных у больного индивидуальных патогенетических факторов заболевания.

Окислительные повреждения ДНК являются главной причиной мутационного процесса - движущей силы эволюции, а также ведущей причины старения, раковых и других заболеваний. Это впервые продемонстрировало научное исследование, отслеживавшее генетические мутации на протяжении периода времени, эквивалентного почти 5000 лет человеческой жизни.

Это исследование необычно, говорят учёные, потому что животную модель, использовавшуюся в экспериментах - разновидность круглых червей C. elegans, наблюдали на протяжении 250 поколений, в течение которых была накоплена 391 генетическая мутация в ходе нормальных жизненных процессов. Это более чем в 10 раз превышает число мутаций, наблюдавшихся когда-либо ранее в подобных исследованиях.

Несколько Нобелевских Премий было присуждено за исследования круглых червей - первого животного с полностью установленной последовательностью генома. И, несмотря на огромную эволюционную пропасть, разделяющую эти формы жизни, человек и крошечные круглые черви всё же обладают сопоставимыми формами биохимии ДНК.

"Генетические мутации у животных в действительности очень редки, они происходят не очень часто, если только не индуцированы каким-либо фактором", говорит Ди Денвер (Dee Denver), ассистент профессора зоологии в Университете Орегон и ведущий научный сотрудник в данном исследовании. "Ценность использования этих круглых червей состоит в том, что они достигают репродуктивного возраста почти за 4 дня, поэтому мы имеем возможность изучить изменения, происходящие за сотни поколений, используя передовые технологии секвенирования генома".

Генетические мутации могут принимать различные формы, как, например, разрыв последовательности оснований ДНК, делеции (выпадения) целых участков ДНК, или ряд других. Они являются фундаментальной составляющей биологического процесса жизнедеятельности и основой эволюции, наделяя организмы способностью изменяться - иногда по благоприятному пути, ведущему к улучшению выживаемости, а иногда по вредоносному, что приводит уменьшению популяции или гибели. Но этот процесс трудно изучать и реальное понимание движущих сил, стоящих за мутациями, их частотой и типом, зачастую оказывается неуловимым, говорят учёные.

Основной вывод нового исследования гласит, что преобладающее большинство число генетических мутаций, но не все, - связаны с гуанином, одним из четырёх оснований нуклеотидов, формирующих ДНК и образующих генетический код жизни. Известно, что гуанин особенно чувствителен к окислительным повреждениям.

"Почти всё живое на Земле зависит в той или иной форме от кислорода, великолепно справляющегося с производством энергии", говорит Денвер. "Но мы платим дорогой ценой за нашу зависимость от кислорода, поскольку процесс его использования не является на 100 % эффективным и может привести к образованию свободных радикалов кислорода, повреждающих молекулы белков, жиров и ДНК. И этот процесс становится всё более опасным с возрастом, так как свободные радикалы накапливаются и начинают причинять болезни".

По словам Денвера, это одна из первых работ, ясно демонстрирующая последствия окислительных повреждений в масштабах целого генома.

"Данное исследование показало, что большинство всех мутаций ДНК несут на себе отпечаток окислительного стресса", говорит Денвер. "Это как раз то, чего следовало ожидать, если Вы считаете окислительный стресс первопричиной старения и болезней".

Впрочем, помимо этого в ходе исследования было установлено, что мутации и естественный отбор работают также и в т.н. «мусорной ДНК» круглых червей, включающей в себя фактически 75 % их генома, и ранее считавшейся не играющей важной роли в жизни и генетических процессах. Это наводит на мысль, что малоизученные и недостаточно оцениваемые части генома могут иметь пока ещё не известное, но важное биологическое значение, говорит Денвер.

Окислительный стресс десятки лет подозревался в качестве вероятного механизма некоторых процессов, ведущих к старению и заболеваниям, и по этой причине широко исследовался [2].

В настоящее время окислительный стресс является наиболее социально значимой проблемой.

Процесс интенсификации свободнорадикального окисления и развитие ОС в настоящее время признаны универсальным общебиологическим механизмом при развитии любого вида патологии. Биохимические изменения в тканях, вызванные интенсивной генерацией АФК, в основном, имеют общие закономерности. Некоторые отличительные особенности можно выявить только на начальных стадиях. Так, при воспалительных процессах пусковым фактором интенсификации свободнорадикальных процессов является дыхательный взрыв", при гипоксии - нарушение, в первую очередь, системы тканевого дыхания, при химических поражениях *- активация системы микросомального окисления. Таким образом, причины, вызывающие интенсификацию свободнорадикальных процессов могут быть разными, но изменения на молекулярном уровне носят однотипный характер и процессы генерации АФК тесно связаны между собой. Общим для всех заболеваний является усиление свободнорадикальных процессов и снижение буферной емкости АОЗ, нарушение ее мобилизации в ответ на повышение активности прооксидантной системы (ПОС) [Дубинина Е.Е., 2006]. В этих условиях очень важна своевременная антиоксидантная защита, которая участвует в снижении уровня реакционноспособных соединений и тем самым препятствует их токсическому действию в тканях.

До настоящего времени исследования интенсивности свободнорадикальных процессов проводились, в основном, у больных с острыми нарушениями мозгового кровообращения. Состоянию гипоксии/ишемии мозга и роли ОС в этих процессах посвящены, многочисленные экспериментальные работы на животных, где четко выявлены нарушения между АОС и ПОС в сторону усиления последней, что сопровождается осложнением течения фактически всех заболеваний, в том числе и мозгового инсульта [Биленко М.В., 1998; МсСогс, 1996].

Роль окислительного стресса у больных с последствиями мозговых инсультов, клиническое проявление которых обусловлено пирамидными, сенсорными, мозжечковыми, глазодвигательными, бульбарно-псевдобульбарными, когнитивными расстройствами, нарушением статики и ходьбы, остается малоизученной и практически неосвещенной. Фактически отсутствуют работы, в которых проводился анализ интенсивности ОС и его связи с характером клинических проявлений в постинсультном периоде. В связи с увеличением распространенности сосудистых церебральных нарушений и их тяжелыми последствиями, такими, как потеря трудоспособности и развитие деменции, одной из важнейших задач неврологии является поиск новых подходов в лечении клинических проявлений последствий мозговых инсультов, одним из которых является применение антиоксидантной терапии.

Впервые на основе проведения комплексных клинико-биохимических методов исследования у больных после перенесенного ишемического инсульта установлено нарушение равновесия и выявлены корреляционные связи между неврологическими симптомами и показателями окислительного стресса. Обнаружено изменение параметров анти- и прооксидантной систем: понижение активности супероксиддисмутазы и каталазы, окисленного и восстановленного глутатиона, спонтанной и индуцированной хемилюминесценции и повышение конечного продукта ПОЛ - малонового диальдегида. Изменения биохимических показателей коррелируют с тяжестью последствий ишемического инсульта и имеют хронологическую зависимость от длительности заболевания, темпов регресса основных неврологических симптомов, оцениваемых по шкале Рэнкина, и показателями функционального восстановления по индексу Бартела. Впервые в опытах in vitro на модельных системах проведена сравнительная характеристика антиоксидантных и антирадикальных свойств препаратов, которые использовались при лечении исследуемых больных, проведен анализ их влияния на процессы свободнорадикального окисления. Впервые клинически и экспериментально обоснована необходимость включения антиоксидантных препаратов с широкими фармакологическими свойствами в программы восстановительного лечения после перенесенного ишемического инсульта. Таким больным необходимо проводить более длительные курсы антиоксидантной терапии с использованием нескольких препаратов.

Окислительный стресс является одним из основных механизмов развития воспаления поджелудочной железы (ПЖ) при хроническом панкреатите (ХП) вне зависимости от этиологии [3, 10]. Окислительный стресс - это состояние, при котором происходит активация свободнорадикальных процессов на фоне депрессии или недостаточности естественных антиоксидантных систем. Поддерживать перекисное окисление липидов (ПОЛ) на определенном физиологическом уровне помогает система антиоксидантной защиты. В физиологических условиях существует определенное равновесие между этими системами. Снижение активности антиоксидантной защиты или ее несостоятельность способствует повышению активности ПОЛ, что в конечном итоге приводит к мембранопатологическим процессам [12, 19]. Целый ряд экспериментальных исследований свидетельствует о связи окислительного стресса с развитием фиброза в ПЖ [1, 6, 7]. Кроме того, при клиническом исследовании у больных ХП выявлен дефицит антиоксидантов и повышение уровня продуктов ПОЛ в ткани ПЖ [4, 9].

При ХП ключевыми медиаторами запуска воспалительной реакции являются цитокины: IL-1 бета, TNF-альфа, IL-8 и др. Интрапанкреатическое повышение концентрации провоспалительных цитокинов и ростовых факторов способствует активизации окислительного стресса [8]. В том числе TNF-альфа повышает фагоцитарную активность моноцитов, нейтрофилов, их дегрануляцию, увеличивает активность циклооксигеназы с последующим внутриклеточным образованием свободных радикалов и оксида азота [16]. В физиологических условиях оксид азота на клеточном уровне принимает участие в стимуляции секреции ациноцитов ПЖ, выступает в роли физиологического регулятора [18, 11]. При воспалении оксид азота стимулирует вазодилятацию, локальное поражение паренхимы этого органа [21]. При остром панкреатите непосредственная деструкция ткани ПЖ осуществляется активными формами кислорода и оксида азота. Однако данные медиаторы можно рассматривать как третичные, так как их продукция находится под контролем провоспалительных цитокинов [15].

В настоящее время роль оксида азота, его взаимосвязь с показателями окислительного стресса при обострении ХП не совсем ясна и требует изучения.

Стандартная терапия ХП направлена на купирование боли, подавление воспаления ткани ПЖ, снижение интрапанкреатического давления, уменьшение и снятие интоксикации, купирование прогрессирования отечно-интерстициальной стадии панкреатита и создание функционального покоя ПЖ [14, 17, 23, 24].

В стандартную терапию ХП не всегда включаются лекарственные средства, восстанавливающие антиоксидантную активность и устраняющие гипоксию в ПЖ.

Было обследовано 129 больных (96 (74,4 ± 3,8%) мужчин и 33 (25,58 ± 3,8%) женщин)) в возрасте от 25 до 65 лет (средний возраст 46,99 ± 9,17 года), страдающих ХП. Больные были распределены на группы с неосложненным течением - 36 (27,9 ± 3,9%), с осложненным течением ХП - 93 (72,1 ± 3,9%) больных. Группа с осложненным течением ХП была разделена на подгруппы с различными осложнениями ХП, а также была выделена группа больных, получивших хирургическое лечение по поводу осложнений ХП.

В исследовании достоверно больше (ч2 = 63,5, р < 0,001) больных с длительностью заболевания до 10 лет. При распределении больных по полу отмечено преобладание больных мужского пола (ч2 = 59,6, р = 0,001). Ведущей этиологической причиной заболевания было злоупотребление алкоголем (ч2 = 99,23, р < 0,001). У 72,1% больных ХП протекал с осложнениями.

Для оценки интенсивности болевого синдрома использовалась десятибалльная аналоговая шкала, предложенная Bonica J.?J., 1990 г. [2].

Всем больным ХП в крови определялись метаболиты оксида азота по методу Метельской В.?А. (2005). Содержание метаболитов оксида азота в крови здоровых людей составляло 32,5 ± 0,51 мкмоль/л [22].

У 60 больных ХП (16 женщин и 44 пациента мужского пола), средний возраст 47,2 ± 8,56 года, проведено исследование общей антиоксидантной активности (ААО), а также уровня малонового диальдегида (МДА), как показателя выраженности ПОЛ.

Определение общей антиоксидантной активности крови проводилось при помощи стандартного набора реактивов «Антиоксидантный статус» фирмы Randox. Среднее значение ААО в крови здоровых людей составляло 1,55 ± 0,13 ммоль/л. Определение МДА исследовалось по методу Андреевой Л.?И. (1988). [13]. Среднее значение МДА в крови здоровых людей составляло 10,7 ± 0,8 нмоль/мл.

Болевой синдром является одним из ведущих клинических симптомов обострения ХП. Из 129 обследованных больных обострение ХП у 89 (68,99%) характеризовалось усилением болевого синдрома, у оставшихся 40 (31%), ведущими жалобами были диспепсические расстройства: тошнота, метеоризм, кашицеобразный стул (от 3 до 5 раз в сутки). Интенсивность болевого синдрома, по 10?балльной аналоговой шкале, колебалась от 4,2 ± 0,3 балла у больных с неосложненным панкреатитом, до 7,9 ± 0,2 балла у больных с панкреатической гипертензией, у больных с кальцинозом ПЖ - 8,1 ± 0,3 балла.

Уровни общепринятых лабораторных показателей обострения панкреатита: лейкоцитов, СОЭ, амилазы (соответственно: 7,67 ± 2,28 Ч 103/мм3, 16,81 ± 5,12 мм/ч, 76,69 ± 14,8 Ед/л) достоверно (р > 0,05) не отличались от нормы. Не выявлено зависимостей между интенсивностью болевого синдрома и уровнями выше отмеченных лабораторных показателей.

В связи с низкой чувствительностью лабораторных, функциональных тестов и инструментальных методов визуализации ПЖ, остается актуальным поиск новых критериев диагностики обострения ХП. Поэтому было проведено исследование оксида азота в крови, как дополнительного критерия обострения ХП.

При сравнении уровня оксида азота у больных ХП со значениями контроля, выявлено его достоверное повышение (t = 9,34, p = 0,001). При анализе уровня оксида азота в зависимости от возраста больных и длительности заболевания достоверных различий не получено. Средние значения оксида азота у мужчин составили 188,57 ± 10,17 мкмоль/л, что достоверно выше (t = 2,2, p = 0,03) средних значений оксида азота среди женщин - 147,45 ± 11,38 мкмоль/л.

Проведено исследование оксида азота в группах с осложненным и неосложненным течением ХП (табл. 1).

Содержание оксида азота в крови при неосложненном ХП было выше значений контроля (р = 0,003) и составило 149,07 ± 15,4 мкмоль/л. При наличии осложнений заболевания содержание метаболитов оксида азота увеличивалось до 211,5 ± 17,7 мкмоль/л, что достоверно выше как показателей контроля (р = 0,004), так и ХП с неосложненным течением (р = 0,042).

Больные осложненным ХП были разделены на группы с различными осложнениями. Была выделена группа больных, перенесших хирургическое лечение по поводу осложнений ХП. В указанных подгруппах при сравнении уровня оксида азота с группой контроля выявлялось достоверное его повышение (р < 0,05). Однако достоверных отличий в содержании оксида азота при различных вариантах осложненного течения ХП не отмечено.

Повышение уровня оксида азота не сопровождалось повышением уровней лейкоцитов и амилазы в крови. Поэтому проведена оценка взаимосвязи уровня оксида азота с клинико-инструментальными критериями обострения: болевым синдромом, увеличением головки ПЖ, расширением главного панкреатического протока (по данным УЗИ), диспепсическими расстройствами.

Выявлено повышение уровня оксида азота до 229,2 ± 16,3 мкмоль/л (р < 0,05) при усилении интенсивности боли до 8 баллов и получена прямая корреляционная зависимость между этими критериями (r = 0,69, р = 0,01) Отмечено повышение уровня оксида азота до 211,3 ± 29,2 мкмоль/л (р < 0,05) при увеличении размеров головки ПЖ более 35 мм, связанном с воспалением (размеры головки ПЖ уменьшались на фоне проведения терапии), и получена прямая корреляционная зависимость между уровнями оксида азота и размерами головки ПЖ (r = 0,59, р = 0,04).

Не выявлено зависимостей между значениями оксида азота и шириной ГПП, а также с диспепсическими расстройствами у больных с ХП.

Таким образом, полученные взаимосвязи позволили предложить исследование оксида азота как критерия обострения ХП. За диагностический уровень оксида азота было принято его повышение выше 120 мкмоль/л. Ориентируясь на данные значения оксида азота, была рассчитана его диагностическая значимость. За контрольные критерии диагностики обострения ХП были приняты: усиление болевого синдрома более 5 баллов или увеличение размеров головки ПЖ более 31 мм. Для этого были составлены таблицы сопряженности 2Ч2 (табл. 2 и 3).

Чувствительность и специфичность повышения оксида азота выше 120 мкмоль/л составили 97% и 57% соответственно, при сравнении с болевым синдромом, и 42% и 62% соответственно, при сравнении с размерами головки ПЖ.

Одним из ведущих патогенетических механизмов, приводящих к воспалению ПЖ, независимо от этиологии, является окислительный стресс. Поэтому изучены показатели ААО и МДА (как конечного продукта ПОЛ) в крови. Средний уровень ААО при обострении ХП составил 1,61 ± 0,13 ммоль/л, что достоверно не отличалось от показателей контроля (1,55 ± 0,13 ммоль/л), при этом среднее значение МДА соответствовало 18,88 ± 1,25 нмоль/мл, что достоверно выше значений контроля (t = 2,58, р = 0,012) и свидетельствует об активизации ПОЛ и накапливании МДА. Получена обратная корреляционная взаимосвязь между показателями ААО и МДА (r = -0,54, p = 0,001). Достоверных различий, при анализе значений МДА у мужчин и женщин, не выявлено (t = 1,2, p = 0,23), но отмечено, что у больных в возрасте от 35 до 44 лет показатели МДА достоверно выше, чем у больных старше 45 лет (t = 2,86, р = 0,01). Также установлено, что значения МДА при длительности заболевания до 5 лет достоверно выше, чем при длительности заболевания более 11 лет (t = 2,44, p = 0,02), что можно объяснить тем, что в первые 5 лет преобладают процессы воспаления над процессами фиброза в ткани ПЖ.

Выявлено повышение МДА до 22,4 ± 2,5 нмоль/мл (р < 0,05) при усилении интенсивности болевого синдрома выше 8 баллов, а также получена прямая корреляционная зависимость между этими критериями (r = 0,30, р = 0,03). Однако зависимостей МДА с диспепсическими расстройствами и инструментальными критериями обострения ХП (увеличением головки ПЖ, шириной главного панкреатического протока) не отмечено.

Исследование зависимости МДА с общепринятыми лабораторными критериями обострения и оксидом азота выявило прямую корреляционную зависимость между уровнем МДА и количеством лейкоцитов (r = 0,55, p = 0,04) и прямую корреляционную зависимость между уровнями МДА и оксида азота (r = 0,63, p = 0,01).

У больных ХП с внешнесекреторной недостаточностью ПЖ достаточно редко выявляется лейкоцитоз (даже в период усиления болевого синдрома), а активность амилазы в крови и моче может оставаться в пределах нормальных значений, так как у этих больных подъем активности фермента происходит на фоне исходно низкого уровня, связанного с фиброзом паренхимы ПЖ [20].

Достоверное повышение показателей оксида азота при сравнении с группой контроля, прямые корреляционные зависимости оксида азота с болевым синдромом, увеличением головки ПЖ и МДА (как конечного продукта ПОЛ) указывают на его участие в воспалительной реакции при ХП, и поэтому он может расцениваться как маркер обострения этого заболевания.

Литературные данные свидетельствуют, что важным фактором патогенеза ХП является активизация процессов свободнорадикального окисления липидов, что может быть связано со снижением активности фермента цитохром-С-оксидазы. Образующиеся свободные радикалы кислорода ответственны за развитие воспалительного процесса, с последующим жировым перерождением и замещением фиброзной тканью. Свободные радикалы способны повреждать ДНК клеток ПЖ, вызывая прогрессирование деструктивного процесса [5, 25, 26]. Косвенным маркером ПОЛ является МДА, поэтому его повышение может свидетельствовать об обострении ХП.

Таким образом, определение уровня оксида азота может быть использовано как дополнительный критерий обострения ХП. Повышение оксида азота в крови больных ХП сопряжено с усилением процессов ПОЛ, о чем свидетельствует повышение МДА у больных с высоким уровнем оксида азота в крови. Усиление ПОЛ может являться дополнительным патофизиологическим фактором, приводящим к повреждению ПЖ. МДА и оксид азота также могут быть использованы как показатели эффективности антиоксидантной терапии у больных с ХП.

Общепринятой является точка зрения, что старение - это прогрессирующий деструктивный процесс, характеризующий износ системы. Современный системный поход рассматривает организм как иерархически организованную структуру [1], распад которой сопровождается разрушением ее микро- и макроэлементов: биополимеров, органелл, клеток, тканей. Универсальным фактором, инициирующим разрушение объектов живой и неживой материи путем окислительного повреждения, является кислород. Обнаружение в биоматериале свободных радикалов кислорода позволило Д. Харману в 1956 г. высказать гипотезу, что свободные радикалы инициируют цепную реакцию повреждения биополимеров [19].

Молекулярный кислород имеет низкую реакционную способность. Однако в организме он претерпевает ферментативное одно- и двухэлектронное восстановление с образованием СРК супероксиданиона 0₂* и гидроксиланиона НО*. В зависимости от условий гидроксиланион может либо восстанавливать, либо окислять биомолекулы. Поглощая квант энергии (ультрафиолетового или видимого света), кислород переходит в возбужденное состояние, синглетный кислород О₂, который действует как окислитель, но не является свободным радикалом. Высокореактивные формы кислорода получили название «активные формы кислорода» (АФК). Супероксиданион генерируется митохондриями в результате «утечки» электронов из электронтранспортной цепи. Утечка имеет место при передаче электронов в комплексе I (НАД(Ф)Н- кофермент Q-редуктаза) и составляет всего 1-4% от общего потока электронов в цепи. В митохондриях содержится фермент Mg-зависимая супероксиддисмутаза (СОД), которая осуществляет дисмутацию 0₂* с образованием перекиси водорода (Н₂О₂). В присутствии ионов переходных металлов (медь и железо) супероксиданион взаимодействует с перекисью водорода с образованием гидроксиланиона.

Гидроксиланион - высокореактивное соединение, мишенью которого становятся биомолекулы: липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Повреждающим эффектом обладает также и супероксиданион, но его концентрация низка вследствие спонтанной или ферментативной дисмутации. В клетках накапливается преимущественно перекись водорода. НО также быстро распадается, поэтому он действует непосредственно в месте своего образования, т.е. там, где имеются ионы железа. В липидном матриксе НО взаимодействует с ненасыщенными жирными кислотами, акцептируя водород LH. Последующая оксидация радикала L* завершается образованием липоперекисей LOOH. Липоперекиси относительно устойчивы, они мигрируют по организму, достигая мест, где содержатся ионы железа. Здесь они подвергаются одноэлектронному восстановлению и последующей оксидации с образованием пероксильных радикалов OLOO*, которые инициируют цепную реакцию своего собственного образования, т.е. происходит локальное лавинообразное нарастание липоперекисей. Идентифицируя липоперекиси или другие продукты перекисного окисления липидов (например, малоновому диальдегиду) в биоматериале, судят о наличии окислительного стресса (ОС), а по их количеству - о его интенсивности [18]. Синглетный кислород, О₂, Н₂О₂, НО, ONOO объединяют в группу под общим названием «активные формы кислорода».

Фотодинамическое окисление (синглетный кислород) играет важную роль при малигнизации некоторых тканей, но для развития ОС большое значение имеет генерация свободных радикалов, или оксидантов. Оксиданты образуются в митохондриях (О₂^-и Н₂О₂), в пероксисомах (Н₂О₂), в микросомах (О₂), в фагоцитах (NO). Оксиданты нельзя однозначно считать молекулами-разрушителями. В небольших концентрациях они необходимы для выполнения ряда физиологических функций [12]. В пероксисомах происходит окисление ненасыщенных жирных кислот. Продукты такого окисления служат медиаторами функций иммунокомпетентных клеток. В микросомах печени активность цитохрома Р450 необходима для детоксикации ксенобиотиков. Часто окислительный стресс называют платой организма за чистоту своей внутренней среды. Продукция NO фагоцитами («окислительный взрыв») направлена на разрушение чужеродных микроорганизмов. Оксиданты участвуют в регуляции клеточных сигналов, где они играют роль вторичных мессенджеров. Подержание физиологически допустимых концентраций оксидантов обеспечивается благодаря системе антиоксидантной защиты (АОЗ). При превышении некоего концентрационного порога оксиданты индуцируют ответ со стороны АОЗ.

АОЗ включает низкомолекулярные соединения, которые связывают железо, являются «ловушками» электронов или обрывают цепную реакцию образования липоперекисей. Предупреждение кислородо- и липотоксичности осуществляется также ферментативно. СОД контролирует спонтанную дисмутацию О₂^-* и образование Н₂О₂. Содержание перекисей (ROOH) в клетке регулируется пероксидазами, катализирующими реакцию ROOH ROH. В водной среде функционируют глутатион пероксидаза митохондрий и каталаза пероксисом, использующие в качестве субстрата НООН, в липидном матриксе - Se-зависимая глутатион пероксидаза, использующая LOOH. К АОЗ можно причислить систему устранения повреждений, вызванных АФК. К ней относятся система репарации ядерной ДНК и плазматической мембраны (Se-зависимая фосфолипид глутатион пероксидаза) и система деградации поврежденных структур. Деградации подвергаются белки, клеточные органеллы и сами клетки. Апоптоз, индуцируемый АФК, можно рассматривать как элемент АОЗ, препятствующий нарастанию ОС. Апоптоз может быть вызван и другими факторами, такими как пальмитиновая кислота (С 16:0) и глюкоза, которые индуцируют генерацию оксидантов в митохондрии, с последующей пермеабилизацией ее внешней мембраны, образованием неселективных пор во внутренней мембране и высвобождением цитохрома с, который в комплексе с цитоплазматическими белками активирует каспазу-3. В этом случае апоптоз, спровоцированный деструкцией митохондрии, можно рассматривать как средство избавления от клетки с нарушенной или сниженной функцией.