Повреждение клеток в результате активации процессов ПОЛ

Интенсификация свободнорадикальных процессов, перекисного окисления полиненасыщенных жирных кислот наблюдается при развитии общего неспецифического адаптационного синдрома (стресса), т. е. практически при большинстве острых заболеваний и состояний, обострении хронических заболеваний, интоксикациях, ожогах, травмах, операциях и т. п.

Целый ряд причин вызывает активацию ПОЛ в тканях:

1. снижение поступления в организм алиментарных антиоксидантов (АО), таких как: токоферол, аскорбат, биофлавоноиды и др.;

2. стресс различного генеза, в частности эмоциональный (под влиянием катехоламинов и кортикостероидов в кровь поступает избыток жирных кислот и кислород);

3. внешние химические прооксиданты (пестициды, лекарственные окислители, алкоголь, продукты смога и т.д.);

4. физические факторы (повышенный радиоактивный фон, ультрафиолетовое облучение, электромагнитное поле, ультразвук с интенсивностью выше 2 Вт/см);

5. избыточное и несбалансированное потребление жиров и углеводов на фоне недостаточного их расходования;

6. гипокинезия с низким уровнем биологического окисления ферментов, т.е. сниженный уровень восстановления пиридиннуклеотидов;

7. врожденные энзимопатии антиоксидантных ферментов (каталазы, глутатионредуктазы, глутатионпероксидазы, глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы);

8. падение с возрастом активности антиоксидантных ферментов.

В основе биологической целесообразности этой интенсификации лежит усиление в возникающих экстремальных условиях синтеза эйкозаноидов, обновления мембран, детоксикационных (обезвреживающих) процессов.

Широкое распространение синдрома активации СРР привело к появлению термина «свободнорадикальные болезни», к которым относят более 100 патологий, в частности: мутагенез, злокачественный рост клеток; различные токсикозы; гипотония; гипертония; стресс и расстройства, связанные с ним; авитаминозы, в частности А- и Е-авитаминозы; острые и хронические воспалительные процессы; раны, язвы, травмы; катаракта, увеиты; рассеянный склероз; болезни Паркинсона и Альцгеймера; старение; шизофрения; сахарный диабет; бронхиальная астма и бронхолегочные патологии; артриты, артрозы и системные заболевания суставов; сердечно-сосудистые заболевания, пороки сердца, атеросклероз и артериосклероз; ишемия мозга, дисциркуляторная энцефалопатия и многие другие.

Механизмы действия активных форм кислорода.

АФК обладают прямой цитотоксичностью, активируя Fas-опосредованный апоптоз гепатоцитов. АФК также инициируют ПОЛ, приводящее к образованию реактогенных соединений, в том числе малонового диальдегида (МДА) и 4-гидроксиноненала (ГНЕ). Данные соединения могут как непосредственно вызывать гибель гепатоцитов, так и индуцировать цитотоксические иммунные реакции вследствие ковалентного связывания с клеточными белками, а также формирование содержащих мономеры цитокератинов телец Мэллори, фиброгенез и хемотаксис полиморфноядерных нейтрофилов (ПЯЛ). Помимо этого, АФК способствуют секреции мононуклеарными фагоцитами цитокинов a -ФНО, тромбоцитарный фактор роста- b — ТФР- b, потенциирующих вышеуказанные патологические процессы.

Ю.А. Владимиров выделяет три категории АФК: первичные, вторичные и третичные.

Первичные АФК образуются при окислении некоторых молекул и обладают регуляторным или умеренным антимикробным действием. К ним относятся оксид азота NO, обладающий сосудорасширяющим действием, и супероксид ОО-, судьба которого может быть весьма разнообразной. Обычно при помощи специализированного фермента супероксиддисмутазы он превращается в перекись водорода Н2О2 и в дальнейшем – в гипохлорит ClO-. Оба эти соединения используются макрофагами для борьбы с бактериями. При недостаточной нейтрализации супероксида его избыток, взаимодействуя с NO, образует пероксинитрит или переводит трехвалентное железо Fe3+ в двухвалентное Fe2+, которое при взаимодействии с Н2О2, НClО и липоперекисями образует гидроксильный радикал ОН* или липоксильный радикал LO*.

Гидроксильный радикал ОН* или липоксильный радикал LO*, как и пероксинитрит, представляют категорию вторичных радикалов, именно эта категория обладает сильным токсическим действием вследствие своей способности необратимо повреждать мембранные липиды, а также молекулы ДНК, углеводов и белков.

При соединении вторичных радикалов с молекулами антиоксидантов и других легко окисляющихся соединений образуются третичные радикалы

Супероксидный анион-радикал (О₂ ·¯) является одним из основных видов АФК, генерируемых в организме человека и животных. Он образуется при одноэлектронном восстановлении О₂, в результате которого один из неспаренных электронов образует электронную пару и О₂ трансформируется в результате в реактивноспособный монорадикал. В организме человека О₂¯ образуется в результате действия целого ряда ферментов. Наиболее известными и хорошо изученными из них являются – НАД(Ф)Н-оксидаза и ксантиноксидаза. Это промежуточный продукт многих биохимических реакций – таких, как окисление тиолов, флавинов, хинонов, катехоламинов, а также метаболизма ксенобиотиков. Возникновение О₂¯ в результате активации НАД(Ф)Н-оксидазы фагоцитов играет важную роль для реализации их микробоцидного, цитотоксического и иммунорегуляторного действия.

Гидроксильный радикал ОН является наиболее реактивноспособным из всех АФК, он может разрывать любую С-Н или С-С связь. Образование ОН^. отмечено в реакциях окисления арахидоновой кислоты, при микросомальном окислении, в реакциях с флавиновыми ферментами. Полагают, что ОН может генерироваться нейтрофилами и моноцитами человека по механизмам, зависимым от миелопероксидазы. Радикалы ОН^. учавствуют в микробоцидном и цитотоксическом действии гранулоцитов, моноцитов, Т-лимфоцитов, вызывают повреждение ДНК и других клеточных структур, ингибируют белки С5-фракции комплемента, индуцируют образование органических радикалов и таким образом запускают ПОЛ.

Оксид азота – NO молекула со свойствами радикала, является в норме одним из мощнейших факторов клеток (макрофагов, нейтрофилов), обеспечивающих резистентность организма к проникновению и развитию инфекций. Он оказывает микробоцидное действие на многие виды вирусов, бактерий, грибов, простейших, раковые клетки. Благодаря маленьким размерам и отсутствию заряда, легко проникает через мембраны клеток и субклеточных структур. NO функционирует как внутриклеточный и внеклеточный медиатор. NO рассматривают как регулятор пролиферации лимфоцитов. Эндогенный NO – важный компонент кальциевого гомеостаза в клетках. Он выполняет роль важнейшего нейромедиатора: он контролирует осцилляторную активность нейронов, является медиатором термогенеза, обоняния, снижает тревожность, регулирует выход медиаторов, участвует в процессах координации и баланса, является участником системы внутри- и межклеточной сигнализации. NO, образуемый нейрональной синтазой наиболее важный регулятор тонуса сосудов, снабжающих кровью все системы организма. Он защищает мозг от ишемических и нейротоксических инсультов. Но, кроме того, он может и вызывать гибель посредством апоптоза клеток корковых нейронов и астроцитов.

Пероксид водорода (Н₂О₂) не является свободнорадикальным соединением. Его относят к окислителям средней силы; в отсутствии каталазы, глутатионпероксидазы и металлов переменной валентности оно легко может мигрировать в клетки и ткани и взаимодействовать с различными компонентами, локализованными внутри субклеточных структур. В условиях in vivo Н₂О₂ образуется в основном в результате дисмутации О₂¯ и в реакциях, катализируемых оксидазами. При низких концентрациях окислительная способность Н₂О₂ невелика. В больших количествах пероксид водорода способен повреждать и инактивировать лейкоциты, в субтоксических концентрациях – модулировать их функциональную активность.Н₂О₂ служит источником возникновения ОН^..

Гипохлорная кислота HClO. Эта форма АФК, как и Н₂О₂, также не является свободным радикалом. HСlO в значительных количествах продуцируется ферментом активированных нейтрофилов миелопероксидазой, катализирующей окисление Cl^- в присутствии Н₂О₂. Кроме окислительной активности, HClO обладает сильным хлорирующим действием. В частности, входящий в состав клеточных мембран холестерин превращается под действием HClO в холестеринхлоргидрин, что ведет к нарушению целостности мембраны и лизису клеток.

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ (ПОЛ)

Одним из важнейших следствий избыточного образования АФК является активация процессов ПОЛ. В нормальных условиях активность этих процессов находится на невысоком уровне, обеспечивающим протекание физиологических процессов. Чрезмерная, патологически усиленная активация процессов ПОЛ под действием АФК приводит к необратимому изменению или повреждению мембранных структур и нарушению их проницаемости для ионов.

Процессы ПОЛ можно условно подразделить на 3 последовательных этапа, или фазы развития: процесс зарождения или инициации, процессы развития цепных реакций и обрыв цепи.

1) Инициация: образование свободного радикала (L^●)

L → L^●

Инициирует реакцию чаще всего гидроксильный радикал, отнимающий водород от СН₂-групп полиненасыщенных жирных кислот, входящие в состав фосфолипидов. Это приводит к образованию липидного радикала.

2) Развитие цепи:

L^● + О₂ → LОО^●

LОО^● + LН → LOOН + LR^●

Развитие цепи происходит при присоединении О₂, в результате чего образуется липопероксирадикал LОО^● или пероксид липида LOOН.

ПОЛ представляет собой свободнорадикальные цепные реакции, т.е. каждый образовавшийся радикал инициирует образование нескольких других.

3) Обрыв цепи — взаимодействие радикалов между собой:

LОО^● + L^● → LOOН + LН

L^● + Vit E → LH + Vit E^●

L^● + Vit E^● → LH + Vit E_окисл

Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму.

К продуктам цепной реакции ПОЛ, прежде всего, относятся разновидности гидроперекисей, которые способны подвергаться нерадикальным окислительным превращениям, что приводит к образованию первичных (диеновые конъюгаты - ДК), и конечных (малоновый диальдегид - МДА) продуктов ПОЛ.

ДК, являются первичным продуктом ПОЛ, они увеличивают полярность гидрофобных углеводородных хвостов жирных кислот, которые образуют липидный бислой мембраны. При физиологическом процессе регуляции клеточной активности участки углеводородных хвостов, полярность которых возросла, вытесняются из глубоких слоев мембраны к поверхности, что облегчает процесс самообновления мембраны и влияет на ее проницаемость и ионный транспорт.

МДА образуется в результате АФК - обусловленного разрыва полиеновых кислот. МДА образует Шиффовые основания с аминогруппами белков, в результате чего образуются нерастворимые липид-белковые комплексы, которые иногда называют «пигментами изнашивания» (липофусцинами). По скорости образования малонового диальдегида можно судить об активации ПОЛ.

Повреждение клеток в результате активации процессов ПОЛ

В результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов жирных кислот в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшенна), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга, при атеросклерозе, развитии опухолей. Перекисное окисление активируется также в тканях, подвергшихся сначала ишемии, а затем реоксигенации, что происходит, например, при спазме коронарных артерий и последующем их расширении.

Такая же ситуация возникает при образовании тромба в сосуде, питающем миокард. Формирование тромба приводит к окклюзии просвета сосуда и развитию ишемии в соответствующем участке миокарда (гипоксия ткани). Если принять быстрые лечебные меры по разрушению тромба, то в ткани восстанавливается снабжение кислородом (реоксигенация). Показано, что в момент реоксигенации резко возрастает образование активных форм кислорода, которые могут повреждать клетку. Таким образом, даже несмотря на быстрое восстановление кровообращения, в соответствующем участке миокарда происходит повреждение клеток за счёт активации перекисного окисления.

Изменение структуры тканей в результате ПОЛ можно наблюдать на коже: с возрастом увеличивается количество пигментных пятен на коже, особенно на дорсальной поверхности ладоней. Этот пигмент называют липофусцин, представляющий собой смесь липидов и белков, связанных между собой поперечными ковалентными связями и денатурированными в результате взаимодействия с химически активными группами продуктов ПОЛ. Этот пигмент фагоцитируется, но не гидролизуется ферментами лизосом, и поэтому накапливается в клетках, нарушая их функции.

---

Дата добавления: 2015-07-25