Активные формы кислорода и антиоксиданты

Обсуждение теоретических вопросов эндогенного дыхания.

Модератор: Евгений Вериго

Активные формы кислорода и антиоксиданты

Сообщение Sergio » Пн дек 18, 2006 18:07

Содержание:

1. Клиническая фармакология антиоксидантов. Оковитый С.В.
2. Активные формы кислорода, антиоксиданты и профилактика заболеваний сердца. В.И. Капелько.
3. Благотворная роль активных форм кислорода. Воейков В.Л.
4. Некоторые факты о положительной роли АФК.
5. Окислительный стресс и мозг. Болдырев А.А.
6. Каллории, антиоксиданты и АФК (на червях).
7. Биоэнергетика при различных уровнях активности человека. В.А. Максимович, И.И. Солдак, С.В. Беспалова.
8. Интервью А.А. Болдырева.
9. Биохимические процессы, лежащие в основе свободнорадикального окисления, механизмы антирадикальной защиты, оценка их эффективности у онкологических больных. Илларионов М.Ю.
10. Биологическое окисление и стимуляция антиоксидантной системы организма. О.С.Басович.
Последний раз редактировалось Sergio Пт июл 08, 2011 12:27, всего редактировалось 9 раз(а).
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

2. Активные формы кислорода, антиоксиданты и профилактика...

Сообщение Sergio » Пн дек 18, 2006 18:24

Активные формы кислорода, антиоксиданты и профилактика заболеваний сердца.
Профессор В.И. Капелько.

Институт экспериментальной кардиологии РКНПК МЗ РФ, Москва.

В последние 10–15 лет проблема патогенеза заболеваний сердца, а также ряда других органов обогатилась раскрытием механизма повреждения клеточных структур. Основным фактором повреждения оказался кислород – тот самый кислород, из–за недостатка которого возникает гибель клеток. Выяснилось, что так называемые активные формы кислорода (АФК), имеющие неспаренный электрон, обладают биологическим эффектом, который в зависимости от концентрации АФК может быть регуляторным или токсическим. Соответственно пробудился интерес и к соединениям, которые в обычных условиях предотвращают токсическое действие АФК – антиоксидантам. Окислительный стресс играет важную, если не ключевую роль в патогенезе старения и широкого спектра сердечно–сосудистых заболеваний, в том числе кардиомиопатии, атеросклероза, ИБС, клапанных поражений и застойной сердечной недостаточности [1,2]. Поэтому использование антиоксидантов для терапии и профилактике процесса старения и сердечных заболеваний выглядит вполне оправданным. В данном обзоре приведены краткие сведения о роли антиоксидантов в предупреждении окислительного стресса и профилактике сердечных заболеваний, причем число источников заведомо ограничено.

Активные формы кислорода

Главным источником АФК в клетках являются митохондрии. Обычно примерно 98% всего кислорода, поступающего в клетки, используется для окисления субстратов с образованием АТФ и выделением тепла, и лишь 2% используется в реакциях образования АФК [3], которое может значительно возрастать при усиленном поступлении кислорода в клетки или нарушении работы электронно–транспортной цепи митохондрий.

Ю.А. Владимиров [4] 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*. Эти радикалы, 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. Их роль может быть различной.

Для определения концентрации АФК используют электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и метод хемилюминесценции, однако измерение оказывается весьма затруднительным из–за крайне низких концентраций, поэтому на практике используют соединения, позволяющие многократно усиливать сигналы. Для ЭПР это спиновые ловушки, образующие стабильные нитроксильные радикалы, а для хемилюминесценции – так называемые усилители типа люцигенина или люминола [4].

Повреждающее действие АФК на клетки прослеживается в условиях, способствующих их избыточному образованию. Классическим примером может служить реперфузия миокарда после периода ишемии, сопровождающаяся развитием повреждений, сопоставимых по степени с возникшими в результате самой ишемии. Механизм образования АФК при реперфузии, вероятно, обусловлен созданием условий, благоприятствующих образованию вторичных радикалов [3]. Во время ишемии парциальное давление кислорода в кардиомиоцитах резко снижается, и это сопровождается переходом окисленных атомов железа Fe3+ в восстановленные Fe2+, а также повышением активности ксантиноксидазы. Оба эти компонента при появлении в цитоплазме больших количеств кислорода в начале реперфузии резко активируют образование ОН*, и возникающее под действием этого радикала повреждение клеточных структур может приобретать необратимый характер, что вызывает развитие апоптоза. Хорошо известно, что повреждающее миокард действие токсических доз изопротеренола или адриамицина также реализуется посредством усиленного образования АФК.

Повреждающее действие могут оказывать все АФК, но наиболее токсичными оказываются вторичные радикалы. Повреждающее действие смеси ксантиноксидазы и пурина на изолированное сердце крысы не проявлялось в условиях, когда на миокард действовал только супероксид, но было сильно выражено в условиях, способствующих образованию вторичных радикалов из Н2О2 [5]. Оно выражалось в 4–кратном снижении скорости развития давления, 3–кратном снижении содержания АТФ, гликогена, набухании митохондрий и дезинтеграции сарколеммы. В наших опытах на том же объекте введение перекиси водорода Н2О2 в постепенно возрастающих концентрациях оказывало обычный отрицательный инотропный эффект на изоволюмическое сердце – снижение развиваемого давления и повышение конечнодиастолического давления (рис. 1). Такой эффект характерен для многих факторов, действие которых сопряжено с нарушением энергообразования в кардиомиоцитах. Однако в отличие от этого спонтанная частота сокращений не снижалась, как можно было ожидать, а напротив, повышалась при введении Н2О2 в умеренных дозах. Принимая во внимание, что активация синусного узла происходит при открытии медленных Са2+ каналов сарколеммы, полученный результат может указывать на повышение кальциевой проницаемости мембран.

Изображение

Рис. 1. Кривые "доза-эффект" при введении Н2О2 в перфузат изоволюмического сердца крыс (n=9) для ЧСС (кружочки), РД (квадраты) и КДД (ромбы). Сердце перфузировали через аорту с постоянной скоростью 14 мл/мин., давление в латексном баллончике постоянного объема характеризовало силу сокращения миокардиальных волокон при постоянной степени их растяжения. Изменения показателей взяты через 10 мин. от начала действия каждой концентрации Н2О2 (M+m).

Антиоксидантная система клеток

Возникшая в процессе эволюции «побочная» ветвь использования кислорода в силу своей потенциальной опасности для клеточных структур, естественно, нуждалась в достаточном развитии защитных механизмов. Действительно, сейчас известен целый ряд соединений, обладающих антиоксидантными свойствами. Они представлены ферментами и низкомолекулярными соединениями. Последние в зависимости от своей локализации подразделяются на гидрофильные и липофильные (рис. 2).

Изображение

Рис. 2. Схема антиоксидантной защиты клеток

Среди гидрофильных соединений в первую очередь следует выделить супероксиддисмутазу (СОД), представляющую первое звено защиты. Этот фермент переводит супероксидный радикал в электронейтральную форму Н2О2. Судьба последней зависит от активности двух ферментов, разрушающих молекулу, – каталазы, образующей Н2О и О2, и глутатионпероксидазы, образующей глутатион. Кроме того, Н2О2 в качестве нейтральной молекулы может покинуть клетку. Помимо ферментных систем, в цитоплазме присутствуют различные низкомолекулярные вещества, также обладающие антиоксидантными свойствами, хотя механизм их действия может быть различным. Так, например, аскорбиновая кислота способна перехватывать электроны и тем самым служить ловушкой радикалов. В отличие от этого дипептид карнозин, присутствующий в мышечных клетках в довольно высокой концентрации, способен связывать катионы железа, снижая тем самым его возможную роль в образовании ОН* [4].
Особенностью перекисного окисления в мембранах следует считать его цепную реакцию с разрушением ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов мембран. Поэтому в мембранах присутствуют собственные липофильные антиоксиданты, среди которых основными являются убихинон и a-токоферол.

Убихинон (коэнзим–Q) является обязательным и наиболее подвижным компонентом электрон–транспортных цепей, он участвует в удалении протонов из матрикса митохондрий и последующем освобождении их в межмембранное пространство. В соответствии с общепринятой в настоящее время хемиосмотической моделью Питера Митчелла это обеспечивает сопряжение процессов электронного транспорта и окислительного фосфорилирования. Кроме того, восстановленная форма убихинона благодаря своей способности присоединять электроны служит хорошим антиоксидантом. Антиоксидантная функция убихинона была доказана после того, как снижение содержания убихинона в митохондриях сопровождалось усилением перекисного окисления, а его восстановление – обратным эффектом. Восстановленный убихинон является единственным липидорастворимым антиоксидантом, который синтезируется в клетках животных и человека, а также постоянно регенерируется из окисленной формы с помощью ферментных систем организма. Обе формы убихинона встречаются во всех клеточных мембранах, в плазме крови и липопротеинах низкой плотности.

Метаболизм убихинона тесно связан с метаболизмом другого липофильного антиоксиданта – витамина Е, являющегося наиболее эффективным антиоксидантом в миокарде [6]. Убихинон способен регенерировать восстановленную форму витамина Е. Их концентрации в плазме пропорциональны содержанию липопротеинов, в частности, оба антиоксиданта прямо коррелируют с уровнем холестерина [7]. При этом концентрация витамина Е в плазме в несколько раз выше, чем убихинона, а в тканях – ситуация обратная.

Средства пищевой профилактики

Большинство антиоксидантов поступает в организм с пищей, и широко известные результаты эпидемиологических исследований распространенности сердечно–сосудистых заболеваний в европейских странах являются важным аргументом в пользу антиоксидантной гипотезы. Значительно сниженный уровень этих болезней в странах средиземноморского бассейна, отличающихся особенностями диеты, привлек внимание к анализу ее компонентов. Жители этих стран отличаются повышенным потреблением фруктов, овощей, оливкового масла, рыбы и вина по сравнению с другими европейскими странами. Поскольку почти все эти компоненты содержат антиоксиданты, причем в значительных количествах, возникла идея, что именно они ответственны за снижение риска заболеваемости в этих странах. Поэтому данная гипотеза была подвергнута в последние годы интенсивному изучению на больших контингентах, причем были использованы как натуральные продукты, так и выделенные из них активные антиоксиданты.

Отдельные антиоксиданты

Наиболее эффективным по своим антиоксидантным свойствам издавна считается витамин Е. Способность витамина Е улучшать иммунный статус у пожилых людей и снижать риск атеросклероза [8] позволяла предполагать, что он может быть полезен для продления жизни. Однако применение у взрослых мышей витамина Е, глутатиона, мелатонина, клубничного экстракта не повлияло на продолжительность жизни, хотя витамин Е и клубничный экстракт достоверно снижали уровень одного из продуктов перекисного окисления в печени. Способность a-токоферола ингибировать переокисление ЛПНП возбудила надежды на его эффективность in vivo по отношению к ИБС. В большом обзоре Pryor [9] рассмотрел результаты 4 клинических исследований, посвященных возможному профилактическому действию на развитие сердечно–сосудистых заболеваний. В трех исследованиях был получен положительный результат, в четвертом изменения были недостоверны. В более поздних обзорах эффективность витамина Е представилась сомнительной [10–12]. В больших целевых исследованиях с применением витамина Е в дозах 300–400 мг/сутки не было обнаружено профилактического эффекта витамина Е на риск развития сердечно–сосудистых заболеваний [10].

Витамин С известен, как важный клеточный антиоксидант во многих тканях. Ness и соавт. [13] на основании обзора работ по витамину С за 30 лет заключили, что он имеет определенный защитный эффект против возникновения инсульта, в то время как против ИБС его эффект не столь ясен. Популяционные исследования показывают, что высокое потребление витамина С ассоциируется со сниженным риском хронических болезней сердца, нервной системы, глаз, однако это может быть просто следствием более правильного образа жизни.

Обычным источником витамина А в пище является легко абсорбируемый из животных тканей ретинол–пальмитат, но некоторые каротиноиды растительного происхождения (примерно 50 из 600) также могут быть предшественниками витамина А. Одним из важнейших каротиноидов является b-каротин. Предполагали, что повышенный уровень b-каротина в плазме или его повышенное потребление с пищей связаны со сниженным риском сердечных или раковых заболеваний. Однако 3 из 4 интервенционных исследований не показали эффективности высоких доз b-каротина для предотвращения этих заболеваний [14], напротив, отмечен более высокий риск развития рака легких для некоторых категорий популяции, например, курильщиков. По–видимому, этот неожиданный результат обусловлен более сложным механизмом действия биофлавоноидов, чем это представлялось. Во всяком случае, это является сигналом для проведения более углубленных исследований, прежде чем можно будет рекомендовать применение высоких доз b-каротина в профилактических целях.

Пока мало изучен другой каротиноид – ликопин, содержащийся в томатах. Серия работ in vivo продемонстрировала способность ликопина за одну неделю существенно снизить уровень ЛПНП [15]. В большом многоцентровом исследовании, проведенном в 10 европейских странах, изучали связь между потреблением b-каротина или ликопина и острым инфарктом миокарда. Выяснилось, что именно ликопин обладал защитным действием, что позволяет всерьез рассматривать его, как средство профилактики при ИБС [15], хотя данный эффект не обязательно может быть обусловлен только антиоксидантными свойствами последнего. Все это требует дальнейших исследований.

Другой большой группой естественных антиоксидантов являются флавоноиды – полифенольные соединения растительного происхождения. Они также могут играть определенную роль в антиоксидантной защите клеток в силу своей способности служить акцепторами кислорода. Одним из самых активных соединений этой категории является кверцетин, содержащийся, в частности, в огурцах. В некоторых, хотя не во всех проспективных эпидемиологических исследованиях показано, что повышенное потребление флавоноидов сочетается с пониженным риском развития ИБС [16].

В последнее десятилетие внимание экспериментаторов и клиницистов привлек убихинон, причем количество клинических исследований значительно превышает число экспериментальных работ. Повышение содержания убихинона в миокарде крыс, получавших убихинон в течение 6–8 недель, сопровождалось увеличением его резистентности к постишемическому окислительному стрессу, причем не только липофильная, но и гидрофильная форма убихинона оказались эффективными. Степень восстановления сократительной функции была значительно выше, а скорость генерации активных форм кислорода ниже по сравнению с контролем [17]. Повышенный антиоксидантный статус миокарда этих крыс проявлялся также в замедленном снижении сократительной функции изолированного сердца при введении в перфузат перекиси водорода (70 мкМ), что сочеталось с лучшей сохранностью ультраструктуры кардиомиоцитов и функции митохондрий. Результаты клинических исследований, обобщенные в обзоре [18], показали, что содержание убихинона в плазме снижено при гиперлипидемии, а также после терапии статинами, и при этом прием убихинона уменьшает окисляемость плазмы. Наиболее часто убихинон использовали при кардиомиопатии или ХСН в добавление к обычным средствам терапии, и в подавляющем большинстве исследований наблюдали улучшение клинического статуса больных.

Естественные антиоксиданты либо потребляются с пищей, либо синтезируются в организме. Поэтому большей частью они не проходят необходимых для лекарств испытаний и рекламируются как пищевые добавки. Обзор Gaytan и Prisant [19] специально посвящен рассмотрению проблемы использования пищевых добавок для лечения сердечно–сосудистых заболеваний. Их рынок бурно растет в США, причем многие из них продаются с анекдотическими заявлениями об их суперэффективности, хотя большинство из них вообще не подвергались научным испытаниям. Авторы провели строгий анализ научной литературы по данной проблеме, для оценки были отобраны только статьи в рецензируемых изданиях, основанные на группах больных, двойном слепом контролируемом проспективном исследовании и популяционных исследованиях. При таком подходе найдены лишь единичные показания для повсеместного применения добавок, за исключением биофлавоноидов. Умеренные эффекты витаминов С и Е найдены при дисфункции эндотелия. Большинство же субстанций либо не имеют нужного эффекта, либо даже вредны. В обзоре Kromhout [20], посвященном той же проблеме, сделаны сходные выводы: не найдены убедительные клинические данные о способности витаминов Е или С, а также каротиноидов предотвратить развитие ИБС, в то время как флавоноиды, полифенолы, также обладающие антиоксидантными свойствами, оказались более эффективны.

Подводя итог данному разделу, можно заключить, что в настоящее время антиоксиданты следует рассматривать, как возможное, хотя и не доказанное средство профилактики сердечных заболеваний [21,22]. В связи с тем, что защитное действие на организм могут оказывать не отдельные антиоксиданты, а весь комплекс веществ, содержащихся в овощах и фруктах, а также злаках, наверно, будет более оправдано рекомендовать потребление этих естественных продуктов скорее, чем таблетки с b-каротином или витаминами.

Диета

Несмотря на успехи, достигнутые в западных странах в плане профилактики сердечно–сосудистых заболеваний, они остаются основной причиной смертности, и эта проблема сохраняет остроту в связи с общим постарением населения. Роль диеты, способной защищать сердце от окислительного стресса, при этом возрастает. Показано, что потребление фруктов, овощей, оливкового масла, красного вина и чая обратно коррелирует с частотой заболеваний сердца [23]. Отличия средиземноморской диеты в разных странах этого бассейна позволяют разглядеть некоторые возможные ассоциации. По мнению греческого исследователя Simopoulos [24], меньшая частота рака и заболеваний сердца в Греции может быть связана с более высоким потреблением фруктов, овощей, орехов, злаков, оливкового масла, вина, а также сыра вместо молока, рыбы вместо мяса по сравнению с другими странами. Среди пищевых компонентов на Крите найдены селен, глутатион, ненасыщенные жирные кислоты, антиоксиданты, в том числе ресвератол из вина и полифенолы из оливкового масла. Содержание флавоноидов – ресвератрола и кверцетина особенно высоко в красном вине, оно значительно ниже в белом (за исключением шампанского). Антиоксидантный потенциал этих флавоноидов более высокий по сравнению с витамином Е [25]. Интересно отметить, что виноградный сок уступает по этим показателям красному вину в 2 раза.

Возможный риск, связанный с регулярным приемом алкоголя, не следует преувеличивать. Исследования, проведенные на людях, употребляющих крепкие напитки, показывают, что соотношение между потреблением алкоголя и ИБС напоминает U–образную кривую, в которой прием двух доз алкоголя в день сочетается со снижением риска развития ИБС по сравнению с абстинентами, а более высокие дозировки – напротив, с возросшим риском развития инфаркта или инсульта [25]. Благоприятный эффект умеренного потребления алкоголя, вероятно, объясняется его способностью предотвращать агрегацию тромбоцитов, усиливать фибринолиз и повышать уровень ЛПВП. Некоторые из этих эффектов могут быть обусловлены активируемым алкоголем высвобождением NO.

Для тех, кто не желает принимать алкоголь даже в небольших дозах, может быть полезен недавно выделенный из виноградных семян экстракт проантоцианидина, оказавшийся более сильным антиоксидантом, чем витамины Е, С или b-каротин. Bagchi и соавт. [2] в опытах на изолированном сердце обнаружили, что он уменьшал постреперфузионные повреждения миокарда, уменьшал тахикардию и фибрилляцию, размер инфаркта, образование АФК и выход малонового диальдегида в перфузат, а также уменьшал проапоптотические сигналы. В других опытах на мышах экстракт проантоцианидина значительно уменьшал кардиотоксичность доксорубицина и связанные с ней повреждения ультраструктуры миокарда и молекулы ДНК. В опытах на модели атеросклероза у хомяков экстракт проантоцианидина (50–100 мг/кг) примерно вдвое снижал количество тучных клеток – биомаркеров ранней стадии атеросклероза, а у людей с гиперхолестеринемией он значительно уменьшал уровень окисленных ЛПНП – биомаркера ИБС. Эти результаты позволяют считать экстракт проантоцианидина потенциальным терапевтическим средством при сердечно–сосудистых заболеваниях.

Высоким антиоксидантным потенциалом также обладают зеленый и черный чай, а также какао [26]. По частоте употребления среди жидкостей чай занимает второе место в мире (конечно первое – вода). Активными компонентами чая являются полифенолы, главным образом эпигаллокатехингаллат в зеленом чае, а в черном чае с участием полифенолоксидазы образуются другие полифенолы – теафлавин и теарубигины. Полезные свойства чая многообразны:

1) антиоксидантное действие;

2) специфическая индукция детоксикационных ферментов;

3) регуляция клеточного роста, развития и апоптоза;

4) избирательное улучшение функции кишечной бактериальной флоры;

5) ингибирование окисления холестерина ЛПНП.

Зеленый чай способен затормозить развитие рака легких, желудка и других органов у мышей. Однако результаты клинических исследований влияния чая на здоровье дали не вполне ясный результат [27], хотя лучше контролируемые исследования показали умеренное снижение риска хронических заболеваний. Впрочем, это не доказывает наличия причинно–следственной связи между ними.

Приведенные данные демонстрируют сложность доказательства профилактического эффекта на людях, несмотря на обнадеживающие экспериментальные результаты. Попытки добиться профилактического эффекта при помощи специализированных антиоксидантов, входящих в состав фруктов и овощей, большей частью были неудачны. В связи с этим возникло предположение, согласно которому благоприятный эффект диеты обусловлен не просто действием антиоксидантов, но целым комплексом пищевого рациона – ведь преобладание фруктово–овощной диеты с небольшим количеством рыбы сопровождается сниженным потреблением оксидантов кулинарного происхождения, образующихся, например, при поджаривании мяса [28]. Однако перемена привычного пищевого рациона – отнюдь не простое дело. Об этом свидетельствуют статистические данные о том, что даже в США – стране с высокой информированностью о проблемах здоровья – только 9% жителей следуют необходимым пищевым рекомендациям. Вместе с тем не нужно забывать, что низкий уровень потребления фруктов и овощей удваивает риск заболевания большинством видов рака, а также сердца и глаз [29].


Литература:


1. Cheraskin E. Antioxidants in health and disease. J Am Optom Assoc 1996 ;67(1):50–57

2. Bagchi D, Sen CK, Ray SD, Das DK, Bagchi M, Preuss HG, Vinson JA. Molecular mechanisms of cardioprotection by a novel grape seed proanthocyanidin extract. Mutat Res 2003; 523–524:87–97

3. Скулачев ВП. Феноптоз: запрограммированная смерть организма. Биохимия 1999; 64 (12): 1679–1688

4. Владимиров ЮА. Свободные радикалы и антиоксиданты. Вестник РАМН 1998; (7): 43–51

5. Miki S, Ashraf M, Salka S, Sperelakis N. Myocardial dysfunction and ultrastructural alterations mediated by oxygeen metabolites. J Mol Cell Cardiol 1988; 20: 1009–1024

6. Leibovitz B, Hu ML, Tappel AL. Dietary supplements of vitamin E, beta–carotene, coenzyme Q10 and selenium protect tissues against lipid peroxidation in rat tissue slices. J Nutr 1990; 120:97–104

7. Karlsson J, Diamant B, Theorell H et al. Ubiquinone and alpha–tocopherol in plasma; means of translocation or depot. Clin Investig 1993; 71 (8 Suppl): S84–S91

8. Meydani M, Lipman RD, Han SN, Wu D, Beharka A, Martin KR, Bronson R, Cao G, Smith D, Meydani SN. The effect of long–term dietary supplementation with antioxidants. Ann N Y Acad Sci 1998; 854:352–360

9. Pryor WA. Vitamin E and heart disease: basic science to clinical intervention trials Free Radic Biol Med 2000; 28(1):141–164

10. Marchioli R, Schweiger C, Levantesi G, Tavazzi L, Valagussa F. Antioxidant vitamins and prevention of cardiovascular disease: epidemiological and clinical trial data. Lipids 2001; 36 Suppl:S53–S63

11. Blumberg JB. An update: vitamin E supplementation and heart disease. Nutr Clin Care 2002; 5(2):50–55

12. Kritharides L, Stocker R. The use of antioxidant supplements in coronary heart disease. Atherosclerosis 2002; 164(2):211–219

13. Ness AR, Powles JW, Khaw KT. Vitamin C and cardiovascular disease: a systematic review. J Cardiovasc Risk 1996; 3(6):513–521

14. Pryor WA, Stahl W, Rock CL. Beta carotene: from biochemistry to clinical trials. Nutr Rev 2000; 58(2 Pt 1):39–53

15. Rao AV. Lycopene, tomatoes, and the prevention of coronary heart disease. Exp Biol Med (Maywood ) 2002; 227(10):908–913

16. Hollman PC, Katan MB. Health effects and bioavailability of dietary flavonols. Free Radic Res 1999;31 Suppl():S75–S80

17. Лакомкин ВЛ, Коркина ОВ, Цыпленкова ВГ, Тимошин АА, Рууге ЭК, Капелько ВИ. Защитное действие убихинона (коэнзима Q10) при ишемии и реперфузии сердца. Кардиология 2002; 42 (12): 51–55

18. Капелько ВИ, Рууге ЭК. Убихинон: роль в метаболизме клеток и применение в кардиологии. Кардиология 2002 (в печати)

19. Gaytan RJ, Prisant LM. Oral nutritional supplements and heart disease: a review. Am J Ther 2001;8(4):255–274

20. Kromhout D. Diet and cardiovascular diseases. J Nutr Health Aging 2001; 5(3):144–149

21. Gaziano JM. Antioxidants in cardiovascular disease: randomized trials. Nutrition 1996; 12(9):583–588

22. Dagenais GR, Marchioli R, Yusuf S, Tognoni G. Beta–carotene, vitamin C, and vitamin E and cardiovascular diseases. Curr Cardiol Rep 2000; 2(4):293–299

23. Giugliano D. Dietary antioxidants for cardiovascular prevention. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2000; 10(1):38–44

24. Simopoulos AP. The Mediterranean diets: What is so special about the diet of Greece? The scientific evidence. J Nutr 2001; 131(11 Suppl):3065S–3073S

25. Constant J. Alcohol, ischemic heart disease, and the French paradox. Clin Cardiol 1997; 20(5):420–424

26. Weisburger JH. Lifestyle, health and disease prevention: the underlying mechanisms. Eur J Cancer Prev 2002; 11 Suppl 2:S1–S7

27. McKay DL, Blumberg JB. The role of tea in human health: an update. J Am Coll Nutr 2002; 21(1):1–13

28. Ghiselli A, D’Amicis A, Giacosa A. The antioxidant potential of the Mediterranean diet. Eur J Cancer Prev 1997; 6 Suppl 1: S15–S19

29. Ames BN, Shigenaga MK, Hagen TM. Oxidants, antioxidants, and the degenerative diseases of aging. Proc Natl Acad Sci U S A 1993; 90(17):7915–7922


Источник: РМЖ, Том 11 № 21, 2003
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

3. Благотворная роль активных форм кислорода.

Сообщение Sergio » Пн янв 08, 2007 11:27

"МИС-РТ" - 2001 г. Сборник №24-1.

Благотворная роль активных форм кислорода. Воейков Владимир Леонидович
д.б.н., профессор, зам.зав. Кафедры Биоорганической Химии
Биологический факультет, МГУ им. М.В. Ломоносова, г.Москва
Phone: 007(095)939-12-68, 939-35-28
Fax:007(095)939-27-88
e-mail: vvl@soil.msu.ru

Интерес к активным формам кислорода (АФК) и реакциям с их участием, к антиоксидантам, блокирующим эти реакции, в последнее время быстро растет, поскольку с АФК связывают развитие у человека широкого спектра хронических заболеваний. Но в рамках традиционных представлений биохимии не находит убедительного объяснения необходимость регулярного потребления АФК с воздухом (супероксидный радикал), водой (перекись водорода), пищей (продукты реакции Мейяра) для повышения адаптивных возможностей организма, устойчивости к стрессу, сохранения высокой жизненной активности. Остаются неясными причины высокой терапевтической эффективности таких сильных оксидантов, как озон и перекись водорода при почти полном отсутствии побочных эффектов. При этом почти не обращается внимания на уникальную особенность реакций с участием АФК - их чрезвычайно высокий энергетический выход. Можно предположить, что абсолютная необходимость АФК для жизнедеятельности и их благотворное терапевтическое действие могут объясняться образованием при их реакциях электронно-возбужденных состояний - триггеров всех последующих биоэнергетических процессов. Колебательный режим таких реакций может обусловливать ритмичное протекание биохимических процессов более высокого уровня. Патогенетические эффекты АФК могут тогда объясняться нарушением регуляции как процессов их генерации, так и устранения.

Содержание

Парадоксы кислородного дыхания.
Особые свойства молекулы кислорода и продуктов его превращения.
Целенаправленная продукция АФК живыми клетками.
Биорегуляторная роль АФК.
Свободно-радикальные реакции - источники импульсов света.
Осцилляторные режимы реакций с участием АФК.
Вместо заключения.

Парадоксы кислородного дыхания

Динамика роста научной литературы, посвященной активным формам кислорода (АФК), свободным радикалам, окислительным процессам их участием, говорит о стремительно растущем к ним интересе биологов и медиков. В большинстве публикаций по проблемам, связанным с активными формами кислорода, подчеркивается их деструктивное действие на мембраны, нуклеиновые кислоты и белки. Поскольку в исследованиях роли, которую могут играть АФК в биохимии и физиологии, преобладает токсикологический и патофизиологический уклон, число публикаций, посвященных антиоксидантам, растет даже быстрее, чем общее число статей по АФК. Если за 25 лет до 1990 года число отреферированных в Medline статей по антиоксидантам было менее 4500, то лишь за 1999 и 2000 оно превысило 6000.

В то же время вне поля зрения большинства исследователей остается громадный массив данных, свидетельствующих об абсолютной необходимости АФК для процессов жизнедеятельности. Так, при пониженном содержании в атмосфере супероксидных радикалов животные и человек заболевают, а при длительном их отсутствии гибнут. На производство АФК в норме идет 10-15%, а в особых обстоятельствах - до 30% потребляемого организмом кислорода. Становится ясным, что определенный "фон" АФК необходим для реализации действия на клетки биорегуляторных молекул, а сами АФК могут имитировать действие многих из них. Все более широкое применение находит "окситерапия" - лечение широкого спектра заболеваний путем искусственной аэроионизации воздуха, обработкой крови такими чрезвычайно активными формами кислорода, как озон и перекись водорода.

Таким образом, многочисленные эмпирические данные входят в противоречие со сложившейся в классической биохимии схемой, в рамках которой АФК видятся лишь как сверх-активные химические частицы, которые могут нарушать стройный ход нормальных биохимических процессов. В то же время не принимается во внимание главная особенность реакций с участием АФК - их чрезвычайно высокий энергетический выход, достаточный для генерации электронно-возбужденных состояний. Но благодаря именно этой особенности они могут формировать своеобразные биоэнергетические потоки, необходимые для запуска, поддержания, и упорядочивания разнообразных биохимических и физиологических процессов. Мы предполагаем, что реакции с участием АФК играют фундаментальную (от слова "фундамент") роль в организации сложнейшей паутины био-физико-химических процессов, которые в совокупности отвечают понятию "живой организм". Для обоснования этого предположения необходимо хотя бы кратко остановиться на уникальных свойствах кислорода и его активных форм.

Особые свойства молекулы кислорода и продуктов его превращения

Кислород абсолютно необходим для всех организмов, а для жизни человека в особенности. Всего несколько минут без кислорода приводят к необратимому повреждению мозга. Мозг человека, составляющий лишь 2% от массы его тела, потребляет около 20% получаемого организмом кислорода. Cчитается, что почти весь О2 потребляется при окислительном фосфорилировании в митохондриях, но их содержание в нервной ткани не больше, если не меньше, чем в других энергозависимых тканях [1]. Следовательно, должен существовать другой путь утилизации О2, и мозг должен потреблять его на этом пути активнее, чем другие ткани. Альтернативный окислительному фосфорилированию путь использования О2 для получения энергии - его одноэлектронное восстановление. Свойства молекулы О2 в принципе позволяют получать энергию и на этом пути.

Кислород уникален среди важных для жизнедеятельности молекул. Он содержит 2 неспаренных электрона на валентных орбиталях (M↑↑, где ↑ представляет собой электрон с определенным значением спина), т.е. О2 в своем основном состоянии триплетен. Такие частицы обладают значительно большим запасом энергии, чем молекулы в невозбужденном синглетном состоянии [M↑↓], когда все их электроны спарены. О2 может стать синглетным, только получив немалую порцию энергии. Таким образом, как триплетное, так и синглетное состояния кислорода - это возбужденные, богатые энергией состояния. Избыточная энергия О2 (180 ккал/моль) освобождается, когда он восстанавливается до 2-х молекул воды, получив с атомами водорода 4 электрона, полностью уравновешивающих электронные оболочки обоих атомов О.

Несмотря на большой избыток энергии, О2 с трудом реагирует с окисляемыми им веществами. Практически все доступные ему доноры электронов - синглетные молекулы, а прямая реакция триплет-синглет с образованием продуктов в синглетном состоянии невозможна [2]. Если же О2 тем или иным способом приобретает дополнительный электрон, то последующие он может получить уже легко. На пути одноэлектронного восстановления О2 и образуются промежуточные соединения, названные АФК, благодаря их высокой химической активности. Получив первый электрон, О2 превращается в супероксид-анион радикал O2-↑. Добавление второго электрона (вместе с двумя протонами) превращает последний в перекись водорода, H2O2 ↑↓. Перекись, не будучи радикалом, а малоустойчивой молекулой, может легко получить третий электрон, превратившись в чрезвычайно активный гидроксил-радикал, HO↑, который легко отнимает у любой органической молекулы атом водорода, превращаясь в воду.

Изображение

Рисунок 1. В отличие от обычных молекулярных реакций свободные радикалы – частицы с нечетным числом электронов – порождают реакционные цепи, обрывающиеся только при рекомбинации радикалов

Свободные радикалы отличаются от обычных молекул не только высокой химической активностью, но и тем, что порождают цепные реакции. "Отобрав" доступный электрон у оказавшейся рядом молекулы, радикал превращается в молекулу, а донор электрона - в радикал, который может продолжить цепь дальше (рисунок 1). Действительно, когда в растворах биоорганических соединений развиваются свободно-радикальные реакции, немногочисленные исходные свободные радикалы могут вызывать повреждение громадного числа биомолекул. Именно поэтому АФК традиционно рассматриваются в биохимической литературе как чрезвычайно опасные частицы [3], и их появлением в среде организма объясняют многие заболевания и даже видят в них основную причину старения [4].

Целенаправленная продукция АФК живыми клетками

Все организмы оснащены разнообразными механизмами для целенаправленной генерации АФК. Давно известен фермент NADPH-оксидаза, активно продуцирующий "токсичный" супероксид, за которым порождается вся гамма АФК. Но до самого последнего времени его считали специфической принадлежностью фагоцитирующих клеток иммунной системы, объясняя необходимость продукции АФК критическими обстоятельствами защиты от патогенных микроорганизмов и вирусов. Сейчас стало ясно, что это фермент вездесущ. Он и подобные ему ферменты найдены в клетках всех трех слоев аорты, в фибробластах, синоцитах, хондроцитах, клетках растений, дрожжей [5], в клетках почки [6], нейронах и астроцитах коры мозга [7] O2-↑ продуцируют и другие повсеместно распространенные ферменты: NO-синтаза [8], цитохром Р-450 [9], гамма-глутамил-транспептидаза [10], и этот список продолжает расти. Недавно обнаружилось, что все антитела способны продуцировать H2O2, т.е. они также являются генераторами АФК [11]. По некоторым оценкам, даже в покое 10-15% всего потребляемого животными кислорода подвергается одноэлектронному восстановлению [12], а в условиях стресса, когда активность супероксид-генерирующих ферментов резко возрастает, интенсивность восстановления кислорода возрастает еще на 20% [13]. Таким образом, АФК должны играть весьма важную роль в нормальной физиологии.

Биорегуляторная роль АФК

Выясняется, что АФК принимают непосредственное участие в формировании разнообразных физиологических ответов клеток на тот или иной молекулярный биорегулятор. Какой конкретно будет реакция клетки - вступит ли она в митотический цикл, пойдет ли в сторону дифференцировки или дедифференцировки, или же в ней активируются гены, запускающие процесс апоптоза, зависит и от конкретного биорегулятора молекулярной природы, действующего на специфические клеточные рецепторы, и от "контекста", в котором действует данный биорегулятор: предыстории клетки и фонового уровня АФК. Последний зависит от соотношения скоростей и способов продукции и устранения этих активных частиц.

На продукцию АФК клетками влияют те же факторы, что регулируют физиологическую активность клеток, в частности, гормоны и цитокины. Разные клетки, составляющие ткань, реагируют на физиологический раздражитель по-разному, но индивидуальные реакции складываются в реакцию ткани, как единого целого. Так, факторы влияющие на активность NADPH-оксидазы хондроцитов [14], остеобластов [15] стимулируют перестройки хрящевой и костной тканей [16]. Активность NADPH-оксидазы фибробластов повышается при их механическим раздражении[17], а на скорость продукции оксидантов стенкой сосудов влияет интенсивность и характер тока по ним крови [18]. Одно из первых событий при оплодотворении сперматозоидом яйцеклетки - резкая активация NADPH-оксидаз обоих партнеров [19]. При подавлении продукции ими АФК нарушается развитие многоклеточного организма [20].

АФК и сами могут имитировать действие многих гормонов и нейромедиаторов. Так, H2O2 в низких концентрациях имитирует действие на жировые клетки инсулина, а инсулин стимулирует в них активность NADPH-оксидазы [21]. Антагонисты действия инсулина -- адреналин и его аналоги, ингибируют NADPH-оксидазу жировых клеток, а H2O2 подавляет действие глюкагона и адреналина [22]. Существенно, что генерация клетками O2-↑ и других АФК предшествует остальным событиям во внутриклеточной информационной цепи [23].

Хотя в организме есть множество источников продукции АФК, для нормальной жизнедеятельности человека и животных необходимо регулярное потребление их извне. Еще А.Л.Чижевский показал, что отрицательно заряженные ионы воздуха необходимы для нормальной жизнедеятельности. Сейчас установлено, что аэроионы Чижевского -это гидратированные радикалы O2-↑ [24]. И хотя их концентрация в чистом воздухе ничтожна (сотни штук в см3), но при их отсутствии экспериментальные животные погибают в течение нескольких дней с симптомами удушья. В то же время обогащение воздуха супероксидом до 104 частиц/см3 нормализует давление крови и ее реологию, облегчает оксигенацию тканей, усиливает общую резистентность организма к стрессорным факторам [25]. Другие АФК, например, озон (О3), H2O2 использовались еще в первой трети XX века для лечения разнообразных хронических заболеваний - от рассеянного склероза до нейрологических патологий и рака [26]. В настоящее время в общей медицине они применяются редко из-за их предполагаемой токсичности. Тем не менее, в последние годы, особенно в нашей стране озонотерапия становится все популярнее, начинается и применение внутривенных вливаний разбавленных растворов H2O2 [27].

Таким образом, становится ясно, что АФК - это универсальные регуляторные агенты [28], факторы, благотворно влияющие на процессы жизнедеятельности от клеточного уровня до уровня целого организма. Но если АФК, в отличие от молекулярных биорегуляторов, не обладают химической специфичностью, как они могут обеспечить тонкую регуляцию клеточных функций?

Свободно-радикальные реакции - источники импульсов света

Единственный способ, позволяющий оборвать опасные радикальные цепные реакции, в которые вовлекаются все новые биоорганические молекулы - рекомбинация двух свободных радикалов с образованием устойчивого молекулярного продукта. Но в системе, где концентрация радикалов очень низка, а органических молекул - высока, вероятность встречи двух радикалов ничтожна. Замечательно, что кислород, который порождает свободные радикалы, является чуть ли не единственным агентом, который может их устранить. Будучи би-радикалом, он обеспечивает размножение моно-радикалов, повышая вероятность их встречи. Если радикал R↑ взаимодействует с O2↓↓, возникает пероксильный радикал ROO↓. Он может оторвать атом водорода у подходящего донора с превращением его в радикал, сам при этом становясь перекисью. Связь O-O в перекисях сравнительно слаба, и при определенных обстоятельствах она может разорваться, породив 2 новых радикала, RO↑ и HO↓. Это событие называется запаздывающим (относительно основной цепной реакции) разветвлением цепей. Новые радикалы могут рекомбинировать с другими и оборвать ведомые ими цепи (Рисунок 2).

Изображение

Рисунок 2. Схема цепной реакции с запаздывающими разветвлениями, протекающая в присутствии кислорода. В правой нижней части - электронно-возбужденные продукты реакций рекомбинации радикалов, которые могут высвечивать фотоны при переходе в основное состояние.

И здесь следует подчеркнуть уникальную особенность реакций рекомбинации радикалов: освобождающиеся при таких актах кванты энергии сопоставимы с энергией фотонов видимого и даже УФ-света. Еще в 1938 г. А.Г. Гурвич показал, что в присутствии растворенного в воде кислорода в системе, где протекают цепные свободно-радикальные процессы с участием простых биомолекул, могут испускаться фотоны в УФ-области спектра, способные стимулировать в клеточных популяциях митозы (поэтому такое излучение было названо митогенетическим) [29]. При исследовании инициированных АФК процессов автоокисления в водных растворах глицина или глицина и восстанавливающих сахаров (глюкозы, фруктозы, рибозы) мы наблюдали сверх-слабое излучение из них в сине-зеленой области спектра и подтвердили представления Гурвича о разветвленно-цепном характере этих реакций [30].

А.Г. Гурвич первым обнаружил, что растения, дрожжи, микроорганизмы, а также некоторые органы и ткани животных служат источниками митогенетических излучений в "спокойном" состоянии, причем это излучение является строго кислород-зависимым. Из всех тканей животных таким излучением обладали только кровь и нервная ткань. С использованием современной техники детекции фотонов мы полностью подтвердили утверждение Гурвича о способности свежей неразбавленной крови человека быть источником излучения фотонов даже в спокойном состоянии что говорит о непрерывной генерации в крови АФК и рекомбинациях радикалов. При искусственном возбуждении в крови иммунных реакций, интенсивность излучения цельной крови резко возрастает [31]. Недавно было показано, что интенсивность излучения мозга крысы настолько высока, что может детектироваться высокочувствительной аппаратурой даже на целом животном [32].

Как отмечалось выше, заметная часть О2 в организме человека и животных восстанавливается по одноэлектронному механизму. Но при этом текущие концентрации АФК в клетках и внеклеточном матриксе очень низки из-за высокой активности ферментативных и неферментативных механизмов их устранения, известных в совокупности как "антиоксидантная защита". Некоторые элементы этой защиты действуют с очень высокой скоростью. Так, скорость супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы превышает 106 оборотов/сек [33]. СОД катализирует реакцию дисмутации (рекомбинации) двух супероксидных радикалов с образованием H2O2 и кислорода, а каталаза разлагает H2O2 до кислорода и воды. Обычно обращают внимание лишь на детоксифицирующее действие этих ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов - аскорбата, токоферола, глутатиона и др. Но в чем смысл интенсивной генерации АФК, например NADPH-оксидазой, если ее продукты немедленно устраняются СОД и каталазой?

В биохимии обычно энергетика этих реакций не рассматривается, тогда как энергетический выход одного акта димсутации супероксидов - около 1 эВ, а разложения H2O2 -- 2 эВ, что эквивалентно кванту желто-красного света. Вообще, при полном одноэлектронном восстановлении одной молекулы О2 освобождается 8 эВ (для сравнения укажем, что энергия УФ-фотона с l=250 нм равна 5 эВ). При максимальной активности ферментов энергия освобождается с мегагерцовой частотой, что затрудняет ее быстрое рассеяние в виде теплоты. Бесполезное рассеяние этой ценной энергии маловероятно еще и потому, что ее генерация происходит в организованной клеточной и внеклеточной среде. Экспериментально установлено, она может излучательно и безизлучательно переноситься на макромолекулы и надмолекулярные ансамбли, и использоваться в качестве энергии активации или для модуляции ферментативной активности [34, 35].

Рекомбинация радикалов, происходящая как при цепных реакциях с запаздывающими разветвлениями (Рис. 2), так и опосредованная ферментативными и нефермантативными антиоксидантами не только поставляет энергию высокой плотности для запуска и поддержания более специализированных биохимических процессов. Она могут поддерживать их ритмичное протекание, так как в процессах с участием АФК происходит самоорганизация, проявляющаяся в ритмическом освобождении фотонов.

Осцилляторные режимы реакций с участием АФК

Возможность самоорганизации в окислительно-восстановительных модельных реакциях, выражающаяся в появлении осцилляций окислительно-восстановительного потенциала или окраски была давно показана на примере реакций Белоусова-Жаботинского. Известно развитие колебательного режима при катализе пероксидазой окисления кислородом NADH [36]. Однако до последнего времени роль электронно-возбужденных состояний в возникновении этих осцилляций во внимание не принималась. Известно, что в водных растворах карбонильных соединений (например, глюкозы, рибозы, метилглиоксаля) и аминокислот происходит восстановление кислорода, появляются свободные радикалы, и их реакции сопровождаются излучением фотонов. Недавно нами было показано, что в таких системах в близких к физиологическим условиях возникает колебательный режим излучения, что свидетельствует о самоорганизации процесса во времени и пространстве [37, 38]. Существенно, что такие процессы, известные как реакция Мейяра, непрерывно протекают в клетках и неклеточном пространстве [39]. На рисунке 3 показано, что эти колебания не затухают длительное время и могут иметь сложную форму, т.е. представляют собой ярко выраженные нелинейные колебания.

Изображение

Рисунок 3. Кинетика развития хемилюминесценции в различных реакционных системах: (1) глюкоза-глицин (60 мМ, 60 мМ; 20 мл; рН 11,0) и (2) метилглиоксаль-глицин (10 мМ, 30 мМ; 20 мл; рН 10,6).

Изображение

Рисунок 4. Влияние аскорбиновой кислоты на хемилюминесценцию в системе глюкоза-глицин (60 мМ, 60 мМ; 10 мл; рН 11,0): (1) - контроль; (2) 1,0 мкМ аскорбата; (3) 10 мкМ аскорбата; (4) 100 мкМ аскорбата; (5) 1000 мкМ аскорбата.

Интересно влияние на характер этих колебаний классических антиоксидантов, например, аскорбата (рисунок 4). Обнаружилось, что в условиях, когда выраженные колебания излучения в системе не возникают, аскорбат в ничтожной концентрации (1 мкМ) способствует их появлению и вплоть до концентрации 100 мкМ резко усиливает общую интенсивность излучения и амплитуду колебаний. Т.е. он ведет себя как типичный прооксидант. Только в концентрации 1 мМ аскорбат выступает в роли антиоксиданта, существенно удлинняя лаг-фазу процесса. Но когда он частично расходуется, интенсивность излучения возрастает до максимальных величин. Такие явления характерны для цепных процессов с вырожденными разветвлениями

Колебательные процессы с участием АФК протекают и на уровне целых клеток и тканей. Так, в индивидуальных гранулоцитах, где АФК генерируются NADPH-оксидазами, вся совокупность этих ферментов "включается" строго на 20 сек, а в следующие 20 сек клетка выполняет другие функции. Интересно, что в клетках из септической крови эта ритмичность существенно нарушена [40]. Мы обнаружили, что колебательные режимы излучения фотонов характерны не только для отдельных клеток, но и для суспензий нейтрофилов (рисунок 5А) и даже для цельной неразведенной крови, к которой добавлен люцигенин -- индикатор генерации в ней супероксидного радикала (рисунок 5В). Существенно, что наблюдаемые колебания носят сложный, многоуровневый характер. Периоды колебаний лежат в диапазоне от десятков минут до их долей (врезка на рис. 5А).

Изображение
A

Изображение
B

Рисунок 5. А - Осцилляции люминол-зависимого излучения в суспензии нейтрофилов (105 клеток в 0,1 мл) после инициации зимозаном дыхательного взрыва. В - осцилляции излучения в цельной крови человека (0, 2 мл) в присутствии люцигенина.

Значение колебательного характера как регуляторных, так и исполнительных биохимических и физиологических процессов только начинает осознаваться. Совсем недавно было доказано, что внутриклеточная сигнализация, осуществляемая одним из самых важных биорегуляторов - кальцием, обусловлена не просто изменением его концентрации в цитоплазме. Информация заключена в частоте осцилляций его внутриклеточной концентрации [41]. Эти открытия требуют пересмотра представлений о механизмах биологической регуляции. Если до сих пор при изучении реакции клетки на биорегулятор принимали во внимание лишь его дозу (амплитуда сигнала), то становится ясным, что основная информация заключена в колебательном характере изменения параметров, в амплитудных, частотных и фазовых модуляциях колебательных процессов.

Из множества биорегуляторных субстанций АФК являются наиболее подходящими кандидатами на роль триггеров колебательных процессов, потому что они находятся в постоянном движении, точнее - они непрерывно порождаются и погибают, но при их гибели рождаются электронно-возбужденные состояния - импульсы электромагнитной энергии. Мы предполагаем, что механизмы биологического действия АФК определяются структурой процессов, в которых они участвуют. Под "структурой процессов" мы понимаем частотно-амплитудные характеристики и степень фазовой согласованности процессов генерации и релаксации ЭВС, сопровождающих реакции взаимодействия АФК друг с другом или с синглетными молекулами. Порождаемые электромагнитные импульсы могут активировать специфические молекулярные акцепторы, и структура процессов генерации ЭВС определяет ритмы биохимических, а на более высоком уровне и физиологических процессов. Именно этим, вероятно, и объясняется специфичность действия АФК - этих крайне неспецифичных с химической точки зрения агентов. В зависимости от частоты их рождения и гибели структура процессов генерации ЭВС должна меняться, а, значит, и будет меняться и спектр акцепторов этой энергии, поскольку разные акцепторы - низкомолекулярные биорегуляторы, белки, нуклеиновые кислоты могут воспринимать лишь резонансные частоты.

Существенную роль во всех этих процессах играет водная среда, в которой они протекают, поскольку благодаря своим уникальным физико-химическим и динамическим свойствам вода, по видимому, играет не только организующую роль, но и сама принимает участие в продукции и устранении АФК [42].

Наше предположение позволяет с единых позиций объяснить множество разрозненных явлений. Так, роль антиоксидантов видится много богаче, чем в рамках традиционных представлений. Конечно, они предотвращают неспецифические химические реакции повреждения биомакромолекул при избыточной продукции АФК. Но их главная функция - организация и обеспечение разнообразия структур процессов с участием АФК. Чем больше инструментов в таком "оркестре", тем богаче его звучание. Возможно, именно поэтому таким успехом пользуется травотерапия, витаминная терапия и прочие формы натуропатии - ведь эти "пищевые добавки" содержат разнообразные антиоксиданты и коферменты - генераторы и акцепторы энергии ЭВС. Совместно они обеспечивают полноценный и гармоничный набор ритмов жизни.

Становится понятным, зачем для нормальной жизнедеятельности необходимо потребление хотя бы в ничтожных количествах АФК с воздухом, водой и пищей, несмотря на активную генерацию АФК в организме. Дело в том, что полноценные процессы с участием АФК рано или поздно затухают, поскольку при их протекании постепенно накапливаются их ингибиторы - ловушки свободных радикалов. Аналогию здесь можно увидеть с костром, который затухает даже при наличии топлива, если продукты неполного сгорания начинают отбирать все больше энергии пламени. Поступающие в организм АФК выступают в роли "искр", которые вновь разжигают "пламя" - генерацию АФК уже самим организмом, что позволяет дожечь и продукты неполного сгорания. Особенно много таких продуктов накапливается в больном организме, и поэтому столь эффективна озонотерапия и перекисно-водородная терапия.

Ритмы, возникающие при обмене в организме АФК, в той или иной степени зависят и от внешних ритмоводителей. К последним относятся, в частности, колебания внешних электромагнитных и магнитных полей, поскольку реакции с участием АФК - это, по существу, реакции переноса неспаренных электронов, протекающие в активной среде. Такого рода процессы, как следует из современных представлений физики нелинейных автоколебательных систем, весьма чувствительны к очень слабым по интенсивности, но резонансным воздействиям [43]. В частности, процессы с участием АФК могут быть первичными акцепторами резких изменений напряженности геомагнитного поля Земли, так называемых геомагнитных бурь. В той или иной степени они могут реагировать на низкоинтенсивные, но упорядоченные поля современных электронных приборов, в частности, компьютеров и сотовых телефонов. Если ритмика процессов с участием АФК ослаблена и обеднена, подобные внешние воздействия при определенных их характеристиках повышают вероятность разобщения и хаотизации зависящих от генерации электронно-возбужденных состояний биохимических и физиологических процессов.

Вместо заключения

Представленный выше анализ эмпирических данных, относящихся к столь "горячей" теме активных форм кислорода и антиоксидантов, привел нас к выводам, в определенной степени противоречащим доминирующим в настоящее время подходам к решению медицинских проблем. Мы не можем исключить, что некоторые из высказанных выше предположений, гипотез не подтвердятся в полной мере при их экспериментальной проверке. Но, тем не менее, мы убеждены, что главный вывод: процессы с участием АФК играют фундаментальную био-энергоинформационную роль в становлении и осуществлении жизнедеятельности - верен. Безусловно, как и любой другой механизм, тонкий механизм процессов с участием АФК может нарушаться. В частности, одной из главных опасностей для его нормального функционирования может быть недостаток кислорода в среде, где он протекает. И именно тогда начинают развиваться те процессы, которые представляют действительную опасность - распространение цепных радикальных реакций, при которых повреждается множество биологически важных макромолекул. В результате возникают гигантские макромолекулярные химеры, к которым относят атеросклеротические и амилоидные бляшки, старческие пятна (липофусцин), другие склеротические структуры и многие еще слабо идентифицированные балластные, а точнее, токсичные субстанции. Организм борется с ними, интенсифицируя продукцию АФК, но именно в АФК и видят причину патологии и стремятся их немедленно устранить. Можно, однако, надеяться, что более глубокое понимание многообразных механизмов утилизации кислорода человеком и животными поможет эффективно бороться с причинами, а не следствиями заболеваний, которые нередко отражают собственные усилия организма в борьбе за жизнь.

Литература:

1. David, H. [1977] Quantitative Ultrastructural Data of Animal and Human Cells. Stuttgart; New York.
2. Eyring H. [1935] // J. Chem. Phys. 3:778-785.
3. Fridovich, I. [1998]//J. Exp. Biol, 201: 1203-1209.
4. Ames, B. N., Shigenaga, M. K., and Hagen, T. M. [1993]//Proc. Nat. Acad. Sci. USA 90: 7915-7922.
5. Babior B.M. [1999]// Blood, 93: 1464-1476
6. Geiszt M., et al. [2000] //Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 97: 8010-8014.
7. Noh K.-M, Koh J.-Y. [2000] // J. Neurosci., 20, RC111 1-5
8. Miller R.T., et al. [1997]// Biochemistry, 36:15277-15284
9. Peltola V., et al. [1996]// Endocrinology Jan 137:1 105-12
10. Del Bello B., et al. [1999]//FASEB J. 13: 69-79.
11. Wentworth A.D, et al. [2000]// Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 97: 10930-10935.
12. Shoaf A.R., et al. [1991]// J. Biolumin. Chemilumin. 6: 87-96.
13. Vlessis, A.A. et al. [1995]// J. Appl. Physiol. 78: 112-116.
14. Lo Y.Y., Cruz T.F. [1995]// J. Biol. Chem. 270: 11727-11730
15. Steinbeck M.J., et al. [1994]// J. Cell Biol. 126: 765-772
16. Moulton P.J., et al. [1998] //Biochem. J. 329 ( Pt 3): 449-451
17. Arbault S. et al. [1997] //Carcinogenesis 18: 569-574
18. De Keulenaer G. W., [1998] //Circ. Res. 82, 1094-1101.
19. de Lamirande E, Gagnon C. // Free Radic. Biol. Med. 14: 157-166
20. Klebanoff S.J., et al. [1979] // J. Exp. Med. 149: 938-953
21. May J.M., de Haen C. [1979] // J. Biol. Chem. 254: 9017-9021
22. Little S.A., de Haen C. [1980] // J. Biol. Chem. 255:10888-10895
23. Krieger-Brauer H.I., Kather H.[1995]// Biochem. J. 307 ( Pt 2): 543-548
24. Гольдштейн Н. И. Биофизические механизмы физиологической активности супероксида.//Дисс. на соискание степени д .б.н., М., 2000
25. Kondrashova, M.N., et al. [2000] //IEEE Transactions on Plasma Sci. 28: No. 1, 230-237.
26. Noble, M. A. [1928], Working Manual of High Frequency Currents. Chapter 9 Ozone. New Medicine Publishing Company.
27. Дуглас У. Целительные свойства перекиси водорода. (пер.с англ.). Изд-во "Питер", СПб, 1998.
28. Gamaley, I.A. and Klybin, I.V. [1999] //Int. Rev. Cytol. 188: 203-255.
29. Gurwitsch, A.G. and Gurwitsch, L.D. [1938]//Enzymologia 5: 17-25.
30. Voeikov, V.L. and Naletov, V.I. [1998], Weak Photon Emission of Non-Linear Chemical Reactions of Amino Acids and Sugars in Aqueous Solutions. In: "Biophotons". J. -J. Chang, J. Fisch, F. -A. Popp, Eds. Kluwer Academic Publishers. Dortrecht. Pр. 93-108.
31. Voeikov V L., Novikov C N., Vilenskaya N D. [1999]// J. Biomed. Opt. 4:54-60.
32. Kaneko K., et al. [1999]// Neurosci. Res. 34, 103-113.
33. Fee, J.A., and Bull, C. [1986] // J. Biol. Chem. 261:13000-13005.
34. Cilento, G. and Adam, W. [1995]//Free Radic Biol Med. 19:103-114.
35. Baskakov, I.V. and Voeikov, V.L. [1996]// Biochemistry (Moscow). 61: 837-844.
36. Kummer, U., et al. [1996] // Biochim. Biophys. Acta. 1289:397-403.
37. Koldunov V.V., Kononov D.S., and V.L.Voeikov. [2000]. In: Biophotonics and Coherent Systems. Proceedings of the 2nd International Alexander Gurwitsch Conference and Additional Contributions. L. Beloussov, F.-A. Popp, V.Voeikov and R. Van Wijk /Editors/. Moscow University Press, Moscow, Pp. 229-240.
38. Воейков В.Л., Колдунов В.В., Кононов Д.С. [2001]// Ж. Физ. Химии. 75: 1579-1585
39. Телегина Т.А., Давидянц С.Б. [1995] // Усп. Биол. химии. 35: 229.
40. Kindzelskii, A.L., et al.[1998]// Biophys. J. 74: 90-97
41. De Konick, P. and Schulman, P. H. [1998] //Science. 279: 227-230.
42. Voeikov V. [2001] // Rivista di Biologia/Biology Forum. 94: 193-214.
43. Гласс Л., Мэки М. От часов к хаосу. Ритмы жизни. М. "Мир", 1991.


http://ikar.udm.ru/sb24-1.htm
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

4. Некоторые факты о положительной роли АФК

Сообщение Sergio » Вс мар 11, 2007 20:28

4. Некоторые факты о положительной роли АФК.

В обзоре БИО-ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТАРЕНИЯ И ДОЛГОЛЕТИЯ , В.Л. Воейков в ходе рассмотрения гипотез старения изложены новые, ранее неизвестные факты выработки АФК организмом, что подтверждает их благотворную роль в различных биохимических процессах.

….активные формы кислорода ...организм вырабатывает целенаправленно. Так, при активации иммунных клеток крови, в частности, нейтрофилов, их фермент НАДФН-оксидаза более 90% кислорода восстанавливает до супероксид-анион радикала. Супероксид дисмутаза превращает его в перекись водорода, а миелопероксидаза катализирует окисление перекисью ионов хлора с образованием чрезвычайно активного окислителя - гипохлорита [17]. Некоторые считают генерацию АФК иммунными клетками неизбежным злом, вызванным необходимостью борьбы с еще большим злом - инфекционными микроорганизмами [35]. Хотя до сих пор бытует представление, что лишь незначительная часть потребленного организмом кислорода подвергается одноэлектронному восстановлению, сейчас становится ясным, что все клетки обладают специализированными ферментативными системами для целенаправленной генерации АФК [10]. У растений почти полное подавление митоходриального дыхания снижает потребление ими кислорода лишь на 5-30% [16], а у животных минимально поврежденные органы и ткани используют до 10-15% потребленного кислорода на продукцию АФК [51, 57]. В случае же максимальной активации ферментов, производящих супероксидный радикал, потребление кислорода животным увеличивается почти на 20% [60]. АФК непрерывно продуцируются в организме и в ходе неферментативных процессов. Реакция гликирования ... протекает в клетках, межклеточном матриксе, в плазме крови непрерывно и, следовательно, в ходе ее непрерывно возникают АФК и свободные радикалы. Наконец, совсем недавно было установлено, что все антитела, независимо от их специфичности и происхождения, способны активировать кислород и продуцировать перекись водорода [66]. А это значит, что АФК участвуют в любой иммунной реакции организма, т.е. что защита организма от повреждающих факторов внешней среды, необходимая для длительной жизни, невозможна без участия свободных радикалов.


В связи с противоречиями, возникающими в последнее время в оценках физиологического или патофизиологического значения АФК, особенно интересен следующий парадокс. … хорошо известно, что мозг человека, по весу не превышающий 2% от веса тела, расходует около 20% всего кислорода, потребляемого организмом. Но содержание митохондрий в нервных клетках значительно меньше, чем, например, в мышечных или клетках печени [32]. Следовательно, в мозгу и вообще в нервной ткани должен доминировать альтернативный окислительному фосфорилированию путь утилизации кислорода - его одноэлектронное восстановление. В самое последнее появились указания на возможность интенсивной генерации АФК в нормально работающем мозге. В нервных клетках обнаружен фермент НАДФ-Н-оксидаза, который раньше считался в них отсутствующим [58]. В мозгу, а точнее, в нейронах чрезвычайно высока концентрация аскорбата - 10 мМ, что в 200 раз выше, чем в плазме крови [54]. Неожиданно выяснилось, что серое вещество мозга содержит совсем не следовые, а весьма значительные концентрации ионов переходных металлов Fe, Cu, Zn -- 0,1-0,5 мМ [29]. Если учесть, что сочетание аскорбата и металлов в таких концентрациях in vitro часто используют как систему, обеспечивающую интенсивную генерацию АФК [48] то вероятность того, что АФК в нервной ткани постоянно производятся (но, по-видимому, и очень быстро устраняются) становится очень высокой. Такие реакции сопровождаются излучением фотонов (подробнее см. ниже), и если в мозгу они протекают с высокой интенсивностью, то следует ожидать, что деятельность мозга должна сопровождаться оптическим излучением. Действительно, недавно японские авторы с помощью высокочувствительных детекторов фотонов показали, что кора мозга крысы - единственный орган, который излучает световые фотоны in vivo без дополнительной стимуляции ткани и без добавления к ней какого-либо химического агента. Ритмы излучения согласуются с ритмами электроэнцефалограмм, а его интенсивность резко снижается при прекращении кровоснабжения мозга, при гипоксии или гипогликемии [43, 44].
Отсюда следует, что интенсивность процессов с участием свободных радикалов в мозгу, намного превосходит ту, что характерна для других органов и тканей. А ведь мозг - это тот орган человека, который "стареет", как правило, в последнюю очередь (по крайней мере, у большинства долгожителей). Все это резко противоречит свободно-радикальной теории старения в том ее виде, в каком она пропагандируется в настоящее время, и требует внесения в нее серьезных корректив, особенно учитывая, что эта теория лежит в основе широкого применения разнообразных антиоксидантов в профилактической и клинической медицине. И хотя антиоксиданты действительно чрезвычайно важны для нормальной жизнедеятельности (см. ниже), уже появляются сведения, что злоупотребление ими может приводить к негативным последствиям [25, 37, 48, 52].
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

Сообщение Denis » Вт мар 13, 2007 20:45

Еще немного полезной информации об активных формах кислорода.
http://www.ksma.kubannet.ru/kaf/kboch/kbochotkr.html
Denis
старожил
 
Сообщения: 167
Зарегистрирован: Пт окт 06, 2006 15:45

5. Окислительный стресс и мозг. Болдырев А.А.

Сообщение Sergio » Сб мар 17, 2007 14:53

5. Окислительный стресс и мозг. Болдырев А.А. // СОЖ, 2001, No 4, с. 21–28.
(Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)

Стресс – это состояние организма, характеризующееся выработкой адаптационных реакций в ответ на неблагоприятные факторы среды.

Ганс Селье

ВВЕДЕНИЕ

Аэробные организмы нуждаются в кислороде для своей жизнедеятельности. Однако повышение концентрации О2 в среде выше уровня, характерного для атмосферного воздуха, является для них токсическим. Степень токсичности зависит от вида организмов, а также многих других факторов. Например, чистый кислород менее токсичен для взрослого человека, чем для взрослых крыс, или для новорожденных крыс по сравнению со взрослыми. Токсические эффекты кислорода определяются не им самим, а разнообразными кислородными радикалами, которые образуются в тканях. Эти радикалы образуются в клетках как в результате нормальных метаболических реакций, так и вследствие нарушения их снабжения кислородом [1]. Состояние тканей, которое характеризуется избыточным уровнем в них радикалов кислорода (активные формы кислорода, АФК), называется окислительным стрессом.

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС

В нормальных условиях подавляющее количество молекулярного кислорода (более 95%) потребляется в клетке митохондриальным ферментом цитохромоксидазой, которая, присоединяя к O2 четыре электрона, катализирует образование двух молекул воды. Однако молекула кислорода способна присоединять и один электрон. В ходе одноэлектронного восстановления образуется радикал, содержащий неспаренный электрон – супероксид-анион кислорода. Такой радикал может образоваться при взаимодействии кислорода с промежуточными компонентами дыхательной цепи митохондрий – убихинонами, хотя в нормальных условиях величина утечки составляет не более 2-5% от общего потребления кислорода.

Супероксидный радикал кислорода сам по себе обладает малой реакционной способностью. Кроме того, в клетках имеется фермент супероксиддисмутаза (СОД), которая быстро превращает радикал в молекулу перекиси водорода Н2О2 . В водной среде может нейтрализоваться и спонтанно, этот процесс сопровождается появлением синглетного кислорода.

При нормальном течении метаболизма кислородные радикалы не накапливается в клетках. Однако их содержание может увеличиваться, если повышается скорость образования свободных радикалов или снижается способность клетки к их нейтрализации. В этих условиях супероксид-анион претерпевает превращения, приводящие к образованию других высокореакционных радикалов, которые могут причинить прямой вред клетке. По этой причине стойкое увеличение в клетках свободнорадикальных соединений и создает условия окислительного стресса.

Защита тканей от окислительного стресса обеспечивается специальной антиоксидантной системой, задачей которой является предохранение тканей от избыточного образования свободнорадикальных молекул [2, 3]. В ее состав входят как низкомолекулярные антиоксиданты, так и белки-ферменты. В числе последних – СОД, которая превращает супероксид-анион в пероксид водорода. Н2O2 как более гидрофобное (по сравнению с) соединение легко покидает клетку. В противном случае Н2O2 атакуется другими ферментами – каталазой или пероксидазой, в результате чего превращается в воду.

Таким образом, благодаря наличию в клетке антиоксидантных ферментов из кислородных радикалов образуются нерадикальные соединения – пероксид водорода или вода. Они не представляют непосредственной опасности для клетки: Н2О инертна, а Н2О2 сам по себе является очень слабым окислителем.

Однако пероксид водорода при взаимодействии с супероксид-анионом может образовывать гидроксид-радикал:

+ Н2О2 ОН- + ОНJ,

который является весьма сильным окислителем. В обычных условиях образование гидроксид-радикала протекает достаточно слабо. Однако токсичность пероксида водорода резко возрастает в присутствии металлов переменной валентности, что объясняется ускорением образования ОНJ:

Fe2 + + Н2О2 Fe3 + + OH- + OHJ

Гидроксид-радикал является фактором окислительной модификации многих клеточных структур. Он может окислять молекулы белков и липидов, особенно активно атакуя мембранные липиды, которые содержат ненасыщенные двойные связи. Этот процесс приводит к образованию липидных гидроперекисей (он носит название перекисное окисление липидов, ПОЛ) и изменению свойств клеточных мембран. Гидроксид-радикал вызывает разрыв связей в молекуле ДНК, химическую модификацию дезоксирибозы и самих нуклеиновых оснований, что может вызывать глубокие повреждения генетического аппарата клеток.

Известна также миелопероксидазная реакция, в ходе которой Н2О2 ферментативно превращается в гипохлорит-анион, который также является мощным окислителем. Он опасен для клетки как сам по себе, так и потому, что в присутствии ионов железа может превращаться в гидроксид-радикал.

Еще одним важным радикальным соединением является оксид азота NOJ. Он образуется специальным ферментом, NO-синтазой, содержащейся в фагоцитах, нейронах и гладкомышечных клетках кровеносных сосудов. NO-радикал относительно стабилен (время жизни составляет несколько секунд) и способен проникать через клеточные мембраны, его рассматривают как сигнальную молекулу – вторичный мессенджер. В гладких мышцах он играет роль расслабляющего фактора – увеличивает просвет кровеносных сосудов (вызывает вазодилятацию) и улучшает кровоснабжение тканей. Супероксид-анион кислорода, напротив, выступает как сосудосуживающий фактор, поскольку связывает NO-радикал с образованием пероксинитрита:

NOJ + + H+ ONOOH

Таким образом, контролирует концентрацию NO-радикала, и соотношение концентраций двух радикальных соединений – NOJ и управляет тонусом сосудов.

NO-радикал выполняет в клетках и другие функции. Взаимодействуя с низкомолекулярными серосодержащими соединениями, цистеином или глутатионом, он образует ди- и мононитрозильные комплексы. Первые способны обратимо окислять NH2-группы липидов и сульфгидрильные группы белков и выступать как ингибиторы мембранных белков клетки, а вторые, напротив, препятствуют этим повреждениям.

Пероксинитрит отличает высокая реакционная способность, он способен разрушать клеточные структуры и вызывать смерть клеток. При закислении среды пероксинитрит высвобождает гидроксид-радикал, окисляет SH-группы белков, а образующийся при этом NO2 – осуществляет нитрование тирозиновых радикалов белков, тем самым модифицируя их свойства (рис. 1). В случае если образование свободных радикалов не будет остановлено системой антиоксидантной защиты, окислительный стресс приводит к смерти клетки [4]. В табл. 1 приведены данные о наиболее важных активных формах кислорода и родственных им соединениях.

Нарисованная здесь картина показывает, что свободные радикалы кислорода являются высокореакционными, быстро превращающимися друг в друга веществами. Их появление сигнализирует о необходимости изменения метаболизма клетки [3]. Однако наступающие в условиях окислительного стресса нарушения в образовании и превращениях свободных радикалов могут оказаться губительными для клетки, если система антиоксидантной защиты не сумеет справиться с их избытком.

ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В МОЗГЕ

Как ясно из сказанного, окислительный стресс вызывает повреждение клетки. Окисление нуклеиновых кислот может приводить к возникновению мутаций, это объясняет наличие специальных механизмов, включение которых приводит к клеточной смерти: устранение клеток с испорченной программой принесет меньше вреда, чем их неконтролируемая активность.

Перекисное окисление мембранных липидов (ПОЛ) является причиной повреждения клеток. Наиболее уязвимы жирнокислотные цепи мембранных фосфолипидов, которые содержат сопряженные двойные связи. Их атака кислородными радикалами приводит к образованию гидрофобных радикалов, взаимодействующих друг с другом (рис. 2). ПОЛ приводит к нарушению нормальной упаковки мембранного бислоя и грозит нарушением целостности клеточной мембраны. Этот процесс сопровождает, а возможно, и вызывает многие патологические (воспалительные, нейродегенеративные, злокачественные) и возрастные изменения в тканях, приводящие к гибели клеток.

Клеточные белки тоже повреждаются свободными радикалами. Многие ферменты, содержащие SH-группы, такие, как ATФазы или дегидрогеназы, легко окисляются активными формами кислорода. Интересный пример окислительной модификации белков представляет ксантиндегидрогеназа, один из специфических ферментов мозга. Его задача – превращать ксантин в мочевую кислоту. Эта реакция может рассматриваться как один из механизмов антиоксидантной защиты клеток, поскольку образующаяся мочевая кислота связывает свободнорадикальные формы кислорода и таким образом выступает как неферментативный компонент антиоксидантной системы. Однако именно этот фермент сам реагирует на окислительный стресс – в результате его атаки свободными радикалами кислорода происходит окисление SH-групп и превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу. Характер катализируемой реакции изменяется, и одновременно с мочевой кислотой начинает образовываться супероксид-анион кислорода (рис. 3). В результате этого в нейронах происходит дополнительное увеличение концентрации свободных радикалов.

Еще одним важным источником свободнорадикальных соединений в мозге являются нейромедиаторы.

При нарушении целостности клеточной мембраны они высвобождаются и самопроизвольно окисляются с образованием супероксид-аниона кислорода и гидропероксида. Типичным примером является допамин, нарушение обмена которого является одной из причин таких нейродегенеративных процессов, как болезнь Паркинсона. Нарушение обмена глутаминовой и аспарагиновой аминокислот, также играющих в мозге роль медиаторов, имеет нежелательные последствия. Процесс возбуждения в нейронах обычно сопровождается генерацией радикальных форм кислорода, и избыточное высвобождение этих медиаторов приводит к повышению уровня кислородных радикалов и токсическим эффектам. По этой причине такие возбуждающие медиаторы относят к экзайтотоксическим соединениям (от английских терминов "excitation" – возбуждение и "toxicity" – токсичность).

Все названные процессы активируются при нарушении мозгового кровообращения (рис. 4). При недостатке кислорода в митохондриях увеличивается восстановленность дыхательной цепи, а образование АТФ уменьшается. Поэтому после восстановления кровообращения появляющийся в тканях кислород взаимодействует с промежуточными компонентами дыхательной цепи, убихинонами, которые обладают к нему более высоким сродством. Такое взаимодействие происходит по одноэлектронному пути и заканчивается образованием супероксид-аниона. Феномен повышенного образования АФК после смены гипоксии на усиленную реоксигенацию мозга носит название кислородного парадокса, поскольку восстановление нормального пути утилизации кислорода проходит через стадию его "неправильного" использования, приводящего к росту АФК.

Фактором, усиливающим окислительный стресс, является закисление среды, вызываемое происходящей при гипоксии активацией гликолиза. В тканях, лишенных кислорода, гликолиз призван хотя бы частично компенсировать нехватку АТФ. Однако это приводит к накоплению кислых продуктов (молочная кислота), которые в условиях нарушения кровообращения накапливаются в тканях. Закисление среды приводит к высвобождению ионов железа. В норме они связаны со специальным белком трансферином, содержание которого в мозге составляет около 0,25 мкM. Каждая молекула трансферина при нейтральной кислотности среды присоединяет два иона железа, следовательно, при нормальном содержании железа в мозге млекопитающих (0,22-0,45 мкM) все оно находится в связанном состоянии и не может стимулировать образования гидроксид-радикала. Это обстоятельство сберегает нейроны от окислительного стресса и компенсирует характерную для мозга низкую активность каталазы, пероксидазы и СОД. Однако при закислении среды способность трансферина связывать железо снижается, и оно легко высвобождается из ставшего непрочным комплекса. Поэтому, когда мозг выходит из состояния гипоксии и кровообращение восстанавливается (например, при лечении мозгового инсульта), его подстерегает реальная опасность окислительного стресса.

Наконец, важно отметить, что вдобавок к легкой активации образования радикалов в нейронах в их мембранах повышено содержание липидов с полиненасыщенными жирными кислотами (типа арахидоновой кислоты), которые легко окисляются свободными радикалами. Все эти особенности могут приводить к тому, что нарушения обмена кислорода в мозге будут вызывать свободнорадикальное повреждение клеток.

ДВОЙСТВЕННАЯ РОЛЬ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ В ТКАНЯХ

Не следует думать, что радикальные процессы приносят только вред организму. Ярким примером положительной роли этих соединений является клеточная система иммунитета. Входящие в ее состав макрофаги используют целый набор ферментов для уничтожения чужеродных элементов или поврежденных клеток. Макрофаги мигрируют в очаг воспаления, где они активируются и с помощью специальной оксидазы генерируют из O2 супероксид-анион, а затем гидропероксид (с помощью СОД) и гипохлорит (в результате миелопероксидазной реакции) (рис. 5). Таким образом создаются условия для ликвидации инфекции.

Положительная роль свободных радикалов не ограничивается этим примером. Клетки мозга балансируют на грани допустимого уровня свободных радикалов, по-видимому, по той причине, что эти короткоживущие высокореакционные соединения выполняют в нейронах важные регуляторные функции. Действительно, для мозга характерен повышенный синтез простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов. Этот процесс требует участия супероксид-аниона кислорода, а также арахидоновой кислоты – соединения, высвобождающегося из мембранных фосфолипидов в ходе ПОЛ (см. рис. 2). Образующийся в эндотелиальном русле NO-радикал используется для тонкой регуляции кровоснабжения мозга. Поэтому нельзя исключить, что происходящий после гипоксии всплеск образования свободных радикалов является сигналом к восстановлению нарушенного снабжения нейронов кислородом. Таким образом, в тканях мозга осуществляется неустойчивое равновесие между образованием и нейтрализацией свободных радикалов [3].

АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА МОЗГА

Итак, мозг уязвим для свободнорадикального повреждения. Ишемия мозга – процесс, вырастающий из локальных нарушений кровообращения как комбинация гипоксии (понижения уровня снабжения клеток кислородом), гипогликемии (снижения притока глюкозы к клеткам) и ацидоза (закисления от накопления в клетках продуктов гликолиза, которые не могут быть унесены с током крови). Чем быстрее будут устранены эти факторы, тем менее болезненны последствия для будущего функционирования мозга. Для их устранения следует восстановить нормальное кровоснабжение. Однако тут нас подстерегают последствия кислородного парадокса – восстановление снабжения тканей кислородом чревато ростом АФК.

Естественным выводом из анализа этих событий явилась концепция антирадикальной терапии – использование антиоксидантных соединений и ферментов, способных понижать уровень свободных радикалов в тканях. При рассмотрении табл. 2 можно заключить, что из всех известных антиоксидантов наиболее подходящими в этих условиях должны быть низкомолекулярные соединения: они проникают через гематоэнцефалический барьер и понижают уровень гидрофильных (гидроксид-радикал) и гидрофобных (пероксирадикалы) окислителей. Такими соединениями могут быть a-токоферол (витамин Е), каротиноиды, таурин, глутатион, мочевая и аскорбиновая кислоты. Будучи природными соединениями, они могли бы восстанавливать разбалансированную систему антиоксидантной защиты тканей. Можно использовать и синтетические антиоксиданты при условии, если они проникают через гематоэнцефалический барьер и не образуют токсических метаболитов.

На основе этого подхода для лечения инсульта в клинике предлагается применять разнообразные антиоксиданты, но обнадеживающие данные были получены лишь в редких случаях. Наибольшее количество литературных данных относится к витамину Е – жирорастворимому соединению, ингибирующему цепные реакции перекисного окисления липидов за счет нейтрализации пероксильного радикала. Однако клинический эффект витамина Е начинает проявляться лишь после длительного лечения (несколько недель). При быстром течении болезни такой подход может оказаться неэффективным.

При некоторых заболеваниях (в том числе при паркинсонизме) рост свободнорадикальных соединений в тканях не сопровождается снижением внутриклеточного фонда витамина Е. Более того, использование в терапии инсультов флавоноидов, действие которых также основано на прерывании цепного процесса ПОЛ, даже усугубляло течение патологического процесса, поскольку эти вещества способны восстанавливать трехвалентное железо до двухвалентного, которое инициирует образование гидроксид-радикалов.

Антиоксидантную защиту тканей мог бы обеспечивать аскорбат. Сложность возникает с его доставкой к участкам повреждения: ввиду высокой реакционной способности аскорбиновой кислоты ее запасы могут исчерпаться еще в токе крови. К тому же аскорбат, как и большинство других природных антиоксидантов, в малых концентрациях может переводить ионы железа из трехвалентного в двухвалентное, выступая, как и флавоноиды, в качестве прооксиданта.

При использовании антиоксидантных ферментов, в частности СОД, также были получены неоднозначные результаты. Эффективность СОД при лечении мозга ограничена ее проникновением через гематоэнцефалический барьер, хотя его проницаемость и возрастает при ишемическом поражении мозга. Такие же ограничения встречает использование синтетических антиоксидантов или хелаторов железа (например, десфероксамина).

В последнее время обнадеживающие результаты в опытах на животных получены с 21-аминостероидами (лазароидами). Эти вещества эффективно нейтрализуют гидроксид-радикалы. Однако их передозировка может вызывать нежелательные побочные эффекты. Поскольку в современном обществе наблюдается резкое возрастание ишемических заболеваний мозга и сердца, становится все более острым вопрос о природных протекторах возбудимых клеток, которые могли бы поддерживать антиоксидантный статус организма. Их функцией могло бы быть не снижение уровня свободных радикалов в клетках, а регуляция их образования.

Одним из природных регуляторов свободнорадикальных процессов в клетке, работающих совместно с известными витаминами – водорастворимым аскорбатом и жирорастворимым a-токоферолом, является карнозин. Этот довольно просто устроенный дипептид (его молекулу составляют две аминокислоты – гистидин и b-аланин) выступает регулятором многих процессов, протекающих с участием свободных радикалов [5]. Его можно с успехом применять для заживления ран, иммунокоррекции, защиты тканей от окислительных повреждений. Он эффективно защищает ткани мозга от ишемических повреждений в эксперименте. В настоящее время в некоторых научных лабораториях завершается производство лекарственных препаратов, изготовленных на основе этого природного соединения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрение путей образования и нейтрализации АФК в мозге приводит нас к пониманию их двойственной роли: как фактора повреждения клетки и как стимула к мобилизации метаболических реакций для адаптации к неблагоприятным условиям и борьбы с ними. Как одни и те же соединения могут выполнять двойную функцию? По-видимому, решающую роль играет величина сигнала – низкие концентрации АФК стимулируют защитные системы клетки, а высокие приводят к разрушению клеточных структур и вызывают клеточную смерть. Таким образом, выяснение молекулярных механизмов окислительного стресса позволило найти схожие черты в адаптации на клеточном и организменном уровнях [6].

ЛИТЕРАТУРА

1. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: Добро и зло // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. Ъ 3. С. 2-10.

2. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в клетке // Природа. 1997. Ъ 4. С. 47-54.

3. Болдырев А.А., Куклей М.Л. Свободные радикалы в нормальном и ишемическом мозге // Нейрохимия. 1996. Ъ 13. С. 271-278.

4. Агол В.И. Генетически запрограммированная смерть клеток // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. Ъ 6. С. 20-24.

5. Болдырев А.А. Карнозин // Химия и жизнь. 1997. Ъ 10. С. 10-15.

6. Селье Г. На уровне целого организма. М., 1982.

Рецензент статьи Ю.А. Владимиров

* * *
Александр Александрович Болдырев, доктор биологических наук, профессор Международного биотехнологического центра МГУ им. М.В. Ломоносова по кафедре биохимии, зав. лабораторией нейрохимии Института неврологии РАМН. Область научных интересов – природные механизмы защиты мозга от окислительного повреждения. Автор более 300 научных публикаций, в том числе четырех монографий и двух учебников по биохимии мембран, рекомендованных Минвузом РФ для студентов высшей школы.
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

6. Каллории, антиоксиданты и АФК (на червях)

Сообщение Sergio » Вт окт 09, 2007 09:23

6. Каллории, антиоксиданты и АФК (на червях)

Жизнь - не сахар!

Ученые давно заметили, что если сокращать калории в рационе червей и обезьян, подопытные живут дольше. Недавно исследования немецких биологов сосредоточились на глюкозе - и выяснилось, что черви, лишенные этого простого углевода, живут дольше тех, кто питается сахаром, на 25%!

Объясняется это парадоксальным фактом. У лишенных глюкозы червей резко повышается выработка свободных радикалов - нестабильных молекул, разрушающих клетки. Действие этих молекул считается одной из причин старения, но: в ответ на "выброс" свободных радикалов организм червя быстро вырабатывает систему эффективной защиты, и благодаря этому живет намного дольше.

Исследование немецких эндокринологов бросает камень и в огород антиоксидантов, призванных бороться со свободными радикалами. Антиоксиданты, которыми кормили червей, нейтрализовывали свободные радикалы, но заодно лишали организм защиты, которая активизируется при их повышенном появлении.

Так что прием разрекламированных препаратов и витаминов "против старения", возможно, на самом деле ускоряет превращение тела в развалину.


Источник: http://subscribe.ru/archive/science.hea ... msg/695556
Опубликовано : "Тайны и открытия", Выпуск 67, 4 октября 2007 г.
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

7. Биоэнергетика при различных уровнях активности человека

Сообщение Sergio » Ср ноя 12, 2008 23:55

7. Биоэнергетика при различных уровнях активности человека

В.А. Максимович, И.И. Солдак, С.В. Беспалова
БИОЭНЕРГЕТИКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ АКТИВНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.
НИИ медико-экологических проблем Донбасса и угольной промышленности, Донецк, Украина
Донецкий государственный медицинский университет им. М. Горького,
Донецкий национальный университет, Украина

Реферат.
В настоящем сообщении впервые интенсификация свободных радикалов представлена как энергетический компонент срочной оборонительной реакции, а основные звенья свободно-радикального обмена – в виде авторегуляторной системы. Дано объяснение различных патогенетических аспектов свободно-радикального обмена как по традиционной концепции воздействия, так и по дополнительной новой концепции нарушения водородных связей, ведущих к расстройствам энергоснабжения различных видов деятельности.

В списке литературы к статье Тринчер передает персональный привет Е.Л. :D :
13.Тринчер К.С. Теплообразовательная функция и щелочность реакции легочной ткани. – М.: АН СССР, 1960. – 52 с.
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

8. Интервью А.А. Болдырева

Сообщение Sergio » Пн фев 09, 2009 23:36

8. Интервью А.А. Болдырева.

Под номером 5 в настоящей теме уже присутствует материал от д.б.н. Болдырева. Настоящая статья из его же интервью носит популярный характер и хорошо дополняет ранее опубликованное, четко расставляя акценты. Еще раз подчеркивается двойственный характер влияния свободных радикалов на организм. Между прочим, критически упоминается и о пероральном приеме H2O2.

Свободные радикалы давно стали чем-то вроде пугала. Кругом пишут, что и старят они нас, и убивают. И вдруг новость – оказывается, без них мы не можем жить. Где же правда?...

Разрушители

В день каждая клетка нашего организма образует миллиарды радикальных соединений – они являются побочным продуктом обмена веществ. Эти активные молекулы готовы взаимодействовать с любым, кто способен приобретать или отдавать электроны. Цепляясь к другим молекулам, они повреждают клеточные мембраны, разрушают клетки, изменяют структуру ДНК.

Число свободных радикалов резко возрастает в организме в процессе старения и на фоне большинства заболеваний. Их становится больше и в результате курения, воздействия радиации и других неблагоприятных факторов окружающей среды, а также напряженной физической и умственной работы. За любое переутомление нам приходится расплачиваться здоровьем и молодостью.

Защитники

Так, может, уничтожить этих «бродяг»? Давайте будем регулярно принимать антиоксиданты, нейтрализующие свободные радикалы, и доживем до глубокой старости здоровыми бодрячками!

Не торопитесь. Не все так просто. Без свободных радикалов человек становится беззащитным перед инфекциями. Благодаря своим бактерицидным свойствам они способны уничтожать патогенные микроорганизмы.

Защищают они нас и от онкологических заболеваний. Как волк выбирает в качестве жертвы больную или слабую овцу, так и рыщущие по организму в поисках недостающего электрона свободные радикалы нападают на поврежденные или вовлеченные в патологический процесс клетки, уничтожая их и замедляя рост опухоли. Помогают эти «бродяги» и нейтрализовать и вывести из организма вредные вещества и токсины.

Все дело – в соблюдении пропорций. Пока число свободных радикалов не превышает критической отметки, все идет отлично. Если зашкаливает, начинается окислительный стресс со всеми разрушающими последствиями.

Вот только точно определить, когда этот критический момент настал, наука пока не в состоянии. Косвенных признаков – много, но они носят слишком общий характер. Замечено, например, что с возрастом у людей в подкожной клетчатке появляются коричневые пятна (старческая пигментация). Вот это один из признаков.

По мнению доморощенных химиков

В стройном хоре голосов, на все лады склоняющих свободные радикалы, нет-нет да и слышится мнение совершенно противоположное – о том, что как раз этих-то соединений организму не хватает. Восполнить дефицит нам предлагают простым способом: каждый день принимать… 3%-ную перекись водорода. Это якобы насытит внутренние ткани атомарным кислородом и поможет организму бороться с любыми хворями – от рака до психической депрессии.

Действительно, при чрезмерном увлечении антиоксидантами может возникнуть дефицит радикальных форм кислорода, хотя встречается это не так уж часто. В основном это происходит не от недостатка образования радикалов, а от избыточного количества антиоксидантов-восстановителей. Но даже тогда было бы наивным ожидать, что прием разбавленных растворов перекиси водорода исправит положение.

И потом, как угадать, в каких тканях прибавка радикальных соединений будет полезной, а в каких – чрезмерной? Да к тому же перекись довольно легко реагирует с любыми соединениями, которые встретит в крови «по дороге» к предполагаемым клеткам-мишеням. Значит, от такого «лечения» может быть и вред.

Роман с кислородом

Разумная осторожность не помешает и в отношении всех процедур, связанных с кислородом.

Кислородный коктейль полезен, но если мы станем злоупотреблять им, он может оказать неблагоприятное воздействие на обмен веществ.

Использование кислородной косметики в определенных пределах не вредно. Но все процедуры должны проводиться под контролем специалистов – сочетание таких кремов с ультрафиолетовым облучением может вызвать кожные заболевания.

Озонотерапия – не что иное, как попытка нормализовать обмен веществ в условиях дисбаланса свободных радикалов. Эта процедура тоже может быть как полезна, так и вредна – все зависит от условий процедуры и квалификации того, кто ее проводит. Высокая доза озона способна вызывать ожог слизистой. Конечно, озонотерапия проводится короткими курсами, и дозы применяются небольшие, но все же такую опасность надо учитывать.

Как защититься от окислительного стресса

Здоровый организм сам регулирует количество свободных радикалов, нейтрализуя их избыток. Так что главная профилактическая мера – правильный образ жизни.

Питайтесь полноценно и разнообразно, следите, чтобы в рационе было достаточно природных витаминов-антиоксидантов А, С, Е.

Принимайте витаминные комплексы, чтобы повысить уровень антиоксидантной защиты.

Будьте физически и интеллектуально активны. Постоянно загруженный мозг сопротивляется старению.

Новый поворот

Особая роль в защите от свободных радикалов принадлежит природному компоненту нашего мозга карнозину – веществу, функция которого недавно была разгадана отечественными учеными. Карнозин связывает избыток «бродяг», не давая им разрушать клетки, но и не мешая выполнять сигнальную функцию. В Научном центре неврологии РАМН в Москве недавно завершены клинические испытания этого препарата для комбинированного лечения пациентов с болезнью Паркинсона и после перенесенного инсульта. Результаты обнадеживают.

Антиоксиданты против радикалов

Борцов со свободными радикалами легко запомнить и легко использовать: это витамины С, Е, А и селен.

- Витамин С лучше всего получать из овощей и свежих фруктов.

- Витамин Е содержится в нерафинированных растительных маслах, семечках и орехах.

- Витамин А в виде бета-каротина присутствует в овощах и фруктах желтого, зеленого и оранжевого цвета. Передозировка из продуктов питания невозможна.

- Селен – лучшими источниками этого микроэлемента принято считать орехи и цельнозерновые продукты. Но содержание в них селена сильно зависит от почв, на которых эти орехи и злаки росли. Можно принимать поливитаминные препараты с селеном.
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

9. Илларионов М.Ю. Биохимические процессы, механизмы ...

Сообщение Sergio » Ср мар 25, 2009 12:36

Биохимические процессы, лежащие в основе свободнорадикального окисления, механизмы антирадикальной защиты, оценка их эффективности у онкологических больных
Илларионов М.Ю.
Врач ординатор отделения анестезиологии-реанимации 1.
Краевая клиническая больница 4, центр грудной хирургии. Россия, г. Краснодар

Материал не несет коммерческого интереса, основан на данных многочисленных авторов, проказаны механизмы анти-радикальной защиты, приведены данные об активности антиоксидантов и схема их применения. Цель - обратить внимание на применение витаминотерапии и показать ее эффективность.

Лекарственная терапия, антибиотики, хирургические вмешательства, нервные переживания и стресс - все это вносит дополнительный вклад в углубление витаминного голода. Нарастающий дефицит витаминов, нарушая обмен веществ, усугубляет течение любых болезней, препятствует их успешному лечению.

Строение клеточной стенки:

В трансмиссионном электронном микроскопе она представляется трехслойной структурой, состоящей из двух плотных листков, каждый толщиной от 2 до 3 нм, разделенных менее плотным слоем, толщиной от 4 до 5 нм. Общая толщина мембраны составляет от 7,5 до 10 нм. Наружная поверхность ее представлена толстым слоем мукополисахаридов (гликокаликс). Внутренняя поверхность связана с элементами цитоскелета клетки и сформирована лабильными белками, которые обеспечивают целостность микрофиламентов и микротрубочек.
Средний слой мембраны состоит из двух рядов молекул фосфолипидов, расположенных более или менее перпендикулярно к поверхности мембраны, так что их неполярные (гидрофобные) концы соприкасаются друг с другом, а полярные (гидрофильные) обращены к водным растворам по ту или другую сторону мембраны.

Нормальная проницаемость цитомембраны главное условие в гомеостазе клетки. При повреждении цитоплазматической мембраны нарушается её проницаемость, нарушается мембранный транспорт, коммуникации клеток и их "узнавание", изменения подвижности мембран и форма клеток, нарушения синтеза и обмена мембран, что проявляется в виде деформации или атрофии специализированных структур, появлением щелей или разрывов. Это приводит к быстрому набуханию клеток за счет поступления большого количества воды, распаду их цитоскелета. Меняется проницаемость мембраны для ионов натрия и калия и в клетке накапливается жидкость.


В каждой клетке нашего организма, каждое мгновение происходят с той или иной скоростью бесконечные процессы распада и синтеза, процессы восстановления и окисления различных групп химических веществ. Среди этих миллиардов химических превращений происходит образование некоторых химических веществ, которые по тем или иным причинам не окислились или не восстановились до конца. Эти вещества, состоящие из особых групп атомов или молекул, имеют очень высокую реакционную способность, так как содержат неспаренные (не прореагировавшиее) электроны на внешних электронных уровнях. Эти группы атомов и молекул получили название свободные радикалы.

Свободные радикалы - очень нестабильные частицы с нечетным числом электронов на внешней орбите, содержащие активированный кислород, вступающие в реакцию с липидами мембраны клетки (перекисное окисление липидов) в результате которой происходит его разрушение, нарушается проницаемость, освобождается избыточная энергия, а все это в свою очередь ведет к разрушению всей клетки.

Свободные радикалы образуются при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды (загрязнённая атмосфера, табачный дым, гипоксия у больных с заболеваниями легочной системы; радиация, химические соединения, попадающие в организм с пищей и т. д.). Такие молекулы стремятся отнять электрон у других полноценных молекул, вследствие чего пострадавшая молекула сама становится свободным радикалом, и таким образом, развивается разрушительная цепная реакция, губительно действующая на живую клетку человека.
Еще в 1954 году Доктор Денхам Харман, профессор в отставке университета Небраски, высказал идею о связи причины развития некоторых заболеваний с повреждающим действием свободных радикалов на организм человека. Спустя сорок лет эта теория стала ведущей, объясняя причины возникновения и развития более шестидесяти видов различных заболеваний.


К ним можно отнести такие грозные болезни, как рак, атеросклероз, стресс, астма, артроз, варикозное расширение вен, болезни печени, почек, гипертензии, нарушение памяти, сахарный диабет и другие.
Дело в том, что свободные радикалы повреждают клетки, которые в результате этого теряют способность к делению и выполнению своих биологических функций.

Негативное действие свободных радикалов проявляется в ускорении старения организма, провоцировании воспалительных процессов в мышечных, соединительных и других тканях, неправильном функционировании различных систем организма: циркуляционной, нервной (включая клетки мозга) и иммунной систем. Эти нарушения связаны, прежде всего, с повреждением клеточных мембран.

Основные механизмы нарушения барьерных свойств липидного слоя

Изучение воздействия разного рода повреждающих агентов на изолированные клетки (например, эритроциты) показало, что, в конечном счете, существует всего четыре основных процесса, которые непосредственно обусловливают нарушение целостного липидного бислоя в патологии [Владимиров Ю. А., 1973]:
перекисное окисление липидов;
действие мембранных фосфолипаз;
механическое (осмотическое) растяжение мембраны;
адсорбция на бислое полиэлектролитов, включая некоторые белки и пептиды.

Свободнорадикальное (перекисное) окисление липидов
Реакции, в которых образуются свободные радикалы
Перекисное окисление липидов - пример процесса, идущего с участием свободных радикалов. Свободные радикалы - это молекулярные частицы, имеющие непарный электрон на внешней орбитали и обладающие высокой реакционной способностью.

Таблица 1. Свободные радикалы, образующиеся в клетках нашего организма
Радикал Основной источник Вредные реакции
Первичные радикалы:

Семихиноны Цепи переноса электронов HQ + O2 -> Q+ O2- + H+
Супероксид Клетки-фагоциты O2- + Fe3+ -> O2 + Fe2+
Монооксид азота(NO) Клетки эндотелия и многие другие NO + O2- -> OONO- (пероксинитрит)

Вторичные радикалы:

Радикал гидроксила H2O2 + Fe2+ -> Fe3+ + HO- + HO (реакция Фентона)
HOCl + Fe2+ -> Fe3+ + Cl- + HO (реакция Осипова) Повреждение ДНК и РНК, цепное окисление липидов
Радикалы липидов Цепное окисление липидов Повреждение липидного бислоя и мембранных ферментов
Радикалы антиоксидантов Цепное окисление липидов Иногда оказывают прооксидантное действие
Радикалы, образующиеся при метаболизме ксенобиотиков Промышленные токсины и некоторые лекарства
Образование вторичных радикалов
Радикалы, образующиеся при действии света Поглощающие свет вещества Образование вторичных радикалов


Первичные радикалы

Основные радикалы, образующиеся в клетках - это радикалы кислорода (супероксид и гидроксильный радикал), монооксид азота, радикалы ненасыщенных жирных кислот, радикалы, образующиеся в окислительно-восстановительных реакциях (например, убихинол). Радикалы образуются также при действии ультрафиолетовых лучей и в ходе метаболизма некоторых чужеродных соединений (ксенобиотиков), в том числе некоторых препаратов, одно время применявшихся в качестве лекарств.

Активные формы кислорода

Основная масса молекулярного кислорода, потребляемого клетками нашего организма, непосредственно восстанавливается до воды, окисляя органические субстраты в цепях переноса электронов. Меньшая часть кислорода расходуется на неполное окисление органических соединений. Наконец, заметная часть кислорода восстанавливается клетками нашего организма до супероксидного радикала. Так клетки фагоциты (моноциты и гранулоциты крови и тканевые макрофаги) выделяют супероксид в реакции, катализируемой ферментным комплексом НАДФН-оксидазой:

НАДФН + 2O2 -> НАДФ+ + 2O - (супероксид)
Дальнейшая судьба супероксидных радикалов может быть разной.
В норме и при отсутствие ионов металлов переменной валентности супероксидные радикалы превращаются в перекись водорода; эта реакция катализируется ферментом супероксиддисмутазой (СОД) :
2O - -> H2O2 + O2
Клетки-фагоциты используют перекись водорода, превращая ее в гипохлорит соединение, разрушающее стенки бактериальных клеток; эта реакция катализируется ферментом миелопероксидазой :
H2O2 + Cl- -> H2O + ClO-
Избыток перекиси водорода удаляется под действием двух ферментов: глутатионпероксидазы или каталазы:

В условиях патологии могут произойти нарушения либо системы защитных ферментов (в частности, снижение активности супероксиддисмутазы), либо ферментных систем, связывающих ионы железа в плазме крови (церулоплазмин и трансферрин) и в клетках (ферритин). В этом случае супероксидные радикалы и перекись водорода вступают в альтернативные реакции: Образование двухвалентного железа из трехвалентного :

Fe3+ + O - -> Fe2++ O2
Реакция перекиси водорода и гипохлорита с ионами двухвалентного железа :
Fe2+ + H2O2 -> Fe3+ + HO- + HO (радикал гидроксила)
Fe2+ + ClO- + H+ -> Fe3+ + Cl- + HO (радикал гидроксила)

Совокупность продуктов, образуемых активированными клетками-фагоцитами (радикалы супероксида и гидроксила, перекись водорода и гипохлорит) называют активными формами кислорода. Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов биологических мембран. Особенно тяжелые последствия имеют две последние реакции. Радикалы OH вызывают разрыв нитей ДНК, обладая, в зависимости от ситуации, мутагенным, канцерогенным или цитостатическим действием. С другой стороны, реагируя с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов, радикалы гидроксила инициируют цепную реакцию их пероксидации (перекисного окисления).

Цепное окисление липидов

Реакция протекает в несколько стадий, которые получили название инициирование, продолжение, разветвление и обрыв цепи.

Инициирование цепи

Радикал гидроксила, будучи небольшой по размеру незаряженной частицей, способен проникать в толщу гидрофобного липидного слоя и вступать в химическое взаимодействие с полиненасыщенными жирными кислотами (которые принято обозначать как LH), входящими в состав биологических мембран и липопротеинов плазмы крови. При этом в липидном слое мембран образуются липидные радикалы:
HO + LH -> H2O + L
Липидный радикал (L ) вступает в реакцию с растворенным в среде молекулярным кислородом; при этом образуется новый свободный радикал - радикал липоперекиси (LOO ):
L + O2 -> LOO
Продолжение цепи
Радикал LOO атакует одну из соседних молекул фосфолипида с образованием гидроперекиси липида LOOH и нового радикала L :
LOO + LH -> LOOH + L
Чередование двух последних реакций как раз и представляет собой цепную реакцию перекисного окисления липидов
Разветвление цепи

Существенное ускорение пероксидации липидов наблюдается в присутствии небольших количеств ионов двухвалентного железа. В этом случае происходит разветвление цепей в результате взаимодействия Fe2+ c гидроперекисями липидов:

Fe2+ + LOOH -> Fe3+ + HO- + LO
Образующиеся радикалы LO инициируют новые цепи окисления липидов:
LO + LH -> LOH + L ;
L + O2 -> LOO -> и т. д.
Обрыв цепей

В биологических мембранах цепи могут состоять из десятка и более звеньев. Но в конце концов цепь обрывается в результате взаимодействия свободных радикалов с антиоксидантами (InH), ионами металлов переменной валентности (например, теми же Fe2+) или друг с другом:

LOO + Fe2+ + H+ -> LOOH + Fe3+
LOO + InH -> In + LOOH
LOO + LOO -> молекулярные продукты + фотон

Последняя реакция интересна еще и тем, что она сопровождается свечением (хемилюминесценцией). Интенсивность "сверхслабого" свечения однозначно отражает скорость липидной пероксидации в изучаемом биологическом материале, и измерение хемилюминесценции довольно часто используется при изучении перекисного окисления липидов в различных объектах, изучения образования активных форм кислорода клетками крови и перитонеальными макрофагами.

Биологические последствия пероксидации липидов

Увеличенное образование свободных радикалов в организме и связанное с этим усиление процессов пероксидации липидов (которое иногда называют "оксидативным стрессом") сопровождается рядом нарушений в свойствах биологических мембран и функционировании клеток.

Таблица 2. Наиболее важные изменения в мембранных структурах при перекисном окислении липидов
Действие перекисного окисления на мембранные белки Действие перекисного окисления на липидный слой мембран
Окисление тиоловых соединений

Повреждение переносчиков

Появление проницаемости для ионов

Повреждение транспортных АТФаз Увеличение микровязкости мембран

Изменение поверхностного заряда мембран и липопротеинов

Уменьшение гидрофобного объема

Увеличение полярности липидной фазы

Увеличение проницаемости для ионов водорода

Увеличение проницаемости для ионов кальция

Окисление тиоловых групп мембранных белков

Этот процесс может приводить в результате к неферментативной реакции SH-групп со свободными радикалами липидов; при этом образуются сульфгидрильные радикалы, которые затем взаимодействуют с образованием дисульфидов либо окисляются кислородом с образованием производных сульфоновой кислоты:
Pr-SH + L -> LH + Pr-S
Pr1-S + Pr2-S -> Pr1-SS- Pr2
Pr-S + O2 -> Pr-SO2 -> производные сульфоновой кислоты

Большую роль в патологии клетки играет также инактивация ион-транспортных ферментов, в активный центр которых входят тиоловые группы, в первую очередь Ca2+-АТФазы. Инактивация этого фермента приводит к замедлению "откачивания" ионов кальция из клетки и, наоборот, к входу кальция в клетку, увеличению внутриклеточной концентрации ионов кальция и повреждению клетки. Наконец, окисление тиоловых групп мембранных белков приводит к появлению дефектов в липидном слое мембран клеток и митохондрий. Под действием разности электрических потенциалов на мембранах через такие поры в клетки входят ионы натрия, а в митохондрий - ионы калия. В результате происходит увеличение осмотического давления внутри клеток и митохондрий и их набухание. Это приводит к еще большему повреждению мембран:
1 - Изменение свойств липидного слоя
2 - Увеличение микровязкости мембран
3 - Изменение поверхностного заряда мембран и липопротеинов
4 - Уменьшение гидрофобного объема
5 - Увеличение полярности липидной фазы
6 - Увеличение проницаемости для ионов водорода
7 - Увеличение проницаемости для ионов кальция

Увеличение проницаемости для ионов кальция второй результат перекисного окисления липидов связано с тем, что продукты пероксидации обладают способностью непосредственно увеличивать ионную проницаемость липидного бислоя. Так показано, что продукты перекисного окисления липидов делают липидную фазу мембран проницаемой для ионов водорода и кальция. Это приводит к тому, что в митохондриях окисление и фосфорилирование разобщаются, а клетка оказывается в условиях энергетического голода (т.е. недостатка АТФ). Одновременно в цитоплазму выходят ионы кальция, которые повреждают клеточные структуры. Третий (и быть может, самый важный) результат пероксидации это уменьшение стабильности липидного слоя, что может привести к электрическому пробою мембраны собственным мембранным потенциалом, т.е. под действием разности электрических потенциалов, существующей на мембранах живой клетки электрический пробой приводит к полной потере мембраной ее барьерных функций.

Клеточные системы антирадикальной защиты

В нормальных условиях процесс перекисного окисления липидов находится под строгим контролем ферментативных и неферментативных систем клетки, от чего скорость его невелика. Принято делить химические соединения и физические воздействия, влияющие на скорость перекисного окисления липидов, на прооксиданты (усиливают процессы перекисного окисления) и антиоксиданты (тормозят перекисное окисление липидов). К прооксидантам в живой клетке относятся высокие концентрации кислорода (например, при длительной гипербарической оксигенации больного), ферментные системы, генерирующие супероксидные радикалы (например, ксантиноксидаза, ферменты плазматической мембраны фагоцитов и др.), ионы двухвалентного железа. Хотя сам процесс перекисного окисления развивается в виде цепных реакций в липидной фазе мембран и липопротеинов, начальные (а возможно, и промежуточные) стадии этой сложной системы реакций протекают в водной фазе. Часть защитных систем клетки также локализуется в липидной фазе, а часть - в водной фазе. В зависимости от этого можно говорить о водорастворимых и гидрофобных антиоксидантах.

Таблица 3. Наиболее известные антиоксиданты
Церулоплазмин (плазма крови) Окисляет Fe2+ до Fe3+ молекулярным кислородом
Апо-белок трансферрина (плазма крови) Связывает Fe3+
Ферритин (цитоплазма) Окисляет Fe2+ и депонирует Fe3+
Карнозин Связывает Fe2+
Супероксиддисмутазы (повсеместно) Удаляет супероксид с образованием пероксида водорода
Каталаза (внутри клеток) Разлагает пероксид водорода с выделением кислорода
Глутатион-пероксидазы (в цитоплазме) Удаляет пероксид водорода за счет окисления глутатиона
Удаляет гидроперекиси липидов
Глутатионредуктаза Восстанавливает окисленный глутатион
Токоферол, тироксин, стероиды Перехватывают радикалы липидов
Аскорбиновая кислота Регенерирует окисляющиеся токоферол и убихинон
Глутатион Используется для восстановления пероксидов

Свободные радикалы в неспецифическом иммунитете и воспалении

Формирование свободных радикалов - важный защитный механизм, лежащий в основе неспецифического иммунитета: фагоцитоз приводит к многократному увеличению содержания свободных радикалов в фагоцитирующих клетках с одновременным повышением потребления кислорода в 20 и более раз (т.н. "дыхательный взрыв").

Окисленные липиды обладают антигенными свойствами, запуская аутоиммунные процессы повреждения тканей. Бронхоконстриктивные заболевания легких, обычно сопровождающиеся хроническими воспалительными процессами, являются важнейшей патологией, в которой участие свободных радикалов достаточно важно. Свободные радикалы сами способны вызывать бронхоконстрикцию, кроме того, гистамин в ходе развития хронических обструктивных заболеваний легких способен вызывать продукцию свободных радикалов вследствие извращения реакции на него нейтрофилов - при бронхиальной астме растормаживается ингибирующее действие гистамина на нейтрофилы.

Свободные радикалы в сердечно-сосудистой патологии

Участие свободных радикалов в сердечно-сосудистой патологии в настоящее время не оставляет сомнений. Показано усиление процессов перикисного окисления липидов (ПОЛ) в ишемизированном миокарде. Между продукцией в тканях миокарда перекиси водорода, повреждающем действием перекиси и повышением чувствительности к ней ишемизированных тканей устанавливается порочный круг; повреждению способствует также эмиграция лейкоцитов в зону воспаления и снижение в ней активности ферментов антиоксидантной защиты тканей.

Все эти эффекты могут быть предотвращены комплексной антиоксидантной терапией. Применение антиоксидантов защищает, как от первичных повреждений ишемизированной ткани в ходе начавшейся коронароакклюзии, так и от усугубления повреждения после восстановления кровотока - когда повышение кислорода в ткани при восстановлении кровотока ведет к активации продукции свободных радикалов и усилению повреждения.

Антиоксидантная терапия эффективна в профилактике стенокардитических приступов и достоверно повышает толерантность к физической нагрузке (велоэргометрии).
Все выше перечисленные данные позволяют говорить о кислородном свободно-радикальном механизме аутоагрессии при ишемической болезни сердца и о целесообразности включения в лечение этих заболеваний средств, регулирующих продукцию и инактивацию свободных радикалов.

Свободные радикалы в процессах канцерогенеза

Механизм индукции опухолей свободными радикалами: свободные радикалы повреждают хроматин, ДНК, мембраны, изменяют регуляцию внутриклеточного кальция и пр. Важным также является разнонаправленность изменений антиоксидантного статуса в различных органах, что соответствует и различной чувствительности к химическим канцерогенам и ионизирующему облучению.

Свободные радикалы могут также проявлять мутагенные свойства, связанные с нарушением структуры молекул ДНК и рибосомной ДНК, вызывая изменения наследственной информации и развитию онкологических заболеваний.


Особой опасности подвергаются эритроциты, или красные кровяные тельца, чьи оболочки особенно чувствительны и хрупки. В этом случае изменяется структура эритроцитов, белок оболочки затвердевает, и они теряют способность переносить кислород к клеткам.
Ненасыщенные жирные кислоты очень важны для клеточных мембран, но нестойки. Они подвергаются воздействию свободных радикалов, разрушаются, и это разрушение разрастается как цепная реакция.
Таким образом разрушение клеток в результате воздействия свободных радикалов вместе с другими факторами, если их не нейтрализовать антиоксидантами, может привести к развитию ряда хронических заболеваний, включая онкологические.

Антиоксиданты - большая группа биологически активных соединений широко распространённых в природе. Спектр биологического действия антиоксидантов весьма разнообразен и обусловлен, в основном, их защитными функциями, выраженными в способности связывать свободные радикалы (активные биомолекулы, разрушающие генетический аппарат клеток и структуру их мембран) и уменьшать интенсивность окислительных процессов в организме, таким образом -нейтрализовывать их негативное действие.

К числу наиболее известных антиоксидантов относятся токоферолы и токотриенолы (витамин Е), каротиноиды (провитамин А) и витамин С.

Свойства антиоксидантов:

1 - замедляют процессы старения и износа клеточных мембран и самих клеток, а следовательно, и всего организма в целом
2 - повышают устойчивость к воздействию радиации и других вредных факторов внешней среды
3 - усиливают иммунитет
4 - нормализуют функции сердечно- сосудистой и нервной систем;
5 - обладают антиканцерогенным действием.

ВЫЯСНЕНЫ АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА ВИТАМИНА С В ПРЕДОТВРАЩЕНИИ РАКА, КОТОРЫЕ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ В ТОМ, ЧТО ОН БЛОКИРУЕТ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЕТКАХ, ВЫЗВАННЫЕ ПЕРЕКИСЬЮ ВОДОРОДА.

Витамин С - главный водорастворимый антиоксидант, участвует практически во всех окислительно-восстановительных реакциях в организме и атакует радикалы в биологических жидкостях,
блокирует канцерогенные эффекты влияния перекиси водорода на межклеточной связи. Эти соединения связаны с канцерогенным процессом, особенно с поддержкой роста опухоли.

Когда эпителиоциты печени крысы были обработаны витамином С, окислительные процессы в клетках ее печени, вызванные перекисью водорода, были предотвращены. Медики Шотландии лечат своих раковых больных большими дозами витамина "С". Врачи заметили одну закономерность: больные, получавшие ударные дозы этого витамина, жили, как правило, в четыре раза дольше остальных раковых пациентов.

Более сорока лет назад было обнаружено, что концентрация витамина С в крови раковых больных аномально низка. Причиной низкого содержания витамина С у раковых больных является повышенная потребность в витамине С и его повышенный расход при раке. + Непременным условием успешной борьбы с раком является устранение вызванного раком дефицита витамина С в организме.

Грубую оценку статуса человека по витамину С можно выполнить, измерив концентрацию витамина в его моче. В случае дефицита витамина С, который обычно имеет место у раковых больных, витамина С в моче обнаружено не будет. Напротив, для здоровых людей, потребляющих достаточное количество витамина С, некоторая его концентрация в моче будет отмечена. Одной из возможных причин этого является то, что упомянутые больные вырабатывают очень большое количество энзима, переводящего витамин С в продукты его окисления, из-за чего в крови остается очень мало витамина С. Исследования показывают, что для обычных людей, в течение нескольких месяце не получавших витамина С и этим поставленных на грань возникновения цинги, 2-4 граммов витамина С оказывалось достаточным, чтобы восстановить их ткани до такой степени, что в их моче появится некоторое количество витамина.

Когда ракового больного, пациента доктора Эдварда Грира, регулярно принимавшего большие дозы витамина С, на несколько дней лишили их, то оказалось, что для появления витамина С в моче этого пациента ему необходимо выпить 50 г витамина С.

Более точно оценить статус человека по витамину С можно с помощью измерений концентрации витамина С в плазме крови. Концентрация витамина С в плазме крови выражается в мг на 100 мл плазмы и составляет для здорового человека, придерживающегося правильной диеты, примерно 1 мг на 100 мл. У раковых больных 0.1 0.4 мг на 100 мл.

В результате рака и реакции на противораковое лечение (облучение, химиотерапия) мы получаем ситуацию острого дефицита аскорбиновой кислоты. Это мешает процессу лечения, вредит иммунной сопротивляемости организма не только по раку, но и по любой инфекции, способствует развитию осложнений.

Проводились исследования с потреблением 10 граммов витамина С, который обычно давался в виде аскорбата натрия, проглатываемого четырьмя равными дозами по 2.5 г в течение дня. Если здоровый человек ранее не принимал аскорбат дополнительно, то иногда такой резкий переход на прием больших доз витамина С приводил к появлению изжоги, меторизма, тошноты и диареи. Через две недели уровень аскорбата в белых кровяных телах поднимался до 60-70 мкг / 108 бкт. Это значение соответствует насыщению организма витамином С, и его нельзя превзойти путем длительного приема.

Из этих данных можно заключить, что раковым больным, возможно, требуется гораздо более 10 граммов аскорбиновой кислоты в день для достижения нормального терапевтического эффекта.

В онкологической практике, большое внимание исследователей привлекает к себе также витамин А -антиоксидант, способный нейтрализовывать вредное воздействие активных атомов кислорода, который, как известно, является самым сильным окислителем в природе.

В конце 50-х годов многие исследователи пытались выяснить характер воздействия витамина А на клетки человека. Введение в организм повышенных доз витамина А значительно снижает канцерогенный эффект полициклических ароматических углеводородов. Наблюдения над больными показали, что при раке легких, желудка, пищевода, тонкого кишечника в крови пациентов резко понижено содержание каротина. Согласно исследованию английских медиков, мужчины с высоким содержанием провитамина А в крови менее подвержены риску заболеть раком, в особенности раком легких, чем их соотечественники с недостатком бета каротина в диете
Вывод основывается на наблюдениях, сделанных в НИИ онкологии им. Герцена при изучении развития предопухолевых изменений и опухолей кожи, слизистых оболочек пищевода, кардиальной части желудка, тонкого кишечника, влагалища, шейки матки, молочной железы. Подобные явления описаны также и при поражении трахеи и бронхов.

Во всех этих наблюдениях воздействие витамина А сопровождалось более редким появлением новообразований, замедлением роста, учащением спонтанной регрессии и понижением степени злокачественности опухолей. По данным литературы, наибольший эффект наблюдался в отношений доброкачественных, либо предопухолевых изменений. Длительное регулярное введение витамина А было более предпочтительным в отношении способности тормозить образование папиллом, чем кратковременное. Eur. J. Cancer. в 2000 году опубликовал мнение Chemoprevention Unit, European Institute of Oncology (Италия) о роли антиоксидантов в хемопрофилактике рака. Положительно были оценены возможности применения антиоксидантных витаминов.

Витамин E - главный жирорастворимый антиоксидант, который специализируется на защите от окисления свободными радикалами липидов, препятствует разрушению других жирорастворимых витаминов. В его присутствии активность и эффективность антиоксидантов других групп (витамины А и С) возрастает в значительной степени. Эффективен в сокращении возникновения рака предстательной железы и смертности в исследования профилактики рака легкого у тяжелых курильщиков.

Американские ученые обнаружили в яблоках вещества, обладающие противораковым действием. При проведении экспериментов на культуре клеток рака толстой кишки было продемонстрировано, что введение 50 миллиграммов биологически активных веществ, извлеченных из кожуры яблок, снижает скорость размножения опухолевых клеток на 43 процента, а под действием компонентов мякоти этот показатель уменьшается на 29 процентов.

Витамин Е стабилизирует липидный бислой мембран, обеспечивая оптимальные условия функционирования мембранных рецепторов, систем мембранного транспорта и мембранных ферментных структур, биотрансформацию холестерина в желчные кислоты и т.д., а с другой стороны, детоксикацию ксенобиотиков. Не менее важное значение имеют токоферолы в защите от окисления SH-групп белков, в том числе, белков дыхательных и транспортных мембранных систем.

Исключительно важна функция токоферолов как регулятора биосинтеза РНК, а, следовательно, и белков вообще, а также синтеза ядра гема для гемсодержащих белков. Если эритроциты не окружены молекулами витамина Е, свободные радикалы повреждают их. В этом случае изменяется структура эритроцитов, белок оболочки затвердевает, и они теряют способность переносить кислород к клеткам. Значимость этого эффекта трудно переоценить, поскольку с гемом связано не только обеспечение организма кислородом, но и проявление важнейших биохимических функций, в том числе биотрансформацию холестерина.

Таким образом защищая красные кровяные тельца, переносящие кислород к сердцу и другим органам, витамин Е тем самым способствует дыханию клеток во всем теле.

У витамина Е есть еще одно свойство, которое ученые обнаружили в последние годы. Он предотвращает воспалительные процессы в организме, ставшие распространенной болезнью вследствие неправильного питания. Витамин Е подавляет производство веществ, оказывающих воспалительное действие, таких как лейкотриены и простагландины.

В НИИ онкологии Томского научного центра РАМН в отделении профилактики и ранней диагностики защищены две кандидатские и одна докторская диссертации, темы которых посвящены применению аитиоксидантного комплекса витаминов А, С, Е для вторичной профилактики онкозаболеваний.

Практически все обследованные в центре больные с предраковыми изменениями в слизистой оболочке желудка имели дефицит вышеперечисленных витаминов, и у всех пациентов прослеживалась общая закономерность зависимости степени тяжести дисплазии от выраженности этого дефицита. Так, у больных с язвенной болезнью желудка и атрофическим гастритом отмечено снижение витамина А на 30%, витамина Е на 50%, аскорбиновой кислоты на 30%.У больных раком желудка эти показатели составляли еще более высокие цифры: дефицит витамина А - 70%, витамина Е - 70%, витамина С - 60%.

После проведенного у данных пациентов 15-дневного курса витаминотерапии в дозах, составляющих соответственно: витамина А - 100000 МЕ в день, витамина Е - 600 МЕ в день и витамина С - 2 грамма в сутки, нормализовались показатели иммунитета, уменьшились процессы, вызванные негативным воздействием свободных радикалов на липиды, сократились сроки заживления язвенного дефекта и, что самое главное, в 45-50% случаев происходила регрессия тяжёлой степени дисплазии до лёгкой.

Следует отметить, что, несмотря на применение высоких доз антиоксидантных витаминов в течение 15 дней и на хороший клинический эффект, отмечалась лишь тенденция к повышению содержания их в крови. Это свидетельствует о глубоком дефиците и необходимости длительного назначения антиоксидантного комплекса. Исследования показывают, что адекватная коррекция дефицитов витаминов группы А, С, Е должна занимать длительный период времени - не менее 5-6 лет. Только в этом случае можно говорить о действенной профилактике онкологических заболеваний. Применение достаточно высоких доз с учетом глубины дефицита является также необходимым условием адекватной коррекции поступления основных антиоксидантных витаминов в организм человека.

Нормализующее действие антиоксидантов на факторы иммунитета обусловлено универсальностью точек приложения действия антиоксидантов - клеточных мембран, в том числе свободно циркулирующих иммунокомпетентных клеток. Клиническое использование антиоксидантного лечения с иммунокорректирующей целью не требует жесткого лабораторного иммунологического контроля, что очень актуально в широкой терапевтической практике и профилактической медицине.
Обеспечение жизнестойкости клеточных мембран, повышение их адаптационных возможностей и пластических свойств определяют неограниченность и органное многообразие проявлений лечебного потенциала антиоксидантной терапии.

Количественная оценка антиоксидантной активности

До недавнего времени значительные трудности возникали при количественном определении антиоксидантной активности того или иного конкретного продукта или вещества. Специальные исследования, проведенные в последние годы, изменили эту ситуацию неопределенности. Ученые разработали объективный метод, позволяющий точно определить антиоксидантную активность.

Разработана методика анализа, которая позволяет исключительно точно определять показатель антиоксидантной активности определенного продукта или БАД. Этот показатель получил название ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity). Этот тест производится с использованием стандартизированного препарата "Тролокс" - водорастворимого аналога витамина Е. Подсчитывается показатель антиоксидантной активности на 1 грамм сухого вещества или на 1 миллилитр жидкого вещества, который выражается в единицах ОРАК (1 единица ОРАК = 1 микро-М Trolox ). Чем выше показатель ОРАК, тем больше антиоксидантная способность исследуемого продукта противостоять натиску свободных радикалов.

С помощью методики ОРАК производятся измерения общей антиоксидантной активности в образцах сыворотки крови. Для анализа используется флюоресцентный белок - фикоэритрин beta-PE. Из исследуемых соединений готовится раствор, который подвергается ряду химических реакций с последующим центрифугированием. Оценка антиоксидантной активности продукта производится с помощью жидкостной хроматографии высокого давления.

Клиническое подтверждение эффективности антиоксидантной терапии

Многолетний опыт клинического изучения эффективности антиоксидантной терапии подтверждает эффективность использования антиоксидантов у больных с различной патологией под контролем комплексного иммунологического исследования с изучением показателей клеточного и гуморального иммунитета, а также неспецифических факторов защиты выявило нормализующее влияние антиоксидантов на измененные функции иммунокомпетентных клеток - лимфоцитов и макрофагов.

По результатам многочисленных наблюдений пациентов с хроническими воспалительными процессами оценены динамика показателей перекисного окисления липидов (уровни аскорбиновой кислоты, токоферола, малонового диальдегида, активность супероксидисмутазы и каталазы) в процессе "традиционной" терапии и возможность коррекции выявленных нарушений антиоксидантами ферментативного (церулоплазмин) и неферментативного (растительные антиоксиданты) действия. У больных с хроническим легочным сердцем выявлена способность антиоксидантых комплексов препятствовать этому патологическому процессу.

В исследованиях последних лет показано, что в патогенезе многих расстройств важная роль принадлежит оксидативному стрессу , развивающемуся в результате дисбаланса между оксидантной и антиоксидантной системами. При этом в крови и тканях достигают высоких концентраций продукты перекисного окисления липидов, в частности - малоновый альдегид, дестабилизирующий клеточные мембраны. Одной из причин дефицита "неферментативных" антиоксидантов - токоферола и аскорбиновой кислоты - у больных хроническими заболеваниями является их повышенный расход. Кроме того, при тяжелом течении заболевания, осложненного хроническим легочным сердцем с недостаточностью кровообращения, наблюдается и выраженное снижение активности в крови ферментативных антиоксидантов (супероксиддисмутазы, каталазы).

Ряд исследователей полагает, что при снижении показателей Т-лимфоцитов крови менее 50 %, реакции бласттрансформации лимфоцитов - 52 %, Т-супрессоров - 8 % и повышении уровней иммуноглобулинов G и M более 15 и 2 г/л в комплекс терапии целесообразно включать антиоксиданты.

При усилении процессов перекисного окисления липидов: при содержании малонового диальдегида выше 90 мкмоль/л, диеновых конъюгатов - 1,0 нмоль/л, перекисного гемолиза эритроцитов - 50 %, а также падении содержания каталазы ниже 5,0 мкмоль/л в минуту хороший эффект дает использование антиоксидантов.
К примеру, лабораторные иммунологические обследования пациентов и иммунологические тесты in vivo обнаружили резкое снижение уровней иммуноглобулинов, циркулирующих иммунных комплексов, лизоцима, активности комплемента в сыворотке крови, более, чем трехкратное по сравнению со здоровыми, снижение мобилизационной активности макрофагов в очаге повреждения, отсутствие активных бласттрансформированных форм лимфоцитов. Полное исчезновение лимфоидных элементов предшествовало летальному исходу и расценивалось как прогностически крайне неблагоприятный признак. Включение в комплексное лечение этих больных антиоксидантов в терапевтических дозах уже через 10 дней удваивало присутствие иммунокомпетентных клеток в очаге воспаления, вызывало привлечение и бласттрансформацию лимфоидных элементов. Одновременно восстанавливались показатели гуморального иммунитета, в крови возрастало присутствие лизоцима, компонентов комплемента (С3 фракции, СН50), что свидетельствовало о существенной функциональной активации клеток-продуцентов (макрофагов). В группе наблюдавшихся онкологических больных, получавших антиоксидантную поддержку, не было отмечено летальных исходов.

У больных с множественными очагами хронической инфекции (хронический тонзиллит, синусит, одонтогенная инфекция, холецистит, аднексит и др.) были установлены иные иммунологические дисбалансы. Дефицит макрофагального участия сочетался с выраженной лимфоцитарной сенсибилизацией, что проявлялось в накоплении иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов в крови, высоком процентном содержании бласттрансформированных форм лимфоцитов в дермограммах. Эти пациенты находились на диспансерном наблюдении как часто и длительно болеющие ОРВИ, бронхитами, пневмониями, обострениями хронических заболеваний. Развитие очаговых пневмоний у этих больных отличалось затяжным течением заболевания с аллергическими проявлениями по типу астматического компонента, кожной аллергии и др. Назначение антиоксидантных комплексов этим больным приводило к уравновешиванию иммунологических показателей с восстановлением их до нормальных уровней, что сопровождалось рассасыванием инфильтративных изменений в легких.

У старческого контингента больных с синдромом полиорганной недостаточности инертность иммунологического реагирования достигала максимальной выраженности. У 1/3 наблюдавшихся полностью отсутствовал приток нейтрофилов, макрофагов и лимфоцитов в очаг асептического воспаления.

Предтерминальное состояние отличалось аварийным выбросом последних иммунологических ресурсов в очаг. Применение антиоксидантов в гериатрической практике обеспечивает поддержку, а порой и восстановление иммунологического потенциала больных, что, безусловно, способствует продлению их жизни.
Это лишь малая часть представленного автором материала, подтверждающего эффективность использования антиоксидантов в лечебной практике.

Работы, посвященные профилактике развития отдаленных метастазов препаратами антиоксидантного действия, показали высокую эффективность этого метода. Проведенный мониторинг изменений в гомеостазе для групп риска выявил позитивные тенденции. У 116 радикально оперированных больных раком желудка 1В-3В стадий проводилась адекватная антиоксидантная терапия антиоксидантным комплексом в течение 2-х лет.
Рандомизированные исследования подтвердили, что разработанный способ длительной антиоксидантной терапии достоверно (в 3-8 раз) повышает отдаленные результаты хирургического лечения больных раком желудка с наиболее неблагоприятными прогностическими признаками (недифференцированный и инфильтративный рак, прорастание опухолью серозной оболочки желудка, метастатическое поражение регионарных лимфатических узлов).

Ввиду отсутствия токсических эффектов при длительном применении растительных антиоксидантов предлагаемый метод профилактики развития метастазов может проводиться в амбулаторных условиях.
Приведенные материалы дают убедительные доводы в пользу более широкого использования антиоксидантов в комплексной терапии хронических заболеваний, наряду с другими патогенетическими методами лечения. Таким образом, полученные результаты проведенных исследований свидетельствуют о восстановлении разнообразных нарушенных иммунологических и неспецифических защитных функций в организме с формированием устойчивого равновесия в механизмах иммунологического реагирования.
Кроме всего выше перечисленного антиоксиданты, к которым относятся витамин С, Е и А обладают большим спектром влияния.

Витамин C (аскорбиновая кислота) -Лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты

Витамин С - мощный антиоксидант - играет важную роль в регуляции окислительно-восстановительных процессов, участвует в синтезе коллагена (коллаген играет важнейшую роль в пластической (структурной) функции, входя в состав соединительных тканей, обеспечивая их прочность и эластичность, является специфическим белком и присутствует в костях, сухожилиях, коже, хрящах, стенках сосудов и связывающей ткани) и проколлагена, обмене фолиевой кислоты и железа, а также синтезе стероидных гормонов и катехоламинов, к которым относятся:
Адреналин, норадраналин и дофамин - обладают выраженным действием на водный, жировой, электролитный обмены, участвуют в регуляции сердечно-сосудистой систем, влияют на возбудимость нервной системы и сократительную функцию гладкой мускулатуры.

Минералокортикоидные гормоны играют определяющую роль в поддержание баланса электролитов и жидкости в организме Глюкокортикоидные гормоны участвуют в регуляции основных видов обмена практически во всех тканях организма и совместно с другими гормонами обеспечивают постоянство внутренней среды, оказывают действие на минеральный обмен, поддержании гомеостаза. Особенно возрастает роль катехоламинов при воздействии на организм экстремальных факторов, в условиях остро развивающегося стресса ( к которому можно отнести оперативное вмешательство).

Гипоталамо - гипофизарно адреналовая система обеспечивает адаптацию организма к стрессорным воздействиям. (исследование У. Кениона 1926, в которых была раскрыта роль адреналина при эмоциональных реакциях страха, ярости, боли). В 1936 Г. Селье описал, что высокие концентрации глюкокортикоидов и катехоламинов, появляющиеся в крови в следствие воздействия стрессорных факторов, в силу свойственного им физиологического действия (стимуляция катаболических процессов в некоторых периферических тканях, активация глюконеогенеза и синтетических процессов в печени) обеспечивают организм, находящийся в экстремальных условиях, энергетическим и пластическим материалом и т.д.

Витамин С является фактором защиты организма от последствий стресса. Надпочечники, которые выделяют гормоны, необходимые, чтобы действовать в стрессовых ситуациях, содержат больше витамина С, чем любая другая часть тела. Витамин С помогает выработке этих стрессовых гормонов и защищает организм от токсинов, образующихся в процессе их метаболизма. Аскорбиновая кислота также регулирует свертываемость крови, нормализует проницаемость капилляров, необходима для кроветворения, оказывает противовоспалительное и потивоаллергическое действие, усиливает репаративные процессы, увеличивает устойчивость к инфекциям, улучшает способность организма усваивать кальций и железо, выводить токсичные медь, свинец и ртуть. Витамин С предохраняет холестерин липопротеидов низкой плотности от окисления и, соответственно, стенки сосудов от отложения окисленных форм холестерина.

Витамин E (токоферола ацетат) 6-Ацетокси-2-метил-2-(4,8,12-триметилтридецил)-хроман

Витамин Е также улучшает циркуляцию крови, улучшает регенерацию тканей, обеспечивает нормальную свертываемость крови и заживление ран, поддерживает иммунитет; снижает возможность образования шрамов; снижает кровяное давление; снимает судороги ног; улучшает функции нервной и мышечной систем; укрепляет стенки капилляров; предотвращает анемию, препятствует тромбообразованию, обладает антиканцерогенным эффектом, способствует предупреждению рака, диабета и сердечных заболеваний . Участвует также в формировании коллагеновых и эластичных волокон межклеточного вещества. Токоферол предотвращает повышенную свертываемость крови, благоприятно влияет на периферическое кровообращение, участвует в биосинтезе гема и белков, пролиферации клеток. Его противораковое защитное действие особенно заметно повышает витамин С. Как убедительно показывают многие исследования, защитные дозы начинаются с 400 МЕ.
Пример: При онкологии, невротических расстройствах, болезни Альцгеймера и Паркинсона, дозы вырастают до 3200 МЕ в день

Витамин A (ретинол)

транс-9,13-Диметил-7-(1,1,5-триметилциклогексен-5-ил-6)-нонатетраен-7,9,11,13-ол
Витамин А участвует в окислительно-восстановительных процессах, регуляции синтеза белков, способствует нормальному обмену веществ, функции клеточных и субклеточных мембран, повышает барьерную функцию слизистых оболочек, увеличивает фагоцитарную активность. Обеспеченность витамином А продлевает жизнь даже больным СПИДом. Необходим для поддержания и восстановления эпителиальных тканей при повреждениях кожи (раны, солнечные ожоги) , ускоряет процессы заживления, а также стимулирует синтез коллагена, улучшает качество вновь образующейся ткани и снижает опасность инфекций. Ввиду своей тесной связи со слизистыми оболочками и эпителиальными клетками витамин А благотворно влияет на функционирование легких, а также является стоящим дополнением при лечении некоторых болезней желудочно-кишечного тракта (язвы, колиты). Как витамин А, будучи мощными антиоксидантами, являются средствами профилактики и лечения раковых заболеваний, в частности, препятствуя повторному появлению опухоли после операций. Витамин А защищает мембраны клеток мозга от разрушительного действия свободных радикалов, нейтрализует самые опасные виды свободных радикалов: радикалы полиненасыщенных кислот и радикалы кислорода." Антиоксидантное действие играет важную роль в предотвращении заболеваний сердца и артерий, он обладает защитным действием у больных стенокардией, а также повышает содержание в крови "полезного" холестерина (ЛПВП). Есть данные, что витамин А способствует поддержанию постоянного уровня сахара в крови, помогая организму более эффективно использовать инсулин. Если эти данные подтвердятся, использование ретинола станет первым шагом к победе над резистентностью к инсулину и такими заболеваниями как диабет I и II типа, гипертония, гипогликемия и ожирение.

Суточная потребность

Разовые дозы витамина А не должны превышать 50000 ME для взрослых и 5000 ME для детей, суточные - 100000 ME для взрослых и 20000 ME для детей.

Т.о., схема профилактики воздействия свободных радикалов, подавление их канцерогенного эффекта, повышения иммунитета, сокращения сроков заживления ран и т.д.:.

Витамина А - 100000 МЕ в день, входящего в состав драже Аевит ( 1 драже Аевит 1 раз в сутки ), витамина Е 30% - 2мл., внутримышечно 2 раза в сутки, что соответствует суммарной дозе всего витамина Е, вместе с входящим в состав Аевита витамином Е - 1300 мг в день и витамина С - 2 грамма в сутки ( витамин С 5%-10 мл., + Глюкоза 5% - 100 мл., внутривенно 4 раза в сутки).

При появлении различного рода диспепсических расстройств, таких как тошнота, рвота, появления диареи необходимо отменить прием данной схемы не более чем на 7-10 дней, ведь как показывают исследования многих ученых, у онкологических больных после отмены витамина С резко снижается его содержание в крови, по сравнению со здоровым пациентом. Необходимо помнить, что в результате рака и реакции на противораковое лечение (облучение, химиотерапия) мы получаем ситуацию острого дефицита аскорбиновой кислоты. Это мешает процессу лечения, вредит иммунной сопротивляемости организма не только по раку, но и по любой инфекции.
Отрицательным действием витамина А является увеличение печени за счет фиброза, по этому нельзя превышать суточную дозу витамина А более 100000 МЕ.

Необходимо принимать вместе с данным комплексом витаминов также и витамин В12, так как его количество снижается при длительном приеме витамина С; контролировать периодически уровень глюкозы крови, так как при длительном приеме витамина С снижается инсулинообразование поджелудочной железой.

Литература:
1. Журавлев А. И. Биохемилюминесценция. - М.: Наука, 1983.
2. Kitagawa S., Takakii F., Sakamoto S. A comparison of superoxide releasing response in human polymorphonuclear leukocytes and monocytes. Immunol 1980;125 (1):359-64.
3. Bryant RW, Simon TC, Bailey JM. J Biol Chem 1982;257:14933-43.
4. Nijkamp EP, Cisterhout. Agents and actions 1984;15 (1-2):85-6.
5. Levine SA, Reinhardt J. J Orthomol Psychiatry 1983;12:166-83.
6. Афанасьев И.Б. Кислородные радикалы в биологических процессах. Успехи химии . 1979;48:977.
7. Гриневич Ю.А., Барабай В.А., Орел В.Э. Хемилюминесцентный метод в иммунологии. Журн. микробиол. эпидемиол. и иммунобиол. - 1986;1:91-7.
8. Barbour AG, Allred CD, Solbery CO, Hill AR. Chemiluminescence by polymorphonuclear leukocytes from patients with active bacterial infection. J Infect Dis 1980;141:14-26.
9. Бондарев И.Ш., Журавлев А.И., Шполянская А.М. Сверхслабое свечение сыворотки крови при воспалении. Пробл. туб. 1971;9:71-4.
10. Профессор, заведующий курсом пульмонологии РГМУ Новиков Ю.К. Yu. K. Novikov
Professor, Head, Postgragraduate Pulmonology Course, Russian State Medical University
11. Доктор натуральной медицины, профессор Л. Майлэм (Университет натуральной медицины, Санта Фэ, США) НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕССА
12.Аль-Хадиди М. Влияние ГБО, антиоксидантной терапии и их комбинации на свободнорадикальные процессы и клиническое течение стенокардии напряжения. Автореф. дис. канд. мед. наук. М.1987.
13.Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биомембранах. М.: Наука. 1972.
14.Горбачева И. А. Перспективы антиоксидантной протекции организма человека. Мат-лы II научно-практической конференции корпорации ВИТАМАКС. М., 1999.
15.Ковалев И.Е. Полевая О.Ю. Биохимические основы имммунитета к низкомолекулярным химическим соедмнениям. - М., 1985.
16.Коган А.Х., Кудрин А.Н., Лосев Н.И. Антиоксидантная защита сердца при экспериментальном инфаркте миокарда. М.:1987
17.Мельник А.И., Юлиш Е.И., Борисова Т.П., и др. Иммунокорригирующая и антиоксидантная терапия в лечении и профилактике рецидивов хронического гепатита у детей. "Научно-медицинские будни", январь 2000.
18.Осипов А.Н., Азизова О.А.,Владимиров Ю.В. Активные формы кислорода и их роль в организме.//Успехи.биол.химии. 1990. Т. 31. С. 180-208
19.В.Н. Суколинский, А.И. Шмак. Профилактика развития отдаленных метастазов при помощи антиоксидантного комплекса у операбельных больных раком желудка.
20.Трубников Г.А., Журавлев Ю.И. Антиоксиданты в комплексной терапии больных хроническим бронхитом.// Рос. мед. ж. - 1998. - 2. - С.38-41.
21.Уклистая Е.А., Г.А. Трубников, А.А. Панов, Ю.И. Журавлев. Антиоксиданты и антигипоксанты в комплексном лечении больных хроническим бронхитом. Южно-Российский медицинский журнал, 4, 1998.
22.Casper, Jean, Your Miracle Brain, New York, Harper Collins, 2000.
23.Cody V., Middleton Jr. E., Harborne J., Alan Liss. Plant bioflavonoids in Biology and Medicine. NY (Vol. 1, 1986; Vol. 2, 1988).
24.Finch C.C., Cohen, D. M., Aging, Metabolism, and Alzheimer's Disease: Review and Hypothesis. Exp. Neurol 1997: 143:82-102.
25.Munzel N.,Sayegh H.,Freeman B.A. et al. Evidence for enhanced vascular superoxide anion production in nitrate tolerance. A newel mechanism underlying tolerance and cross-tolerance.// J. Clin. Invest. - 1995 - Vol.95, 1 - P.187-194.
26.Naper, G., A. R. Genazzani, E., Martignoni, F. Petraglia, (eds), Stress and the Aging Brain, Integrative Mechanisms, New York, Raven Press, New York., 1990.
27.Selye, H., The Evaluation of the Stress Concept, New Sci., 1993: 61:652-99.
28.Sohal R.S., Brunx, U.T., Lipofuscin as an indicator of oxidative stress and aging. In; Lipofuscin and Ceroid Pigments, 1990, E.A. Porta, (ed) Plenum Press, New York. pp. 17 - 29.
30. "Совершенно секретно" 9 2001г., стр. 8. по книге Ивена Камеруна и Лайнуса Полинга "Рак и витамин С"
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия

10. Биоокисление и стимуляция антиоксидантной системы

Сообщение Sergio » Пт июл 08, 2011 12:20

Просьба модератору темы удалить вышележащие оффтоп-посты.


Попалась интереснейшая статья-реферат (или доклад ?). Откуда скомуниздили, не указано. В списке одного афтореферата диссертации был приведён следующий похожий источник:
Басович О.С. Биологическое окисление и стимуляция антиоксидантной системы организма /О.С.Басович //Доклады Академии проблем гипоксии РФ. М., 1999. - Т.З Юбилейный. - С.40-47.
Наверное, он и является основным.
Привожу полностью.

Биологическое окисление и стимуляция антиоксидантной системы организма. О.С.Басович.
Университет Монаш и компания Биомедтех Австралия, г. Мельбурн, Австралия

Роль кислорода в существовании организма млекопитающего огромна. Традиционно кислороду отводилась роль источника энергии. Известно, например, что при окислении глюкозы до CO2 может быть извлечено в 18 раз больше энергии в форме АТФ по сравнению с анаэробным гликолизом [ 27]. Поэтому вывод о том, что чем больше кислорода, тем лучше, казался очевидным. Исследования последних 10-15 лет свидетельствуют о том, что роль кислорода и свободных радикалов кислорода в метаболизме млекопитающего является гораздо более разнообразной, чем просто энергетический компонент. Кислород и его производные участвуют в биологическом окислении различных субстратов организма, процессе, важность которого для его нормального существования становится все более и более очевидной [1]. Показано, что повышенные концентрации свободных радикалов кислорода (более верно названных Reactive Oxygen Species, ROS) характерны для широкого ряда заболеваний, в том числе рака, и преждевременного старения. Естественный механизм, поддерживающий баланс между про- и антиоксидантами и препятствующий неконтролируемому окислительному стрессу, был назван антиоксидантной системой (АС). АС состоит из витаминов, минералов и энзимов - антиоксидантов, производимых организмом на субклеточном уровне [37, 22, 23]. Дисбаланс между прооксидантами и антиоксидантами, возможно, имеет решающее значение в развитии множества патологий, собирательно называемых дегенеративными заболеваниями. Роль свободных радикалов кислорода, или ROS, была хорошо изучена в механизмах повреждающего действия ионизирующей радиации [34, 43]. Исследования последних лет ясно показывают, что высокие концентрации ROS также характерны и для множества заболеваний: хронические заболевания сердца, воспаление, сепсис [14, 32, 33, 6, 28, 42]; очевидно вовлечение свободных радикалов кислорода в ишемическое повреждение миокарда, кишечника и надпочечников [47], в процесс сердечной недостаточности [21]; прямое доказательство того, что ROS вовлечены в пост-инфарктную сердечную дисфункциию, было представлено [12]; производные кислорода могут принимать участие в повреждении эпителия, характерного для астматиков, см. обзор [11]; повышеная концентрация супероксидного аниона была найдена у астматиков по сравнению со здоровым контролем [53, 58, 59, 31, 40, 44, 45]; отмечена связь между повышенным перекисным окислением липидов и сужением дыхательных путей [46]; показано, что дисбаланс между антиоксидантами и прооксидантами имеет тесную связь с развитием астмы; найдена пониженная емкость антиоксидантной системы у диабетиков [15]; показано,что спровоцированная стрессом желудочная язва является следствием окислительного повреждения слизистой желудка [19]; показано, что tumour necrosis factor (TNF) вызывает быстрое повышение уровня ROS [21].

Антиоксидантная система играет важную роль противовеса формированию избыточного количества ROS. АС состоит из определенных витаминов и минералов (витамины А, С, Е, селен, цинк) и также энзимов - антиоксидантов (Superoxide Dismutase (SOD), Catalase (CAT) и др.). Ослабление емкости АС имеет следствием повышенный окислительный стресс. Например, емкость SOD понижена у астматиков [58, 49, 8], пониженный уровень активности SOD служит маркером воспалительного процесса, характерного для астмы [49]. Повышенный окислительный стресс и сниженная емкость АС характерна для ВИЧ - инфицированных [35, 7]. Возможным объяснением резкого роста количества дегенеративных заболеваний среди населения старше 30-40 лет может служить факт снижения активности АС в стареющем организме [30, 55]. Интересно отметить найденную зависимость между максимальным потенциалом продолжительности жизни (МППЖ) и емкостью АС организма [18] ( табл. 1).

Таблица 1. Относительный уровень окисления мозга и максимальным потенциалом продолжительности жизни (адаптировано из [18])

Потенциальная продолжительность жизни (лет) Относительный окислительный уровень мозга в физрастворе

Человек 100 1
Шимпанзе 50 5
Лесная мышь 8 11
Полевая мышь 3 19

Таким образом, самый высокий уровень антиоксидантой защиты у человека, возможно, определяет его максимальную продолжительность жизни по сравнению с другими млекопитающими. Разнообразное и богатое витаминами-антиоксидантами питание может служить объяснением значительного увеличения средней продолжительности населения в развитых странах за последние 50 лет. Однако максимальная продолжительность жизни остается той же, какой была, по крайней мере, 15,000 лет назад, и равна приблизительно 100 годам [18].

Емкость антиоксидантой системы и уровень биологического окисления может меняться от множества внешних и внутренних факторов:

возраста,

питания (гиповитаминоз),

интенсивной физической нагрузки,

воздействия гипоксии [61],

воздействия гипероксии [29]. Интересно замечание [62] о том, что даже 21% O2 в нормальных условиях может иметь медленно проявляющийся повреждающий эффект, который варьирутся типом организма, возрастом, физиологическим состоянием и диетой, присутствием витаминов A, E, и C, переходных металлов, антиоксидантами, полиненасыщенными липидами и т.п.

алкоголя [39, 54],

курения [24],

других физиологических факторов.

Необходимо отметить, что во время экстремальной физической нагрузки концентрация свободных радикалов кислорода в мышцах и печени возрастает в 2-3 раза [20]. Окислительный стресс, вызванный интенсивным упражнением, возможно, является стимулом в повышении емкости АС, имеющим место у спортсменов [17]. С другой стороны, чрезмерные физические нагрузки производят скорее повреждающее, нежели тренирующее, действие и, возможно, являются объяснением развития синдрома хронической усталости и других патологий у спортсменов [13, 32].

Известны усилия повысить уровень антиоксидантной защиты в организме с помощью диетарных витаминов и минералов- антиоксидантов, которые имеют, в этом смысле, положительное действие [60, 16, 52]. Т.к. уровень таких витаминов и минералов регулируется на клеточном уровне, то эффективность диетарных витаминов - антиоксидантов явно выражена только в случае гиповитаминоза субъекта [26]. Доставка экзогенных энзимов-антиоксидантов вообще малоперспективна из-за следующих причин [10]:

1. это большие, непроницаемые через липидный бислой протеины,

2. их короткий срок жизни в плазме,

3. их концентрация регулируется на клеточном уровне.

Таким образом, представляются перспективными усилия по увеличению антиоксидантной емкости организма с помощью ее физиологического модулирования.
Показано, что такая модуляция возможна с помощью создания контролируемого биоокислительного стресса, например, в результате физических аэробных тренировок [17].

Интересно отметить, что уровень одного из протеинов-антиоксидантов, gluthadione peroxidase (GPX), возрастал только у спортсменов, тренировавшихся в интервальном режиме. SOD и CAT также быстро индуцируются в легких новорожденных крысят, подвергнутых экспозиции 95-100% O2 [50]. Другие данные показывают, что SOD, CAT и GPX индуцируются гипероксической экспозицией у новорожденных крыс, мышей, кроликов, но не у морских свинок и хомяков, т.о. способность повышать емкость АС различается у разных видов млекопитающихся [25]. С другой стороны, было показано, что активность SOD новорожденных крыс, мышей, кроликов в некоторых системах индуцируется не только гипероксическим, но и гипоксическим воздействием [48].

Одним из наиболее перспективных физиологических способов модулирования антиоксидантной системы представляется разработанный в бывшем СССР метод прерывистой гипоксической терапии (ПГТ) [2, 4, 5]. Было показано [36, 57], что серии кратковременных адаптаций к гипоксической гипоксии вызывают активацию АС в организме человека. Можно предположить, что повышенная емкость АС и есть та самая «неспецифическая резистентность организма», хорошо описанная в [4, 51] и обнаруженная более тридцати лет назад [9].

Выводы

Повышенная концентрация ROS в биологической системе является маркером и, возможно, причиной развития дегенеративных заболеваний, рака и преждевременного старения [23]. Природный механизм противодействующий форсированному биологичсекому окислению получил название антиоксидантной системы. АС система состоит из двух основных копонент: неэнзимных антиоксидантов (некоторые витамины и минералы) и энзимов - антиоксидантов. Улучшение качества питания и особенно диетарные витамины значительно улучшили клиническую картину в развитых странах и увеличили среднюю продолжительность жизни. Однако вторая, не менее важная компонента АС, энзимы- антиоксиданты, не поставляются в организм диетарно, а вырабатываются им самим. Пониженное производство энзимов - антиоксидантов характерно для множества заболеваний и для процесса старения. Некоторые лекарства являются, по сути, антиоксидантами (например, многие гипотензивные лекарства [41]).

Одним из физиологических способов модулирования антиоксидантной системы является метод прерывистой гипоксической терапии (ПГТ), разработанный в бывшем СССР.
Дальнейшие исследования должны быть, по нашему мнению, направлены на:

1. Измерение ROS in vivo, обеспечивая раннюю диагностику дегенеративных заболеваний и контроль эффективности их лечения.

2. Разработку более точных (оптимальных) гипоксических воздействий на организм пациента, имееющих целью избежать повреждающее действие ПГТ. Для этой цели необходимо научиться мониторировать в динамике окислительный стресс, производимый гипоксическим воздействием и оборудовать устройства для ПГТ биологической обратной связью.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барабой В.А., Сутковой Д.А. Окислительно-антиоксидантный гомеостаз в норме и патологии. 1997. Киев «Чернобыльинтеринформ».
2. Стрелков Р.Б. и др. Нормобарическая гипокситерапия. Министерство Здравоохранения СССР. Методические рекомендации. Москва, 1988.
3. Прерывистая нормобарическая гипокситерапия. Доклады Академии проблем гипоксии Российской Федерации. Вып.1. Под редакцией Н.А. Агаджаняна, Р.Б. Стрелкова, А.Я.Чижова. Москва, 1997.
4. Караш Ю.М., Стрелков Р.Б., Чижов А.Я. Нормобарическая гипоксия в лечении, профилактике и реабилитации. Москва, Медицина, 1988, - 352с.
5. Интервальная гипоксическая тренировка в акушерстве и гинекологии. Министерство Здравоохранения России. Методические рекомендации. Составители: Цыганова Т.Н., Егорова Е.Б., Москва, 1993.
6. Alessio, H. M.; Goldfarb, A. H. Lipid peroxidation and scavenger enzymes during exercise: Adaptive response to training. J. Appl. Physiol. 64:1333-1336;1988.
7. Allard JP, Aghdassi E, Chau J, Salit I, Walmsley S. Oxidative stress and plasma antioxidant micronutrients in humans with HIV infection. Am J Clin Nutr 1998 Jan;67(1):143-147.
8. Assa'ad AH, Ballard ET, Sebastian KD, Loven DP, Boivin GP, Lierl MB. Effect of superoxide dismutase on a rabbit model of chronic allergic asthma. Ann Allergy Asthma Immunol 1998 Mar;80(3):215-224.
9. Barbashova, ZI. Cellular level of adaptation. Handbook on Physiology, «Adaptation to the environment», editor DB Dill, Washington, 1964.
10. Barnard ML, Baker RR, Matalon S.Mitigation of oxidant injury to lung microvasculature by intratracheal instillation of antioxidant enzymes. Am. J. Physiol. 265 (Lung and Cell. Mol. Physiol. 9): L340-L345, 1993.
11. Barnes PJ. Reactive oxygen species and airway inflammation. Free Radic Biol Med (1990);9(3):235-243.
12. Bolli R, Jeroudi MO, Patel BS, DuBose CM, Lai EK, Roberts R, McCay PB. Direct evidence that oxygen-derived free radicals contribute to postischemic myocardial dysfunction in the intact dog. Proc Natl Acad
Sci (1989) Jun;86(12):4695-4699.
13. Budgett R. Fatigue and underperformance in athletes: the overtraining syndrome. Br J Sports Med 1998 Jun;32(2):107-110.
14. Byrd SK. Alterations in the sarcoplasmic reticulum: a possible link to exercise- induced muscle damage. Med. Sci. Sports Exerc., Vol.24, No.5, 531-536, 1992.
15. Ceriello A, Bortolotti N, Falleti E, Taboga C, Tonutti L, Crescentini A, Motz E, Lizzio S, Russo A, Bartoli E. Total radical-trapping antioxidant parameter in NIDDM patients. Diabetes Care (1997) Feb;20(2):194-197.
16. Clarkson PM. Antioxidants and physical performance. Crit Rev Food Sci Nutr (1995) Jan;35(1-2):131-141.
17. Criswell D; Powers S; Dood S; Lawler J; Edwards W, Renshler K; Grinton S. High intensity training- induced changes in skeletal muscle antioxidant enzyme activity. Med. Sci. Sports Exerc., Vol.25, No.10,
1135-1140, 1993.
18. Cutler RG. Free radicals and aging. In: Roy AK, Chatterjee B. Molecular Basis of Aging. New York: Academic Press 1984;263-354.
19. Das D, Bandyopadhyay D, Bhattacharcharjee M, Banerjee RK. Hydroxyl radical is the major causative factor in stress-induced gastric ulceration. Free Radic Biol Med (1997) 23(1):8-18.
20. Davies, K. J. A.; Quintanilha, A. T.; Brooks, G. A.; Packer, L. Free radicals and tissue damage produced by exercise. Biochem. Blophys. Res. Commun.107:1198-1205; 1982.
21. Ferrari R, Agnoletti L, Comini L, Gaia G, Bachetti T, Cardononi A, Ceconi C, Curello S, Visioli O. Oxidative stress during myocardial ischaemia and heart failure. Eur Hert J. 1998 Feb;19 Suppl B:B2-B11.
22. Florence TM. Cancer and Ageing. The Free Radical Connection. Chem Aust (1983) 50(6):166-174.
23. Florence TM. The role of free radicals in disease. Aust N Z J Ophthalmol 1995 Feb;23(1):3-7.
24. Fraga CG, Motchnik PA, Wyrobek AJ, Rempel DM, Ames BN. Smoking and low antioxidant levels increase oxidative damage to sperm DNA. Mutat Res 1996 Apr 13;351(2):199-203.
25. Frank L, Bucher JR, Roberts RJ. Oxygen toxicity in neonatal and adult animals of various species. J. Appl. Physiol. 45(5):699-704, 1978.
26. Fridovich I, Freeman B. Antioxidant defences in the lung. Ann. Rev. Physiol. 1986. 48:693-702.
27. Greenwood C, Hill HA. Oxygen and life. Chem in Brit (1982) 18, 194-196.
28. Jamieson D, Chance B, Cadenas E, Boveris A. The Relation of free radical production to hyperoxia. Ann. Rev. Physiol. 1986. 48:703-19.
29. Jenkinson SG. Oxygen toxicity. New Horiz 1993 Nov;1(4):504-11.
30. Ji LL. Antioxidant enzyme response to exercise and aging. Med. Sci. Sports Exerc. (1993) 25(2):225-231.
31. Kanazawa H, Kurihara N, Hirata K, Takeda T. The role of free radicals in airway obstruction in asthmatic patients. Chest 1991 Nov;100(5):1319-1322.
32. Lawler JM, Hu Z, Barnes WS. Effect of reactive oxygen species on K+ contractures in the rat diaphragm. J Appl Physiol 84(3):948-953, 1998.
33. Lawler JM, Powers SK. Oxidative stress, antioxidant status, and contracting diaphragm. Can J Appl Physiol 1998 Feb;23(1):23-55.
34. Martin AD. An Introduction to Radiation Protection. 1996, London.
35. McLemore JL, Beely P, Thorton K, Morrisroe K, Blackwell W, Dasgupta A. Rapid automated determination of lipid hydroperoxide concentrations and total antioxidant status of serum samples from patients infected with HIV: elevated lipid hydroperoxide concentrations and depleted total antioxidant capacity of serum samples. Am J Clin Pathol 1998 Mar;109(3):268-273.
36. Meerson FZ, Arkhipenko YV, Rozhitskaya II, Didenko VV, Sazontova TG. Opposite effects of adaptation to continuous and intermittent hypoxia on antioxidative enzymes. Bull. Eksp. Biol. Med., v.114, No.7,
pp. 14-15, 1992.
37. Meerson FZ. Adaptation, Stress, and Prophylaxis. 1984, Berlin, New York, Tokyo.
38. Meerson FZ. Adaptive Protection of the Heart: Protecting Against Stress and Ischemic Damage. CRC Press, Boca Raton, USA. 1991.
39. Nordmann R. Alcohol and antioxidant systems. Alcohol Alcohol (1994) Sep;29(5):513-522.
40. Owen S, Pearson D, Suarez-Mendez V, O'Driscoll R, Woodcock A. Evidence of free-radical activity in asthma. N Engl J Med 1991 Aug 22;325(8):586-587.
41. Parik T, Allikmets K, Teesalu R, Zilmer M. Evidence for oxidative stress in essential hypertension: perspective for antioxidant therapy. J Cardiovasc Risk (1996) Feb;3(1):49-54.
42. Peters EM. Exercise, immunology and upper respiratory tract infections. Int J Sports Med (1997) Mar;18 Suppl 1:S69-S77.
43. Pizzarello DJ, Witcofsi RI. Medical Radiation Biology. 1972, Lea & Febiger, Philadelphia.
44. Rahman I, Morrison D, Donaldson K, MacNeee W. Systemic oxidative stress in asthma, COPD, and smokers. Am J Respir Crit Care Med (1996) Oct;154(4 Pt 1):1055-1060.
45. Rahman I, Skwarska E, MacNeee W. Attenuation of oxidant/antioxidant imbalance during treatment of exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease. Thorax 1997;52:565-568.
46. Schunemann HJ, Muti P, Freudenheim JL, ArmstrongD, Browne R, Klocke RA, Trevisan M. Oxydative stress and lung function. Am J Epidemiol (1997) Dec 1;146(11):939-948.
47. Sies H. Biochemistry of oxydative stress. Angew. Chem. Im. Ed. Engl (25)1058-1071, 1986.
48. Sjostrom K, Crapo JD. Adaptation to oxygen by pre-exposure to hypoxia: enhanced activity of mangano superoxide dismutase. Physiologist, (1978);21(4)111 - Abstract.
49. Smith LJ, Shamsuddin M, Sporn PH, Denenberg M, Anderson J. Reduced superoxide dismutase in lung cells of patients with asthma. Free Radic Biol Med (1997);22(7):1301-1307.
50. Stevens JB, Autor AP. Proposed mechanism for neonatal rat tolerance to normobaric hyperoxia. Fed. Proc. 39:3138-43, 1980.
51. Strelkov RB, Belykh AG, Karash UM, Kirianov IY, Matiushin AI, Roihel VM, Chizhov AYa, Pogodina VV. [Enhancement of the Organism' resistance to various stressful factors by means of normobaric hypoxic
stimulation]. Vestn. Acad. Med. Nauk USSR, (1988);(5):77-80.
52. Supinski G. Free radical induced respiratory muscle dysfunction. Mol Cell Biochem (1998);Feb;179(1-2):99-110.
53. Teramoto S, Shu CY, Ouchi Y, Fukuch Y. Increased spontaneous production and generation of superoxide anion by blood neutrophils in patients with asthma. J Asthma, (1996);33(3):149-155.
54. Thome J, Nara K, Foley P, Gsell W, Weisbeck GA, Boning J, Riederer P. Time course of manganese superoxide dismutase concentrations in serum of alcohol- dependent patients during abstinence. Drug Alcohol Depend (1997) Mar 14;44(2-3):151-155.
55. Tian L, Cai Q, Wei H. Alterations of antioxidant enzymes and oxidative damage to macromolecules in different organs of rats during aging. Free Radic Biol Med (1998);Jun; 24(9):1477-1484.
56. Tsyganova TN. [Use of normobaric hypoxic training in obstetrics]. Vestn Ross Akad Med Nauk (1997);(5):30-3.
57. Tverdokhlib VP, Konovalova GG, Lankin VZ, Meerson FZ. Effect of adaptation to anoxia on antioxidative enzyme activity in the liver of stressed rats. Bull. Eksp. Biol. Med., v.106, N11, pp. 528-529, 1988.
58. Vachier I, Damon M, Le Doucen C, de Paulet AC, Chanez P, Michel FB, Godard P. Increased oxygen species generation in blood monocytes of asthmatic patients. Am Rev Respir Dis (1992);Nov;146(5 Pt 1):1161-1161.
59. Vachier I, Le Doucen C, Loubatiere J, Damon M, Terouanne B, Nicolas JC, Chanez P, Godard P. Imaging reactive oxygen species in asthma. J Biolumin Chemilumin (1994) May;9(3):171-175.
60. Witt, E.; Reznik, A. Z.; Viguie, C. A.; Sarke-Reed P.; Paker, L. Exercise, oxidative damage and effects of antioxidant manipulation. J. Nutr.122:76. p773, 1992.
61. Maulik D, Numagami Y, Ohnishi ST, Mishra OP, Delivoria-Papadopoulos M. Direct measurement of oxygen free radicals during in utero hypoxia in the fetal guinea pig brain. Brain Res (1998) Jul 6;798(1-2): 166-172.
62. Halliwell B, Gutteridge MC. Oxygen toxicity, oxygen radicals, transition metals and disease. Biochem. J. (1984) 219, 1-14.

Резюме

Накопленные экспериментальные данные делают все более и более очевидным важность баланса между про- и антиоксидантами для здоровья организма человека. Образование избыточных концентраций активных производных кислорода не допускаются антиоксидантной системой организма. Дисбаланс между емкостью антиоксидантной системы (АС) и активными производными кислорода приводит к окислительному стрессу, ведущему к образованию рака, преждевременному старению и другим дегенеративных заболеваниям. Емкость АС может быть индуцирована в ответ на некоторые виды физиологической стимуляции. Прерывистая гипоксическая стимуляция представляется перспективным средством в этом плане. Дальнейшие исследования должны быть направлены на усовершенствование режимов гипоксического воздействия, возможно, с использованием систем с биологической обратной связью.

BIOLOGICAL OXIDATION AND ANTIOXIDANT SYSTEM STIMULATION
Oleg Bassovitch

Monash University, Biomedtech Australia PTY Ltd, Melbourne, Australia.
Summary

Balance between pro- and antioxidants in the body for health and wellbeing becomes more and more apparent. Excess of Reactive Oxygen Species (ROS) in the body is scavenged by antioxidant system. Imbalance between the capacity of antioxidant system and ROS produces oxidative damage, leading to development of degenerative diseases, including cancer and premature ageing. The capacity of the antioxidant system can be induced in response on some physiological stimulation. Intermittent Hypoxic Breathing appears to be a potent and prospect means in this sense. Further research should have an objective to improve the regimens of hypoxic stimulation, perhaps via provision of biofeedback during the treatment.
Bible 62 n.



Всё самое, на мой взгляд, важное из гипотез и выводов, выделено жирным и подчёркнуто в тексте.
По-человечески, жаль, что достижения родной страны в физиологии дыхания, спортивной медицине и др. смежных отраслях остались в прошлом. Но прогресс не стоит на месте - и это радует.

Всё-таки пару слов скажу, поскольку некоторые утверждения являются на сегодня спорными.

1.
Доставка экзогенных энзимов-антиоксидантов вообще малоперспективна”

Атиоксидант SkQ, призванный бороться с процессами старения в организме, способен лечить возрастные заболевания глаз у крыс и кроликов. А также, теперь известно о восстановлении зрения у самого академика Скулачёва с помощью глазных капель, разработанных в лаборатории его сына.

2.
…не менее важная компонента АС, энзимы- антиоксиданты, не поставляются в организм диетарно, а вырабатываются им самим.

Как тенденция – верно, но наверняка сегодня есть прогресс и на этом пути.

3. Ещё раз порадовало утверждение об увеличении антиоксидантной емкости организма с помощью физиологического модулирования, например, аэробными тренировками. С чем и поздравляю всех любителей бега, плавания, велосипедных прогулок и т.п. :D
Труден первый шаг, НЕ скучен первый путь Изображение
Sergio
старожил
 
Сообщения: 1314
Зарегистрирован: Чт июн 01, 2006 15:01
Откуда: Россия


Вернуться в Теория

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0