А. Г. Чучалин Хронические обструктивные болезни легких icon

А. Г. Чучалин Хронические обструктивные болезни легких


2 чел. помогло.
Смотрите также:
А. Г. Чучалин Хронические обструктивные болезни легких...
А. Г. Чучалин Хронические обструктивные болезни лёгких...
Чучалин А. Г. Чучалин А. Г. Бронхиальная астма. 81...
Водный экстракт морозника Helleborus niger aquos в комплексной терапии хронической обструктивной...
Клинико диагностическое значение исследования функционального состояния сосудистого эндотелия...
«Клинико-функциональные особенности состояния миокарда в зависимости от тяжести хронической...
Комплекс лечебно-профилактических мероприятий...
Helicobacter pylori-ассоциированные хронические гастриты (патогенез...
Задачи по оказанию доврачебной помощи при неотложных состояниях 48 акушерство 48...
Отчет о проведении региональной научно-практической конференции «Обструктивные заболевания аорты...
Общие сведения и классификация легких бетонов...
Общие сведения и классификация легких бетонов...



Загрузка...
страницы: 1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   28
вернуться в начало
скачать
^

7. Оксидантные и антиоксидантные системы легких при хронических обструктивных заболеваниях




С. К. Соодаева


Исследования последних лет показали, что оксиданты, в первую очередь, ак­тивные формы кислорода (АФК), играют ключевую роль в молекулярных меха­низмах патогенеза хронических обструктивных болезней легких (ХОБЛ).

Респираторный тракт постоянно подвергается действию кислорода и других ингалируемых газов — озона, диоксидов азота и серы и т. д., обладающих окси­дативным эффектом (Bast A.,1996). Значительные количества АФК продуциру­ют фагоцитирующие клетки (нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы периферической крови, тканевые макрофаги и т. д.) при взаимодействии с воз­будителями инфекции, иммунными комплексами или пылевыми частицами.

АФК, образуемые фагоцитами, являются важным элементом защиты орга­низма от чужеродных объектов, так как обладают антибактериальными, анти­паразитарными, противоопухолевыми свойствами (Биленко М. В., 1989; Bellavite P., 1988, Halliwell В. et al., 1989). Свободные радикалы принимают учас­тие также в реакциях детоксикации ксенобиотиков, биоэнергетических процес­сах и т. д. Таким образом, АФК участвуют во многих физиологических и метаболических процессах в организме. Однако при патологических состояниях дисбаланс в системе оксиданты-антиоксиданты способствует развитию «окси­дативного стресса», который обычно выражается в избыточной продукции АФК, что приводит к повреждению биомолекул как собственных, так и окружа­ющих клеток и тканей. В настоящее время существуют убедительные доказа­тельства значимой роли оксидативного стресса в развитии ХОБЛ.


^ Физико-химические свойства активных форм кислорода и свободных радикалов


К АФК обычно относят пероксид водорода, синглетный кислород, гипохло­рит, кислородные радикалы — супероксидный анион-радикал и радикал гидрок­сида. В последние годы пристальное внимание уделяется еще одному свободно­му радикалу — монооксиду азота, часто называемому окисью азота (Владими­ров Ю. А., 1997).

Большинство биомолекул имеют на электронных орбиталях по два электро­на с противоположно направленными спинами. Именно упорядочение магнит­ных моментов этих парных электронов обеспечивает стабильность молекул и, соответственно, устойчивость химических соединений. Свободные радикалы имеют на внешней орбитали один или несколько неспаренных электронов. Такие молекулы или атомы легко вступают в химические реакции, поэтому для свободных радикалов характерна высокая реакционная способность. Образова­ние радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или удалением одного электрона из элек­тронной пары. Эти процессы обычно происходят в результате реакций окисле­ния или восстановления, а также при разрыве химических связей, образованных электронами, принадлежащими разным атомам (Владимиров Ю. А. и др., 1991).

Молекула кислорода может быть восстановлена последовательно четырьмя электронами (Метелица Д. И, 1984) — см. схему.


^ Последовательное восстановление молекулы кислорода





Образование АФК является следствием неполного (одно-, двух-, трехэлек­тронного) восстановления молекулярного кислорода вместо полного, четырех­электронного, приводящего к образованию воды. Процесс полного восстановле­ния кислородадо №0 является более энергозависимым, чем процессы неполно­го восстановления. В результате одноэлектронного восстановления молекулы кислорода происходит образование супероксидного радикала (O2) или его протонированной формы — пергидроксильного радикала (НО2•). Одноэлектронное восстановление O2, в свою очередь, приводит к образованию пероксид-иона O22– или в протонированной форме — пероксида водорода (H2O2). Окислитель­но-восстановительный потенциал этой реакции составляет 0,89 В. Столько же энергии требуется для отрыва электрона от Н2О2 с образованием O2. То есть супероксид может продуцироваться как при восстановлении молекулярного кислорода, так и при одноэлектронном окислении Н2О2. Связь О-О в молекуле Н2О2 непрочна, поэтому он может легко превращаться в гидроксильный ради­кал (НО•) в результате одноэлектронного восстановления, а также воздействия ультрафиолетового или ионизирующего излучений. В биологических системах донорами электронов чаще всего являются ионы металлов переменной валент­ности и, в первую очередь, железа. Вследствие высокой химической активности свободных радикалов кислорода время их жизни в клетке составляет всего мил­лисекунды для супероксида и микросекунды для НО• (Владимиров Ю. А.,1991).

Одной из основных реакций, определяющих свойства супероксида является реакция его протонирования. Химическая активность O2 сильно зависит от среды: рН, полярности, температуры и т. д. Супероксидный радикал в неполяр­ном окружении может легко окислять углеводороды, то есть при определенных условиях способен проявлять высокую активность в процессах деструкции. Наиболее сильным ферментом, защищающим от повреждающего действия O2, является супероксиддисмутаза (СОД).

В результате дисмутации супероксида, спонтанной или катализируемой СОД происходит образование Н2О2. Пероксид водорода не имеет неспаренных электронов на внешней орбитали, соответственно, не относится к радикалам и является окислителем умеренной силы. В отличие от других АФК, молекула Н202 достаточно стабильна и не несет электрического заряда. Это позволяет Н202 легко проникать через мембраны внутрь клеток, где он может взаимодей­ствовать с ионами металлов переменной валентности (преимущественно желе­за) или использоваться с помощью фермента миелопероксидазы для синтеза чрезвычайно сильного оксиданта гипохлорита (ClO):


Н2O2+Cl Н2O+ClO


Цитотоксическое действие H2O2 обусловлено также тем, что он является ис­точником высокореакционноспособных НО•, которые образуются в присутствии ионов железа в реакции Фентона:


Н2O2 + Fe2+  НО• + ОН + Fe3+


Реакция Фентона является основной реакцией генерации НО в биологичес­ких системах. Кроме этого, гидроксильный радикал образуется из гипохлорита в реакции Осипова:


ClO + H++ Fe2+  НО• + Cl + Fe3+


Гидроксильные радикалы обладают очень высокой химической активнос­тью. Известно, что константы скорости их реакций с большинством биологичес­ки важных молекул близки к диффузионным. Они могут участвовать в реакциях трех основных типов: отрыва атома водорода, присоединения по двойной связи и переноса электрона. К первому типу относится взаимодействие НО с ненасы­щенными жирнокислотными цепями в молекулах липидов, что приводит к ини­циированию перекисного окисления липидов в биологических мембранах. К этому же типу реакций относится взаимодействие с рибозой и дезоксирибозой. Гидроксильные радикалы вызывают деградацию этих неотъемлемых компонен­тов нуклеиновых кислот, что лежит в основе мутагенного действия НО. Реак­ции НО- с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями нуклеиновых кислот относятся ко второму типу. Присоединение гидроксида может привести к нару­шению комплементарности оснований в цепи ДНК и вызвать в итоге мутацию или гибель клетки (Владимиров Ю. А. и др., 1991; Halliwell В. et al., 1989).

Окись азота (NО) имеет неспаренный электрон, соответственно обладает свойствами свободнорадикальной частицы, в частности проявляя высокую реак­тивность при взаимодействии с другими радикалами (Singh S. et al., 1997). Так, в присутствии супероксида окись азота превращается в очень токсичное соеди­нение — пероксинитрит-анион (ONOO-):


NО + О2- -> ONOO-,

который затем может вступать в следующие реакции с образованием гидрок­сильного радикала и диоксида азота:

^ ONOO- +H^ -> ONOOH -^ НО +N02

Окись азота реагирует с супероксид-анионом в три раза быстрее, чем су­пероксиддисмутаза, что способствует нарастанию продукции более реакционноспособных пероксинитрита и гидроксильного радикала, обладающих наибольшим повреждающим действием по отношению к биологически важ­ным молекулам.

Важным проявлением повреждающего действия АФК является перекисное окисление липидов (ПОЛ) биологических мембран, приводящее к нарушению их барьерных и других свойств, а также расстройству структурной целостности и функций клетки (ферментативной активности, рецепторной функции, ионного транспорта и т. д.) и, наконец, разрушению и гибели.

Схема основных реакций ПОЛ общепризнана, соответствует классической схеме разветвленного свободнорадикального окисления органических соедине­ний и разделена на четыре стадии: инициирования, продолжения, разветвления и обрыва цепей. В целом процесс ПОЛ развивается по каскадному механизму с последующим образованием многочисленных продуктов, которые условно раз­деляют на промежуточные, первичные, вторичные и конечные. К последним от­носят альдегиды, кетоны, предельные углеводороды.

ПОЛ-индуцирующая способность различных АФК неравнозначна и нахо­дится в обратной зависимости от продолжительности их жизни (НО• < О2< H2О2) и в прямой зависимости от их диффузионной способности (Биленко М. В., 1989). Наиболее вероятным кандидатом на радикал-инициатор являет­ся гидроксильный радикал. Наличие ионов железа и генерация кислородных ме­таболитов, таким образом, являются необходимым и достаточным условием по­явления в клетке настоящих цитотоксичных радикалов липидов (Владими­ров Ю. А. и др., 1991).


^ Системы генерации активных форм кислорода в организме


Важной предпосылкой к выяснению механизма токсического действия кис­лорода и продуктов его активации на биологические системы явилось обнару­жение Фридовичем в 1968 году супероксиддисмутазы и предложенная затем теория супероксидзависимой токсичности кислорода. Супероксидный ради­кал — первый интермедиат восстановления молекулярного кислорода считается ключевым, с него начинается каскад активных метаболитов кислорода и именно он является, по всей видимости, родоначальником всех АФК in vivo (Владими­ров Ю. А. и др., 1991). Образование О2- происходит при функционировании ряда растворимых ферментов, таких как ксантиноксидаза, альдегидоксидаза, пе­роксидазы и т. д. Радикалы продуцируются также при аутоокислении ряда био­органических соединений — флавинов, тиолов, гемопротеинов, гидрохинонов, катехоламинов. Так, окисление адреналина в адренохром, как и биосинтез адре­налина, сопровождается высвобождением супероксида.

Мощными источниками супероксида in vivo в большинстве аэробных клеток является митохондриальная и микросомальная цепи переноса электронов (Вла­димиров Ю. А. и др., 1991; Halliwell В. et al., 1989; Archakov A. I. et al., 1990). При физиологических условиях гемопротеины митохондрий (MX) непосредст­венно вступают в реакцию с кислородом. Более 90% кислорода, поступающего в клетку, поглощается дыхательной цепью MX. Большая часть кислорода под­вергается двухэлектронному восстановлению с образованием воды. Но, наряду с этим, дыхательная цепь может стать существенным источником кислородных радикалов. Активные метаболиты кислорода образуются в дыхательной цепи MX в результате утечки электронов с восстановленных элементов цепи на мо­лекулярный кислород. Скорость образования О2- в MX находится в прямой за­висимости от сопряженности дыхательной цепи и резко возрастает при разо­бщении дыхания с окислительным фосфорилированием, что ведет к восстанов­лению переносчиков на предшествующих блокаде участках и усилению утечки электронов.

Большое значение имеет образование АФК в микросомальной монооксиге­назной системе. Микросомальные гидроксилирующие системы локализованы в эндоплазматическом ретикулуме таких жизненно важных органов как легкие, печень, мозг, кишечник, почки, кожа, и ответственны за биотрансформацию ог­ромного числа гидрофобных соединений. Они окисляют как эндогенные суб­страты (стероиды, холестерин), так и многочисленные ксенобиотики, попадаю­щие в организм из окружающей среды. Это лекарства, яды, канцерогены, среди которых одно из основных мест занимают ПАУ. Ксенобиотики посредством мо­нооксигеназной системы претерпевают ферментативную активацию в электрофильные соединения, которые детоксицируются и выводятся из организма. В отдельных случаях промежуточные продукты могут взаимодействовать с клю­чевыми внутриклеточными макромолекулами, что связывают с возникновением токсических, тератогенных, мутагенных и канцерогенных эффектов. Фармако­логическая активность и токсическое действие многих ксенобиотиков обуслов­лены их метаболизмом монооксигеназами легких, служащих входными ворота­ми организма.

Содержащая цитохром Р-450 монооксигеназная система относится к классу монооксигеназ внешнего типа, то есть требует для своей работы внешних источ­ников (доноров) электронов для переноса на молекулярный кислород (Archakov А. I. et al., 1990). В общем виде реакции, катализируемые этой системой, можно представить следующей схемой:


R+02 + DH2 -— RO + D + Н20,

где R — субстрат, DH2 — донор электронов.


При функционировании монооксигеназ один из атомов кислорода включает­ся в молекулу окисляемого субстрата, а другой расходуется на образование воды. Основным ферментом является цитохром Р-450 — терминальный акцеп­тор электронов в микросомальной цепи. На сегодняшний день общепринято, что цитохром Р-450 осуществляет связывание молекул ксенобиотиков и активирует молекулярный кислород в монооксигеназных реакциях. Цитохром Р-450 являет­ся типичным одноэлектронным переносчиком в реакции взаимодействия с кис­лородом. Соответственно, образование O2 на этом гемопротеине является обя­зательной стадией восстановления кислорода, что было убедительно продемон­стрировано исследованиями в реконструированной монооксигеназной системе (Soodaeva S. К. et al., 1982). Установлено, что в микросомальной цепи окисления АФК образуются преимущественно при распаде тройного комплекса, при кото­ром происходит окисление субстрата активным кислородом (Archakov A. I. et al., 1990). Цитохром Р-450 обладает очень высоким сродством к О2 и успешно кон­курирует с цитохромоксидазой митохондрий за кислород. Окись азота образу­ется из аминокислоты L-аргинина. Реакция катализируется ферментом — NO-синтазой, гемопротеином, свойства которого сходны с цитохромом Р-450, и со­держащего как окисляющий, так и восстанавливающий домены. Для продукции окиси азота фермент использует в качестве косубстратов кислород и НАДФН. Идентифицированы три изоформы NO-синтазы. Конститутивные изоформы нахо­дятся в эндотелиальных клетках (eNOS, или тип 3) и нейронах (nNOS, или тип 1) и активируются при увеличении внутриклеточного кальция. Индуцибельная NO-синтаза (iNOS, или тип 2) — третья изоформа, индуцируется в некоторых типах клеток в присутствии эндотоксина и медиаторов воспаления таких как цитоки­ны (Singh S. et al.,1997).

Чрезвычайно важным источником АФК являются фагоцитирующие клетки. При контакте фагоцитов с чужеродными частицами происходит активация кле­ток, приводящая к существенным изменениям окислительного метаболизма — увеличению ионной проницаемости клеточной мембраны, усилению окисления глюкозы, резкому возрастанию (в десятки раз) потребления кислорода, сопро­вождающемуся образованием супероксида. Этот феномен получил название «дыхательного» или «респираторного взрыва» (respiratory burst). Функциональ­ная активность фагоцитирующих клеток в значительной степени обусловлена способностью этих клеток генерировать АФК. Наиболее отчетливо это показано для бактерицидной функции фагоцитов, а также для внеклеточного цитотокси­ческого действия на опухолевые клетки. Показано, что бактерицидный эффект фагоцитов осуществляется действием АФК внутри фаголизосом, а цитотокси­ческий — действием на объекты, расположенные вне фагоцита, и осуществля­ется посредством выброса АФК снаружи клетки (Биленко М. В., 1989; Halliwell В. et al., 1989; Rossi F. et al., 1989).

Активация клеток может быть связана не только с процессом фагоцитоза, но и с действием некоторых растворимых веществ, которые изменяют конформа­цию клеточных мембран фагоцитов или увеличивают проницаемость мембран для катионов кальция или калия. Было выявлено, что процесс прикрепления и распластывания клеток на различных поверхностях также сопровождается уси­лением окислительного метаболизма, то есть как циркулирующие, так и ткане­вые фагоцитирующие клетки при неблагоприятных условиях (адгезия, агрега­ция, нарушение физико-химических свойств мембран и т. д.) становятся источ­никами АФК

В основе «дыхательного взрыва» лежит резкое повышение образования НАДФН в клетке в результате активации гексозомонофосфатного шунта (ГМФШ) и окисление НАДФН ферментным комплексом — НАДФН-оксидазой (Bellavite P., 1988; Rossi F. et al., 1986, 1989). НАДФН-оксидаза является мем­браносвязанным ферментом и восстанавливает молекулярный кислород до су­пероксида на внешней поверхности плазматической мембраны за счет окисле­ния НАДФН на ее внутренней стороне. Эта реакция в общем виде может быть изображена следующей схемой:





Основными компонентами НАДФН-оксидазы являются НАДФН-специфичный флавопротеин и гемопротеин — цитохром В245. Генерация супероксида происходит на цитохроме В245- Доказательства этого могут быть суммированы в виде следующих положений. Цитохром В245, в отличие от флавопротеина, об­ладает свойствами типичной терминальной оксидазы. Его низкий стандартный редокс-потенциал, равный 245 мВ, позволяет быстро восстанавливать молеку­лярный кислород до супероксида. Цитохром В245 обнаружен во всех фагоцити­рующих клетках, отвечающих за активацию дыхательного взрыва. Во время клеточной дифференцировки этот гемопротеин появляется параллельно со спо­собностью клеток к дыхательному взрыву и генерации супероксида. Локализо­ван он как в плазматической мембране, так и в гранулярной фракции клеток и фагоцитарных вакуолях. Наиболее убедительно демонстрируют роль цитохро­ма В245 в развитии дыхательного взрыва данные, полученные на клетках боль­ных хроническим гранулематозом. Фагоциты этих больных не могут образовы­вать супероксид, а значит и другие АФК, то есть не способны к продукции мо­лекулярного оружия дня борьбы с микробами. У женщин, больных хроническим гранулематозом с Х-зависимым типом наследования, резко снижено содержа­ние цитохрома В245 в нейтрофилах, а у мужчин гемопротеин полностью отсут­ствует. При аутосомно-рецессивном типе наследования гемопротеид присутст­вует, но он не способен восстанавливаться в анаэробных условиях после стиму­ляции клетки.

Возможные пути и механизмы активации с участием вторичных мессенд­жеров самой НАДФН-оксидазы фагоцитов подробно обсуждаются в обзоре Р. Bellavite.

Вторым, но не уступающим по важности НАДФН-оксидазе источником генера­ции АФК в фагоцитах, является система миелопероксидаза (МПО)-Н2О2 — галоген. Эта система также запускается активацией фагоцита и приводит к образованию наиболее реактивных форм — гипохлорита и гидроксильных радикалов. Гипох­лорит является сильнейшим окислителем и взаимодействует со многими биомо­лекулами, давая хлорпроизводные, включая хлорамины (Владимиров Ю. А. и др., 1991). Он обладает гораздо большей реакционной способностью, чем Н202, и гораздо большей стабильностью, чем гидроксильный радикал. Занимая по своей реакционной способности промежуточное положение между перекисью водорода и гидроксильным радикалом, гипохлорит-ион оптимально сочетает в себе свойства частицы, способной к диффузии на значительные расстояния и к окислительной модификации. Содержание МПО особенно высоко в нейтрофи­лах (5% от сухой массы). В макрофагах, эозинофилах, тромбоцитах содержится небольшое количество МПО (Биленко М. В., 1989). МПО локализована внутри­клеточно в азурофильных гранулах нейтрофилов и имеет низкий рН-оптимум

(3,5-4,0), что говорит о ее незначительной активности на поверхности клетки. Из-за неспецифичности действия гипохлорита в МПО-реакции модифицируется и инактивируется как сам фермент, так и другие участники фагоцитарной реак­ции. Инактивации под действием ClO подвергается один из наиболее сильных ингибиторов протеаз — 1-антипротеиназа. Доля участия кислородзависимого механизма в функциональной активности нейтрофилов выше, чем макрофагов, что связано, по-видимому, с дефицитом в них СОД и более выраженной актив­ностью МПО. Так, в нейтрофилах до 90%, в моноцитах около 30%, а в альвео­лярных макрофагах (AM) менее 10% потребляемого кислорода идет на образо­вание активных метаболитов кислорода (Биленко М. В., 1989). Малый выход АФК в AM, возможно, связан с эволюционно обусловленной выраженностью антиокислительной защиты в этих клетках. Однако воспаление, действие эндо­токсинов, пыли способствуют рекрутированию в легкие макрофагов, обладаю­щих повышенной способностью продуцировать АФК (Bellavite P., 1988).

На интенсивность дыхательного взрыва оказывает влияние рад факторов: тип фагоцитов, исходное состояние клеток, природа стимулирующего агента. Стимуляторами запуска систем генерации АФК фагоцитами являются много­численные, практически любые активирующие фагоцитоз факторы, а также кон­такт клеток с чужеродным материалом: патологически измененным белком; свободными жирными кислотами и диацилглицеролами, образующимися при активации фосфолипаз; хемотаксическими стимулами; мембраноактивными ве­ществами, изменяющими молекулярную топографию плазматической мембра­ны (Биленко М. В., 1989).

Активация НАДФН-оксидазы фагоцитов и активация метаболизма арахидо­новой кислоты сопутствуют друг другу (Rossi F. et al., 1986).0бразование АФК может происходить на начальных этапах циклоксигеназного и липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты: в циклоксигеназном пути в процес­се превращения простагландинов G2 и Н2 (пероксидазная функция простагландин-Н-синтетазы); в липоксигеназном пути при превращении ее в оксикислоту (пероксидазная функция глутатион-пероксидазы).

Исходя из вышеизложенного, наиболее вероятна следующая последователь­ность окислительных реакций при активации фагоцитирующих клеток. Стиму­лированный фагоцит начинает продуцировать O2, которые дисмутируют с об­разованием Н2О2. И супероксид, и пероксид водорода могут сами по себе при­нимать участие в модификации макромолекул, а также через реакции МПО и Фентона. Пероксид водорода на поверхности клетки в месте контакта с макро­молекулами поверхности бактерий, грибов, простейших, пылей, при наличии лигандированных на них восстановленных ионов металлов в реакции Фентона дает гидроксильный радикал, который и модифицирует белки. Возможна и диф­фузия Н2О2 внутрь атакуемых чужеродных клеток с последующей модифика­цией внутриклеточных белков и нуклеиновых кислот. Все эти реакции, вероят­нее всего, происходят в микрообъемах, в местах контакта фагоцита с чужерод­ным агентом, которые ограничены от всего остального объема местами слияния мембран, во избежание утечки активного кислорода и с тем, чтобы повысить его локальную концентрацию (Rossi F. et al., 1986). Многие ферменты, в том числе и клетки хозяина, при этом инактивируются. Модификация макромолекул при­водит к их разрушению и увеличивает атакуемость гидролитическими ферментами. Неспецифичность АФК в фагоцитарных реакциях свидетельствует о важ­ной роли окислительных частиц не только в реакциях фагоцитоза, но и во всем воспалительном процессе как таковом. Таким образом, активация фагоцитов приводит сначала к образованию O2, а затем более сильных окислителей — НО•, ClO, которые способны модифицировать белки, липиды, нуклеиновые кислоты. Модификация белков вызывает в них появление антигенных свойств, а окисление липидов (в первую очередь арахидоновой кислоты) приводит к по­явлению хематтрактантов, увеличивающих миграцию фагоцитов к месту их об­разования. Таким образом, активация фагоцитов обладает свойством самопро­извольно усиливаться, и в очагах воспаления может сформироваться порочный круг. Одновременно в ходе воспаления кислотность тканей снижается до рН 5-6, что усиливает образование НО2•, более реакционноспособных по сравнению с O2, а также способствует выделению каталитически активного железа из лак­тоферрина и трансферрина. Это приводит к еще большему повреждению клеток в очаге воспаления.

Рассмотренный механизм характерен для хронических воспалений и аутоим­мунных процессов, при которых в очаге заболевания присутствуют активаторы фагоцитов, поддерживающие самоусиливающийся воспалительный процесс (Владимиров Ю. А. и др., 1991).


^ Механизмы действия антиоксидантных систем


Основные защитные системы организма от свободнорадикальных поврежде­ний можно разделить на 3 группы:

1) антиоксидантные ферменты — СОД, каталаза, пероксидазы и др.;

2) низкомолекулярные соединения, взаимодействующие с радикалами и об­разующие малоактивные продукты;

3) комплексоны ионов металлов переменной валентности.

СОД, каталаза и ферменты глутатион-редокс-цикла составляют основу анти­оксидантной ферментативной защитной системы. Они предотвращают цепь сво­боднорадикальных реакций посредством снижения концентраций радикалов, инициирующих этот процесс. СОД является основным ингибитором образова­ния O2, катализируя реакцию дисмутации O2 в Н2О2 с константой скорости, близкой к диффузионному пределу. Хороший защитный эффект наблюдается при использовании СОД in vivo, однако действие ее ограничивается двумя фак­торами: клеточные мембраны непроницаемы для экзогенной СОД; время жизни экзогенной СОД в кровяном русле составляет всего 3-4 минуты. Пероксид во­дорода, образующийся в результате дисмутации O2, — основной источник НО-радикалов в живых системах. Снижение уровня Н2О2 приводит и к снижению концентрации НО•. Разложение Н202 в клетках происходит в реакциях, катали­зируемых ферментами каталазой и глутатионпероксидазой.

Церулоплазмин (ЦП) и трансферрин (ТФ) образуют антиоксидантную систему сыворотки крови. Их действие основано на окислении ионов Ре2'1' и связывании Ре34, а также на взаимодействии с кислородными радикалами. Изучение реакций с участием двух- и трехвалентного железа, протекающих в сыворотке крови в присутствии ЦП и ТФ, позволило заключить, что кон­центрация Ре2'1' зависит от содержания этих белков следующим образом:

Fe2'1' = ТФ/ЦП. Поскольку увеличение концентрации Ре2"*" связано с акти­вацией ПОЛ, отношение ТФ/ЦП можно рассматривать как меру проокси­дантных свойств сыворотки, тогда как обратное отношение ЦП/ТФ можно считать характеристикой антиоксидантных свойств системы, содержащей эти белки (Владимиров Ю. А. и др., 1991).

В качестве компонентов системы защиты организма от повреждающего дей­ствия свободных радикалов и АФК могут выступать низкомолекулярные соеди­нения, имеющие высокие константы скорости взаимодействия с ними. К таким веществам относятся аскорбиновая кислота (витамин С), сульфгидрильные со­единения (глутатион, цистеин), этанол, рибоза, глюкоза, маннитол, мочевая кис­лота, а-токоферол. Наиболее известным водорастворимым антиоксидантом яв­ляется аскорбиновая кислота. Защитное действие этого препарата основано на том, что образующиеся в результате его окисления промежуточные радикалы и молекулы гораздо менее активны, чем АФК. Но, с другой стороны, показано, что она проявляет токсичность в присутствии ионов железа. К водораствори­мым антиоксидантам относится низкомолекулярный трипептид — глутатион, который присутствует в высоких концентрациях в каждой клетке, а также вне­клеточно. В частности, он содержится в избытке в жидкости, выстилающей эпи­телий легких, — epithelial lining fluid (ELF), которая является первой линией обороны от ингалированных оксидантов (Bast А., 1996). Концентрация глутатио­на в ELF примерно в 100 раз выше, чем в плазме.

Широко используется витамин Е — жирорастворимый антиоксидант, осу­ществляющий заметную защиту от свободнорадикального поражения клеток и тканей. Витамин Е взаимодействует с АФК, эффективно обрывая цепь реакций перекисного окисления липидов (Ерин А. Н. и др., 1988).

Поскольку основной механизм образования НО- в биологических систе­мах — это восстановление НзОз ионами Fe2"1' (т. е. реакция Фентона), естест­венно, что связывание ионов железа комплексообразователями должно при­вести к снижению концентрации НО- -радикалов. Поэтому особое значение приобретают способы дезактивации ионов железа хелаторными соединения­ми. В настоящее время в качестве хелаторов ионов железа применяют тиолы, десферал, унитол и др. Широкий спектр терапевтического действия и низкая токсичность позволяют многим исследователям считать хелатирующие со­единения перспективными в качестве нового типа лекарств для борьбы с па­тологическими процессами, протекающими при участии свободных радика­лов кислорода.

В качестве антиоксидантов предложено использовать природные нетоксич­ные полифенольные соединения — флавоноиды. Показано, что биологическая роль флавоноидов в организме связана с их способностью:

1) образовывать прочные хелатные комплексы с различными ионами метал­лов;

2) взаимодействовать со свободными радикалами (как НО•, так и O2), по­мимо этого они являются «ловушками» липодиоксидов, липоксидов и об­рывают цепные свободнорадикальные реакции); 3) взаимодействовать с различными ферментами, изменяя их активность (Соодаева С. К., 1996). Эти эффекты указывают на целесообразность ис­пользования флавоноидов в качестве профилактических и лечебных пре­паратов при свободнорадикальных патологиях.

Перспективным является применение N-ацетилцистеина (NAC), исполь­зуемого изначально в пульмонологии в качестве муколитического средства. Препарат обладает выраженной антиоксидантной и хелатирующей активнос­тью. Показаны его ловушечные свойства по отношению к супероксидным ра­дикалам и пероксиду водорода, способность инактивировать наиболее реакционноспособные формы АФК — гипохлорит и гидроксильные радикалы (Auroma О. I. et al., 1989). Считается, что благодаря этим эффектам, в боль­шей степени последним, NAC ингибирует как спонтанные, так и индуциро­ванные мутации в бактериях, препятствует образованию канцерогенных ДНК-адпуктов in vivo (De Нога S. et al., 1991).


^ Оксидативный стресс и ХОБЛ


Многие обстоятельства способствуют повышенной возможности протекания свободнорадикальных реакций в легких. В отличие от других органов, легкие непосредственно подвергаются действию кислорода воздуха, а также оксидан­тов, содержащихся в загрязненном воздухе и табачном дыме. Ткани легких со­держат в избытке ненасыщенные жирные кислоты, которые являются субстра­том перекисного окисления липидов. Легкие подвергаются воздействию микро­организмов, содержащихся в воздухе, и становятся мишенью для системного инфекционного процесса. Почти все заболевания легких характеризуются повы­шенной чувствительностью к легочным инфекциям. Микроорганизмы и различ­ные поллютанты активируют фагоцитирующие клетки, которые выделяют АФК, запускающие свободнорадикальное окисление. При серьезных патологи­ях легких требуется искусственная вентиляция газовыми смесями, содержащи­ми повышенные концентрации кислорода, и это тоже вносит вклад в поврежде­ние ткани за счет увеличения продукции кислородных радикалов. В целом, эти и другие факторы указывают на высокую вероятность оксидативного поврежде­ния легких (Repine J. Е.,1996). Несмотря на определенные трудности количест­венной оценки окислительного повреждения в биологических системах путем непосредственного определения АФК, существуют убедительные доказательст­ва того, что оксидативный стресс вносит существенный вклад в развитие легоч­ных заболеваний. Повышенная секреция слизи может быть следствием действия оксидантов, т. к. показано, что оксиданты могут напрямую увеличивать секре­цию слизи в культуре эпителиальных клеток легких. В легких крыс, экспониро­ванных в условиях гипероксии, наблюдается увеличение нейтрофильных хемотоксинов и самих нейтрофилов. Высвобождение хемокинов из культуры AM крысы, индуцированное гипероксией, блокируется АО. Оксиданты могут спо­собствовать образованию хемотоксинов сыворотки, которые, в свою очередь, могут приводить к увеличению количества нейтрофилов в легких. Вазокон­стрикция и бронхоконстрикция, которые часто наблюдаются при различных за­болеваниях легких, вероятнее всего, развиваются через различные оксидатив­ные механизмы, включающие образование тромбоксана и реакцию взаимодей­ствия окиси азота с супероксидом. В дыхательных путях и крови курильщиков обнаруживаются повышенные уровни окисленных, инактивированных антипро­теаз (Repine J. Е.,1996).

Около 90% пациентов с ХОБЛ являются курильщиками. Обнаружено, что курение ускоряет развитие эмфиземы у лиц с врожденным дефицитом ai-антитрипсина (ai-AT). Эти данные указывают на значимость оксидантов в развитии заболевания, так как для проявления активности эластазы необходима окисли­тельная инактивация ai-AT, а также объясняют развитие эмфиземы у лиц, не имеющих генетического дефекта ai-AT (Shapiro S. D.,1995). Показано, что та­бачный дым, пероксинитрит, АФК, генерированные в химических системах или выделенные спонтанно фагоцитирующими клетками, способны инактивировать антипротеазы in vitro. К окислительному повреждению чувствителен метиониновый сайт ai-AT. Выявленное у некоторых курильщиков увеличение в БАЛ уровня ai-AT с окисленным метионином связывают с окислительной инактива­цией антитрипсина, предшествущей повреждениям тканей эластазой in vivo. Прединкубация с малыми, нетоксичными дозами пероксида водорода значи­тельно усиливала повреждаемость изолированных легких при последующей перфузии нейтрофильной эластазой, которая в отсутствие оксиданта практичес­ки не оказывала эффекта. С другой стороны, интратрахеальная инстилляция нейтрофильной эластазы человека приводила к развитию эмфиземы у живот­ных. Хотя на сегодняшний день протеаза-антипротеазная теория ХОБЛ обосно­вана не полностью, повышение концентрации эластазы в легких имеет сущест­венное значение. Эластаза может повреждать органы дыхания, разрушая элас­тин и различные белки экстрацеллюлярной мембраны, протеогликаны, глико­протеины, апопротеины сурфактанта. Она способна также стимулировать воспаление, повышая синтез интерлейкина-8 (ИЛ8), ослабляя регенерацию инак­тивацией цитокинов и факторов роста. Кроме того, эластаза может активировать или инактивировать различные серпины, ингибиторы нейтрофильной коллаге­назы, эластазы и, таким образом, дальше модулировать воспаление.

Деструкция респираторной ткани легких обусловлена и прямой токсичнос­тью АФК. Оксиданты не только повреждают биологически важные молекулы (белки, липиды, нуклеиновые кислоты), но также опосредуют множество про­цессов, благоприятствующих развитию ХОБЛ. Например, повреждают фиброб­ласты, снижают активность сурфактанта, стимулируют образование тромбокса­на, повышают проницаемость эпителия и продукцию ими гликоконъюгатов (слизи) с высокой молекулярной массой, ухудшают функцию ресничек и т. д. Обработка эндотелиальных клеток плазмой, экспонированной табачным дымом, приводит к активации метаболизма пентозофосфатного пути, снижению уровня АТФ и глутатиона (GSH), высвобождению ангиотензин-конвертирующего фер­мента. Снижение FEV1 при обструкции дыхательных путей у больных ХОБЛ коррелирует с уровнем GSH, эозинофильного катионного протеина (ЭКП) и ми­елопероксидазы (Repine J. E., et al.,1997).

^ Источники образования оксидантов при ХОБЛ


Развитию ХОБЛ содействует воспаление, которое вызывает не только уме­ренную дыхательную недостаточность и бронхоконстрикцию, но и является причиной фиброза, гипертрофии желез и хронического повышения тонуса глад­кой мускулатуры и т. д. В воспалительном процессе участвуют нейтрофилы, макрофаги, эозинофилы, лимфоциты, тучные клетки и др. Наибольшее значение придается фагоцитирующим клеткам, обладающим мощными специализирован­ными системами генерации АФК

В мокроте, жидкости БАЛ и биоптатах курящих больных ХОБЛ содержится повышенное количество нейтрофилов. Аккумуляции клеток могут способство­вать следующие причины. В сосудах легких больных ХОБЛ отмечается по­вышение уровня циркулирующих Е-селектинов и внутриклеточных адгезивных молекул, увеличивающих прилипание нейтрофилов к эндотелию. Как упомина­лось выше, процессы агрегации, адгезии клеток сопровождаются усилением окислительного метаболизма и генерацией АФК. Оксиданты, в свою очередь, снижают деформируемость и, соответственно, могут повысить секвестризацию нейтрофилов в мелких кровеносных сосудах легких. Активированные нейтро­филы могут вовлекать альвеолярные макрофаги, эпителиальные и другие клетки легких в продукцию интерлейкина-8 (IL-8). Обнаружено значительное повыше­ние (примерно в 5 раз) уровня последнего в мокроте больных ХОБЛ по сравне­нию с некурящими лицами контрольной группы, курильщиками и астматиками. В нейтрофилах некоторых пациентов с ХОБЛ были увеличены хемотаксис, про­теолитическая и миелопероксидазные активности in vitro. Показано, что образо­вание О2" циркулирующими нейтрофилами больных ХОБЛ коррелирует с брон­хиальной гиперреактивностью, но другими авторами выявлено усиление генера­ции супероксида при острой инфекции (Rahman I. et al.,1996).

Альвеолярным макрофагам (AM) в связи с локализацией и наличием сильных эффекторных свойств отводится центральная роль в развитии ХОБЛ. Эти фагоциты дифференцируются из моноцитов, рекрутированию ко­торых способствуют активированные нейтрофилы, фрагменты эластина и т. д. Моноциты курящих людей спонтанно выделяют повышенные количе­ства пероксида водорода, что связывают с их активацией и усилением пре­вращения. AM молодых здоровых курильщиков выделяют примерно в два раза больше 02~, чем клетки некурящих. Экспозиция с табачным дымом in vitro также усиливала окислительный метаболизм AM. В жидкости БАЛ ку­рильщиков повышено содержание простагландина F-2 и тромбоксана В-2, выделяемых активированными AM.

Эозинофилия периферической крови идентифицируется как фактор риска развития обструкции дыхательных путей и негативный прогностический при­знак у вновь диагностируемых пациентов с хроническим бронхитом. При ХОБЛ обнаруживается повышение количества эозинофилов в биоптатах стенок дыха­тельных путей, увеличение уровня маркера активации эозинофилов — ЭКП.

Обратимость обструкции дыхательных путей у больных с тяжелой респира­торной недостаточностью и эмфиземой коррелирует с бронхиальной эозинофи­лией. Это позволило предположить, что эозинофилы могут вносить существен­ный вклад в развитие оксидативного стресса в легких. Действительно, обнару­жено, что при стимуляции форболмиристатацетатом они генерируют больше су­пероксида in vitro, чем нейтрофилы или AM

Оксидативному стрессу у больных с ХОБЛ могут способствовать инфекции дыхательных путей. Эти пациенты подвержены им больше, чем здоровые люди. Прежде всего инфекции содействуют активации и рекрутированию фагоцитиру­ющих клеток в легкие. Streptococcus pneumoniae и Haemophilus influenzae выяв­ляются при обострении и ремиссии ХОБЛ. С их воздействием связывают усиле­ние генерации супероксида нейтрофилами периферической крови больных ХОБЛ при обострении. Микроорганизмы обнаруживаются у больных с ХОБЛ даже в ремиссии, и они способны стимулировать продукцию АФК фагоцитами. Бронхи половины пациентов, страдающих ХОБЛ, колонизованы бактериями, принадлежащими к нормальной орофарингеальной флоре. Курящие подверже­ны Streptococcus pneumoniae буккальных (щечных) клеток. Haemophilus influen­zae обладал большей прилипаемостью к фарингеальным клеткам курильщиков с ХБ по сравнению со здоровыми лицами. Прилипание их может способствовать бактериальной персистенции и колонизации респираторного тракта.

В развитии ХОБЛ определенное значение придается ксантиноксидазе. Под термином «ксантиноксидаза» объединяют группу из двух близких по структуре, молибден- и железосодержащих нестабильных цитозольных ферментов: собст­венно ксантиноксидазы (КО) и ксантиндегидрогеназы (КД), локализующихся в большинстве органов. Существуют данные о преимущественном нахождении КО в эндотелии капилляров. Ферменты обладают широкой субстратной специ­фичностью и участвуют во многих окислительных реакциях: метаболизме пури­нов (гипоксантина и ксантина) с образованием мочевой кислоты, окислении пи­римидинов, жирных кислот, глутатиона, адреналина, дегидрировании НАДФН и НАДН и т. д. В реакции гипоксантин (ксантин) ксантиноксидаза происходит генерация O2и пероксида водорода. При наличии в среде ионов металлов пере­менной валентности в этой реакции идет также вторичное образование НО• или даже синглетного кислорода и индукция процессов ПОЛ.

Увеличение КО в легких может быть связано с окислительным или опосре­дованным эластазой превращением КД в КО. При взаимодействии производи­мых ксантиноксидазой кислородных метаболитов с сывороткой образуются хемотаксины для нейтрофилов. Это может рассматриваться в качестве еще одного механизма, ответственного за рекрутирование фагоцитов в легкие. В суперна­танте жидкости БАЛ больных ХОБЛ обнаружено резкое повышение (в 7-8 раз) кластогенной или ДНК повреждающей активности, генерации супероксида и об­разования мочевой кислоты по сравнению со здоровыми некурящими лицами. Выявленные изменения связывают с возрастанием активности КО. Роль КО в генерации АФК обуславливается также способностью повышать уровень сво­бодного железа в плазме крови путем мобилизации его из ферритина.

В настоящее время придается большое значение роли железа в развитии ХОБЛ. Для инициации реакций свободнорадикального окисления в биологичес­ких системах необходимо как присутствие АФК, так и ионов железа, и функции этих двух составляющих взаимосвязаны. Известно, что перекисное окисление липидов и деградация белков чаще всего происходят при появлении каталитически активного свободного железа. Повреждение биомолекул и компонентов клетки с участием ионов железа осуществляется с результате образования АФК и свободных радикалов: супероксида при автоокислении двухвалентного железа кислородом, чрезвычайно реакционноспособных гидроксильных радикалов в реакциях Фентона и Осипова. При взаимодействии Fe2+ с гидроперекисями ли­пидов образуется липоксид-радикал, который дает начало новой цепи окисления липидных молекул. Каталитически активное железо может высвобождаться из ферритина при гипоксии, а также лактоферрина и трансферрина. Гидроперекиси липидов способствуют мобилизации железа (даже из гемовых групп), а железо катализирует образование гидроперекисей.

Концентрация железа была повышена в альвеолярных макрофагах и ELF ку­рящих. Избыток железа также проявляется концентрированием в верхних долях легких курильщиков. Механизмы его увеличения до конца не выяснены, но одна из причин, по всей видимости, связана с наличием железа в табаке — каждая сигарета содержит в среднем 0,042 мкг железа. Выявлена прогрессивная акку­муляция железа с возрастом у мужчин и в постменопаузе у женщин, то есть в период усиления развития ХОБЛ у обоих полов.

Обнаружено, что альвеолярные макрофаги курильщиков высвобождают in vitro больше железа, чем клетки некурящих. На начальных этапах оно связыва­ется ферритином и другими железотранспортными белками. Однако этот про­тективный механизм может нарушаться при ХОБЛ, так как со временем белки насыщаются, соответственно, увеличивается количество железа в свободном пуле. Этому процессу способствуют также генерируемые в легких АФК и окси­данты табачного дыма.

Газовая фаза табачного дыма содержит свободные радикалы и АФК, об­разованные из NO/NО2 при взаимодействии с реактивными составными дыма. Компоненты смол содержат примерно 1018 спинов на грамм смолы. Ге­нерируемые табачным дымом радикалы достаточно стабильны, что было по­казано методом ЭПР. Одни из этих радикалов — семихиноновые — восста­навливают кислород до супероксида. Ингалируемый газовый компонент та­бачного дыма может содержать 1015 органических радикалов на затяжку. Эти радикалы короткоживущие, а потому и высокореактивные. Газовая фаза дыма содержит высокие концентрации реактивных олефинов и диенов, а также более 500 ppm NO. Экспозиция табачным дымом приводила к актива­ции NO-синтазы в легких крыс. Образующаяся N0, а также пероксинитриты, производимые при взаимодействии окиси азота с супероксидом, могут ока­зывать значительное влияние на развитие ХОБЛ.





оставить комментарий
страница8/28
Дата13.10.2011
Размер9,31 Mb.
ТипКнига, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   28
хорошо
  2
отлично
  5
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх