Исследование механизмов, лежащих в основе процессов, протекающих в организме в норме и при патологических состояниях, расшифровка молекулярных основ патогенеза заболеваний является одним из основным направлением современной медицины. К настоящему времени установлено, что свободнорадикальные (СР) процессы играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности клеток, являясь необходимым этапом различных метаболических процессов /1/. Свободнорадикальное окисление (СРО) способствует уничтожению отживших клеток, элиминации ксенобиотиков, предупреждает злокачественную трансформацию клеток, моделирует энергетические процессы за счет воздействия на активность дыхательной цепи в митохондриях, пролиферацию и дифференциацию клеток, транспорт ионов, участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в разрушении поврежденных хромосом, в обеспечении действия инсулина. Участие СР необходимо для синтеза простагландинов, простациклинов, тромбоксанов, лейкотриенов /2/. В то же время интенсификация СР процессов является одним из ведущих механизмов клеточной патологии, включая сердечно-сосудистые заболевания, различные злокачественные процессы, аутоиммунные болезни, хронические воспаления, нейродегенеративные заболевания, и другие /3, 4/. По-видимому, индукция и развитие раковых заболеваний связано с хромосомными нарушениями и активацией онкогенов под действием активных форм кислорода (АФК). Избыточная продукция радикалов фагоцитами характерна для аутоиммунных заболеваний. Так, радикалы кислорода могут модифицировать антигены собственного организма таким образом, что они становятся чужеродными и к ним начинают вырабатываться антитела. Гипоксия мозга, сопровождаемая реперфузией, приводит к значительному усилению СР процессов, вероятно, в результате увеличения концентрации каталитически активного железа при поражении клеток. Установлено, что уровень СР реакций играет важную роль в процессах старения. Механизмы повреждающего действия СР процессов на уровне клетки включают в себя нарушения структурных и барьерных свойств липидного слоя биомембран. Один из наиболее ранних эффектов СРО мембранных липидов – электрический пробой липидного слоя собственным мембранным потенциалом. Он приводит к потере мембраной ее барьерных свойств и, возможно, к дальнейшей активации процессов СРО/4/.
Свободными радикалами называют молекулы или структурные фрагменты молекул, имеющие на внешней орбитали неспаренный электрон. Поскольку для устойчивого состояния молекула должна содержать на наружной орбитали два электрона, СР активно стремятся отнять недостающий электрон от других молекул, что придает им повышенную реакционную способность. Существуют три типа образования СР: первичное инициирование, обусловленное внешними воздействиями, вторичное, связанное с СРО жирных кислот фосфолипидов клеточных мембран, и ферментативное инициирование. Свободные радикалы, играющие наибольшую роль в живой клетке, - это радикалы кислорода, ненасыщенных жирных кислот в составе липидов и фенольных производных, таких как убихинон, флавин и токоферол. Классическим примером СР процессов в организме является пероксидное окисление липидов (ПОЛ), протекающее преимущественно в биологических мембранах /5/. В норме процессы ПОЛ способствуют обновлению биологических мембран. В то же время избыток перекисных продуктов вызывает структурные и функциональные повреждения биологических мембран, влияет на активность ферментов, нуклеиновых кислот, белков, липидов и т.д. /2/.
Пероксидация липидов протекает по принципу цепной реакции, идущей в несколько этапов: зарождение цепей, развитие цепных реакций и обрыв цепей. В качестве инициирующих факторов ПОЛ выступают ферментативные системы природных мембранных структур (НАДФН-зависимая система), а также УФ и ионизирующее излучение и активные формы кислорода. В настоящее время широко распространилось представление о том, что при всяком неспецифическом повреждении клетки: при авитаминозах, отравлениях, механических повреждениях, гипероксии и т.д. развивается цепное ПОЛ, которое играет не последнюю роль в патогенезе соответствующих заболеваний /6/.
Выделяют три типа продуктов пероксидации липидов: первичные, вторичные и конечные. К первичным продуктам ПОЛ относятся гидроперекиси полиненасыщенных жирных кислот, обладающие высокой реакционной способностью. На мембранах и в цитоплазме клеток они легко взаимодействуют с метильными, сульфгидрильными, аминогруппами белков и таким образом инактивируют ферменты /5/. Разобщая процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях, гидроперекиси на критическом этапе стресс-реакции срывают энергетическое обеспечение адаптационного процесса. Промежуточные или вторичные продукты пероксидации липидов образуются в реакциях распада перекисей липидов, катализируемых ионами металлов переменной валентности. Эти соединения входят в обширную группу альдегидов, кетонов, спиртов, эпоксидов, являющихся постоянными клеточного метаболизма. Образующиеся в процессе развития ПОЛ ненасыщенные альдегиды и малоновыйдиальдегид являются мутагенами и обладают выраженной цитотоксичностью, ингибируют синтез белка и нуклеиновых кислот. Окислительное повреждение ДНК может индуцировать мутации. Интермедиаты ПОЛ – гидроксильный и алкоксильные радикалы индуцируют фрагментацию или поперечные сшивки белковых молекул. Окисление липидных молекул приводит к необратимому изменению или повреждению мембранных структур, нарушению их проницаемости для ионов.
Таким образом, в организме человека и животных постоянно протекают жизненно важные свободнорадикальные реакции, скорость которых поддерживается на определенном уровне. Процессы СРО находятся под контролем антиоксидантной системы организма. Однако при избыточной генерации АФК, вследствие действия ионизирующей радиации, инфекционных агентов, токсинов, ишемии и других патологических факторов, процесс СРО принимает каскадный характер, что приводит к липид-липидным и белок-липидным нарушениям, разобщению процессов окислительного фосфорилирования и сопряженного с ним тканевого дыхания и, как результат, к тяжелому дисбалансу клеточного метаболизма.
Библиографическая ссылка
Евстратова О.Р., Харитонова А.С., Лущик М.В. РОЛЬ ПРОЦЕССОВ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ В РАЗВИТИИ ПАТОЛОГИЙ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 4-2. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16075 (дата обращения: 25.04.2024).