Свободные радикалы - друзья или враги? Часть 3.

("Зайдём" в гости к свободным радикалам ещё и от профессора Тимочко М.Ф., так как именно из его трудов я проникся полным и безоговорочным восприятием словосочетания ЭНДОГЕННЫЙ КИСЛОРОД, на котором зиждется и само эндогенное дыхание...

Если многие термины буду немного сложноваты вначале для восприятия, потерпите немного. Через год-другой постоянного "разжёвывания" мной этих терминов — любой из вас сможет выговаривать эти термины без какого-либо напряжения. Главное, чтобы вы хотели понять смысл процессов, происходящих при... ОДЫШКЕ — по Вериго - Е.В.)

Свободнорадикальные реакции в интенсификации компенсаторно-адаптационных процессов

Свободные радикалы - это атомы или группы химически связанных атомов, которые имеют неспаренные электроны на внешней валентной орбитали, то есть свободные валентности, наличие которых определяет их высокую химическую реакционную способность. Процессы, в которых участвуют эти свободные радикалы, являются обязательным атрибутом нормального аэробного метаболизма.

Молекулярный кислород в обычных условиях не вступает в прямые неферментативные химические реакции с органическими соединениями, которые входят в состав живых клеток и тканей. Реакции с участием О2 в живой клетке зачастую протекают в активных центрах оксидаз или оксигеназ [158]. Во время этих реакций промежуточные продукты восстановления О2 не выделяются во внешнюю среду, а превращаются до конечных соединений в реакционном центре ферментов.

Вместе с этим, в биологических системах могут образоваться и все промежуточные продукты восстановления молекулы О2: О2- , НО2-, ОН., Н2О2. Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название активных форм кислорода (АФК). Образование АФК является следствием неполного, одноэлектронного (образование О2-), двухэлектронного (образование HO2- ) или трёхэлектронного (образование Н2О2) восстановления кислорода вместо полного четырёхэлектронного его восстановления, которое приводит к образованию воды (H2O).

Процесс полного восстановления О2 до Н2О более энергозависимый, чем процессы неполного восстановления, и осуществляется конечным ферментом дыхательной цепи митохондрий - цитохромоксидазой. Кроме продуктов восстановления кислорода, к АФК относят также молекулы кислорода в синглетном состоянии (1О2), окисел азота (NО), пероксинитрит (ОNОО.), гипогалогениты (НОСl, НОВг, НОJ), а также продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) - перекисные (RО2-) и алкоксильные (RО.) радикалы. Ниже представлены схемы восстановления молекулы О2 и её строение (рис. 1,2,3).

АФК - нестабильные соединения. Известно, что время жизни АФК в биологических системах очень коротко (рис. 4). Соответственно времени жизни изменяется и радиус диффузии каждого с них в живых организмах (рис. 5).

Известно, что кислородные свободные радикалы принимают участие в метаболизме ксенобиотиков в организме [279, 324, 355]; при повреждениях, вызванных ишемией и реперфузией [30]; в онтогенезе и в клеточной пролиферации [257,279]; в регуляции тонуса сосудов [257, 336]; при воспалении [264, 332, 364]; бактериальных и вирусных инфекциях [149]; в регуляции метаболических процессов как внутриклеточные мессенджеры [279, 284]; в канцерогенезе [266, 359]; атерогенезе [358]; старении [266, 332] и т.д.

В человеческом организме выявлено много систем, которые продуцируют активные формы кислорода как в физиологических условиях, так и в патологических. Это образование кислородных свободных радикалов в дыхательной цепи митохондрий [102, 267, 315, 374]; в электронно-транспортной цепи микросом [374]; путём перехода оксигемоглобина в метгемоглобин [335, 375]; во время метаболизма арахидоновой кислоты [30]; в реакции гипоксантин-ксантиноксидаза [374]; при биосинтезе и окислении катехоламинов [30]; под воздействием ионизирующего излучения, озона, NO, NO2 [202, 353]; при фотолизе и функциональной активности фагоцитирующих клеток крови (нейтрофилов, моноцитов, макрофагов) [30, 149, 276, 277, 374, 381].

Поскольку в организме всегда есть вода, возможны реакции спонтанной дисмутации активных форм кислорода между собой [30, 82, 94, 202]:

ОН- →ē + ОН’ ; ОН- + ОН +О2-→ Н2О2 + О2- ;

ē + H+ → H; НО2 + О2 + H+ → Н2О2 +О2;

ē +О2 →О2- 2НО2- →Н2О2 + O2;

H’ +О2 → НО2-; НО2- +ОН’ → Н2О+О2;

О2- + H+ → НО2-; 2О2˙- + 2H+ → H2О2 +О2;

ОH’ + Н2→ Н2О + Н ‘ Н + НО2’ → H2О2;

О2 +2ē + 2Н+→ Н2O2; 2ОН → Н2О2.

Реакции дисмутации могут происходить и с участием металлов переменной валентности (Fe, Cu, Zn, Mo, Mn, Co) [30, 364, 372]:

Fe2+ + O2 +H+ → Fe3+ +HО.2.;

Fe2+ + H2О2 → Fe3+ + OH- + OH;

Fe3+ + H2O2→Fe2+ +2H+ +O2-

Fe3+ + O2-→Fe2+ +O2.

Рис.6. Основные пути генерации, конверсии и утилизации АФК в организме человека.

В реакциях преобразования кислородных свободных радикалов принимают участие также и антиоксидантные ферменты [30,162]:

супероксиддисмутаза (E-Cu2+, E-Mn3+, E-Fe3+)-

Е-Сu2+ + О2- →Сu+ + О2;

Е-Сu+ +О2- +2H+→Е-Си2++Н2О2;

каталаза и пероксидаза -

E - Fe3+ - ОН- + Н2О2 → Е – Fe3+ - ООН- + H2О

E-Fe3+ - OOH-+H2O2→E-Fe3+ - OH- +H2O + O2.

В реакциях ПОЛ при радикал-радикальной аннигиляции происходит обрыв цепей с образованием молекулярных продуктов реакции:

RO + O2- + H+ →RОH + О2;

ROO + O2- →ROOH + O2

RO2 +RO2 → R = O + O2 +hv.

Следствием обрыва цепей в этих преобразованиях будет образование пероксида водорода и кислорода (ЭНДОГЕННОГО, скорее всего. Вот эти-то слова, прочитанные мной в 1999 году — при переводе книги с украинского языка на русский и вселили в меня уверенность, что эндогенное дыхание — это, прежде всего — наука, а не какой-то там лохотрон, про который такие большие любители рассказывать нам псевдоакадемики с русмедсервера.... Жаль, что кроме меня с тех пор никто так и не удосужился отдать дань должного уважения профессору Тимочко М.Ф.... - Е.В.) . По мере накопления пероксид водорода в реакциях дисмутации содействует образованию de novo свободных радикалов, которые снова могут вступать в вышеуказанные преобразования с образованием Н2О2 и выделением кислорода [94]:

О2- + Н2О2 → О2 + ОН- + ОН’;

ОН’ +Н2О2 → H2O +H+ +О2-;

Н2О2 +ē→ОН + ОН-.

Таким образом поддерживается стационарная цепь образования пероксида водорода, который определяет соответствующую концентрацию свободных радикалов и ведёт к образованию эндогенного кислорода.

Всесторонние исследования этого вопроса сделаны Зайцевым В.В. и сотрудниками, которые добавляли экзогенную каталазу и супероксиддисмутазу в перитонеальные макрофаги, прикреплённые к стеклу, к яйцеклеткам морского ежа вида St. intermedius и сперматозоидов in vitro [80]. Авторы с помощью полярографического метода исследования выявили уменьшение скорости утилизации кислорода. Кроме этого, исследователи наблюдали снижение скорости дыхания во время добавления к суспензии гепатоцитов и яйцеклеток морского ежа маннитола, что является специфическим перехватчиком гидроксильного радикала. Все эти данные, бесспорно, свидетельствуют о том, что в организме происходит образование кислородных свободных радикалов, которые с участием антиоксидантных ферментов обеспечивают образование эндогенного кислорода и поддержание кислородного гомеостаза при активном дыхании.

Подобный эффект описан в работах Л.С. Ягужинского, где показано, что супероксиддисмутаза, ионы Сu и каталаза ингибируют цианид-резистентное дыхание митохондрий печени, а добавление каталазы в камеру во время опыта приводит к выделению эндогенного кислорода [102].

В серии работ, осуществлённой под руководством В.К. Гусака, изучали оксигенирующее действие внутриартериальных инфузий пероксида водорода при различных видах ишемии [47]. Авторы выявили, что непосредственная инфузия раствора Н2О2 приводит к повышению напряжения кислорода в тканях и интенсификации тканевого дыхания При этом повышается активность каталазы, а концентрация малонового диальдегида (МДА) снижается. Авторы приходят к выводу, что пероксид водорода не только проявляет оксигенирующее действие, но и прямо участвует в поддержании окислительно-восстановительных процессов, которые повышают активность утилизации недоокисленных метаболитов.

В этом плане интересны работы В.П. Галанцева и сотрудников, которые исследовали перекисные процессы у водных и полуводных животных, для которых задержка дыхания во время ныряния является физиологической нормой [168]. Так, уровень активности антиоксидантних ферментов - каталазы и пероксидазы - у этих животных на порядок выше, чем у наземных животных. При недостатке кислорода, которая возникает при задержке дыхания, резко активируется система перекисного окисления липидов, а дополнительное количество кислорода образуется при разложении пероксида водорода каталазой. (Вот в чём глубинный, СТРАТЕГИЧЕСКИЙ смысл занятий дыханием по Вериго! При недостатке кислорода — волшебной одышке по Веригодополнительное количество кислорода — ЭНДОГЕННОГО - образуется при разложении пероксида каталазой — Е.В.) То есть у ныряющих животных функционирование системы ПОЛ направлено на поддержание в их тканях высокого уровня кислорода, необходимого в аэробном энергетическом обмене во время задержки дыхания.

На это обращает внимание и В.А. Барабой, который поддерживает идею Г. Селье о том, что активные формы кислорода выступают в роли "первичного медиатора" стресса. Активация ПОЛ, которая является следствием действия стрессора, в свою очередь, мобилизует реализующие стресс-системы, реактивно увеличивая антиоксидантный потенциал живой системы [19, 64].

Во многих работах можно найти подтверждение тому, что лазерное и ультрафиолетовое облучение сопровождается не только генерацией активных форм кислорода, но и повышением антиоксидантной активности, которая приводит к утилизации продуктов ПОЛ [69, 160, 229]. Так, исследованиями В.Н. Коробова и соавторов выявлено возрастание активности супероксиддисмутазы и каталазы в гемолизатах крови животных, облучённых рентгеновскими лучами [126]. Вместе с этим, дыхательные гемопротеиды крови и мышц под влиянием стрессорных факторов способны выполнять функцию генераторов супероксиданионов, которые, обезвреживаясь антиоксидантной системой, обеспечивают образование резерва молекулярного кислорода в виде пероксида водорода. Распад Н2О2 до воды и кислорода в результате реакции, что осуществляется каталазой, создаёт условия для оксигенации части восстановленного гемоглобина.

Показано, что кислород, образованный в замкнутых модельных системах в результате каталазной реакции с Н2О2 без его экзогенного доступа, используется для оксигенации гемоглобина [127]. Во время введения в свежеприготовленные гемолизаты слабых концентраций Н2О2 в открытых системах выявляется дополнительная оксигенация гемоглобина после двух минут латентного периода [213].Очевидно, что гемоглобин, кроме известных ранее функций, катализирует оксидазную реакцию, при которой кислород восстанавливается до пероксида водорода:

Нb2+ + О2 + 2ē + 2Н+→ НЬ2+ +H2О2.

Таким образом, оксидазная активность гемоглобина обеспечивает образование дополнительного количества молекулярного кислорода.

Вышеприведённый анализ показывает, что свободнорадикальные процессы являются теми посредниками, с помощью которых реализуются все виды активаций, которые широко применяются в медицинской практике. Это электрохимическая, ультразвуковая, магнитная, термическая активации, различные виды облучения и пр. Самой эффективной и самой распространённой среди них является электрохимическая активация [94].

Так, в медицине давно эмпирически применяют электроактивированный водный раствор гипохлорита натрия, который получают электролизом 0,89 % раствора хлорида натрия. Гипохлорит натрия применяют для:

- очищения и ускорения заживания ран;

- угнетения воспалительных процессов;

- уничтожения болезнетворных микроорганизмов;

- стимуляции репаративных процессов;

- при хирургической инфекции;

- для лечения перитонита, сепсиса, отравлений, острого панкреатита и прочих заболеваний [84, 139, 177, 247].

Известно, что гипохлорит натрия (NaClO) вызывает ПОЛ в составе липопротеинов, которые выполняют липид-транспортную функцию в крови, причём, при высоких концентрациях NaClO содержание МДА сначала резко возрастает, а потом постепенно уменьшается [177]. В сыворотке крови собак гипохлорит элиминирует продукты ПОЛ, не вызывая снижения антиоксидантной активности [146]. Взаимодействие NaClO с каталазой вызывает ингибирование каталазной и появление пероксидазной активности [62].

Из литературы также известен препарат персульфат натрия (ПСН), который используют как антигипоксант при тканевой гипоксии. Он содействует нормализации процессов дыхания в тканях с выраженной гипоксией:

- после облучения летальными и сублетальными дозами клеток злокачественных опухолей;

- при сахарном диабете;

- ишемии;

- гепатитах, циррозах печени;

- язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки;

- гнойных, инфекционных и иных заболеваниях [227].

Для проверки этих обобщений нами была проведена серия модельных и экспериментальных исследований роли свободнорадикальных реакций в поддержании кислородного баланса функционирующих систем. Как показали полярографические исследования, под влиянием препаратов NaClO и ПСН напряжение кислорода (рО2) при инкубации гомогената печени крысы значительно повышается.

При введении этих растворов в начале инкубации рО2 через 25 минут было в 5 раз более высоким по сравнению с контролем, в который добавляли среду инкубации при тех же условиях (рис. 7). Добавление такой же концентрации NaClO и ПСН после 5 минут инкубации увеличивает рО2 на 25-той минуте уже в 10 раз ( рис. 8).

Тем не менее введение NaClO и ПСН на 15-той минуте инкубации не приводит к возрастанию напряжения кислорода. Оно увеличивается только кратковременно на 10 - 15 мм. рт. ст., а потом возвращается к контрольному уровню (рис.8) [161, 199]. Это доказывает, что система с течением времени стареет и истощается, (вот о чём я постоянно говорю, когда призываю к уходу от монотонности, однообразия в проведении занятий дыханием по Вериго, в необходимости постоянного "встряхивания", внесения разнообразия в проведение занятий!!! Чтобы не было вот такого старения биохимических процессов по генерации ЭНДОГЕННОГО кислорода — Е.В.), а препараты NaClO и ПСН не являются непосредственными донаторами кислорода, а только стимулируют окислительные процессы в гомогенатах с инкубационной средой. А сами окислительно-восстановительные процессы, которые обеспечивают активирующие препараты, без взаимосвязи с процессами, которые происходят в гомогенате, также не дают должного эффекта.

Рис. 8. Изменение напряжения кислорода при инкубации гомогената печени крысы под влиянием экзогенных добавок:

1 - контроль (среда инкубации + гомогенат);

2,3 – опыт (стрелками показаны добавки - 0,5мл NaCIO, 0,2 мл ПСН).

Это подтверждает и непосредственное определение нами окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в гомогенате, который через 15 минут инкубации значительно уменьшался [224]. На это указывает также и значительное увеличение концентрации супероксидрадикала и пероксида водорода в сыворотке крови под влиянием препаратов NaClO и ПСН [161, 199].

Следовательно, вышесказанное показывает, что в результате различных видов активации фактически получается возрастание концентрации свободных радикалов, из которых при участии окислительно-восстановительных реакций происходит образование перекиси водорода и кислорода. А появившийся кислород инициирует оксидазные реакции клеток, в частности, активирует ПОЛ в мембранах. Вместе с этим кислородные свободные радикалы активируют АОС клеток, индуцируя синтез ферментативных антиоксидантов. Кроме этого, стимулируются процессы, которые приводят к повышению интенсификации реакций цикла Кребса и вовлечению восстановленных эквивалентов с участием дыхательной цепи в окислительное фосфорилирование. Такое протекание реакций способно обеспечить не только эффективную элиминацию свободнорадикальных метаболитов и продуктов ПОЛ (МДА и других недоокисленных субстратов), но и их использование в различных синтезах, которые поддерживают индукцию антиоксидантов и репарацию повреждённых клеточных мембран.

Эта мысль согласуется с исследованиями В.В.Давыдова и сотрудников, которые с помощью меченых изотопом углерода (С14) МДА и малоновой кислоты установили возможность их утилизации в окислительных процессах [67, 68]. Угнетая реакции в цикле Кребса непосредственным введением АТФ и восстановленных пиридиннуклеотидов в инкубационную среду, показано уменьшение включения МДА в катаболические и анаболические процессы. А при глубоких дистрофических энергодефицитных состояниях эти процессы угнетаются, что ведёт к появлению токсических концентраций недоокисленных метаболитов.

Тем не менее, как показывают исследования Донченко Г.В., защитное действие антиоксидантов зиждется не только на взаимодействии со свободными радикалами, но и непосредственно влияет на окислительно-восстановительные процессы в митохондриях, содействуя восстановлению их функциональной активности посредством своей способности быть акцептором протонов, а также стимулирует синтез убихинона и ферментов дыхательной цепи [171, 214].

Результаты проведённых исследований при изучении нами динамики изменений ПОЛ - АОА у легкоатлетов-бегунов и в контрольный группе до и после физической нагрузки показали, что перегрузка вызывает различную реакцию у нетренированных и у тренированных людей. Когда в контрольной группе физическая нагрузка сопровождалась активацией ПОЛ, что проявлялось в возрастании малонового диальдегида, и угнетением активности антиоксидантных ферментов - супероксиддисмутазы и каталазы, то у спортсменов отмечалась только тенденция к повышению малонового диальдегида и возрастанию активности супероксиддисмутазы и каталазы. (Это же можно сказать и в адрес людей, РЕГУЛЯРНО занимающихся дыханием по Вериго, и людей точно также РЕГУЛЯРНО не занимающихся дыханием по Вериго!!! Если у не занимающихся дыханием по Вериго "смешная" задержка дыхания в 30 — 60 секунд может привести к инсульту или инфаркту, то для занимающегося человека дыханием по Вериго такая задержка дыхания может лишь вызвать ощущение ЛЁГКОЙ одышки. И всё. Но при форс-мажоре: отрыв тромба в артерии, накоплении какой-то слизи в дыхательных путях — у человека, РЕГУЛЯРНО занимающегося дыханием по Вериго МГНОВЕННО разовьются какие-то приспособительные реакции, так как они тренированы таким образом уже многократно, и данный человек просто выживет, а вот человек не занимающийся по Вериго — может и не выжить... - Е.В.)

Это, по-видимому, связано с угнетением окислительных и синтетических процессов, которые развиваются у нетренированных людей при перегрузке. (Абсолютно верное наблюдение профессора Тимочко М.Ф. Это же наблюдение можно перенести и на людей, не занимающихся дыханием по Вериго — с лёгкой одышкой — Е.В.) Для спортсменов, у которых мощность энергетического обмена является более высокой, данная нагрузка была адекватной, поскольку интенсификация свободнорадикальных реакций и обменных процессов содействовала как эффективной утилизации недоокисленных метаболитов, так и обеспечению сопряжённости оксигеназных, оксидазных и синтетических процессов, которые поддерживают на должном уровне активность ферментов антиоксидантной защиты.

С этими результатами коррелируют данные об изменении метаболитов углеводного обмена, которые характеризуют интенсивность, мощность и сопряжённость метаболических процессов в состоянии покоя и во время физических нагрузок. Значительно более низкий уровень молочной кислоты и более высокий уровень пировиноградной кислоты до нагрузки в контрольной группе по сравнению со спортсменами указывает на то, что мощность и сопряжённость окислительно-восстановительных процессов у тренированных легкоатлетов преобладает. Это содействует поддержанию высокого уровня восстановленных эквивалентов и их утилизации как в энергетическом, так и в пластическом обменах.

Возрастание пировиноградной и молочной кислоты в крови спортсменов после нагрузки при высокой скорости утилизации МДА свидетельствует о том, что соответствующая интенсификация окислительных процессов поддерживается на высоком уровне за счёт сопряжённости белкового, углеводного и липидного обменов. Вследствие этого возрастает эффективность синтетических процессов, которые стабильно поддерживают высокую активность антиоксидантных ферментов, которые обеспечивают баланс ПОЛ - АОА.

Поэтому дисбаланс интенсивности ПОЛ и АОА в контрольной группе при чрезмерных физических нагрузках непосредственно связан с угнетением окислительно-восстановительных реакций и их сопряжения с анаболическим обменом [224]. Кроме этого, как показывают литературные данные и наши исследования, свободнорадикальные реакции, которые происходят в организме, непосредственно ведут к образованию эндогенного кислорода. Такой механизм ведёт к постоянному поддержанию в клетках высокого напряжения кислорода, что стимулирует работу митохондрий, поддерживает кислородный гомеостаз и обеспечивает высокую интенсивность аэробного метаболизма. Следовательно, активация окислительно-восстановительных процессов, с одной стороны, обеспечивает кислородный обмен и высокий субстратный потенциал, а с другой - эффективную утилизацию недоокисленных субстратов и мобилизацию их в окислительных процессах, что ведёт к высокой интенсивности окислительно-восстановительных реакций, к синтезу макроэргических интермедиатов и активности анаболического обмена, который, собственно, и поддерживает высокую эффективность ферментативной антиоксидантной защиты. - первая треть главы из книги профессора М.Ф. Тимочко — Е.В.).

Продолжение следует.

17.09.2010.

Евгений Вериго, с. Дедовщина.

Подпишитесь на рассылку:

Эндогеник-01 и доктор Вериго
 

Нравится