Кислород и его роль в биологических процессах

05.08.2016
Как вытекает из данных современной биогеохимии, жизнь на Земле зародилась задолго до появления сколько-нибудь значительного количества кислорода в ее атмосфере. Более того, отсутствие свободного кислорода явилось одним из условий, способствующих возникновению сложных биоорганических молекул, поскольку последние в противном случае могли быть легко окислены химически активными молекулами кислорода. С появлением 2—2,5 млрд лет назад фотосинтезирующих микроорганизмов концентрация свободного кислорода в атмосфере стала прогрессивно возрастать, что, разумеется, не могло не оказать мощного влияния на весь дальнейший ход развития жизни на нашей планете. Действительно, последующая эволюция форм жизни, протекавшая в тесной связи с эволюцией самой атмосферы, привела к созданию таких организмов, существенной особенностью которых является использование субстратов дыхания и кислорода в качестве единственных энергетических ресурсов.

Накопление в биосфере свободного кислорода представляло собой смертельную угрозу для существования первобытных клеток, сформировавшихся в анаэробных условиях. В этот критический период жизни на Земле природа нашла поистине удивительный выход из создавшейся ситуации, превратив своего смертельного «врага» в мощного союзника и даже в одно из обязательных условий жизни. Решение этой проблемы оказалось возможным благодаря созданию из редокс-цепей фотосинтезирующих организмов, утилизирующих CO2, дыхательной цепи — биоэнергетического механизма, способного утилизировать кислород.

Вследствие своего довольно высокого сродства к электронам молекулярный кислород явился наиболее энергетически выгодным их акцептором в катаболических процессах, в которых распад органических соединений сопряжен с образованием АТФ. Использование O2 в энергетических процессах в качестве конечного акцептора электронов позволило резко увеличить энергетическую эффективность утилизации пищевых продуктов. Так, например, если анаэробное превращение одной молекулы глюкозы в молочную кислоту или этанол дает в итоге две молекулы АТФ, то при полном аэробном окислении молекулы глюкозы до CO2 и H2O образуется 38 молекул АТФ. Это по существу означает, что аэробные организмы для поддержания одинаковой интенсивности обмена веществ могут потреблять в 20 раз меньше исходного пищевого материала, чем анаэробы. Кроме того, конечные продукты дыхания — CO2 и H2O — практически нетоксичны в сравнении с конечным продуктом гликолиза — лактатом. Поэтому аэробные организмы, приобретя гигантские преимущества дыхательного типа биоэнергетики, получили мощный импульс для своей эволюции.

Однако за высокую энергетическую эффективность аэробного метаболизма всем организмам, утилизирующим O2, пришлось «расплачиваться» неизбежностью образования в тканях особых, так называемых активированных форм кислорода, являющихся по своей физико-химической природе свободными радикалами. Поэтому реализация энергетических преимуществ аэробиоза стала возможной только при условии нейтрализации повреждающего действия на клетки этих токсических нитермедиатов кислорода и формирования, таким образом, особых механизмов аэротолерантности, которые будут рассмотрены в специальном разделе.

Митохондриальное окисление


Основная часть потребляемого клетками кислорода используется в процессах биологического окисления, сущность которого состоит в многоэтапных превращениях питательных веществ, завершающихся окислением соответствующих субстратов до углекислого газа и воды. Заключительные этапы биологического окисления, в результате которых происходит образование энергии в форме АТФ, протекают в дыхательной цепи митохондрий. Именно за счет митохондриального окислительного фосфорилирования все клетки, органы и ткани обеспечиваются энергией в соответствии с их функциональной активностью и интенсивностью пластических процессов. Финальные стадии окисления реализуются через цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) и митохондриальную дыхательную цепь, представляющую собой полиферментную систему, катализирующую транспорт электронов к кислороду.

Главная функция цикла трикарбоновых кислот заключается в дегидрировании «приготовленного» в ходе метаболизма активированного ацетата, в результате чего освобождаются атомы водорода, являющиеся источниками электронов, поступающих на цитохромы дыхательной цепи (рис. 7).
Кислород и его роль в биологических процессах

Реакции цикла Кребса, состоящие из ряда последовательных, замкнутых в цикл ферментативно опосредуемых превращений субстратов, протекают без прямого участия кислорода. Последний подключается только на терминальных стадиях транспорта электронов. Несмотря на это, цикл трикарбоновых кислот занимает особое положение, поскольку с его помощью может быть окислено практически любое органическое соединение, если что соединение предварительно превратилось в один из стандартных для данного цикла субстратов. Таким путем на первой стадии тканевого дыхания благодаря дегидрированию субстратов происходит мобилизация водорода и создание фонда восстановленного никогинамидадениндинуклеотида (НАД-Н). Перенос электронов по дыхательной цепи, сопровождающийся синтезом АТФ, представляет собой вторую стадию тканевого дыхания.

Поступающий в дыхательную цепь митохондрий водород после преобразований, заключающихся в разделении зарядов на H+ и электрон, в конечном итоге соединяется с кислородом, образуя воду. Дыхательная цепь состоит из ряда переносящих водород и электроны ферментных белков и кофакторов, общая схема последовательности расположения которых считается установленной. Как показано на рис. 8, элек-тронтранспортная цепь принимает водород от двух источников: от НАД*Н и сукцината. Водород, поступающий в дыхательную цепь от НАД*Н, вначале переносится на фермент НАД-Н-убихинонредуктазу, имеющую в качестве простетической группы рибофлавинсодержащий флафинмононуклеотид, а также белки, включающие серу и железо. НАД*Н-убихинонредуктаза передает водород убихинону (коферменту Q). Убихинон является тем участком дыхательной цепи, который акцептирует водород от второго источника — сукцината. В этом случае промежуточным переносчиком служит другой фермент — сукцинатдегидрогеназа, содержащая в своем составе в качестве простетической группы флавинадениндинуклеотид (ФАД) и белки, богатые железом и серой. Акцептировавший водород и, следовательно, восстановленный убихинон окисляется далее через систему цитохромов. Однако от восстановленного убихинона на цитохромы передаются уже не атомы водорода, а только их электроны, тогда как протоны выделяются в окружающую дыхательную цепь среду и восстанавливают кислород до воды.

Исходя из расчетов, основанных на данных термодинамики, а также из анализа результатов изучения окислительно-восстановительных потенциалов переносчиков дыхательной цепи, полагают, что чем ниже окислительно-восстановительный потенциал переносчика электронов и водорода, тем в большей степени он является восстановителем и тем ближе расположен он к окисляемому субстрату. Напротив, чем выше потенциал переносчика, тем сильнее выражены его окислительные свойства. Соединение может отдавать свой водород или электроны другому соединению только в том случае, если последнее обладает более высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Непосредственное окисление субстрата осуществляет фермент, у которого переносчик водорода имеет величину окислительно-восстановительного потенциала, близкую к таковой у субстрата. Именно эти факторы и определяют порядок расположения ферментов и коферментов в дыхательной цепи.

Конечным цитохромом, передающим электроны на кислород, является цитохромоксидаза. Обычно этим термином обозначают концевой цитохром (терминальную оксидазу) митохондрий, включающую цитохромы а и a3 (на рис. 8 обозначена как комплекс IV). Структура и функция этого фермента имеет исключительно важное значения для выгодной и безопасной утилизации клеткой кислорода. Функциональная единица цитохромоксидазы содержит два гема (и, стало быть, два атома железа, входящие в цитохромы а и а3) и два атома меди. Наличие в структуре молекулы четырех металлосодержащих групп, каждая из которых, окисляясь, отдает по одному электрону, делает возможным строго одновременное восстановление одной молекулы кислорода до воды: О2 + 4ё + 4Н+ → 2Н2О.
Кислород и его роль в биологических процессах

Именно при таком соотношении электронов и протонов удается избежать образования промежуточных токсических продуктов неполного (одно-, двух- или трехэлектронного) восстановления кислорода. Ho даже в том случае, если эти активные интермедиаты восстановленного кислорода и образуются в ничтожном количестве, молекула цитохромоксидазы способна удерживать их в состоянии прочной связи с активным центром и не дает им выходить в раствор. Однако некоторые участки электрон-транспортной цепи в этом плане менее совершенно сконструированы, что создает возможность прямой «утечки» электронов на О2 с образованием одноэлектронной формы восстановления кислорода — супероксидного аниона-радикала (O2). О физико-химических свойствах и биологическом значении этого и других активированных форм кислорода будет сказано в специальном разделе этой главы.

Главное биологическое назначение дыхательной цепи состоит в продукции энергии. Имеются три участка цепи, в которых создаются благоприятные условия, обеспечивающие образование энергии в достаточном количестве для синтеза АТФ. Этими участками являются (рис. 8): НАД-Н — убихинонредуктаза (комплекс 1), цитохром b — цитохром с1 (комплекс III) и цитохром а, а3—O2 (комплекс IV). В каждом из них образуется одна молекула АТФ из АДФ и фосфата. Окисление НАД-Н через комплекс I дает возможность образовываться трем макроэргическим связям, окисление сукцината через комплекс II позволяет образовываться двум макроэргическим связям.

При анализе изменений тканевого дыхания в условиях гипероксии следует исходить из того, что в механизмах его регуляции в нормальных условиях важнейшую роль играют три фактора. Во-первых, это степень восстановленности переносчиков электронов и водорода на ближайшем к субстратам участке дыхательной цепи, иными словами, соотношение концентраций окисленной (НАД+) и восстановленной (НАД*Н) форм кофермента НАД. Во-вторых, степень энергизации клетки, оцениваемая по величине отношения [АТФ]/[АДФ][Фн], характеризующего «фосфорилирующее» состояние внемитохондриальных запасов свободных адениннуклеотидов. В-третьих, это скорость окисления цитохрома с цитохромоксидазой и молекулярным кислородом, которая зависит от рО2 и создает также определенное соотношение между концентрацией окисленного и восстановленного цитохромов с (цит с2+ и нит с3+ соответственно). Между всеми этими тремя факторами в норме существует равновесие, константа которого может быть описана следующей формулой:
Кислород и его роль в биологических процессах

Из сказанного следует выделить особо важное для нас обстоятельство, а именно то, что при постоянных значениях отношения [АТФ]/[АДФ][Фн] скорость тканевого дыхания должна зависеть от соотношения внутри митохондрий [НАД+]/[НАД*Н]. Ho так как на участке НАД — цитохром с поддерживается равновесие, то практически можно говорить о зависимости дыхания от степени восстановленности (соотношения окисленных и восстановленных форм) цитохрома с. Поскольку последнее находится в прямой зависимости от рО2 в митохондриях, то это, по существу, означает, что парциальное давление кислорода является лимитирующей стадией тканевого дыхания, т. е. фактором, определяющим скорость дыхания в целом. Важно также и то, что в нормальных условиях степень восстановленности переносчиков дыхательной цепи, как это продемонстрировали эксперименты, проведенные in vivo, значительно выше, чем это предполагалось ранее, исходя из опытов in vitro. Именно в последние годы удалось установить, что для митохондрий, находящихся в условиях in situ, характерным свойством, отличающим их от изолированных препаратов, является гораздо более высокая степень восстановленности цитохрома с и еще более высокая степень восстановленности цитохромоксидазы. Примечательно, что максимальное окисление цитохромоксидазы не может быть достигнуто даже при вдыхании животными 100% кислорода. Только при действии на организм кислорода под давлением около 4 ата удается добиться такого состояния, при котором практически вся цитохромоксидаза оказывается в окисленном состоянии.

Таким образом, признание того факта, что напряжение кислорода лимитирует скорость тканевого дыхания в целом и что степень окисленности цитохромоксидазы в нормальных условиях весьма далека от максимальной, позволяет прийти к предположению о том, что интенсивность клеточного дыхания будет зависеть от изменений рО2 в митохондриях, колеблющихся в довольно широких пределах. Эти пределы, по-видимому, не достигаются при терапевтических режимах ГБО. Максимальная окисленность цитохромоксидазы, ведущая к прекращению транспорта электронов по дыхательной цепи, отмечается при токсических режимах ГБО.

Эти соображения находятся в соответствии с недавно проведенными исследованиями, выполненными на митохондриях интактного сердца и печени животных, находящихся в гипероксической среде. В митохондриях сердца крыс после 26-часового сеанса ГБО (1,2 ата) были найдены признаки усиления продукции одноэлектронно-восстановленных форм кислорода, что, по мнению авторов, косвенно свидетельствует об активации транспорта электронов по дыхательной цепи. В опытах, выполненных на митохондриях печени, показано, что воздействие на крыс кислорода при атмосферном давлении сопровождается наряду с повышением его содержания и тканях и клетках возрастанием скорости транспорта электронов по дыхательной цепи митохондрий с одновременной стимуляцией сопряженного с окислением фосфорилирования. Под влиянием токсического режима ГБО (4 ата, 1 ч) также происходила активация процесса биологического окисления в митохондриях, однако в отличие от физиологического действия гипероксии она сопровождалась резким увеличением интенсивности свободного (не сопряженного с синтезом АТФ) и снижением фосфорилирующего окисления. Автор склонен рассматривать усиление тканевого дыхания и активацию процессов восстановления кислорода в митохондриях при действии ГБО как один из механизмов защиты, препятствующих избыточному повышению рО2 в тканях.

Главный вывод из приведенных выше данных состоит в том, что элементы дыхательной цепи обладают относительно высокой устойчивостью к кислороду и имеют хорошие резервные возможности для усиления транспорта электронов и ускорения восстановления кислорода в условиях терапевтических режимов ГБО (по крайней мере до 3 ата, 1 ч). Это означает, что физиологические дозы кислорода под повышенным давлением могут выступать в роли стимулятора митохондриального тканевого дыхания не только в гипоксических, но и в нормоксических клетках. Однако надо отметить, что в отличие от гипоксии для тканей, находящихся в условиях нормоксии, этот стимулирующий эффект ГБО носит довольно ограниченный характер и быстро переходит в ингибирующий, особенно при подъеме давления свыше 3 ата и экспозиции более 1 ч. Одним из важных условий, ограничивающих стимулирующее влияние ГБО на митохондриальное дыхание, является переход митохондрий в состояние 4 по Чансу, для которого характерно полное истощение запасов АДФ в результате его превращения в АТФ. Это сопровождается замедлением скорости дыхания и окислительного фосфорилирования.

Гипероксия влияет, разумеется, не только на заключительные стадии окисления, реализуемые через дыхательную цепь, но и на предшествующие им этапы окислительных превращений питательных веществ. Наиболее характерным из этих метаболических эффектов гипероксии представляется активация пентозофосфатного пути окисления глюкозы в тканях. Следует, правда, оговориться, что эти сдвиги были выявлены при довольно длительном гипероксическом воздействии (постоянная в течение 3 месяцев экспозиция крыс в среде с рО2, равным 230 мм рт. ст.), заставляющем предположить возможность токсического компонента подобной гипероксии.
Кислород и его роль в биологических процессах

Тем не менее оказалось, что отличительными особенностями такого режима были увеличение относительного количества глюкозы, окисляемой через пентозофосфатный шунт (с 19,6 до 40,6%), с сопутствующим снижением количества глюкозы, окисляемой через гликолиз и следующий за ним цикл трикарбоновых кислот. Некоторое торможение гликолиза, как полагают авторы, было связано со снижением активности ферментов — оксиглутаратдегидрогеназы и пируватдегидрогеназы, а активация пентозофосфатного шунта — с индукцией глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Повышение активности главного фермента шунта — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и скорости окисления глюкозы этим путем представляет собой важный механизм, посредством которого осуществляется экстрамитохондриальная продукция восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ*Н) для последующей выработки АТФ в дыхательной цепи митохондрий. Последующий перенос восстановленных эквивалентов из цитозоля в митохондриальные электрон-транспортные системы может совершаться посредством малатного «челночного» механизма. Используя этот механизм, водород малата может входить в электронтранспортную систему или с помощью трансгидрогеназной реакции между НАД-Н и НАДФ или посредством дегидрирования самого малата с помощью малатдегидрогеназы (рис. 9). По-видимому, при определенных режимах гипероксии, сопровождающихся угнетением гликолитических дегидрогеназ в связи с возможным окислением их сульфгидрильных групп, повышенная интенсивность окисления глюкозы через пентозофосфатный путь совместно с активацией малатного «челночного» механизма есть один из путей усиления выработки АТФ и адаптации к некоторым проявлениям токсического эффекта кислорода.

Микросомальное окисление


Помимо дыхательной цепи, локализованной в митохондриях, другим важным потребителем кислорода в клетке является система так называемого микросомального окисления, локализованная в мембранах эндоплазматического ретикулума (фракция микросом). На долю микросомального окисления, в зависимости от присутствующих субстратов, функционального состояния и вида клеток, может приходиться от 10 до 40% всего кислорода, потребляемого клеткой. Надо сказать, что эта утилизирующая кислород система изучена в гораздо меньшей степени, чем электронтранспортная цепь митохондрий. Первые сообщения о том, что в эндоплазматической сети находится своеобразная система переносчиков электронов, появились немногим более 30 лет тому назад. Однако лишь в последние 15 лет мы стали свидетелями резкого возрастания интереса к этому аспекту кислородзависимого метаболизма и интенсификации исследований. Неудивительно поэтому, что, несмотря на единичные работы, появившиеся в последние годы, вопрос о влиянии ГБО на микросомальное окисление можно считать практически не изученным. Об этом приходится сожалеть, поскольку отнюдь не исключена возможность, что многие эффекты гипербарического кислорода (как позитивные, так и негативные) реализуются именно через эту систему потребления кислорода.

Если главной функцией митохондриального тканевого дыхания является сопряженное с ним производство энергии, то биологический смысл окислительных превращений субстратов в редокс-цепях эндоплазматического ретикулума состоит совсем в ином. Он заключается в биологической трансформации целого ряда соединений: жирных кислот, стероидов, канцерогенов, некоторых аминокислот, а также липофильных лекарств и других чужеродных веществ, поступающих в организм с пищей, через дыхательные пути или кожу. Различные чужеродные для организма агенты носят название ксенобиотиков. Поступающие в микросомы субстраты с помощью кислорода подвергаются разного рода превращениям — как окислительному синтезу, так и распаду, чем, в частности, достигается обезвреживание токсических для клетки веществ. Так, многие биологически активные, растворимые в липидах, но не в воде, соединения в результате, например, гидроксилирования становятся более полярными, т. е. более растворимыми в воде и, стало быть, способными к выведению из организма с мочой или желчью в виде глюкуронидов или других водорастворимых конъюгированных продуктов. Однако метаболизм субстратов в микросомах нельзя свести только к детоксикации или инактивации токсических соединений. Как оказалось, в ходе микросомального окисления могут образовываться метаболиты с более выраженным, чем у исходных субстратов, токсическими или фармакологическими свойствами. Несмотря на определенную парадоксальность (возможно, только кажущуюся), эти факты могут иметь важное значение для понимания некоторых, остающихся до сих пор нераскрытыми механизмов влияния гипербарического кислорода в норме и патологии.
Кислород и его роль в биологических процессах

Система транспорта электронов эндоплазматического ретикулума включает в себя флавопротеидзависимые цитохромы b5 и Р-450 и локализована в мембранах этой сети. Наибольшая активность цитохрома Р-450 обнаруживается в присутствии НАДФ*Н, а наибольшая активность цитохрома b5 — в присутствии НАД*Н, однако абсолютной специфичности цитохромов к какому-либо одному флавопротеиду не существует. Как показано на рис. 10, основные типы окислительных превращений различных субстратов в электронтранспортных цепях микросом могут быть объединены в следующие группы. Во-первых, это генерация активированных форм кислорода (в частности, супероксидного аниона-радикала), связанная с тем, что флавопротеидсодержащие цитохромредуктазы, аутоокисляясь, «сбрасывают» электрон на молекулярный кислород. Последний сам, а скорее всего, при помощи других, более реакционноспособных оксигенных радикалов инициирует цепные свободнорадикальные реакции перекис-ного окисления липидов. Во-вторых, кислородзависимая десатурация жирных кислот, вследствие которой более насыщенные жирные кислоты превращаются в менее насыщенные. В-третьих, окисление третичных аминов с образованием N-оксидов. И, наконец, четвертую группу составляют наиболее интенсивно изучаемые в настоящее время окислительные трансформации, катализируемые так называемыми оксигеназами, активность которых определяется комплексом гемопротеидов, известным под названием цитохром Р-450. Начальным компонентом электрон-транспортных редокс-цепей, определяющих эту группу окислительных превращений микросомальных субстратов, является НАДФ-Н-зависимая цитохром P-450-редуктаза, простетическая группа которой содержит как флавинадениндинуклеотид, так и флавинмононуклеотид. Конечный компонент этих редокс-цепей эндоплазматического ретикулума представлен цитохромом Р-450, который по механизмам своего каталитического действия относится к монооксигеназам.

Следует заметить, что в плане рассматриваемой проблемы оксигеназные реакции заслуживают того, чтобы о них сказать несколько слов отдельно. К настоящему времени считается твердо установленным, что в аэробных организмах есть два пути использования кислорода клеткой или два пути окисления, сопряженных с активацией молекулярного кислорода: оксидазный и оксигеназный. В первом случае — в результате последовательных реакций ферментативного дегидрирования углеводов и жиров и последующего транспорта электронов в митохондриях на конечном пункте этого транспорта, осуществляемого цитохром-оксидазой, происходит четырехэлектронное восстановление кислорода с дальнейшим образованием воды. Таким образом, в процессе оксидазного окисления образуется универсальное биологическое «топливо» — АТФ и относительно безвредные для клетки H2O и CO2. Оксидазный путь является главным путем использования кислорода клеткой; он предусматривает дегидрирование, а не включение кислорода в молекулу окисляемого субстрата. По существу в данном случае мы имеем дело с использованием кислорода в качестве акцептора водорода.

При оксигеназном типе окисления, в отличие от оксидазного, имеет место прямое включение кислорода в молекулу окисляемого субстрата, не сопровождающееся образованием энергии. Ферменты, ответственные за каталитическую активацию этих реакций в организме, были названы оксигеназами. Реальная динамика подобного типа реакций в организме была впервые показана в середине 50-х годов нынешнего века. По сути дела, это означало возрождение концепции Лавуазье, предложенной еще в конце XVIII в. Существуют моно- и диоксигеназы, катализирующие соответственно следующие схематически изображенные реакции с субстратом (X):
Кислород и его роль в биологических процессах

В таких оксигеназных реакциях полного четырехэлектронного восстановления кислорода не происходит, а наблюдается его активация путем неполного, в основном одно- или двухэлектронного восстановления с последующим использованием одного из атомов кислорода (в случае монооксигеназных превращений) для внедрения в различные органические молекулы. Остающийся второй атом молекулы кислорода служит для образования воды. В соответствии с этим более точная схема монооксигеназного типа окисления будет выглядеть следующим образом:
Кислород и его роль в биологических процессах

Посредством указанного механизма оксигеназы принимают непосредственное участие в окислительной деградации разнообразных жирорастворимых соединений, включая стероидные вещества, полициклические углеводороды, а также широкий спектр биологически активных соединений. Таким путем многие оксигеназы вовлекаются в регуляцию важнейших метаболических путей. Например, у животных два важнейших метаболических звена обмена триптофана, ведущих к образованию пиридиннуклеотидов и поли-АДФ-рибозы, с одной стороны, и индолеаминов (соединений, содержащих индольное кольцо и аминогруппу) — с другой, инициируются соответственно триптофан-2,3-диоксигеназой и триптофан-5-монооксигеназой. Поли-АДФ-рибоза является производным от НАД уникальным полимером, который может ковалентно связываться с ядерными белками и, следовательно, вовлекаться в регуляцию различных функций хромосом, репарацию ДНК и другие процессы. Что касается индолеаминовых производных — триптофана, триптамина, серотонина, то их окислительные превращения контролируются сравнительно недавно обнаруженным ферментом индолеаминдиоксигеназой, катализирующим распад индольного кольца этих производных с образованием особого типа биогенных аминов, обладающих уникальными фармакологическими свойствами (например, модификация действия интерферона).

Следует попутно заметить, что некоторые оксигеназы, локализованные в плазматических мембранах (а не в эндоплазмагическом ретикулуме), играют важную роль в обмене ненасыщенных жирных кислот и образовании таких биологически активных соединений, как простагландины. Ответственными за их образование являются липоксигеназа и циклооксигеназа.

Таким образом, изложенные выше данные, касающиеся участия электронтранспортной системы эндоплазматического ретикулума в утилизации кислорода, однозначно указывают на то, что микросомальное окисление выполняет незаменимую функцию биотрансформации биологически активных эндогенных соединений и ксенобиотиков, являясь одновременно продуцентом активированных форм кислорода. Можно с большой долей вероятности предположить, что изменение режима оксигенации, и и частности ее усиление, будет иметь далеко не безразличные последствия для кислородзависимых метаболических процессов, реализуемых через микросомальное окисление. К такому выводу заставляют прийти хотя и не столь многочисленные, но по крайней мере вполне определенные данные, появившиеся в последние годы. К их числу следует отнести результаты исследонания, проведенного Киккава с соавторами. Эти авторы использовали в своей работе эндотоксин Е. coli, который, как оказалось, является индуктором интерферона. Введение этого эндотоксина крысам значительно уменьшало их смертность при воздействии токсического режима гипероксии (97% O2 в течение 66 ч) и одновременно предупреждало возрастание уровня малонового диальпегида в легких. Такое повышение резистентности животных к токсическому действию кислорода, по мнению авторов, связано с тем, что вводившийся крысам эндотоксин вызывал отчетливое снижение в легких концентрации цитохромов Р-450 и b5, являющихся главным источником супероксидного аниона-радикала, продуцируемого в микросомах.

При изучении влияния ГБО (3 ата, 3 ч) на функцию ферментов мембран эндоплазматического ретикулума печени крыс было показано, что через 3 и 6 ч после окончания сеанса наблюдалось повышение оксидоредуктазной активности НАДФ-Н-зависимого специфического флавопротеида и обратимое снижение содержания цитохрома Р-450, а также уменьшение скорости деметилирования амидопирина и гидроксилирования анилина. В период времени от 12 ч до 3 сут после проведения сеанса ГБО отмеченные исследуемые показатели находились на более низком, чем в контроле, уровне. Возможно, что подобная активация оксидоредуктазной функции НАДФ*Н-зависимого флавопротеида микросом есть прямое следствие увеличения при ГБО концентрации кислорода в тканях, приводящего к ускорению транспорта электронов не только в дыхательной цепи митохондрий, но и в редокс-цепи эндоплазматического ретикулума. И в том, и в другом случае это явление будет, очевидно, иметь двойственные последствия: с одной стороны, усиление утилизации кислорода, способствующее снижению неадекватно повышенного рО2 в клетке, а с другой — увеличение продукции активированных форм кислорода, инициирующих перекисное окисление липидов. Следует иметь при этом в виду, что степень активации перекисного окисления липидов в клетке может выполнять важную функцию регулятора и модификатора процессов окисления ксенобиотиков. Именно поэтому представляется правомерным рассматривать гипероксическое воздействие в качестве фактора, оказывающего существенное влияние на интенсивность биотрансформации ксенобиотиков, в том числе лекарственных соединений, а также широкого спектра биологически активных веществ. Дополнительным аргументом в пользу этого предположения могут служить данные, полученные Хаяиши и заключающиеся в том, что оксигенные радикалы, и в их числе супероксидный анион-радикал, не только не подавляют, но более того — являются факторами, необходимыми для активации некоторых оксигеназ. Такие оксигеназы, требующие для своей активации супероксидного радикала и его утилизирующие, получили название «супероксигеназ».

Анализ приведенных данных позволяет также предположить, что как митохондриальное, так и микросомальное окисление контролируется напряжением кислорода, т. е. степенью оксигенации ткани.

В заключение следует подчеркнуть, что имеющиеся в настоящее время немногочисленные экспериментальные данные и теоретические предпосылки с достаточной долей наглядности аргументируют положение, согласно которому многие стороны действия ГБО на организм не могут быть поняты без выяснения механизмов влияния гипероксии на кислородзависимый метаболизм через систему микросомального окисления.