Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

05.08.2016
У высших аэробных организмов существуют сложные и мощные антиоксидантные механизмы, ограничивающие интенсивность свободнорадикальных процессов в достаточно жестких рамках и обеспечивающие поддержание концентрации свободных радикалов кислорода в клетках на стационарном, безопасном для жизнедеятельности уровне. С помощью этих механизмов концентрация O2 в клетках в норме поддерживается в пределах 10в-12—10в-11, а уровень H2O2 — в пределах 10в-9—10в-7 M.

Система антиокислительной защиты клетки включает в себя комплекс взаимосвязанных и сбалансированных между собой компонентов, образующих в итоге «глубокоэшелонированную оборону» от свободнорадикальной «атаки». Многостадийность генерации различных интермедиатов восстановленного кислорода и процесса ПОЛ нашла свое отражение в созданной эволюцией многокомпонентности антиоксидантной системы организма.

Можно условно разделить всю сложную систему антиоксидантной защиты у высших организмов по направленности действия на антигипероксическую, антирадикальную и антиперекисную.

Антигипероксическая система защиты представляет как бы «первую линию обороны», обеспечивающую поддержание в клетках оптимального для них относительно низкого по сравнению с вдыхаемым воздухом напряжения кислорода. Благодаря включению физиологических и биохимических механизмов эта система препятствует возрастанию в тканях рО2, предупреждая тем самым увеличение продукции свободных радикалов кислорода.

Антигипероксическое звено антиоксидантной защиты включает в себя следующие компоненты.

1. Наличие каскада уровней рО2, понижающегося в физиологических условиях от легочных альвеол к клеткам со 100—105 до 8—10 мм рт. ст., т. е. более чем в 10—13 раз. Формированию столь выраженного градиента между альвеолярным и клеточным р02 способствуют реакции системной, регионарной гемодинамики и микроциркуляции на гипероксию, сопровождающиеся уменьшением локального кровообращения в тканях.

2. Существование относительно большой межкапиллярной дистанции и высокого сродства цитохромоксидазы к кислороду, которые формируют еще один градиент рО2 — от капилляра до «мертвого угла» тканевого цилиндра, что уменьшает напряжение кислорода в некоторых субклеточных структурах в 100—1000 раз по сравнению с рО2 в притекающей к тканям крови.

В целом существование указанных выше элементов антигипероксической защиты следует рассматривать как несомненное достижение эволюции, обеспечивающее равновесие между интенсивностью транспорта кислорода к клеткам и системой метаболически выгодной и безопасной утилизации его в тканях.

Антирадикальное и тесно связанное с ним антиперекисное звенья антиокислительной защиты составляют как бы вторую и третью линии «обороны» от свободнорадикальной «атаки». Они препятствуют образованию и осуществляют удаление свободных радикалов кислорода, ингибируют свободнорадикальные реакции, в том числе реакции ПОЛ, а также способствуют распаду гидроперекисей.

Важнейшими компонентами антирадикальной и антиперекисной защиты являются:

1. Система антиоксидантных ферментов, катализирующих либо реакцию между активированными формами кислорода, в результате чего уменьшается концентрация оксигенных радикалов (антирадикальные ферменты), либо распад гидроперекисей нерадикальным путем (антиперекисные ферменты).

Одно из центральных мест в антирадикальной защите организма занимает открытый сравнительно недавно Мак Кордом и Фридовичем фермент супероксид-дисмутаза (СОД). Протекающая очень медленно в отсутствие СОД спонтанная дисмутация супероксидных анионов-радикалов приводит к образованию перекиси водорода и кислорода (по всей вероятности, синглетного). Катализируя эту реакцию дисмутации O2, СОД ускоряет ее в 10 000 раз, препятствуя образованию 1O2:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Таким образом, СОД снижает в клетке уровень O2, превращая его в менее реакционноспособные молекулы перекиси водорода, и одновременно предупреждает при этом образование весьма токсичного для клетки синглетного кислорода. Этим обеспечивается поддержание стационарной концентрации O2 на низком уровне и предотвращается реакция Габера—Вейсса. Всe виды СОД, встречающиеся у живых организмов, являются ферментами, в активном центре которых содержатся медь и цинк и либо марганец, либо железо. В клетках человека в цитозоле находится Cu-Zn-СОД, а в митохондриях Mn-СОД. Молекулярная масса СОД колеблется в пределах 33 000—80 000 Д. Михельсон и Пужет полагают, что кроме внутриклеточного пула СОД, содержащегося в митохондриях и цитозоле, есть и внеклеточный пул, который является ловушкой супероксидных анионов-радикалов, образующихся во внеклеточных компартментах в связи, например, с активной деятельностью фагоцитов. К настоящему времени удалось установить, что синтез Cu-Zn-СОД кодируется 21-й парой хромосом.

Для функционирования СОД в клетках существенное значение имеют две особенности действия этого фермента. Во-первых, ферментативная активность СОД остается постоянной при колебании pH в довольно широких пределах — от 5,5 до 9,5_и, во-вторых, при увеличении концентрации субстрата, т. е. O2 активность фермента не угнетается. Напротив, для некоторых бактерий и отдельных тканей млекопитающих показана возможность индуктивного синтеза СОД при увеличении степени оксигенации.

СОД чрезвычайно широко распространена среди живых организмов. Она присутствует во всех клетках, потребляющих кислород. Более того, в относительно небольшом количестве СОД обнаружена даже у некоторых анаэробов. Интересно, что у различных анаэробных бактерий, выделенных из организма больных, активность СОД находилась в соответствии с резистентностью этих бактерий к кислороду. У микобактерий лепры, способных к размножению внутри макрофагов, отмечен необычайно высокий уровень СОД, достигающий 7% от содержания общего белка. Это объясняет хорошую защищенность этих микроорганизмов в отличие от других бактерий от супероксидного аниона-радикала, вырабатываемого активированными фагоцитами.

Как ни важна СОД в системе антиоксидантной защиты, ее одной недостаточно для обеспечения устойчивости клеток к свободнорадикальному повреждению. Уменьшая содержание в клетке супероксида, СОД одновременно усиливает образование перекиси водорода, которая, хотя и значительно менее токсична, однако вступая в некоторые реакции (например, с O2 в присутствии железа), может приводить к образованию высокотоксичных свободнорадикальных соединений. Поэтому эффективность СОД зависит от ее взаимодействия с антиперекисными ферментами, разрушающими H2O2 и гидроперекиси липидов. У человека таких ферментов два: каталаза и глутатионпероксидаза.

Каталаза является гемсодержащим ферментом, локализованным в специальных субклеточных органеллах — пероксисомах. Она обеспечивает восьмикратное ускорение разрушения перекиси водорода:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Скорость декомпозиции фермент-субстратного комплекса для каталазы столь велика, что в пределах физиологических концентраций H2O2 субстратного насыщения не достигается. Вообще надо заметить, что активность СОД, каталазы, Глутатионпероксидазы является рекордной в ферментативном катализе, и скорости катализируемых этими ферментами реакций близки к диффузионному пределу.

Глутатионпероксидаза относится к ферментам пероксидазам, разрушающим H2O2 через так называемый пероксидазный механизм:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

где H2A — донор водорода. Использование специфических доноров водорода отличает пероксидазы от каталаз. Следовательно, в отличие от каталаз пероксидазы восстанавливают H2O2 до H2O за счет сопряженного окисления других соединений, в основном фенолов, ароматических кислот, аминов, которые тем самым подвергаются обезвреживанию. Некоторые из пероксидаз, в отличие от каталазы, в качестве субстрата используют гидроперекиси. Из всех пероксидаз наиболее выраженным антиперекисным действием обладает глутатионпероксидаза — селенсодержащий фермент цитозоля и митохондрий, в котором функцию донора водорода выполняет трипептид глутатион. Глутатионпероксидаза обладает способностью разрушать как перекись водорода, так и гидроперекиси липидов (возможные источники новых свободных радикалов), превращая последние в нетоксичные оксиформы:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

В обычных условиях H2O2 преимущественно метаболизируется с помощью глутатионпероксидазы, константа Михаэлиса которой ниже, чем у каталазы. Однако каталаза имеет большую активность в отношении H2O2 при высокой концентрации перекиси водорода. В связи с этим при увеличении продукции H2O2 клетки могут избежать истощения восстановленного и аккумуляции окисленного глутатиона.

Определенную роль в утилизации липоперекисей могут играть глутатион-S-трансферазы.

2. Низкомолекулярные антиоксиданты. Помимо ферментативных систем, детоксицирующих оксигенные радикалы и утилизирующих перекиси липидов, в клетке содержатся низкомолекулярные вещества, способные ингибировать свободнорадикальные реакции. Поскольку в клетках отсутствуют ферментыт, катализирующие детоксикацию наиболее агрессивных активированных форм кислорода — ОН и 1O2, антирадикальная активность неферментативных антиоксидантов вносит незаменимый и весьма существенный вклад в общую мощность антиоксидантной системы.

а. Витамин E (альфа-токоферол) — главный жирорастворимый антиоксидант организма, свойства которого основаны на егo способности восстанавливать свободные радикалы липоперекисей или окисей липидов путем неферментативной реакции:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Радикал витамина E восстанавливается в дальнейшем в ходе взаимодействия с другими веществами, которые могут выполнять антиоксидантную функцию, например, с витамином С. Витамин Е, кроме этого, является эффективной «ловушкой» синглетного кислорода. Хотя показано, что молекулы витамина E могут in vitro «тушить» радикалы ОН и O2 , требуются дополнительные доказательства того, что этот процесс осуществляется в живом организме.

Особая роль витамина E в системе антиоксидантов определяется еще и тем, что он, помимо взаимодействия с радикалами липидов, оказывает стабилизирующее действие на фазовое состояние липидного бислоя мембран за счет образования комплексов со свободными жирными кислотами и уменьшения тем самым повреждающего действия их избытка на мембраны, а также за счет ингибирования активности фосфолипазы A2. Интересно, что хинонная форма витамина E (токоферилхинон) может предотвращать образование супероксидного аниона-радикала вследствие способности конкурировать в качестве акцептора электронов с молекулярным кислородом. Аналогичную профилактическую функцию выполняет в организме витамин K3 — производное убихинона.

б. Витамин С функционирует как антиоксидант в нескольких реакциях. Во-первых, он вступает в реакцию с супероксидным анионом-радикалом:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Хотя константа скорости этой реакции на несколько порядков ниже, чем для СОД, присутствие аскорбиновой кислоты в высоких концентрациях в тканях придает этой реакции большую физиологическую значимость в обезвреживании O2.

Витамин С может также быстро реагировать с гидроксильным радикалом и участвовать в восстановлении радикала витамина Е:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Эта реакция проходит через образование семидегидроаскорбата — сравнительно долгоживущего свободного радикала, который может выступать в роли прооксиданта.

Следовательно, витамин С являет собой пример одновременно прямого и опосредованного участия низкомолекулярных соединений в антиоксидантной защите; Он может прямо тушить некоторые активированные формы O2 и способствовать поддержанию в тканях запасов важнейшего липидного антиоксиданта — восстановленного витамина Е. Однако некоторые интермедиаты витамина С — такие, например, как семидегидроаскорбат (радикальная форма аскорбиновой кислоты) или дегидроаскор-бат (потенциально способный образовывать свободные радикалы), являются стимуляторами свободнорадикальных окислительных процессов. Поэтому восстановление этих метаболитов до аскорбиновой кислоты путем неферментативной реакции с глутатионом, а также ферментативным путем с помощью НАД*Н-зависимой семидегидроаскорбатредуктазы или глутатионзависимой дегидроаскорбатредуктазы являются важными звеньями антирадикальной защиты.

в. β-каротин (провитамин А) является эффективным «тушителем» синглетного кислорода:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Энергия синглетного кислорода, перенесенная на β-каротин, освобождается путем выделения тепла:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

или абсорбируется в обратимой реакции изомеризации:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Эти реакции не являются деструктивными для самого тушителя. Одна молекула p-каротина может инактивировать до 1000 молекул 1O2 в соответствии с высокой константой скорости взаимодействия p-каротина и 1O2. Поскольку взаимодействие ненасыщенных жирных кислот и 1O2 имеет меньшую константу скорости, то даже относительно низкие концентрации β-каротина являются высокоэффективными в предотвращении ПОЛ, инициируемого синглетным кислородом.

Из указанных витаминов, ингибирующих свободнорадикальные реакции, витамин E и p-каротин локализуются в основном в липидных мембранах, а водорастворимый витамин С распределяется по всей клетке.

г. Следует упомянуть и ряд других низкомолекулярных соединений, принимающих участие в антирадикальной и антиперекисной защите. К ним прежде всего относятся некоторые полипептиды (глутатион) и содержащие сульфгидрильные группы аминокислоты (цистеин, цистамин), являющиеся фондом SН-групп, легко окисляемых в белках и ферментах. Кроме того, такие аминокислоты, как гистидин, триптофан, цистеин, тирозин и метионин, могут функционировать как «тушители» свободных радикалов кислорода.

Многие сахара (в этом плане следует особо выделить маннитол) являются хорошими «ловушками» ОН-. Весьма эффективными «ловушками» синглетного кислорода и гидроксильного радикала являются также мочевая кислота, мочевина, аргинин и полиамины (спермин, спермидин, путресцин).

Можно также отметить, что соли некоторых металлов, таких, как цинк, марганец, могут выступать в роли низкомолекулярных аналогов СОД. В частности, на бактериях было показано, что марганец действует, подобно СОД, улавливая O2 и образуя в качестве продукта реакции H2O2. Хотя подобная функция марганца в ощутимых пределах в клетках млекопитающих маловероятна из-за его низкой концентрации, неферментативное диспропорционирование активированных форм кислорода (в том числе и O2) может играть определенную роль в антирадикальной защите.

Некоторые органические соединения оказывают прямое или косвенное влияние на интенсивность ПОЛ посредством взаимодействия с промежуточными продуктами или веществами, катализирующими реакции ПОЛ. Например, меркантосоединения разлагают гидроперекиси липидов молекулярным путем без образования свободных радикалов, а моно-, ди- и трикарбоновые кислоты связывают один из мощнейших активаторов ПОЛ — негеминовое железо.

3. Система регуляции обмена фосфолипидов биомембран. С помощью этого биохимического механизма может быть изменена скорость инициирования и продолжения цепных свободнорадикальных реакций ПОЛ путем замещения одних ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов, на жирные кислоты иной степени насыщенности, более устойчивые к окислению. По сути дела, это означает существование на молекулярном уровне системы саморегуляции, с помощью которой изменение скорости окислительных превращений в липидах происходит одновременно и взаимосвязанно с изменением состава липидов. Поскольку скорость окисления фосфолипидов мембран зависит от количества двойных связей, т. е. степени ненасыщенности жирных кислот, изменение жирнокислотного состава фосфолипидов может существенно влиять на общую скорость ПОЛ. При увеличении скорости окислительных реакций в липидах и снижении их антиокислительной активности фосфолипиды теряют легкоокисляемые и обогащаются трудноокисляемыми фракциями, требующими меньшего расхода антиоксидантов. Это обстоятельство позволяет рассматривать данный механизм как важный способ регуляции ПОЛ в мембранах и их защиты от избыточной активации свободнорадикальных окислительных реакций.

4. Принято также считать, что сама структурная организация мембран такова, что сдерживает интенсивность свободнорадикальных реакций в определенных рамках (так называемый структурный фактор антиоксидантной защиты). Под структурным фактором защиты надо понимать комплекс свойств мембраны, включающий строго определенную ориентацию липидов в белоклипидных соединениях и большую плотность упаковки ненасыщенных жирных кислот в фосфолипидах мембран. В совокупности эти структурные свойства мембраны существенно затрудняют доступ кислорода и его активированных форм к жирным кислотам и ограничивают возможность их окисления. Одним из доказательств значимости структурного фактора антиоксидантной защиты может служить резкая активация ПОЛ при действии так называемых хаотропных агентов, нарушающих упорядоченную организацию липидно-белковых компонентов мембраны и увеличивающих их молекулярную подвижность. К числу хаотропных соединений относятся накапливающиеся в избытке жирные кислоты, лизофосфолипиды, некоторые анионы (бромиды, перхлораты).

5. Системы восстановления уровня клеточных антиоксидантов. При анализе механизмов антирадикальной и антиперекис-ной защиты обращает на себя внимание тот факт, что функционирование этих механизмов сопряжено с окислением молекул антиоксидантов, исключающим их дальнейшее участие в анти-окислительных реакциях. Естественно поэтому, что бесперебойная работа и, следовательно, высокая надежность антиоксидантных систем может быть осуществлена только при условии своевременной регенерации окисленных молекул антиоксидантов. В реализации этих восстановительных процессов, имеющих важное значение для клетки, участвуют следующие механизмы.

а. Система глутатион—НАДФ*Н. Помимо того что глутатион входит в состав глутатионпероксидазы, а также кроме прямого взаимодействия глутатиона с активированными формами кислорода, в ходе которого происходит дезактивация последних, восстановленный глутатион играет главную роль в регенерации восстановленных антиоксидантов.

Глутатион представляет собой трипептид, в состав которого входят глутаминовая кислота, цистеин и глицин (рис. 19). Глутатион переводит из окисленного в восстановленное состояние перекиси липидов, окисленные белки, окисленные SH-группы и витамин С.
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Восстановление окисленных соединений при помощи глутатиона катализируется различными ферментами: глутатионпероксидазой — для перекисей липидов, глутатион-Б-трансферазой — для окисленных сульфгидрильных групп белков и глутатиондегидроаскорбатредуктазой для окисленного витамина С. Несмотря на то, что эти реакции катализируются ферментами, неферментативное восстановление окисленных органических веществ с помощью глутатиона отнюдь не исключено вследствие его высокой внутриклеточной концентрации и большого восстановительного потенциала.

Исключительная важность глутатиона для защиты от окислительной деструкции клетки определяется еще тем, что восстановленный глутатион может сам быстро регенерировать посредством реакции, катализируемой глутатионредуктазой:
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

В свою очередь, НАДФ*Н регенерируется на путях ферментативного (оксидазного) окисления (цикл трикарбоновых кислот, пентозный цикл, бета-окисление жирных кислот) в реакциях, катализируемых малатдегидрогеназой, изоцитратдегидрогеназой, трансгидро-геназой (переносит H+ от НАД*H к НАДФ), глюкозо-6-фосфат- дегидрогеназой и 6-фосфоглюконатде-гидрогеназой. Субстратом для синтеза НАДФ*Н является витамин PP.

б. НАД-Н. Хотя первичным нуклеотидом, вовлекаемым в восстановление окисленных клеточных компонентов, является НАДФ-Н, довольно заметную роль в этих процессах играет НАД-Н. Главный вклад, который вносит НАД-Н в антиокислительную защиту, состоит в его участии в митохондриальной трансгидрогеназной реакции, в итоге которой образуется НАДФ*H путем переноса электрона от НАД*Н к НАДФ+.

Более непосредственной антиоксидантной функцией НАД*H является восстановление с его помощью семидегидроаскорбата в витамин С. НАД-Н быстро восстанавливается из НАД через основные дегидрогеназные реакции обмена главных субстратов окисления.

6. Определенный вклад в антиоксидантную защиту клетки вносит группа ферментов терминальной части дыхательной цепи (цитохромы, цитохромоксидазы), с помощью которых осуществляется одновременный перенос четырех электронов на молекулу кислорода в «обход» спинового запрета. Именно такая реализация многоэлектронного пути восстановления кислорода в активном центре оксидазных ферментов препятствует образованию токсических оксигенных радикалов.

7. Заслуживает упоминания еще один механизм, посредством которого осуществляется предупреждение генерации оксигенных радикалов в тканях. В основе реализации этого механизма лежит связывание с белками одних из самых мощных катализаторов продукции активированных форм кислорода — металлов переменной валентности (прежде всего железа и меди).

Подавляющее большинство железа в организме находится в связанном состоянии с функциональными белками — гемоглобином, белком, транспортирующим железо в крови (трансферрин), и белком, депонирующим железо в тканях (ферритин). Связанное железо неспособно катализировать реакцию Габера—Вейсса, в результате которой образуется ОН-. Железо, соединенное с трансферрином крови, проникает в клетки, где оно используется в железосодержащих ферментах, а избыток его запасается в виде внутриклеточного белка ферритина. Пул свободного, не связанного с белком железа в клетке практически ничтожен.

Подобно железу, свыше 90% сывороточной меди связано с белком церулоплазмином и не катализирует свободнорадикальные реакции, а часть меди, содержащейся в сыворотке, связано с аминокислотой гистидином. Церулоплазмин является медьсодержащим α2-глобулином плазмы млекопитающих. Один из механизмов антиоксидантного действия церулоплазмина заключается в выполнении им функции ферроксидазы. Этим достигается поддержание железа в феррисостоянии (Fe3+), оно значительно хуже генерирует свободные радикалы кислорода, чем ферросостояние (Fe2+). Важно отметить, что церулоплазмин обладает, хотя и значительно меньшей, чем у СОД, однако вполне определенной супероксиддисмутазной активностью. Это позволяет по-новому оценить результаты тех исследований, в которых было отмечено изменение содержания церулоплазмина в крови при том или ином виде патологии.

Подводя итог анализу механизмов защиты клетки от повреждающего действия свободных радикалов кислорода, следует отметить, что она базируется на содружественной деятельности ряда регуляторных систем, обеспечивающих поддержание концентрации активированных форм кислорода и продуктов их взаимодействия с некоторыми органическими веществами (прежде всего липидами) на стационарном, безвредном для клетки уровне. Реализация функции этих систем регуляции достигается включением нескольких механизмов, направленных на поддержание в клетке оптимальной (относительно низкой) концентрации кислорода, на прямое ферментативное превращение активированных форм O2 в менее токсические формы, на неферментативное ингибирование оксигенных радикалов при помощи антиоксидантов, на «тушение» энергии радикалов соответствующими «ловушками», на разрушение гидроперекисей и на восстановление израсходованных в свободнорадикальных реакциях антиоксидантов. К сказанному можно добавить, что важными условиями, определяющими высокую эффективность и надежность функционирования актиоксидантных механизмов, являются их многокомпонентность, сбалансированность отдельных компонентов антиокислительной защиты, оптимальная пространственная координация реакций, в частности, расположение антиоксидантных ферментов в непосредственной близости к участкам аккумуляции оксигенных радикалов, а также избыточная мощность по отношению к уровню оксигенации ткани и активности ПОЛ в естественных условиях.

При оценке факторов, обусловливающих эффективность деятельности антиокислительных систем, не следует игнорировать и состав пищевого рациона. Действительно, если учесть, что главные антиоксиданты — витамин Е, витамин С и р-каротин — не синтезируются в организме и могут быть получены только с пищей, следует признать важность ее состава для поддержания нормальной функции низкомолекулярных ингибиторов свободнорадикальных реакций. С пищей организм получает такие микроэлементы, как медь, марганец и цинк, включающиеся в состав СОД, а также селен, входящий в молекулу глутатионпероксидазы. Для синтеза глутатиона в организме требуется поступление с пищей незаменимой аминокислоты цистеина. Функционирование основных компонентов антиоксидантной системы и их связь с составом пищи Представлена на рис. 20.
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

Из представленных данных, свидетельствующих о существенной роли свободнорадикальных окислительных реакций в реализации действия гипероксии, следует, что разработка методов контроля за степенью их активации в ходе курса ГБО имеет важное практическое значение.

В последнее время предложен новый метод оценки интенсивности ПОЛ в организме человека. Как было показано в экспериментах на животных, содержание газообразных продуктов эндогенного ПОЛ в выдыхаемом воздухе адекватно отражает интенсивность процесса ПОЛ в организме. Суть метода заключается в регистрации летучих низших углеводородов (метана, этана, пропана или пентана), которые образуются в организме в процессе ПОЛ как результат последовательного распада гидроперекисей липидов. Важным преимуществом данного метода по сравнению с другими способами анализа продуктов ПОЛ в биологических тканях является его неинвазивность и отсутствие необходимости выделения клеточных или липидных фракций, что чревато появлением артефактов. Это позволяет использовать данный метод для анализа уровня ПОЛ в клинике.

Основываясь на определении содержания пентана в выдыхаемом воздухе, недавно была предпринята попытка оценить изменение величины активности ПОЛ после сеанса ГБО у детей в возрасте от 5 до 14 лет с опухолями различной локализации. ГБО проводили в одноместной барокамере «ОКА-МТ» при 2 ата и времени сатурации 60 мин. Подобный режим оксигенации вызывал активацию ПОЛ, регистрируемую по двух-трехкратному увеличению содержания пен-тана в выдыхаемом воздухе. Это увеличение отмечалось через 10 мин и отсутствовало через 1 или 2 ч после окончания сеанса. Таким образом, активация ПОЛ при данных условиях ГБО имеет характер резко выраженного и кратковременного процесса.

Однако в этом исследовании осталось не выясненным, происходит ли изменение интенсивности ПОЛ в организме именно во время сеанса ГБО? Если происходит, то как быстро оно возникает и какова общая длительность активации переокисления липидов при данном режиме гипероксии?

Этот вопрос был решен в работе, проведенной нами совместно с Ф.З. Меерсоном, В. Е. Каганом, Л.Л. Прилипко и О.Н. Орловым.

В этой работе изучались: вариабельность уровня эндогенного ПОЛ у здоровых людей при длительном динамическом наблюдении; изменение содержания продуктов ПОЛ в выдыхаемом воздухе у здоровых людей, подвергшихся однократному сеансу ГБО; изменение содержания газообразных продуктов ПОЛ у людей, неоднократно подвергавшихся ГБО по медицинским показаниям.

Для исследования влияния однократного сеанса ГБО на динамику содержания продуктов ПОЛ в выдыхаемом воздухе у пяти здоровых добровольцев-мужчин в возрасте от 23 до 35 лет натощак в условиях основного обмена в специальные полиэтиленовые, пакеты, продутые накануне азотом и герметически закрытые, отбирались пробы выдыхаемого воздуха. Отбор проб осуществлялся за несколько минут до начала компрессии, на 30-й мин пребывания испытуемого в барокамере, сразу и спустя 1 и 2 ч после окончания ГБО. Сеансы ГБО проводили в одноместной кислородной барокамере фирмы «Drager-1200» (ФРГ). Величина компрессии 2 ата, продолжительность сатурации 30 мин. Длительность всего сеанса, включая периоды компрессии и декомпрессии, составляла 50 мин.

У трех больных (двух мужчин и одной женщины) в возрасте 24, 50 и 35 лет соответственно, страдавших в двух случаях хроническим заболеванием глаз и в одном — желудка, динамику продуктов ПОЛ в выдыхаемом воздухе исследовали в ходе многократных сеансов ГБО, проводимых по одному в день в течение недели. Каждый сеанс проведен по описанной выше схеме. Отбор проб осуществлялся в ходе одного, трех, пяти и семи сеансов ГБО. Следует отметить, что ни у одного из упомянутых пациентов до начала лечения в барокамере при тщательном стационарном обследовании не было обнаружено признаков нарушения кислородного баланса организма или расстройств со стороны системы кровообращения и дыхания.

Концентрирование органических веществ, содержащихся в выдыхаемом воздухе, проводили на колонке 5-120 мм, заполненной TENAX-QC, 60—80 меш (Нидерланды)-сорбентом, улавливающим органические вещества. Для этого воздух из пакета пропускали через поглотительную колонку в течение 20 мин со скоростью 30 мл/мин. Затем соединяли колонку с системой газового хроматографа. При этом газ-носитель через поглотительную колонку поступал в У-образный капилляр инжектора хроматографа. После пятиминутной промывки газом-носителем капилляр погружали в жидкий азот и нагревали поглотительную колонку электрическим током в течение 15 с до 300° С. Через 4 мин осуществляли нагрев капилляра в течение 50—60 с до 250—300° С. Хроматографический анализ проводили на газовом хроматографе «Perkin-Elmer Gas Chromatograph F22» («Perkin-Elmer», Швеция). В качестве газа-носителя применяли гелий (ВЧ, СССР). Расход гелия 14 мл/мин, водорода 40 мл/мин, воздуха 400 мл/мин. Температура колонки 155° С. инжектора 210° С. детектора 20' С. Интегрирование площади пиков проводили на «Shimadzu Chromato-рас C-R2A» («Shimadzu», Япония).
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

На рис. 21 представлены типичные хроматограммы выдыхаемого воздуха, полученные от здорового человека до и после сеанса ГБО. Можно видеть, что после концентрирования на поглотителе TENAX—GC на хроматограмме всегда выявляется пик, соответствующий пентану (на рис. 21 указан стрелкой) — продукту «перекисной» деградации ω-б-полиеновых жирных ацилов.

При анализе содержания пентана в выдыхаемом воздухе у одного и того же человека в течение длительного периода времени (60 дней) была обнаружена относительная стабильность этого показателя (табл. 1). Несмотря на существенные различия в исходном уровне содержания пентана, интенсивность эндогенного ПОЛ в течение 60-дневного периода меняется незначительно. Таким образом, для здоровых людей, находящихся в стандартных физиологических условиях, характерен в каждом индивидуальном случае вполне определенный стационарный уровень эндогенного ПОЛ.
Регуляция активности свободнорадикальных окислительных процессов

При повышенном парциальном давлении кислорода регистрируется увеличение содержания пентана в выдыхаемом воздухе. Как следует из рис. 22, в атмосфере чистого кислорода при давлении 2 ата через 30 мин содержание пентана повышено в 3,2 раза по сравнению с исходным уровнем. После окончания сеанса ГБО наблюдается снижение содержания пентана в выдыхаемом воздухе, которое даже по прошествии трехчасового периода не возвращается к исходному уровню, оставаясь выше контрольных величин на 62%.

При многократных экспозициях ГБО общей закономерности изменения содержания продуктов ПОЛ в выдыхаемом воздухе зарегистрировать не удалось. В части случаев повторные сеансы ГБО не влияли на реакцию эндогенного ПОЛ к действию ГБО. В других случаях при повторных сеансах ГБО наблюдалось существенное снижение исходного уровня содержания пентана (до сеанса) и уменьшение амплитуды ответа на действие ГБО, что может быть обусловлено адаптационным увеличением мощности антиоксидантных систем, контролирующих уровень свободнорадикального окисления липидов в организме. И, наконец, повторные экспозиции ГБО оказывались способными вызывать прямо противоположный эффект, а именно увеличивать исходный уровень содержания пентана и амплитуды гипероксигенационного ответа, что, вероятно, указывает на недостаточную мощность антиоксидантных систем организма, оказывающихся не в состоянии скомпенсировать стимулирующие эффекты кислорода на реакцию ПОЛ. Вероятно, именно в таких случаях необходимость непрерывного контроля за интенсивностью реакций свободнорадикального окисления в организме является наиболее очевидной.

В совокупности представленные результаты свидетельствуют о том, что ГБО даже в терапевтическом режиме обладает способностью активировать ПОЛ. Степень активации ПОЛ будет зависеть от ряда факторов, важнейшими из которых являются исходная мощность антиоксидантной системы организма и характер реакции последней на гипероксию. Из этих данных с достаточной очевидностью следует также, что анализ стационарного уровня эндогенного ПОЛ в организме по содержанию пентана в выдыхаемом воздухе может быть использован в клинической практике в качестве одного из критериев выбора оптимального режима ГБО для каждого пациента в отдельности.