Свободни радикали и антиоксиданти

Откриването на свободните радикали и антиоксиданти беше за медицинската наука като значителна чужбина, както по време на откриването на микроорганизми и антибиотици, защото лекарите получават не само обяснение на редица патологични процеси, включително и стареене, но и ефективни методи за справяне с тях.

Последното десетилетие бе белязано от успехи в изучаването на свободните радикали в биологичните обекти. Тези процеси се оказаха необходима метаболитна връзка в нормалната жизнена дейност на тялото. Те участват в реакциите на окислително фосфорилиране, в биосинтезата на простагландини и нуклеинови киселини, в регулирането на липотичната активност, в процесите на клетъчно делене. В организма най-често се образуват свободни радикали по време на окисляването на ненаситени мастни киселини и този процес е тясно свързан с липидното окисление на свободните радикали (LPO).

Какво представляват свободните радикали?

Безплатна радикал - молекула или атом, имащ несдвоен електрон във външна орбита, което представлява неговата агресивност и способността не само да реагира с молекулите на клетъчната мембрана, но също така и да ги направят в свободни радикали (самоподдържаща лавина реакция).

Въглеродът, съдържащ радикала, реагира с молекулярен кислород, образувайки свободен от пероксид свободен радикал на COO.

Пероксидният радикал извлича водород от страничната верига на ненаситените мастни киселини, образувайки липиден хидропероксид и друг въглерод, съдържащ радикал.

Липидните хидропероксиди повишават концентрацията на цитотоксични алдехиди, а въглеродът, съдържащ радикала, подпомага образуването на пероксидни радикали и т.н. (по веригата).

Различни механизми на образуване на свободни радикали са известни. Един от тях е ефектът от йонизиращото лъчение. В някои ситуации в процеса на редуциране на молекулния кислород се добавя един електрон вместо две и се образува силно реактивен супероксиден анион (О). Образуването на супероксид е един от защитните механизми срещу бактериална инфекция: без свободни от кислород радикали, неутрофили и макрофаги не могат да убиват бактерии.

Присъствието на антиоксиданти в клетката и в извънклетъчното пространство показва, че образуването на свободни радикали не е случаен феномен, причинени от излагане на йонизиращо лъчение или токсини, и постоянен придружаваща окислителната реакция в обичайните условия. Основните антиоксиданти са ензимите на групата супероксид дисмутаза (SODs), чиято функция е да катализира пероксидния анион в водороден пероксид и молекулярен кислород. Тъй като супероксид дисмутазите са повсеместни, легитимно е да се приеме, че супероксидният анион е един от основните странични продукти на всички окислителни процеси. Каталази и пероксидази превръщат водородния пероксид, образуван по време на процеса на разпадане във вода.

Основната характеристика на свободните радикали е тяхната необичайна химическа активност. Сякаш чувствайки своята дефектност, те се опитват да възвърнат изгубения електронен, агресивно да го отнемат от други молекули. На свой ред молекулите "обидени" също стават радикали и вече започват да се ограбват, като отнемат електроните от съседите си. Всички промени в молекулата - било то загубата или добавянето на електрона, появата на нови атоми или групи от атоми - оказват влияние върху неговите свойства. Следователно свободните радикални реакции, протичащи в дадено вещество, променят физикохимичните свойства на това вещество.

Най-известният пример за процес на свободни радикали е развалянето на нефт (гранясване). Рандидното масло има особен вкус и мирис, което се обяснява с появата в него на нови вещества, образувани по време на реакциите на свободните радикали. Най-важното е, че участниците в реакциите на свободните радикали могат да станат протеини, мазнини и ДНК на живите тъкани. Това води до развитието на различни патологични процеси, които увреждат тъканите, стареенето и развитието на злокачествени тумори.

Най-агресивният от всички свободни радикали са свободните радикали на кислорода. Те могат да предизвикат лавина от реакции на свободни радикали в жива тъкан, последствията от които могат да бъдат катастрофални. Свободните радикали на кислорода и неговите активни форми (например, липидни пероксиди) могат да се образуват в кожата и всяка друга тъкан под въздействието на ултравиолетовите лъчи, някои токсични вещества, които се съдържат във водата и въздуха. Но най-важното е, че се образуват реактивни кислородни видове, когато някое възпаление, всякакви инфекциозни процеси, протичащи в кожата, или всеки друг орган, тъй като те са основното оръжие на имунната система, което го разрушава патогени.

За да се скриете от свободните радикали е невъзможно (също тъй като е невъзможно да изчезнат от бактериите, но от тях е възможно да бъдат защитени). Съществуват вещества, които се различават по това, че техните свободни радикали са по-малко агресивни от радикалите на други вещества. След като даде своя електронен сигнал на агресора, антиоксидантът не се стреми да компенсира загубата, дължаща се на други молекули, или по-скоро го прави само в редки случаи. Следователно, когато свободният радикал реагира с антиоксидант, той се превръща в пълноценна молекула и антиоксидантът става слаб и неактивен радикал. Такива радикали вече са безобидни и не създават химически хаос.

Какво представляват антиоксидантите?

"Антиоксидантите" са колективни концепции и като концепции като "антилобластици" и "имуномодулатори" не предполагат членство в определена химическа група от вещества. Тяхната специфичност е най-близката връзка с липидното окисление на свободните радикали и по-специално патологията на свободните радикали. Това свойство съчетава различни антиоксиданти, всеки от които има своите особености на действие.

Процесите на свободен радикал окисление на липидите са от общ характер и биологична са внезапно тяхното активиране, според много автори, универсалната механизъм на клетъчно увреждане на ниво мембрана. В липидната пероксидация на биологичните мембрани процеси фаза доведе до увеличаване на вискозитета и поръчване на двуслойна мембрана, мембранни свойства фаза на климата и намаляване на електрическото съпротивление и улесняване на обмена на фосфолипиди между два монослоя (наречена фосфолипид тригер). Под въздействието на пероксидните процеси се наблюдава и инхибиране на мобилността на мембранните протеини. На клетъчно ниво на липидната пероксидация придружени от подуване на митохондриите, откачването на окислително фосфорилиране (и в напреднал процес - разтваряне мембранни структури), който е на нивото на целия организъм се проявява в развитието на така наречените свободни радикали патология.

Свободни радикали и увреждания на клетките

Днес стана ясно, че образуването на свободни радикали е един от универсалните патогенетични механизми за различни видове клетъчни увреждания, включително следното:

• реперфузия на клетки след период на исхемия;
• някои лекарствено индуцирани форми на хемолитична анемия;
• отравяне с някои хербициди;
• управлението на въглероден тетрахлорид;
• йонизиращо лъчение;
• някои механизми на стареене на клетките (например, натрупването на липидни продукти в клетката - на цероиди и липофузин);
• Кислородна токсичност;
• атерогенеза, дължаща се на окисляване на липопротеини с ниска плътност в артериалните стенови клетки.

Свободните радикали участват в процесите:

• стареене;
• канцерогенеза;
• химическо и лекарствено увреждане на клетките;
• възпаление;
• радиоактивно увреждане;
• атерогенеза;
• кислород и озон.

Ефекти на свободните радикали

Окисляването на ненаситени мастни киселини в състава на клетъчните мембрани е един от основните ефекти на свободните радикали. Свободните радикали също увреждат протеините (особено тиол-съдържащите протеини) и ДНК. Морфологично резултат от клетъчна стена на липидното окисление е образуването на полярни пропускливост канали, което увеличава пасивната пропускливост на мембраната за Са2 +, излишъкът от която се отлага в митохондриите. Окислителните реакции обикновено се потискат от хидрофобни антиоксиданти, като витамин Е и глутатион пероксидаза. Витамин Е-подобни антиоксиданти, които разбиват веригата на окисляване се намират в пресни зеленчуци и плодове.

Свободните радикали също реагират с молекулите в йонната и водната среда на клетъчните отделения. В йонната среда антиоксиданният потенциал се задържа от молекулите на вещества като редуциран глутатион, аскорбинова киселина и цистеин. Защитните свойства на антиоксидантите стават очевидни, когато след изчерпване на запасите им в изолирана клетка се наблюдават характерни морфологични и функционални промени, дължащи се на окисляването на липидите на клетъчната мембрана.

Видовете щети, причинени от свободните радикали се определят не само агресивност, произведен от радикали, но и структурни и биохимични характеристики на лицето, изложени на риск. Например, в извънклетъчното пространство свободни радикали разрушават гликозаминогликан земята вещество на съединителната тъкан, която може да бъде един от механизмите за разрушаване на ставите (например, ревматоиден артрит). Промяна на пропускливостта на свободни радикали (и следователно на бариерната функция на цитоплазмени) мембрани във връзка с образуването на повишената пропускливост канали, което води до нарушаване на вода и йон хомеостаза клетки. Смята се, че необходимата доставка на витамини и микроелементи при пациенти с ревматоиден артрит, по-специално, корекция на витамин недостатъци и микроелементи недостатъци oligogalom Е. Това е така, защото се оказа значително инхибиране активирането пероксидация и антиоксидантна активност, така че е важно комплекс на включване на лечение с високи bioantioxidants антирадикал активност, към който са антиоксиданти, витамини (например, с и а) и микроелементи селен (SE). Също така е показано, че използването на дози от синтетичен витамин Е, който се абсорбира лошо от естественото. Например, дози от витамин Е и 400 до 800 IU / дневно води до намаляване на сърдечно-съдови заболявания (53%). Обаче, реакцията на ефективността на антиоксиданти ще се получи в големи контролирани проучвания (от 8000 до 40 000 пациенти), които бяха проведени през 1997 г.

Като защитни сили, които поддържат скоростта на LPO на определено ниво, се изолират ензимни системи за инхибиране на окислителната пероксидация и естествените антиоксиданти. Има 3 нива на регулиране на скоростта на оксидация на свободни радикали. Първият етап е аноксичен, поддържайки доста ниско парциално налягане на кислорода в клетката. Това включва предимно респираторни ензими, които се конкурират за кислород. Въпреки голямата вариабилност в абсорбцията на ОЗ в организма и освобождаването на CO2, pO2 и pCO2 в артериалната кръв от него, нормата е сравнително постоянна. Втората фаза на защита е анти-радикална. Състои се от различни вещества в тялото (витамин Е, аскорбинова киселина, някои стероидни хормони и др.), Които прекъсват процесите на LPO, взаимодействащи със свободните радикали. Третият етап е антипероксид, който разрушава вече създадените пероксиди с помощта на подходящи ензими или не-ензимно. Въпреки това все още няма единна класификация и единни възгледи за механизмите на регулиране на скоростта на реакциите на свободните радикали и действието на защитните сили, които осигуряват изхвърлянето на крайните продукти на LPO.

Смята се, че в зависимост от интензивността и продължителността на промени в регулацията на липидни реакции пероксидация са: първо носи лечими с последващо възстановяване на нормалното, от друга страна, да доведе до преминаване към друго ниво на авторегулация и трето, някои от ефектите на този механизъм на саморегулиране е разединен и вследствие на това води до невъзможност за упражняване на регулаторни функции. Ето защо разбирането на регулаторната роля на липидите реакции пероксидация в контекста на действие върху организма на екстремни фактори като студ, необходим етап на изследвания, насочени към развитието на научно-обосновани методи за контрол на процесите на адаптация и на комбинираното лечение, профилактика и рехабилитация на общи заболявания.

Един от най-често използваните и ефективни е комплекс от антиоксиданти, който включва токоферол, аскорбат и метионин. Анализирайки механизма на действие на всеки от използваните антиоксиданти, се отбелязва следното. Микрозоми - едно от основните места за натрупване в клетките на черния дроб на екзогенно въведения токоферол. Като потенциален донор на протони може да действа аскорбинова киселина, която се окислява до дехидроаскорбинова киселина. В допълнение, е показана способността на аскорбиновата киселина да взаимодейства директно със синглетен кислород, хидроксилен радикал и супероксиден радикален анион и също така да разруши водороден пероксид. Съществуват също така доказателства, че токоферолът в микрозомите може да бъде регенериран от тиоли и по-специално от редуциран глутатион.

По този начин, в тялото има множество взаимосвързани антиоксидантни системи, главната роля в поддържането на ензимни и неензимни реакции на окисление в стационарна ниво. На всеки етап от развитието на пероксидните реакции съществува специализирана система, която изпълнява тези функции. Някои от тези системи е строго специфичен, други като глутатион, токоферол, имат по-голяма широта на действие и по-ниска субстратна специфичност. Адитивност ензимно взаимодействие и не-ензимни системи антиоксидантни заедно осигурява устойчивост на екстремни фактори, които про-оксидантни свойства, че е. Е. Способността да се създадат условия в организма, предразполагащ към развитието на активирани кислородни видове и липидната пероксидация активират реакции. Няма съмнение, че активирането на LPO реакциите се наблюдава под въздействието на редица фактори на околната среда върху организма и патологични процеси от различно естество. Според В. Ю Куликов и др. (1988), в зависимост от активирането на липидни механизми пероксидация реакционни всички фактори, които действат върху тялото, е възможно с определена вероятност разделени в следните групи.

Фактори на физико-химичното естество, които подпомагат увеличаването на тъканите на прекурсори и директни активатори на LPO реакции:

• кислород под налягане;
• озон;
• азотен оксид;
• йонизираща радиация и др.

Фактори от биологичен характер:

• процеси на фагоцитоза;
• разрушаване на клетки и клетъчни мембрани;
• генерирана система от активирани кислородни видове.

Факторите, определящи активността на антиоксидантните системи на организма, са ензимни и не ензимни по природа:

• активност на процесите, свързани с индуцирането на антиоксидантни системи с ензимен характер;
• генетични фактори, свързани с депресията на ензим, който регулира реакциите на LPO (дефицит на глутатион пероксидаза, каталаза и др.);
• хранителни фактори (липса на храна в токоферол, селен, други микроелементи и др.);
• структура на клетъчните мембрани;
• естеството на връзката между антиоксиданти от ензимен и не-ензимен характер.

Рискови фактори, които потенцират активирането на LPO реакции:

• активиране на кислородния режим на тялото;
• състояние на стрес (студ, висока температура, хипоксия, емоционални и болезнени ефекти);
• гиперлипидемия.

По този начин, активиране на липидни реакции пероксидация в организма е тясно свързано с функционирането на транспорта и използването на кислород. Особено полезни са адаптогени, сред които и широко използван от елеутерокок. Получаването на основата на това растение има тонизиращо, адаптогенно, антистрес, анти-атеросклеротични, анти-диабетни и други свойства, намалява общата честота, включително грип. При изучаване на биохимични механизми на действие на антиоксиданти при хора, животни и растения значително разширени редица патологични състояния, за които лечението използват антиоксиданти. Антиоксидантите са били успешно използвани като адаптоген за защита от радиационно увреждане, лечение на рани и изгаряния, туберкулоза, сърдечно-съдови заболявания, невропсихиатрични заболявания, тумори, диабет и други. Естествено, повишен интерес към механизмите на това универсалност на действие на антиоксиданти.

Понастоящем експериментално установява, че ефективността на антиоксидантите се определя от тяхната активност при инхибиране на липидната пероксидация чрез взаимодействие с перокси и други радикали, които инициират LPO, а също и поради ефектите на антиоксиданти върху мембранната структура за улесняване на достъпа на кислород до липиди. LPO може също да се промени с медиираната система на антиоксидантно действие чрез неврохормонални механизми. Показано е, че антиоксидантите оказват влияние върху освобождаването на невротрансмитер и освобождаването на хормони, чувствителността на рецепторите и тяхното свързване. На свой ред, промяната в концентрацията на хормони и невротрансмитери променя интензивността на липидната пероксидация в прицелните клетки, което води до промяна в липидния скорост катаболизъм и, като следствие, промяна в техния състав. Взаимодействието между скоростта на LPO и промяната в спектъра на мембранните фосфолипиди играе регулаторна роля. Подобна система за регулиране се намира в клетъчните мембрани на животни, растителни и микробни организми. Както е известно, съставът и течливостта на мембранните липиди влияят върху активността на мембранните протеини, ензимите и рецепторите. Чрез тази система за регулиране на антиоксиданти действа за ремонт мембрани, променен патологичното състояние на организма, нормализира неговия състав, структура и функционална активност. Промяна макромолекулна синтеза ензимна активност и състав ядрената матрица като състава на мембранни липиди, предизвикани от действието на антиоксиданти може да се обясни с тяхното въздействие върху синтеза на ДНК, РНК, протеин. В същото време в литературата се появиха данни за директното взаимодействие на антиоксиданти с макромолекули.

Това, както и наскоро открити доказателства за ефикасността на антиоксиданти в пикомоларни концентрации подчертае ролята на рецептор пътища в техните ефекти върху клетъчния метаболизъм. В VE Kagan (1981) на механизмите на структурни и функционални модификации на биологични мембрани е показано, че зависимостта на липидни реакции пероксидация в биологични мембрани зависи не само от състава на мастните киселини (степен на ненаситеност), но също така и на структурната организация на липидната фаза на мембрани (липид молекулна подвижност , силата на протеино-липидните и липид-липидните взаимодействия). Установено е, че в резултат от натрупване на липидната пероксидация продукти преразпределение среща в мембраната: размерът на течни понижения в liptsdov biosloe намалено количество на имобилизирани липид мембранни протеини и липиди увеличаване на броя на подредени в biosloe (клъстери). V.

При изучаване на природата, състава и хомеостаза механизъм на антиоксидант система показва, че проявата на вредните ефекти на свободните радикали и пероксидни съединения пречи комплекс многокомпонентен антиоксидант система (AOS), който осигурява свързване и модификация на радикалите, предотвратяващи образуването или унищожаване на пероксиди. Той включва: хидрофилни и хидрофобни органични вещества с редуциращи свойства; Ензими, които поддържат хомеостазата на тези вещества; антипероксидни ензими. Сред антиоксиданти са естествени липиди (стероидни хормони, витамини Е, А, К, флавоноиди и полифеноли, витамин Е, убихинон) и водоразтворим (тиоли ниско молекулно тегло, аскорбинова киселина) вещество. Тези вещества са или капани на свободни радикали, или унищожават пероксидни съединения.

Една част от тъканните антиоксиданти е хидрофилна, а другата е хидрофобна, което прави възможно едновременно да се защитят от окислителни агенти функционално важни молекули във водната и липидната фази.

Общият размер на bioantiokisliteley създава в тъканта "буфер антиоксидант система" има определен капацитет и съотношението на prooxidant и антиоксидантни системи определя така наречената "антиоксидант статус" на тялото. Има всички основания да вярваме, че сред антиоксидант тъкан заемат специално място тиоли. Потвърждение на следните факти са: висока реактивност на сулфхидрилни групи, при което някои окислени тиоли при много висока скорост зависимост от скоростта на окислително модифициране на SH-групи, за да ги среда радикал в молекулата. Това обстоятелство позволява да изберете от различни тиол специфична група от съединения с лесно окисляващи вещества, антиоксиданти, извършващи специфични функции: обратимостта на окислението на сулфхидрилни групи в дисулфид, което прави възможно по принцип енергично благоприятно поддържане на хомеостазата на тиолови антиоксиданти в клетката без активиране на биосинтеза им; способността на тиоли за да покаже как анти-радикален и antiperoxide действие. Хидрофилни тиоли поради високото им съдържание на водната фаза клетки и способността да предпазва от окислително увреждане на биологично важни молекули, ензими, нуклеинови киселини, хемоглобин и други. Въпреки това, наличието на тиолни съединения неполярни групи позволява проява на тяхната антиоксидантна активност във фазата на липид клетка. По този начин, заедно с вещества на липид характер, тиолови съединения със значително участие в защита на клетъчните структури от ефектите на окислителни фактори.

Окислението в тъканите на тялото също е повлияно от аскорбинова киселина. Тя, подобно на тиолите, е част от САО, участва в свързването на свободните радикали и в разрушаването на пероксидите. Аскорбинова киселина, молекула, която съдържа двете полярни и неполярни групи имат близо функционално взаимодействие с глутатион-SH и липидни антиоксиданти, засилване на действие на последната и предотвратяване пероксидация. Очевидно тиоловите антиоксиданти играят доминираща роля в защитата на основните структурни компоненти на биологичните мембрани, като например фосфолипидите, или се потапят в липидния слой на протеините.

От своя страна водоразтворимите антиоксиданти - тиоловите съединения и аскорбиновата киселина - проявяват своето защитно действие главно във водната среда - цитоплазмата на клетката или кръвната плазма. Трябва да се има предвид, че кръвната система е вътрешна среда, която играе решаваща роля в неспецифичните и специфични реакции на отбраната, засягащи нейната устойчивост и реактивност.

[1], [2], [3], [4], [5], [6],

Свободни радикали в патологията

Досега в литературата се разглежда въпроса за причинно-следствените взаимоотношения в промените в интензивността на липопероксидацията в динамиката на развитието на болестите. Според някои автори, това е нарушение на стационарност на процеса е основната причина за тези болести, докато други смятат, че промяната в интензитета на липидната пероксидация е следствие на тези патологични процеси, инициирани съвсем различни механизми.

Изследванията, проведени през последните години, показват, че промените в интензивността на оксидацията на свободните радикали придружават заболявания от различен произход, което потвърждава тезата за общата биологична природа на увреждането на клетките от свободни радикали. Натрупано достатъчно доказателства за патогенетичното засягане на увреждането на свободните радикали на молекулите, клетките, органите и организма като цяло и успешното лечение с техните фармакологични препарати, които имат антиоксидантни свойства.