4.3. МОЛЕКУЛЯРНО-КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИНДУКЦИИ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ

В ряде работ предпринята попытка установления молекулярно-клеточных механизмов активации процессов липопероксидации, выска-зана мысль о цитокинопосредованной интенсификации процессов ПОЛ при бак-териальном эндотоксикозе. Так, установлено, что фибронектин - один из ве-дущих факторов адгезии и агрегации клеток к эндотелиальной стенке, обес-печивает связывание и элиминацию микроорганизмов, продуктов распада собственных тканей, оказывает влияние на генерацию супероксидного ани-он-радикала нейтрофилами. Характер этого влияния зависит от числа ней-трофилов и их фоновой активности. Фибронектин усиливает пониженную и уменьшает повышенную генерацию супероксиданионрадикала нейтрофила-ми (Полуэктова В.Б., Глоба А.Г., Хитров Н.К., Пак С.Г., 1996).

Фактором инициации свободнорадикального окисления при раз-личных формах патологии инфекционной и неинфекционной природы может служить недостаточность ферментного звена антиоксидантной системы, обу-словленная по крайней мере комплексным взаимодействием трех групп фак-торов:

1. Подавлением активности ферментов СОД, каталазы, глутатион-пероксидазы под влиянием бактериальных эндо-, экзотоксинов и фермен-тов патогенности.

2. Избыточным расходом антиоксидантов вследствие активации ПОЛ.

3. Потерей антиоксидантных ферментов и растворимых антиокси-дантов через биологические мембраны клеток.

Показано, что способностью подавлять активность глутатион-пероксидазы, глутатионредуктазы обладают холерные токсины и вакцины (Петяев И.М., 1981, 1981).

Сальмонеллезный эндотоксин вызывает изменение активности супер-оксиддисмутазы и глутатионпероксидазы печени и кишечника эксперимен-тальных животных (Попкова Н.И., Керницкий Б.С., Сорочинская Е.П. и со-авт., 1984; Оконеко Л.Б., 1987).

Угнетение СОД обнаружено при стафилококковом сепсисе, ботулини-ческой интоксикации, а также под влиянием различных по плазмидному со-ставу штаммов чумного микроба и отдельных его антигенов (Чеснокова Н.П., Моррисон В.В., Киричук В.Ф., 1989; Наумов А.В., Ледванов М.Ю., Дроздов И.Г., Попов Ю.А. и соавт., 1993; Стукова Н.Ю., Дроздов И.Г., Попов Ю.А. и соавт., 1993; Стукова Н.Ю., Емельянова Н.В., Дроздов И.Г. и соавт., 1993; Ледванов М.Ю., Стукова Н.Ю., Шведун Г.П. и соавт., 1994).

Вышеизложенные данные позволяют высказать предположение о пер-вичном ингибирующем воздействии эндотоксинов, экзотоксинов, ферментов патогенности на ферментные и неферментные звенья АОС с последующей активацией процессов свободнорадикального окисления.

Как указывалось выше, неспецифическими индуцирующими фактора-ми активации процессов липопероксидации при бактериальных инфекциях и заболеваниях небактериальной природы являются стресс, активация симпа-то-адреналовой системы, гипоксия циркуляторного, гемического, дыхатель-ного, тканевого происхождения, ишемия, развитие локального воспаления или системного воспалительного ответа при септических заболеваниях (Пет-рович Ю.А., Гучкин Д.В., 1986; Рашба Ю.Э., Вартанян Л.С., Серегина Л.А. и соавт., 1986; Николаев С.М. и соавт., 1997).

Последовательность развития и взаимодействия молекулярно-клеточных механизмов, индуцирующих активацию свободнорадикального окисления в биологических мембранах при различных видах патологии, опи-сана в ряде исследований (Меерсон Ф.З., 1981; Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г., 1988; Петрович Ю.А., Гуткин Д.В., 1986). Как известно, в патогенезе ряда инфекций и интоксикаций важная роль отводится развитию гипоксии и ишемии тканей. Установлено, что уже на ранних стадиях ишемии включает-ся механизм активации ПОЛ электронно-транспортными переносчиками. В случае достаточного количества O2 в тканях электроны доходят до конца це-пи и под действием концевого фермента - цитохромоксидазы переносятся на кислород с образованием H2O, при этом не происходит утечки электронов и соответственно образования активных форм O2. При блокаде конечного звена дыхательной цепи в условиях ишемической гипоксии происходит разгрузка дыхательной цепи от постоянно пополняющих ее электронов за счет утечки электронов по пути следования к цитохромоксидазе. Причиной образования супероксидного анион-радикала и перекиси водорода в тканях при ишемии является одноэлектронное восстановление O2 на убихиноне под влиянием электронов, не достигающих цитохромоксидазы.

До настоящего момента не установлены ферментные комплексы дыха-тельной цепи, генерирующие супероксидные анион-радикалы. Возможно, что в образовании активных форм кислорода при «утечке» электронов при-нимают участие НАД.H-зависимые дегидрогеназы и убихинон-редуктазы, либо сукцинат, либо участок в=с сегментов дыхательной цепи.

При ишемии и гипоксии тканей отмечено последовательное снижение активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатионтранс-феразы и каталазы (Гуткин Д.В., Петрович Ю.А., 1982; Рашба Ю.Э., Варта-нян Л.С., Серегина Л.А. и соавт., 1986).

Следует отметить, что при гипоксии и ишемии в первую очередь уси-ливается образование малоактивного супероксидного анион-радикала, яв-ляющегося слабым окислителем и не способным непосредственно иницииро-вать реакции ПОЛ. В связи с этим очевидна важная роль в индукции процес-сов липопероксидации более агрессивных гидроксильного и гидроперок-сильного радикалов, образование которых резко усиливается в процессе пре-вращения O- в условиях ацидоза (Метелица Д.И.,1982; Kateda K. et al., 1979; Gebik J., Bielski B., 1981).

Ацидотические сдвиги в крови и тканях, как известно, являются неиз-менными спутниками гипоксических состояний.

Значительно большее образование свободных радикалов имеет место, когда вслед за достаточно выраженной гипоксией и ишемией происходит чрезмерное накопление восстановленных переносчиков цепи-доноров про-дуктов ПОЛ.

Реоксигенация может реализовываться при выходе больного из шоко-вого состояния, в том числе и бактериально-токсического шока, при лечении различных форм инфекционной и неинфекционной патологии с использова-нием гипербарической оксигенации, при запоздалых и поэтому неудачных попытках лечить острый инфаркт миокарда путем ферментативного лизиса тромба, после аортокоронарного шунтирования и т.д.

Касаясь молекулярно-клеточных механизмов активации СРО при ише-мии и гипоксии, свойственных различным бактериальным инфекциям и ин-токсикациям, следует отметить значимость ксантиоксидазной системы. Уси-ление образования свободных радикалов в указанной системе обусловлено, с одной стороны, накоплением субстратов реакции - ксантина и гипоксантина вследствие усиления распада в тканях адениловых электронов. Это состоя-ние, обозначаемое как реоксигенация, характеризуется значительным накоп-лением нуклеотидов. С другой стороны, гипоксия индуцирует усиление трансформации ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу (Рашба Э.Ю., Вар-танян Л.С., Серегина Л.А., 1986; McCord J.M., 1983; Van Bell H., Frans G., 1987). В то же время известно, что при участии ксантиндегидрогеназы про-исходит окисление гипоксантина до мочевой кислоты в присутствии НАД без образования активных форм O2. Между тем, реакции с помощью ксанти-ноксидазы осуществляются без участия НАД с образованием супероксидного анион-радикала.

Как известно, ксантиноксидаза представляет собой комплекс молиб-ден- и железосодержащих нестабильных цитозольных ферментов с широкой субстратной специфичностью, содержащихся в различных органах и тканях. Ксантиноксидаза участвует в метаболизме пуринов (гипоксантина и ксанти-на) с образованием мочевой кислоты, а также в окислении пиримидинов, жирных кислот, катехоламинов, глутатиона, дегидрировании восстановлен-ных форм НАД и НАДФ.

Роль ксантиноксидазы в генерации активных форм O2 может быть обу-словлена ее способностью повышать уровень свободного железа в плазме крови и усилении индукции при наличии в среде металла с переменной ва-лентностью образования OH.-радикалов.

Типовой реакцией митохондрий на гипоксию тканей является их набу-хание с последующим разобщением процессов окислительного фосфорили-рования и дыхания, что проявляется дефицитом АТФ и избыточным накоп-лением продуктов распада макроэрга - АДФ и АМФ (Лукьянова Д.Л., Балму-хинов Б.С., Уголев А.Т., 1982).

При дефиците АТФ нарушаются процессы энергозависимого транспор-та ионов через биологические мембраны, возникает перегрузка клеток иона-ми Ca2+. Последний активирует железо, переводя его из депонированной формы в свободную, усиливает конверсию ксантиноксидазы и ксантиндегид-ратазы. При этом, как указывалось выше, усиливается продукция свободных радикалов, активируются процессы липопероксидации (Каган В.Е., Архипен-ко Ю.В., Козлов Ю.П., 1983; Каган В.Е. и соавт. 1983, 1984).

В условиях гипоксии и ацидоза происходит избыточное образование НАД.H и НАДФ.H, инициирующих образование активных форм кислорода. Одновременно активируются лизосомальные гидролазы, в частности, фосфо-липазы, инициирующие каскад реакций с участием циклоксигеназы и липок-сигеназы и образование свободных радикалов в реакциях метаболизма и взаимопревращение простагландинов, лейкотриенов. И наконец при ацидозе, как правило, подавляется активность СОД, увеличивается скорость спонтан-ной дисмутации супероксидных анион-радикалов с образованием синглетно-го кислорода (Горбатенкова Е.А., Азизова О.А., Парамонов Н.В. и др., 1988; Биленко М.В., 1989).

Следует отметить, что характер образующихся при ацидозе свободных радикалов определяется выраженностью ацидоза. Так, для кардиомиоцитов показано, что при pH 7,0 ксантиноксидазная система генерирует в основном супероксидный анион-радикал, который угнетает транспорт Ca2+ и актив-ность АТФ-азы. При дальнейшем снижении pH до 6,4 в системе образуется более токсичный OH.-радикал.

Активация свободнорадикального окисления при ряде бактериальных инфекций и интоксикаций, а также заболеваний неинфекционной природы может быть обусловлена развитием стрессорной ситуации, усиленным вы-бросом катехоламинов, являющихся наряду с глюкокортикоидами гормона-ми адаптации.

Как известно, при усилении адренергических влияний на различные органы и ткани интенсификация образования активных форм кислорода мо-жет реализовываться при аутоокислении адреналина, а также через гипер-стимуляцию - и -адренорецепторов, стимуляцию неспецифических фосфо-липаз и нарушение баланса Ca2+ с последующим каскадом реакций усиления синтеза простагландинов и образования АФК в процессе их метаболизма (Федоров Б.М., 1991; Карли Фр., 1997; Смирнова В.И. и соавт., 1998).

В последние годы важную роль в механизмах адаптации к действию стрессорных раздражителей отводят оксиду азота (NO). Последний обеспе-чивает регулирующее влияние на функциональную активность сердечно-сосудистой, иммунной, пищеварительной, мочеполовой систем, играет ме-диаторную функцию в различных структурах мозга. Установлено, что NO может выполнять роль стресслимитирующего фактора, ограничивая выброс гипофизарных стресс-гормонов, освобождение катехоламинов в синаптиче-ских структурах и из надпочечников (Малышев И.Ю., Манухина Е.Б., 1998).

Показано, что NO может предупреждать повышение внутриклеточной концентрации кальция, увеличивает активность антиокси-дантных фермен-тов и экспрессию кодирующих их генов, активирует синтез протекторных белков Hsp70. В ряде работ показана ключевая роль NO в предупреждении адгезии и агрегации тромбоцитов и соответственно – ограничении усиления тромбообразования при стрессе.

Однако NO может участвовать не только в механизмах адаптации, но и неспецифического повреждения в условиях его гипер- или гипопродукции (Игнарро Л.Дж., 1997).

Установлено, что гипопродукция NO возникает под действием липо-протеинов низкой плотности, высоких концентраций глюкозы, на фоне ише-мии, что приводит к повышению тонуса сосудов, развитию гипертензии, тромбоза, иммунодефицита. Гиперпродукция NO является важнейшим зве-ном патогенеза острой гипотензии при кардиогенном, септическом и других видах шока. В последние годы высказывается точка зрения, что NO, суперок-сид и продукт их реакции - пероксинитрит играют важную роль в патогенезе различных заболеваний, являясь медиаторами воспаления, модифицируя белки и повреждая нуклеиновые кислоты. Мутагенный эффект избыточных концентраций пероксинитрита при хронических формах инфекционного вос-палительного процессса может инициировать развитие канцерогенеза (Маеда Х., Акаике Т., 1998).

И наконец, под влиянием бактериальных токсинов, ферментов пато-генности, ишемии неизменно включается лейкоцитарный механизм актива-ции ПОЛ (Глоба А.Г., Демидова В.С., Темяков В.Г., 1991).

Как известно, нейтрофилы и моноциты содержат НАДФ.H-оксигеназную систему и миелопероксидазы. НАДФ.H-оксигеназная электро-транспортная цепь связана с плазматической мембраной и включает после-довательность НАДФ, ФАД, убихинон, специфический цитохром В245 (558). Миелопероксидаза локализована в гранулах и является галогенидпероксида-зой, катализирует реакцию между ионами хлора, йода, брома, роданида и пе-рекисью водорода, образованной НАДФ.H-оксигеназной системой. Выделе-ние синглетного кислорода происходит в процессе взаимодействия гипохло-рита, образованного в реакциях с участием миелопероксидазы, с молекулой H2O2.

В НАДФ.H-оксигеназной системе одноэлектронным переносом с ФАД.H на O2 образуются супероксидные анион-радикал и семихинонная форма фАД.H, передающая электрон на цитохром В с последующей продук-цией супероксидного анион-радикала. В процессе взаимодействия суперок-сидного анион-радикала и H2O2 образуются гидроксильный радикал и синг-летный кислород.

Активные формы O2 по анионным каналам выходят в плазму. В про-цессе дыхательного взрыва выброс активных форм O2 увеличивается в десят-ки раз. Источником НАДФ в нейтрофилах служит пентозофосфатный путь окисления глюкозы.

Лейкоцитарный механизм активации ПОЛ при инфекциях и интокси-кациях включается как под влиянием бактериальных, вирусных патогенных факторов, так и за счет развития гипоксии, ишемии тканей. Так, активация НАДФ.H-оксигеназной системы нейтрофилов происходит под влиянием фа-гоцитируемых объектов (вирусов, бактерий, продуктов распада тканей), а также на фоне воздействия хемоаттрактантов, лектинов, лейкотриенов, фак-тора активации тромбоцитов, циркулирующих иммунных комплексов. Ин-фильтрация ишемизированных зон или зон воспалительных реакций лейко-цитами сопровождается интенсификацией липопероксидации.

В норме НАДФ.H-оксигеназная система находится в разобранном виде в плазматической мембране, цитоскелете, цитозоле, эндоплазматической се-ти. Система собирается и активируется за 2 секунды.

Касаясь молекулярных механизмов, индуцирующих развитие дыха-тельного взрыва в лейкоцитах, следует отметить активизирующую роль кальция и кальмодулина.

В ряде работ показано, что усиление образования и утилизации АТФ в лейкоцитах и соответственно АТФ-опосредованной индукции дыхательного всплеска с последующей генерацией свободных радикалов отмечается под влиянием ряда гормонов и биологически активных соединений, в частно-сти,инсулина, СТГ, пролактина, интерлейкина-2, -тромбина, фрагментов фибронектина.

Резюмируя вышеизложенное, следует заключить, что независимо от специфики воздействия инициирующих факторов в динамике развития пато-логии присоединяются неспецифические механизмы дезинтеграции различ-ных субклеточных фракций, нарушения структуры и функции различных ор-ганов и систем за счет индукции процессов свободно - радикального окисле-ния под влиянием бактериальных токсинов, вирусов, ферментов патогенно-сти, гипоксии, ишемии, сдвигов гормонального баланса. Таким образом, ста-новится очевидным, что интенсификация свободнорадикального окисления является типовым процессом дезинтеграции биологических мембран при различных формах патологии инфекционной и неинфекционной природы.

предыдущий раздел | содержание| следующий раздел