А. Г. Чучалин Хронические обструктивные болезни легких
|
|
Скачать 8.77 Mb.
|
|
^
С. К. Соодаева Исследования последних лет показали, что оксиданты, в первую очередь, активные формы кислорода (АФК), играют ключевую роль в молекулярных механизмах патогенеза хронических обструктивных болезней легких (ХОБЛ). Респираторный тракт постоянно подвергается действию кислорода и других ингалируемых газов — озона, диоксидов азота и серы и т. д., обладающих оксидативным эффектом (Bast A.,1996). Значительные количества АФК продуцируют фагоцитирующие клетки (нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы периферической крови, тканевые макрофаги и т. д.) при взаимодействии с возбудителями инфекции, иммунными комплексами или пылевыми частицами. АФК, образуемые фагоцитами, являются важным элементом защиты организма от чужеродных объектов, так как обладают антибактериальными, антипаразитарными, противоопухолевыми свойствами (Биленко М. В., 1989; Bellavite P., 1988, Halliwell В. et al., 1989). Свободные радикалы принимают участие также в реакциях детоксикации ксенобиотиков, биоэнергетических процессах и т. д. Таким образом, АФК участвуют во многих физиологических и метаболических процессах в организме. Однако при патологических состояниях дисбаланс в системе оксиданты-антиоксиданты способствует развитию «оксидативного стресса», который обычно выражается в избыточной продукции АФК, что приводит к повреждению биомолекул как собственных, так и окружающих клеток и тканей. В настоящее время существуют убедительные доказательства значимой роли оксидативного стресса в развитии ХОБЛ. ^ К АФК обычно относят пероксид водорода, синглетный кислород, гипохлорит, кислородные радикалы — супероксидный анион-радикал и радикал гидроксида. В последние годы пристальное внимание уделяется еще одному свободному радикалу — монооксиду азота, часто называемому окисью азота (Владимиров Ю. А., 1997). Большинство биомолекул имеют на электронных орбиталях по два электрона с противоположно направленными спинами. Именно упорядочение магнитных моментов этих парных электронов обеспечивает стабильность молекул и, соответственно, устойчивость химических соединений. Свободные радикалы имеют на внешней орбитали один или несколько неспаренных электронов. Такие молекулы или атомы легко вступают в химические реакции, поэтому для свободных радикалов характерна высокая реакционная способность. Образование радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или удалением одного электрона из электронной пары. Эти процессы обычно происходят в результате реакций окисления или восстановления, а также при разрыве химических связей, образованных электронами, принадлежащими разным атомам (Владимиров Ю. А. и др., 1991). Молекула кислорода может быть восстановлена последовательно четырьмя электронами (Метелица Д. И, 1984) — см. схему. ^  Образование АФК является следствием неполного (одно-, двух-, трехэлектронного) восстановления молекулярного кислорода вместо полного, четырехэлектронного, приводящего к образованию воды. Процесс полного восстановления кислородадо №0 является более энергозависимым, чем процессы неполного восстановления. В результате одноэлектронного восстановления молекулы кислорода происходит образование супероксидного радикала (O2–) или его протонированной формы — пергидроксильного радикала (НО2•). Одноэлектронное восстановление O2–, в свою очередь, приводит к образованию пероксид-иона O22– или в протонированной форме — пероксида водорода (H2O2). Окислительно-восстановительный потенциал этой реакции составляет 0,89 В. Столько же энергии требуется для отрыва электрона от Н2О2 с образованием O2–. То есть супероксид может продуцироваться как при восстановлении молекулярного кислорода, так и при одноэлектронном окислении Н2О2. Связь О-О в молекуле Н2О2 непрочна, поэтому он может легко превращаться в гидроксильный радикал (НО•) в результате одноэлектронного восстановления, а также воздействия ультрафиолетового или ионизирующего излучений. В биологических системах донорами электронов чаще всего являются ионы металлов переменной валентности и, в первую очередь, железа. Вследствие высокой химической активности свободных радикалов кислорода время их жизни в клетке составляет всего миллисекунды для супероксида и микросекунды для НО• (Владимиров Ю. А.,1991). Одной из основных реакций, определяющих свойства супероксида является реакция его протонирования. Химическая активность O2– сильно зависит от среды: рН, полярности, температуры и т. д. Супероксидный радикал в неполярном окружении может легко окислять углеводороды, то есть при определенных условиях способен проявлять высокую активность в процессах деструкции. Наиболее сильным ферментом, защищающим от повреждающего действия O2–, является супероксиддисмутаза (СОД). В результате дисмутации супероксида, спонтанной или катализируемой СОД происходит образование Н2О2. Пероксид водорода не имеет неспаренных электронов на внешней орбитали, соответственно, не относится к радикалам и является окислителем умеренной силы. В отличие от других АФК, молекула Н202 достаточно стабильна и не несет электрического заряда. Это позволяет Н202 легко проникать через мембраны внутрь клеток, где он может взаимодействовать с ионами металлов переменной валентности (преимущественно железа) или использоваться с помощью фермента миелопероксидазы для синтеза чрезвычайно сильного оксиданта гипохлорита (ClO–): Н2O2+Cl– Н2O+ClO– Цитотоксическое действие H2O2 обусловлено также тем, что он является источником высокореакционноспособных НО•, которые образуются в присутствии ионов железа в реакции Фентона: Н2O2 + Fe2+ НО• + ОН– + Fe3+ Реакция Фентона является основной реакцией генерации НО в биологических системах. Кроме этого, гидроксильный радикал образуется из гипохлорита в реакции Осипова: ClO– + H++ Fe2+ НО• + Cl– + Fe3+ Гидроксильные радикалы обладают очень высокой химической активностью. Известно, что константы скорости их реакций с большинством биологически важных молекул близки к диффузионным. Они могут участвовать в реакциях трех основных типов: отрыва атома водорода, присоединения по двойной связи и переноса электрона. К первому типу относится взаимодействие НО с ненасыщенными жирнокислотными цепями в молекулах липидов, что приводит к инициированию перекисного окисления липидов в биологических мембранах. К этому же типу реакций относится взаимодействие с рибозой и дезоксирибозой. Гидроксильные радикалы вызывают деградацию этих неотъемлемых компонентов нуклеиновых кислот, что лежит в основе мутагенного действия НО. Реакции НО- с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями нуклеиновых кислот относятся ко второму типу. Присоединение гидроксида может привести к нарушению комплементарности оснований в цепи ДНК и вызвать в итоге мутацию или гибель клетки (Владимиров Ю. А. и др., 1991; Halliwell В. et al., 1989). Окись азота (NО) имеет неспаренный электрон, соответственно обладает свойствами свободнорадикальной частицы, в частности проявляя высокую реактивность при взаимодействии с другими радикалами (Singh S. et al., 1997). Так, в присутствии супероксида окись азота превращается в очень токсичное соединение — пероксинитрит-анион (ONOO-): NО + О2- -> ONOO-, который затем может вступать в следующие реакции с образованием гидроксильного радикала и диоксида азота: ^ +N02 Окись азота реагирует с супероксид-анионом в три раза быстрее, чем супероксиддисмутаза, что способствует нарастанию продукции более реакционноспособных пероксинитрита и гидроксильного радикала, обладающих наибольшим повреждающим действием по отношению к биологически важным молекулам. Важным проявлением повреждающего действия АФК является перекисное окисление липидов (ПОЛ) биологических мембран, приводящее к нарушению их барьерных и других свойств, а также расстройству структурной целостности и функций клетки (ферментативной активности, рецепторной функции, ионного транспорта и т. д.) и, наконец, разрушению и гибели. Схема основных реакций ПОЛ общепризнана, соответствует классической схеме разветвленного свободнорадикального окисления органических соединений и разделена на четыре стадии: инициирования, продолжения, разветвления и обрыва цепей. В целом процесс ПОЛ развивается по каскадному механизму с последующим образованием многочисленных продуктов, которые условно разделяют на промежуточные, первичные, вторичные и конечные. К последним относят альдегиды, кетоны, предельные углеводороды. ПОЛ-индуцирующая способность различных АФК неравнозначна и находится в обратной зависимости от продолжительности их жизни (НО• < О2– < H2О2) и в прямой зависимости от их диффузионной способности (Биленко М. В., 1989). Наиболее вероятным кандидатом на радикал-инициатор является гидроксильный радикал. Наличие ионов железа и генерация кислородных метаболитов, таким образом, являются необходимым и достаточным условием появления в клетке настоящих цитотоксичных радикалов липидов (Владимиров Ю. А. и др., 1991). ^ Важной предпосылкой к выяснению механизма токсического действия кислорода и продуктов его активации на биологические системы явилось обнаружение Фридовичем в 1968 году супероксиддисмутазы и предложенная затем теория супероксидзависимой токсичности кислорода. Супероксидный радикал — первый интермедиат восстановления молекулярного кислорода считается ключевым, с него начинается каскад активных метаболитов кислорода и именно он является, по всей видимости, родоначальником всех АФК in vivo (Владимиров Ю. А. и др., 1991). Образование О2- происходит при функционировании ряда растворимых ферментов, таких как ксантиноксидаза, альдегидоксидаза, пероксидазы и т. д. Радикалы продуцируются также при аутоокислении ряда биоорганических соединений — флавинов, тиолов, гемопротеинов, гидрохинонов, катехоламинов. Так, окисление адреналина в адренохром, как и биосинтез адреналина, сопровождается высвобождением супероксида. Мощными источниками супероксида in vivo в большинстве аэробных клеток является митохондриальная и микросомальная цепи переноса электронов (Владимиров Ю. А. и др., 1991; Halliwell В. et al., 1989; Archakov A. I. et al., 1990). При физиологических условиях гемопротеины митохондрий (MX) непосредственно вступают в реакцию с кислородом. Более 90% кислорода, поступающего в клетку, поглощается дыхательной цепью MX. Большая часть кислорода подвергается двухэлектронному восстановлению с образованием воды. Но, наряду с этим, дыхательная цепь может стать существенным источником кислородных радикалов. Активные метаболиты кислорода образуются в дыхательной цепи MX в результате утечки электронов с восстановленных элементов цепи на молекулярный кислород. Скорость образования О2- в MX находится в прямой зависимости от сопряженности дыхательной цепи и резко возрастает при разобщении дыхания с окислительным фосфорилированием, что ведет к восстановлению переносчиков на предшествующих блокаде участках и усилению утечки электронов. Большое значение имеет образование АФК в микросомальной монооксигеназной системе. Микросомальные гидроксилирующие системы локализованы в эндоплазматическом ретикулуме таких жизненно важных органов как легкие, печень, мозг, кишечник, почки, кожа, и ответственны за биотрансформацию огромного числа гидрофобных соединений. Они окисляют как эндогенные субстраты (стероиды, холестерин), так и многочисленные ксенобиотики, попадающие в организм из окружающей среды. Это лекарства, яды, канцерогены, среди которых одно из основных мест занимают ПАУ. Ксенобиотики посредством монооксигеназной системы претерпевают ферментативную активацию в электрофильные соединения, которые детоксицируются и выводятся из организма. В отдельных случаях промежуточные продукты могут взаимодействовать с ключевыми внутриклеточными макромолекулами, что связывают с возникновением токсических, тератогенных, мутагенных и канцерогенных эффектов. Фармакологическая активность и токсическое действие многих ксенобиотиков обусловлены их метаболизмом монооксигеназами легких, служащих входными воротами организма. Содержащая цитохром Р-450 монооксигеназная система относится к классу монооксигеназ внешнего типа, то есть требует для своей работы внешних источников (доноров) электронов для переноса на молекулярный кислород (Archakov А. I. et al., 1990). В общем виде реакции, катализируемые этой системой, можно представить следующей схемой: R+02 + DH2 -— RO + D + Н20, где R — субстрат, DH2 — донор электронов. При функционировании монооксигеназ один из атомов кислорода включается в молекулу окисляемого субстрата, а другой расходуется на образование воды. Основным ферментом является цитохром Р-450 — терминальный акцептор электронов в микросомальной цепи. На сегодняшний день общепринято, что цитохром Р-450 осуществляет связывание молекул ксенобиотиков и активирует молекулярный кислород в монооксигеназных реакциях. Цитохром Р-450 является типичным одноэлектронным переносчиком в реакции взаимодействия с кислородом. Соответственно, образование O2– на этом гемопротеине является обязательной стадией восстановления кислорода, что было убедительно продемонстрировано исследованиями в реконструированной монооксигеназной системе (Soodaeva S. К. et al., 1982). Установлено, что в микросомальной цепи окисления АФК образуются преимущественно при распаде тройного комплекса, при котором происходит окисление субстрата активным кислородом (Archakov A. I. et al., 1990). Цитохром Р-450 обладает очень высоким сродством к О2 и успешно конкурирует с цитохромоксидазой митохондрий за кислород. Окись азота образуется из аминокислоты L-аргинина. Реакция катализируется ферментом — NO-синтазой, гемопротеином, свойства которого сходны с цитохромом Р-450, и содержащего как окисляющий, так и восстанавливающий домены. Для продукции окиси азота фермент использует в качестве косубстратов кислород и НАДФН. Идентифицированы три изоформы NO-синтазы. Конститутивные изоформы находятся в эндотелиальных клетках (eNOS, или тип 3) и нейронах (nNOS, или тип 1) и активируются при увеличении внутриклеточного кальция. Индуцибельная NO-синтаза (iNOS, или тип 2) — третья изоформа, индуцируется в некоторых типах клеток в присутствии эндотоксина и медиаторов воспаления таких как цитокины (Singh S. et al.,1997). Чрезвычайно важным источником АФК являются фагоцитирующие клетки. При контакте фагоцитов с чужеродными частицами происходит активация клеток, приводящая к существенным изменениям окислительного метаболизма — увеличению ионной проницаемости клеточной мембраны, усилению окисления глюкозы, резкому возрастанию (в десятки раз) потребления кислорода, сопровождающемуся образованием супероксида. Этот феномен получил название «дыхательного» или «респираторного взрыва» (respiratory burst). Функциональная активность фагоцитирующих клеток в значительной степени обусловлена способностью этих клеток генерировать АФК. Наиболее отчетливо это показано для бактерицидной функции фагоцитов, а также для внеклеточного цитотоксического действия на опухолевые клетки. Показано, что бактерицидный эффект фагоцитов осуществляется действием АФК внутри фаголизосом, а цитотоксический — действием на объекты, расположенные вне фагоцита, и осуществляется посредством выброса АФК снаружи клетки (Биленко М. В., 1989; Halliwell В. et al., 1989; Rossi F. et al., 1989). Активация клеток может быть связана не только с процессом фагоцитоза, но и с действием некоторых растворимых веществ, которые изменяют конформацию клеточных мембран фагоцитов или увеличивают проницаемость мембран для катионов кальция или калия. Было выявлено, что процесс прикрепления и распластывания клеток на различных поверхностях также сопровождается усилением окислительного метаболизма, то есть как циркулирующие, так и тканевые фагоцитирующие клетки при неблагоприятных условиях (адгезия, агрегация, нарушение физико-химических свойств мембран и т. д.) становятся источниками АФК В основе «дыхательного взрыва» лежит резкое повышение образования НАДФН в клетке в результате активации гексозомонофосфатного шунта (ГМФШ) и окисление НАДФН ферментным комплексом — НАДФН-оксидазой (Bellavite P., 1988; Rossi F. et al., 1986, 1989). НАДФН-оксидаза является мембраносвязанным ферментом и восстанавливает молекулярный кислород до супероксида на внешней поверхности плазматической мембраны за счет окисления НАДФН на ее внутренней стороне. Эта реакция в общем виде может быть изображена следующей схемой:  Основными компонентами НАДФН-оксидазы являются НАДФН-специфичный флавопротеин и гемопротеин — цитохром В245. Генерация супероксида происходит на цитохроме В245- Доказательства этого могут быть суммированы в виде следующих положений. Цитохром В245, в отличие от флавопротеина, обладает свойствами типичной терминальной оксидазы. Его низкий стандартный редокс-потенциал, равный 245 мВ, позволяет быстро восстанавливать молекулярный кислород до супероксида. Цитохром В245 обнаружен во всех фагоцитирующих клетках, отвечающих за активацию дыхательного взрыва. Во время клеточной дифференцировки этот гемопротеин появляется параллельно со способностью клеток к дыхательному взрыву и генерации супероксида. Локализован он как в плазматической мембране, так и в гранулярной фракции клеток и фагоцитарных вакуолях. Наиболее убедительно демонстрируют роль цитохрома В245 в развитии дыхательного взрыва данные, полученные на клетках больных хроническим гранулематозом. Фагоциты этих больных не могут образовывать супероксид, а значит и другие АФК, то есть не способны к продукции молекулярного оружия дня борьбы с микробами. У женщин, больных хроническим гранулематозом с Х-зависимым типом наследования, резко снижено содержание цитохрома В245 в нейтрофилах, а у мужчин гемопротеин полностью отсутствует. При аутосомно-рецессивном типе наследования гемопротеид присутствует, но он не способен восстанавливаться в анаэробных условиях после стимуляции клетки. Возможные пути и механизмы активации с участием вторичных мессенджеров самой НАДФН-оксидазы фагоцитов подробно обсуждаются в обзоре Р. Bellavite. Вторым, но не уступающим по важности НАДФН-оксидазе источником генерации АФК в фагоцитах, является система миелопероксидаза (МПО)-Н2О2 — галоген. Эта система также запускается активацией фагоцита и приводит к образованию наиболее реактивных форм — гипохлорита и гидроксильных радикалов. Гипохлорит является сильнейшим окислителем и взаимодействует со многими биомолекулами, давая хлорпроизводные, включая хлорамины (Владимиров Ю. А. и др., 1991). Он обладает гораздо большей реакционной способностью, чем Н202, и гораздо большей стабильностью, чем гидроксильный радикал. Занимая по своей реакционной способности промежуточное положение между перекисью водорода и гидроксильным радикалом, гипохлорит-ион оптимально сочетает в себе свойства частицы, способной к диффузии на значительные расстояния и к окислительной модификации. Содержание МПО особенно высоко в нейтрофилах (5% от сухой массы). В макрофагах, эозинофилах, тромбоцитах содержится небольшое количество МПО (Биленко М. В., 1989). МПО локализована внутриклеточно в азурофильных гранулах нейтрофилов и имеет низкий рН-оптимум (3,5-4,0), что говорит о ее незначительной активности на поверхности клетки. Из-за неспецифичности действия гипохлорита в МПО-реакции модифицируется и инактивируется как сам фермент, так и другие участники фагоцитарной реакции. Инактивации под действием ClO– подвергается один из наиболее сильных ингибиторов протеаз — 1-антипротеиназа. Доля участия кислородзависимого механизма в функциональной активности нейтрофилов выше, чем макрофагов, что связано, по-видимому, с дефицитом в них СОД и более выраженной активностью МПО. Так, в нейтрофилах до 90%, в моноцитах около 30%, а в альвеолярных макрофагах (AM) менее 10% потребляемого кислорода идет на образование активных метаболитов кислорода (Биленко М. В., 1989). Малый выход АФК в AM, возможно, связан с эволюционно обусловленной выраженностью антиокислительной защиты в этих клетках. Однако воспаление, действие эндотоксинов, пыли способствуют рекрутированию в легкие макрофагов, обладающих повышенной способностью продуцировать АФК (Bellavite P., 1988). На интенсивность дыхательного взрыва оказывает влияние рад факторов: тип фагоцитов, исходное состояние клеток, природа стимулирующего агента. Стимуляторами запуска систем генерации АФК фагоцитами являются многочисленные, практически любые активирующие фагоцитоз факторы, а также контакт клеток с чужеродным материалом: патологически измененным белком; свободными жирными кислотами и диацилглицеролами, образующимися при активации фосфолипаз; хемотаксическими стимулами; мембраноактивными веществами, изменяющими молекулярную топографию плазматической мембраны (Биленко М. В., 1989). Активация НАДФН-оксидазы фагоцитов и активация метаболизма арахидоновой кислоты сопутствуют друг другу (Rossi F. et al., 1986).0бразование АФК может происходить на начальных этапах циклоксигеназного и липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты: в циклоксигеназном пути в процессе превращения простагландинов G2 и Н2 (пероксидазная функция простагландин-Н-синтетазы); в липоксигеназном пути при превращении ее в оксикислоту (пероксидазная функция глутатион-пероксидазы). Исходя из вышеизложенного, наиболее вероятна следующая последовательность окислительных реакций при активации фагоцитирующих клеток. Стимулированный фагоцит начинает продуцировать O2–, которые дисмутируют с образованием Н2О2. И супероксид, и пероксид водорода могут сами по себе принимать участие в модификации макромолекул, а также через реакции МПО и Фентона. Пероксид водорода на поверхности клетки в месте контакта с макромолекулами поверхности бактерий, грибов, простейших, пылей, при наличии лигандированных на них восстановленных ионов металлов в реакции Фентона дает гидроксильный радикал, который и модифицирует белки. Возможна и диффузия Н2О2 внутрь атакуемых чужеродных клеток с последующей модификацией внутриклеточных белков и нуклеиновых кислот. Все эти реакции, вероятнее всего, происходят в микрообъемах, в местах контакта фагоцита с чужеродным агентом, которые ограничены от всего остального объема местами слияния мембран, во избежание утечки активного кислорода и с тем, чтобы повысить его локальную концентрацию (Rossi F. et al., 1986). Многие ферменты, в том числе и клетки хозяина, при этом инактивируются. Модификация макромолекул приводит к их разрушению и увеличивает атакуемость гидролитическими ферментами. Неспецифичность АФК в фагоцитарных реакциях свидетельствует о важной роли окислительных частиц не только в реакциях фагоцитоза, но и во всем воспалительном процессе как таковом. Таким образом, активация фагоцитов приводит сначала к образованию O2–, а затем более сильных окислителей — НО•, ClO–, которые способны модифицировать белки, липиды, нуклеиновые кислоты. Модификация белков вызывает в них появление антигенных свойств, а окисление липидов (в первую очередь арахидоновой кислоты) приводит к появлению хематтрактантов, увеличивающих миграцию фагоцитов к месту их образования. Таким образом, активация фагоцитов обладает свойством самопроизвольно усиливаться, и в очагах воспаления может сформироваться порочный круг. Одновременно в ходе воспаления кислотность тканей снижается до рН 5-6, что усиливает образование НО2•, более реакционноспособных по сравнению с O2–, а также способствует выделению каталитически активного железа из лактоферрина и трансферрина. Это приводит к еще большему повреждению клеток в очаге воспаления. Рассмотренный механизм характерен для хронических воспалений и аутоиммунных процессов, при которых в очаге заболевания присутствуют активаторы фагоцитов, поддерживающие самоусиливающийся воспалительный процесс (Владимиров Ю. А. и др., 1991). ^ Основные защитные системы организма от свободнорадикальных повреждений можно разделить на 3 группы: 1) антиоксидантные ферменты — СОД, каталаза, пероксидазы и др.; 2) низкомолекулярные соединения, взаимодействующие с радикалами и образующие малоактивные продукты; 3) комплексоны ионов металлов переменной валентности. СОД, каталаза и ферменты глутатион-редокс-цикла составляют основу антиоксидантной ферментативной защитной системы. Они предотвращают цепь свободнорадикальных реакций посредством снижения концентраций радикалов, инициирующих этот процесс. СОД является основным ингибитором образования O2–, катализируя реакцию дисмутации O2– в Н2О2 с константой скорости, близкой к диффузионному пределу. Хороший защитный эффект наблюдается при использовании СОД in vivo, однако действие ее ограничивается двумя факторами: клеточные мембраны непроницаемы для экзогенной СОД; время жизни экзогенной СОД в кровяном русле составляет всего 3-4 минуты. Пероксид водорода, образующийся в результате дисмутации O2–, — основной источник НО-радикалов в живых системах. Снижение уровня Н2О2 приводит и к снижению концентрации НО•. Разложение Н202 в клетках происходит в реакциях, катализируемых ферментами каталазой и глутатионпероксидазой. Церулоплазмин (ЦП) и трансферрин (ТФ) образуют антиоксидантную систему сыворотки крови. Их действие основано на окислении ионов Ре2'1' и связывании Ре34, а также на взаимодействии с кислородными радикалами. Изучение реакций с участием двух- и трехвалентного железа, протекающих в сыворотке крови в присутствии ЦП и ТФ, позволило заключить, что концентрация Ре2'1' зависит от содержания этих белков следующим образом: Fe2'1' = ТФ/ЦП. Поскольку увеличение концентрации Ре2"*" связано с активацией ПОЛ, отношение ТФ/ЦП можно рассматривать как меру прооксидантных свойств сыворотки, тогда как обратное отношение ЦП/ТФ можно считать характеристикой антиоксидантных свойств системы, содержащей эти белки (Владимиров Ю. А. и др., 1991). В качестве компонентов системы защиты организма от повреждающего действия свободных радикалов и АФК могут выступать низкомолекулярные соединения, имеющие высокие константы скорости взаимодействия с ними. К таким веществам относятся аскорбиновая кислота (витамин С), сульфгидрильные соединения (глутатион, цистеин), этанол, рибоза, глюкоза, маннитол, мочевая кислота, а-токоферол. Наиболее известным водорастворимым антиоксидантом является аскорбиновая кислота. Защитное действие этого препарата основано на том, что образующиеся в результате его окисления промежуточные радикалы и молекулы гораздо менее активны, чем АФК. Но, с другой стороны, показано, что она проявляет токсичность в присутствии ионов железа. К водорастворимым антиоксидантам относится низкомолекулярный трипептид — глутатион, который присутствует в высоких концентрациях в каждой клетке, а также внеклеточно. В частности, он содержится в избытке в жидкости, выстилающей эпителий легких, — epithelial lining fluid (ELF), которая является первой линией обороны от ингалированных оксидантов (Bast А., 1996). Концентрация глутатиона в ELF примерно в 100 раз выше, чем в плазме. Широко используется витамин Е — жирорастворимый антиоксидант, осуществляющий заметную защиту от свободнорадикального поражения клеток и тканей. Витамин Е взаимодействует с АФК, эффективно обрывая цепь реакций перекисного окисления липидов (Ерин А. Н. и др., 1988). Поскольку основной механизм образования НО- в биологических системах — это восстановление НзОз ионами Fe2"1' (т. е. реакция Фентона), естественно, что связывание ионов железа комплексообразователями должно привести к снижению концентрации НО- -радикалов. Поэтому особое значение приобретают способы дезактивации ионов железа хелаторными соединениями. В настоящее время в качестве хелаторов ионов железа применяют тиолы, десферал, унитол и др. Широкий спектр терапевтического действия и низкая токсичность позволяют многим исследователям считать хелатирующие соединения перспективными в качестве нового типа лекарств для борьбы с патологическими процессами, протекающими при участии свободных радикалов кислорода. В качестве антиоксидантов предложено использовать природные нетоксичные полифенольные соединения — флавоноиды. Показано, что биологическая роль флавоноидов в организме связана с их способностью: 1) образовывать прочные хелатные комплексы с различными ионами металлов; 2) взаимодействовать со свободными радикалами (как НО•, так и O2–), помимо этого они являются «ловушками» липодиоксидов, липоксидов и обрывают цепные свободнорадикальные реакции); 3) взаимодействовать с различными ферментами, изменяя их активность (Соодаева С. К., 1996). Эти эффекты указывают на целесообразность использования флавоноидов в качестве профилактических и лечебных препаратов при свободнорадикальных патологиях. Перспективным является применение N-ацетилцистеина (NAC), используемого изначально в пульмонологии в качестве муколитического средства. Препарат обладает выраженной антиоксидантной и хелатирующей активностью. Показаны его ловушечные свойства по отношению к супероксидным радикалам и пероксиду водорода, способность инактивировать наиболее реакционноспособные формы АФК — гипохлорит и гидроксильные радикалы (Auroma О. I. et al., 1989). Считается, что благодаря этим эффектам, в большей степени последним, NAC ингибирует как спонтанные, так и индуцированные мутации в бактериях, препятствует образованию канцерогенных ДНК-адпуктов in vivo (De Нога S. et al., 1991). ^ Многие обстоятельства способствуют повышенной возможности протекания свободнорадикальных реакций в легких. В отличие от других органов, легкие непосредственно подвергаются действию кислорода воздуха, а также оксидантов, содержащихся в загрязненном воздухе и табачном дыме. Ткани легких содержат в избытке ненасыщенные жирные кислоты, которые являются субстратом перекисного окисления липидов. Легкие подвергаются воздействию микроорганизмов, содержащихся в воздухе, и становятся мишенью для системного инфекционного процесса. Почти все заболевания легких характеризуются повышенной чувствительностью к легочным инфекциям. Микроорганизмы и различные поллютанты активируют фагоцитирующие клетки, которые выделяют АФК, запускающие свободнорадикальное окисление. При серьезных патологиях легких требуется искусственная вентиляция газовыми смесями, содержащими повышенные концентрации кислорода, и это тоже вносит вклад в повреждение ткани за счет увеличения продукции кислородных радикалов. В целом, эти и другие факторы указывают на высокую вероятность оксидативного повреждения легких (Repine J. Е.,1996). Несмотря на определенные трудности количественной оценки окислительного повреждения в биологических системах путем непосредственного определения АФК, существуют убедительные доказательства того, что оксидативный стресс вносит существенный вклад в развитие легочных заболеваний. Повышенная секреция слизи может быть следствием действия оксидантов, т. к. показано, что оксиданты могут напрямую увеличивать секрецию слизи в культуре эпителиальных клеток легких. В легких крыс, экспонированных в условиях гипероксии, наблюдается увеличение нейтрофильных хемотоксинов и самих нейтрофилов. Высвобождение хемокинов из культуры AM крысы, индуцированное гипероксией, блокируется АО. Оксиданты могут способствовать образованию хемотоксинов сыворотки, которые, в свою очередь, могут приводить к увеличению количества нейтрофилов в легких. Вазоконстрикция и бронхоконстрикция, которые часто наблюдаются при различных заболеваниях легких, вероятнее всего, развиваются через различные оксидативные механизмы, включающие образование тромбоксана и реакцию взаимодействия окиси азота с супероксидом. В дыхательных путях и крови курильщиков обнаруживаются повышенные уровни окисленных, инактивированных антипротеаз (Repine J. Е.,1996). Около 90% пациентов с ХОБЛ являются курильщиками. Обнаружено, что курение ускоряет развитие эмфиземы у лиц с врожденным дефицитом ai-антитрипсина (ai-AT). Эти данные указывают на значимость оксидантов в развитии заболевания, так как для проявления активности эластазы необходима окислительная инактивация ai-AT, а также объясняют развитие эмфиземы у лиц, не имеющих генетического дефекта ai-AT (Shapiro S. D.,1995). Показано, что табачный дым, пероксинитрит, АФК, генерированные в химических системах или выделенные спонтанно фагоцитирующими клетками, способны инактивировать антипротеазы in vitro. К окислительному повреждению чувствителен метиониновый сайт ai-AT. Выявленное у некоторых курильщиков увеличение в БАЛ уровня ai-AT с окисленным метионином связывают с окислительной инактивацией антитрипсина, предшествущей повреждениям тканей эластазой in vivo. Прединкубация с малыми, нетоксичными дозами пероксида водорода значительно усиливала повреждаемость изолированных легких при последующей перфузии нейтрофильной эластазой, которая в отсутствие оксиданта практически не оказывала эффекта. С другой стороны, интратрахеальная инстилляция нейтрофильной эластазы человека приводила к развитию эмфиземы у животных. Хотя на сегодняшний день протеаза-антипротеазная теория ХОБЛ обоснована не полностью, повышение концентрации эластазы в легких имеет существенное значение. Эластаза может повреждать органы дыхания, разрушая эластин и различные белки экстрацеллюлярной мембраны, протеогликаны, гликопротеины, апопротеины сурфактанта. Она способна также стимулировать воспаление, повышая синтез интерлейкина-8 (ИЛ8), ослабляя регенерацию инактивацией цитокинов и факторов роста. Кроме того, эластаза может активировать или инактивировать различные серпины, ингибиторы нейтрофильной коллагеназы, эластазы и, таким образом, дальше модулировать воспаление. Деструкция респираторной ткани легких обусловлена и прямой токсичностью АФК. Оксиданты не только повреждают биологически важные молекулы (белки, липиды, нуклеиновые кислоты), но также опосредуют множество процессов, благоприятствующих развитию ХОБЛ. Например, повреждают фибробласты, снижают активность сурфактанта, стимулируют образование тромбоксана, повышают проницаемость эпителия и продукцию ими гликоконъюгатов (слизи) с высокой молекулярной массой, ухудшают функцию ресничек и т. д. Обработка эндотелиальных клеток плазмой, экспонированной табачным дымом, приводит к активации метаболизма пентозофосфатного пути, снижению уровня АТФ и глутатиона (GSH), высвобождению ангиотензин-конвертирующего фермента. Снижение FEV1 при обструкции дыхательных путей у больных ХОБЛ коррелирует с уровнем GSH, эозинофильного катионного протеина (ЭКП) и миелопероксидазы (Repine J. E., et al.,1997). ^ Развитию ХОБЛ содействует воспаление, которое вызывает не только умеренную дыхательную недостаточность и бронхоконстрикцию, но и является причиной фиброза, гипертрофии желез и хронического повышения тонуса гладкой мускулатуры и т. д. В воспалительном процессе участвуют нейтрофилы, макрофаги, эозинофилы, лимфоциты, тучные клетки и др. Наибольшее значение придается фагоцитирующим клеткам, обладающим мощными специализированными системами генерации АФК В мокроте, жидкости БАЛ и биоптатах курящих больных ХОБЛ содержится повышенное количество нейтрофилов. Аккумуляции клеток могут способствовать следующие причины. В сосудах легких больных ХОБЛ отмечается повышение уровня циркулирующих Е-селектинов и внутриклеточных адгезивных молекул, увеличивающих прилипание нейтрофилов к эндотелию. Как упоминалось выше, процессы агрегации, адгезии клеток сопровождаются усилением окислительного метаболизма и генерацией АФК. Оксиданты, в свою очередь, снижают деформируемость и, соответственно, могут повысить секвестризацию нейтрофилов в мелких кровеносных сосудах легких. Активированные нейтрофилы могут вовлекать альвеолярные макрофаги, эпителиальные и другие клетки легких в продукцию интерлейкина-8 (IL-8). Обнаружено значительное повышение (примерно в 5 раз) уровня последнего в мокроте больных ХОБЛ по сравнению с некурящими лицами контрольной группы, курильщиками и астматиками. В нейтрофилах некоторых пациентов с ХОБЛ были увеличены хемотаксис, протеолитическая и миелопероксидазные активности in vitro. Показано, что образование О2" циркулирующими нейтрофилами больных ХОБЛ коррелирует с бронхиальной гиперреактивностью, но другими авторами выявлено усиление генерации супероксида при острой инфекции (Rahman I. et al.,1996). Альвеолярным макрофагам (AM) в связи с локализацией и наличием сильных эффекторных свойств отводится центральная роль в развитии ХОБЛ. Эти фагоциты дифференцируются из моноцитов, рекрутированию которых способствуют активированные нейтрофилы, фрагменты эластина и т. д. Моноциты курящих людей спонтанно выделяют повышенные количества пероксида водорода, что связывают с их активацией и усилением превращения. AM молодых здоровых курильщиков выделяют примерно в два раза больше 02~, чем клетки некурящих. Экспозиция с табачным дымом in vitro также усиливала окислительный метаболизм AM. В жидкости БАЛ курильщиков повышено содержание простагландина F-2 и тромбоксана В-2, выделяемых активированными AM. Эозинофилия периферической крови идентифицируется как фактор риска развития обструкции дыхательных путей и негативный прогностический признак у вновь диагностируемых пациентов с хроническим бронхитом. При ХОБЛ обнаруживается повышение количества эозинофилов в биоптатах стенок дыхательных путей, увеличение уровня маркера активации эозинофилов — ЭКП. Обратимость обструкции дыхательных путей у больных с тяжелой респираторной недостаточностью и эмфиземой коррелирует с бронхиальной эозинофилией. Это позволило предположить, что эозинофилы могут вносить существенный вклад в развитие оксидативного стресса в легких. Действительно, обнаружено, что при стимуляции форболмиристатацетатом они генерируют больше супероксида in vitro, чем нейтрофилы или AM Оксидативному стрессу у больных с ХОБЛ могут способствовать инфекции дыхательных путей. Эти пациенты подвержены им больше, чем здоровые люди. Прежде всего инфекции содействуют активации и рекрутированию фагоцитирующих клеток в легкие. Streptococcus pneumoniae и Haemophilus influenzae выявляются при обострении и ремиссии ХОБЛ. С их воздействием связывают усиление генерации супероксида нейтрофилами периферической крови больных ХОБЛ при обострении. Микроорганизмы обнаруживаются у больных с ХОБЛ даже в ремиссии, и они способны стимулировать продукцию АФК фагоцитами. Бронхи половины пациентов, страдающих ХОБЛ, колонизованы бактериями, принадлежащими к нормальной орофарингеальной флоре. Курящие подвержены Streptococcus pneumoniae буккальных (щечных) клеток. Haemophilus influenzae обладал большей прилипаемостью к фарингеальным клеткам курильщиков с ХБ по сравнению со здоровыми лицами. Прилипание их может способствовать бактериальной персистенции и колонизации респираторного тракта. В развитии ХОБЛ определенное значение придается ксантиноксидазе. Под термином «ксантиноксидаза» объединяют группу из двух близких по структуре, молибден- и железосодержащих нестабильных цитозольных ферментов: собственно ксантиноксидазы (КО) и ксантиндегидрогеназы (КД), локализующихся в большинстве органов. Существуют данные о преимущественном нахождении КО в эндотелии капилляров. Ферменты обладают широкой субстратной специфичностью и участвуют во многих окислительных реакциях: метаболизме пуринов (гипоксантина и ксантина) с образованием мочевой кислоты, окислении пиримидинов, жирных кислот, глутатиона, адреналина, дегидрировании НАДФН и НАДН и т. д. В реакции гипоксантин (ксантин) ксантиноксидаза происходит генерация O2– и пероксида водорода. При наличии в среде ионов металлов переменной валентности в этой реакции идет также вторичное образование НО• или даже синглетного кислорода и индукция процессов ПОЛ. Увеличение КО в легких может быть связано с окислительным или опосредованным эластазой превращением КД в КО. При взаимодействии производимых ксантиноксидазой кислородных метаболитов с сывороткой образуются хемотаксины для нейтрофилов. Это может рассматриваться в качестве еще одного механизма, ответственного за рекрутирование фагоцитов в легкие. В супернатанте жидкости БАЛ больных ХОБЛ обнаружено резкое повышение (в 7-8 раз) кластогенной или ДНК повреждающей активности, генерации супероксида и образования мочевой кислоты по сравнению со здоровыми некурящими лицами. Выявленные изменения связывают с возрастанием активности КО. Роль КО в генерации АФК обуславливается также способностью повышать уровень свободного железа в плазме крови путем мобилизации его из ферритина. В настоящее время придается большое значение роли железа в развитии ХОБЛ. Для инициации реакций свободнорадикального окисления в биологических системах необходимо как присутствие АФК, так и ионов железа, и функции этих двух составляющих взаимосвязаны. Известно, что перекисное окисление липидов и деградация белков чаще всего происходят при появлении каталитически активного свободного железа. Повреждение биомолекул и компонентов клетки с участием ионов железа осуществляется с результате образования АФК и свободных радикалов: супероксида при автоокислении двухвалентного железа кислородом, чрезвычайно реакционноспособных гидроксильных радикалов в реакциях Фентона и Осипова. При взаимодействии Fe2+ с гидроперекисями липидов образуется липоксид-радикал, который дает начало новой цепи окисления липидных молекул. Каталитически активное железо может высвобождаться из ферритина при гипоксии, а также лактоферрина и трансферрина. Гидроперекиси липидов способствуют мобилизации железа (даже из гемовых групп), а железо катализирует образование гидроперекисей. Концентрация железа была повышена в альвеолярных макрофагах и ELF курящих. Избыток железа также проявляется концентрированием в верхних долях легких курильщиков. Механизмы его увеличения до конца не выяснены, но одна из причин, по всей видимости, связана с наличием железа в табаке — каждая сигарета содержит в среднем 0,042 мкг железа. Выявлена прогрессивная аккумуляция железа с возрастом у мужчин и в постменопаузе у женщин, то есть в период усиления развития ХОБЛ у обоих полов. Обнаружено, что альвеолярные макрофаги курильщиков высвобождают in vitro больше железа, чем клетки некурящих. На начальных этапах оно связывается ферритином и другими железотранспортными белками. Однако этот протективный механизм может нарушаться при ХОБЛ, так как со временем белки насыщаются, соответственно, увеличивается количество железа в свободном пуле. Этому процессу способствуют также генерируемые в легких АФК и оксиданты табачного дыма. Газовая фаза табачного дыма содержит свободные радикалы и АФК, образованные из NO/NО2 при взаимодействии с реактивными составными дыма. Компоненты смол содержат примерно 1018 спинов на грамм смолы. Генерируемые табачным дымом радикалы достаточно стабильны, что было показано методом ЭПР. Одни из этих радикалов — семихиноновые — восстанавливают кислород до супероксида. Ингалируемый газовый компонент табачного дыма может содержать 1015 органических радикалов на затяжку. Эти радикалы короткоживущие, а потому и высокореактивные. Газовая фаза дыма содержит высокие концентрации реактивных олефинов и диенов, а также более 500 ppm NO. Экспозиция табачным дымом приводила к активации NO-синтазы в легких крыс. Образующаяся N0, а также пероксинитриты, производимые при взаимодействии окиси азота с супероксидом, могут оказывать значительное влияние на развитие ХОБЛ. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям