Полезность пищевых антиоксидантов для здоровья

Обзор

Институт медицины дал определение диетическим антиоксидантам в соответствии с их способностью к ослаблению неблагоприятных воздействий активных форм окислителей на нормальные физиологические функции человека. В то время как польза диетических антиоксидантов для здоровья людей является, как правило, общепризнанной, они могут все же не обеспечивать профилактику или защиту человека от хронических заболеваний посредством своего антиоксидантного действия. Несмотря на то, что наиболее важным конечным результатом применения диетических антиоксидантов является снижение риска возникновения у людей изучаемых нами заболеваний, для установления реального механизма их действия необходимо провести полную проверку и дать оценку статуса окислительного стресса, которая отразила бы как само действие, так и эффективность применения пищевых антиоксидантов. В этом контексте в данной статье обсуждается клиническая значимость пищевых антиоксидантов при метаболическом синдроме.

Введение

Реактивные виды окислителей, включающие реактивные виды кислорода (АФК), реактивные виды азота (РНС) и реактивные виды серы (РСС), представляют собой электрофилы, которые забирают один или два электрона из нуклеофила без образования аддукта. (1) Они производятся как часть нормальной физиологии человеческого организма, однако, считается, что бесконтрольное их производство может привести к возникновению и развитию ряда заболеваний, таких как онкология, ожирение, сахарный диабет, метаболический синдром, сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), неврологические расстройства, гипертония и катаракта. (2)

Развитие и прогрессирование перечисленных заболеваний наблюдается, в частности, в условиях, когда производство реактивных окислителей подавляет потенциал антиоксидантной защитной системы организма, и происходит окислительный стресс. (3) Одним из простых способов укрепления защиты организма считается увеличение потребления человеком пищевых антиоксидантов. Пищевые антиоксиданты, включающие основные антиоксидантные питательные вещества, такие как витамины С и Е и ряд минералов (кофакторов антиоксидантных ферментов), а также менее важные фитохимические вещества, обычно присутствуют во многих растительных продуктах и лекарственных растениях, и их роль в профилактике и лечении хронических заболеваний, связанных с действием реактивных окислителей, является общепризнанной. (4-6)

Так, например, потребление большего количества пищевых антиоксидантов считается профилактическим или даже терапевтическим средством против заболеваний реактивной окислительной этиологии. Тем не менее, данные о влиянии пищевых антиоксидантов, полученные в результате наблюдений и в ходе клинических исследований, являются — в лучшем случае — неоднозначными. Некоторые исследования даже показали, что прием дополнительных антиоксидантов может повышать риск смертности при некоторых состояниях. (7-9)

Антиоксиданты способны снижать риск возникновения у человека ССЗ и диабета в силу своей способности поглощать реактивные виды окислителей. Однако не менее важно признать, что они способны улучшать здоровье людей и с помощью иных своих механизмов. (5, 10) Наличие некоторых отношений между отдельными видами окислителей и активными антиоксидантами сделало возможным гипотетическое предположение о том, что окислительный стресс некоторым образом связан с явлениями, происходящими на ранних стадиях развития метаболического синдрома (МетС), а также с последствиями этих явлений. Так, например, динамические взаимодействия между окислительным стрессом и совокупностью факторов риска развития МетС, включающих дислипидемию, гипергликемию, гипертонию и ожирение, могут привести к возникновению диабета 2 типа и ССЗ. (11) Последовательное изучение антиоксидантной защиты и биологических маркеров окислительного стресса при развитии МетС предоставляет надежный подход к проверке вышеназванного гипотетического предположения и установлению реальной пользы пищевых антиоксидантов для здоровья человека.

В предлагаемом здесь кратком обзоре мы рассматриваем данные исследований, проводимых на людях и имеющих своей целью установить, какую именно роль играют антиоксиданты и активные окислители в возникновении и прогрессировании МетС, а также в вероятном риске последующего развития диабета и ССЗ.

Основные патологические процессы, инициируемые чрезмерной активацией ПОЛ:

I. КЛЕТОЧНО-ТКАНЕВОЙ УРОВЕНЬ:

1. Ишемия;

2. Гипоксия;

3. Мембранопатия:

• нарушение проницаемости клеточной мембраны и мембран клеточных органелл
• чрезмерное накопление свободных радикалов внутри клетки;
• выход лизосомальных ферментов внутрь клетки;
• накопление внутри клетки ионов Са++;

4. Апаптоз и некроз клеток;

5. Нарушение клеточной рецепции;

6. Энергетические и метаболические нарушения.

II. ОРГАНЫ И СИСТЕМЫ:

1. Функциональные нарушения;

2. Органическая патология.

Рис. 3. Окислительный стресс при гипоксии

Конечно, в организме существует эндогенная антиоксидантная система, но при критических уровнях гипоксии и ПОЛ она несостоятельна. Антиоксидантнаясистема (АОС) организма состоит из ферментов и водорастворимых, и жирорастворимых субстратов. Главным механизмом антиоксидантной защиты в естественных условиях является фермент супероксиддисмутаза (СОД), оксидность которой позволяет инактивировать свободные радикалы в месте образования, не допуская их диффузии.

Большинство клеток может переносить умеренную степень окислительного стресса благодаря тому, что они обладают репаративной системой, выявляющей и удаляющей поврежденные окислением молекулы, которые затем заменяются. Кроме того, клетки могут повысить свою антиоксидантную защиту в ответ наокислительный стресс. Однако при выраженном окислительном стрессе все молекулы живых организмов (липиды, белки, нуклеиновые кислоты и углеводы) могут быть потенциальными мишенями окислительного повреждения.

Поскольку формирование тканевой гипоксии, ПОЛ, митохондриальная дисфункция признаны пусковым звеном развития типового патологического процесса, использование антигипоксантов и антиоксидантов патогенетически обосновано при любой острой патологии.

Термин «антиоксиданты» появился ещё в 60-х годах XX века благодаря исследованиям Б. Н. Тарусова (1954), Н. М. Эмануэля (1963). Б. Н.Тарусов установил роль липидов, особенно ненасыщенных жирных кислот, как одного из основных субстратов биохимических процессов, провел скрининг радиозащитного влияния цистеина, глутатиона, тиомочевины. Н. М. Эмануэль и его ученики не только определили механизм действия антиоксидантов, но также дали определение антиоксидантов как соединений, угнетающих развитие свободнорадикального окисления.

Препараты антиоксиданты – это лекарственные средства различного химического строения, тормозящие или блокирующие процессы свободнорадикального окисления и/или способствующие увеличению в организме уровня веществ с антиокислительным действием (рис. 4).

По своим химическим свойствам антиоксиданты (АО) подразделяются на 2 группы: “ловушки радикалов”, непосредственно взаимодействующие сосвободными радикалами и “скавенжеры” (уборщики), разлагающие продуктысвободно – радикального окисления (СРО) с их последующей инактивацией и утилизацией.

Рис. 4. Механизм действия антиоксидантов

Разработано и изучается в настоящее время большое количество препаратов с антигипоксантными-антиоксидантными свойствами (мексидол, цитофлавин, танакан, актовегин, кортексин, цитофлавин, ПК-мерц, аминалон, цераксон, эспалипон, церебро и др.). Многие из них уже показали свою высокую эффективность у реанимационных больных, особенно в нейрореаниматологии (это отдельная тема). Однако в научном плане ОС, его значимость в критических состояниях и коррекция антиоксидантами (ОИМ, ЧМТ, кровопотеря, операции, анестезии и т.д.) изучены крайне, мало. А в практическом приложении мониторинг степени ОС и эффективность его коррекции антиоксидантами в больницах вообще не проводится.

Причинами такого положения, прежде всего, являются низкие знания врачей по ОС. Читая лекции на курсах повышения квалификации, мы убедились в том, что анестезиологи-реаниматологи слабо ориентируются в это проблеме. Уместно вспомнить слова В.И.Вернадского: «Нет неизлечимых заболеваний, есть недостаток знаний». Сдерживается применение антиоксидантов в практическом здравоохранении полным отсутствием в лабораториях и отделениях больниц аппаратуры, измеряющей и мониторирующей изменения АОС и ОС больных, не включение в «стандарты» лечения (за исключением терапии инсультов) данных препаратов. Между тем эмпирическая медицина уже опережает научные разработки и «стандарты» в лечении критических состояний. Так в Красноярской краевой больнице уже накоплен многолетний положительный опыт использования антиоксидантов-антигипоксантов в лечении тяжелой ожоговой и черепно-мозговой травмы, гнойно-септических состояний, операциях на головном мозге и сердце, комах различной этиологии.

На примере только одного препарата мексидола, из обширной группы антиоксидантов, можно понять насколько полезны и необходимы в интенсивной терапии критических состояний эти средства.

Мексидол – международное название оксиметилэтилперидина сукцинат. Обладает высокой биодоступностью и липофильностью. Быстро переходит из кровеносного русла в органы и ткани и быстро элиминируется из организма. Благодаря наличию в его составе производного 3-оксипиридина, являющегося активным носителем, проникает внутрь клетки и митохондрий (Дюмаев К.Н., 1995). Препарат практически не токсичен.

Рис. 5. Особенности реакции цикла Кребса, связанной с сукцинатом

1. Окисление сукцината – обязательное условие каталитического действия интермедиата на усвоение клеткой кислорода.

2. Для пополнения пула органических кислот достаточно введения одного сукцината.

3. Активность сукцинатдегидрогеназы не зависит от концентрации НАД и НАДхН.

4. Мощность системы энергопродукции, использующей ЯК, в сотни раз превосходит все другие системы.

5. Феномен быстрого окисления сукцината в цитоплазме клеток с восстановлением динуклеотидов.

Производные 3-оксипиридинов (как составная часть мексидола):

1. Играют большую роль в обмене веществ.
2. Необходимы для нормального функционирования ЦНС.
3. Входят в состав ферментов, осуществляющих декарбоксилирование и периаминирование аминокислот.
4. Участвуют в обмене триптофана, метионина, цистеина, гистамина, глутаминовой и других аминокислот.
5. Участвуют в процессах липидного обмена.

Проведенные экспериментальные и клинические исследования показали эффективность применения антиоксидантов в лечении ОИМ И ОНМК. При ишемии миокарда возникает ограничение зоны некроза в миокарде (рис.6); усиление биоэлектрической активности сердца; улучшение гемодинамики и толерантности сердца к нагрузкам.

Рис. 6. Ограничение зоны некроза миокарда мексидолом

Рис. 7. Влияние антиоксидантов на продолжительность жизни

Таблица 1

Причины и признаки дефицита

При недостаточном поступлении антиокислителей в организм у людей теряется ясность мышления, снижается работоспособность, слабеет иммунитет, ухудшается зрение, развиваются хронические заболевания. Антиоксиданты ускоряют процесс выздоровления, помогают увеличить продолжительность жизни, снижают уровень повреждения тканей.

Рассмотрим причины истощения запаса каротиноидов, минералов, витаминов в организме человека и что усиливает образование свободных радикалов:

1. Воздействие жары.
2. Стресс.
3. Загрязненность атмосферы, воды, пестициды, бытовая химия.
4. Табакокурение.
5. Ультрафиолетовые лучи солнца, радиация.
6. Травмы и раны.
7. Чрезмерная физическая нагрузка.
8. Инфицированность паразитами, вирусами, бактериями.
9. Недостаток природных антиокислителей в рационе питания.
10. Гипоксия.

Симптомы дефицита антиоксидантов в организме:

• апатия;
• сухость кожи;
• быстрая утомляемость;
• повышенная раздражительность, нервозность;
• снижение остроты зрения, половой функции;
• кровоточивость десен;
• мышечная слабость;
• частые инфекционные заболевания;
• гусиная кожа на локтях;
• низкая работоспособность;
• плохой сон;
• депрессия;
• выпадение зубов, волос;
• появление преждевременных морщин, высыпаний;
• замедление роста.

При индивидуальной непереносимости витаминов и минералов – антиоксидантов, потребность в соединениях снижается.

Роль витаминных антиоксидантов

Наибольшими поглотителями свободных радикалов в организме являются витамины С, Е, А.

Данные антиоксиданты можно получить с продуктами питания, однако из-за сильно загрязненной окружающей среды с каждым годом потребность человека в этих веществах возрастает, в результате восполнить нехватку при помощи природных источников становится тяжелее. В таком случае на помощь приходят витаминизированные добавки, которые оказывают благоприятное воздействие на работу внутренних органов, улучшают общее самочувствие человека.

Роль антиоксидантов:

1. Витамин Е (токоферол). Встраивается в клеточные мембраны, отражает атаку свободных радикалов, препятствует разрушению, повреждению тканей. Помимо этого, витамин Е замедляет перекисное окисление, стабилизирует внутриклеточные процессы. Токоферол приостанавливает преждевременное старение кожи, предупреждает развитие катаракты, укрепляет иммунитет, улучшает усвоение кислорода.
2. Витамин А (ретинол). Данный антиоксидант способен частично синтезироваться из бета-каротина, который, в свою очередь, смягчает действия химического и радиоактивного загрязнения, электромагнитного излучения, повышает устойчивость организма к стрессам. Витамин А защищает слизистые оболочки внутренних органов, кожу от вредных факторов окружающей среды, помогает иммунной системе нейтрализовать бактерии и вирусы. Он разрушает канцерогены, которые вызывают рост злокачественных опухолей, снижает уровень холестерина, предупреждает болезни сердца, инсульты. При хронической нехватке ретинола усиливается активность свободных радикалов, отмечается сухость кожи, ухудшается зрение.
3. Витамин С (аскорбиновая кислота). Защищает клетки головного мозга и другие антиоксиданты (токоферол) от свободных радикалов. Витамин С повышает синтез интерферона, нейтрализует токсины, стимулирует работу нервных клеток. Интересно, что одна выкуренная сигарета разрушает 100 миллиграмм аскорбиновой кислоты.

Помните, витамины сами по себе проявляют недостаточную антиоксидантную активность и без комбинированного действия минералов не могут полностью защитить организм от повреждающих факторов (эндогенных и экзогенных).

Активные виды окислителей и антиоксиданты

Реактивные виды окислителей — это атомы, молекулы или ионы с неспаренными электронами, которые характеризуются крайней нестабильностью и высокой реактивностью. Предпочитая принимать дополнительный электрон от других нестойких молекул, они также могут и отдавать свой электрон другим молекулам. (12) Они могут быть получены из трех элементов: кислорода, азота и серы. Соответственно различают активные формы кислорода, активные формы азота и активные формы серы. В человеческом организме обычно присутствуют такие АФК, как супероксидный анион (O2–), гидропероксильный радикал (HO2), гидроксильный радикал (OH), оксид азота (NO), перекись водорода (H2O2), синглетный кислород (1O2), хлорная кислота (HOCl), пероксинитрит (ONOO-). (6) Реактивные виды окислителей постоянно вырабатываются в организме как при помощи ферментативных, так и неферментативных механизмов. (1, 3) Ферментативные механизмы включают индукцию ксантиноксидазы при гипоксии, респираторный взрыв иммунных клеток в ответ на инфекции и синтез простагландинов. Неферментативные механизмы включают образование супероксидов в митохондриях при утечке электронов из электронной транспортной цепи во время производства АТФ, а также образование гидроксильных радикалов из Н2О2 в ходе реакции Фентона, где в качестве медиаторов выступают ионы железа. Их образование становится активнее, если организм человека подвергается воздействию рентгеновских лучей, озона, табачного дыма и загрязненного воздуха. (1, 3) Было подсчитано, что примерно от 1 до 3% вдыхаемого нами кислорода становятся реактивным окислителем, и эта цифра способна увеличиваться во время физических нагрузок.

Для защиты от постоянных воздействий со стороны активных форм окислителей человеческий организм оснащен достаточно эффективной системой антиоксидантной защиты. Тем не менее, некоторые активные виды окислителей все же способны преодолевать систему защиты и атаковать соседние восприимчивые молекулы. Антиоксидантная систему защиты бывает двух видов: эндогенного и экзогенного. Эндогенную систему защиты можно далее разделить на три подвида:

1. защита с антиоксидантными ферментами (супероксид дисмутаза, глутатионпероксидаза, каталаза, тиоредоксин редуктаза, хинонредуктаза);
2. белковая защита (ферритин, трансферрин,церулоплазмин);
3. защита с мелкомолекулярными антиоксидантами (глутатион,тиоредоксин, липоевая кислота, убихинол, мочевая кислота).

Работу эндогенной системы защиты организма можно усилить при помощи таких стимулов, как активные физические упражнения и пищевые полифенолы. Экзогенная система защиты формируется из витаминов С и Е, каротиноидов, фенольных кислот, флавоноидов и других веществ, поступающих в организм человека исключительно из продуктов питания — фруктов, овощей, цельных злаков и орехов. Увеличение потребления пищевых антиоксидантов, как правило, оказывается эффективным для усиления антиоксидантной защиты. Существует несколько определений диетических антиоксидантов. Институт медицины определил диетический антиоксидант как «вещество, содержащееся в пищевых продуктах, которое значительно снижает неблагоприятное воздействие активных форм кислорода, активных форм азота или обеих форм на нормальную физиологическую функцию человека». Это определение было дано на основе следующих трех критериев:
1) наличие данного вещества в рационе питания человека, 2) наличие измерений содержания данного вещества в продуктах, обычно потребляемых человеком, 3) наличие свидетельств того, что данное вещество снижает неблагоприятное воздействие активных форм кислорода и азота на организм человека в естественных условиях. (13) Несколько отличное определения было дано Хлебниковым и его коллегами (14), которые определили антиоксидант как «любое вещество, которое непосредственно поглощает реактивные виды окислителей или оказывает косвенное действие, приводящее к усилению антиоксидантной защиты или ингибированию производства реактивных видов окислителей». С нашей точки зрения, именно это определение надлежащим образом включает в себя те вещества, которые, обладая слабой способностью к поглощению радикалов, все же способны повышать общую антиоксидантную способность организма посредством индукции эндогенной антиоксидантной системы защиты.

Потребление растительной пищи обратно пропорционально связано с риском возникновения многих заболеваний. Это, вероятнее всего, вызвано высокой плотностью питательных и фитохимическими веществ в составе продуктов растительного происхождения. Людям, которые ведут здоровый образ жизни и потребляют здоровую пищу в целях профилактики возможных заболеваний, из всех основных микроэлементов наиболее известны своей антиоксидантной активностью витамины С и Е. Витамин С эффективен для удаления O2–, 1O2, OH и RNS из организма. (15) Витамин Е действует как мощный липофильный антиоксидант, который останавливает распространение перекисного окисления липидов, отдавая свой фенольный водород пероксильным радикалам, образующим токофероксильные радикалы, которые, не смотря на то, что они также являются радикалами, неактивны для продолжения окислительной цепной реакции. Подобно витамину Е, но еще более эффективно, пероксильные радикалы вычищает витамин А. (16) Имеются доказательства того, что витамин К, который обычно не ценится как антиоксидант, может оказывать ингибирующее действие на перекисное окисление липидов. (17) Некоторые важные пищевые минералы, не действуя как непосредственные поглотители радикалов, являются, однако, неотъемлемой частью антиоксидантных ферментов (металлоферментов), например, селен — глутатионпероксидазы и тиоредоксинредуктазы, железо — каталазы, цинк и медь — цитозольной супероксиддисмутазы, марганец — митохондриальной супероксиддисмутазы.

Помимо того, что растительная пища богата антиоксидантными витаминами и минералами, она содержит также множество фитохимических веществ, полезных для здоровья человека. Сюда относятся: фенольные кислоты, флавоноиды, каротиноиды, фитостеролы и растительные волокна. Названные фитохимические вещества являются предметом широких исследований на их участия в целом ряде процессов – в которых они могут выполнять различные роли, такие как: антиоксидантную, противовоспалительную, сосудорасширяющую и антипролиферационную. Из упомянутых выше биологических функций именно антиоксидантная активность наиболее часто изучается на предмет ее вклада в укрепление здоровья и профилактику заболеваний человека.

Каротиноиды — это группа липофильных пигментов, которые синтезируются растениями и придают ряду фруктов и овощей яркий цвет. Наиболее распространенными каротиноидами являются ликопин, α-и β-каротин, зеаксантин и лютеин. Основное антиоксидантное действие каротиноидов приписывается их участию в гашении синглетного кислорода. (18) После того, как реакция гашения завершается, возбужденные каротиноиды отдают вновь приобретенную энергию посредством совершения серии вращательных и колебательных взаимодействий с растворителем, чтобы затем снова вернуться в невозбужденное состояние. Антиоксидантная активность каротиноидов была выявлена и наблюдалась в лаборатории, однако в естественных условиях их антиоксидантное действие на организм человека до сих пор не получило надежной проверки. (18) Полифенолы — фенольные кислоты, флавоноиды, дубильные вещества и лигнаны — обладают мощными антиоксидантными свойствами, если они вводятся в дозах, превышающих те, которые люди обычно потребляют с пищей или пищевыми добавками. Этот вывод подтверждается в ходе лабораторных опытов с участием животных. Полифенолы способны подавлять широкий спектр активных форм окислителей, включая O2–, OH, HOCl, пероксинитриты и пероксильные радикалы. (19, 20) Кроме того, они хелатируют ионы переходных металлов (железа и меди), чтобы предотвратить образование радикалов, индуцированных переходными металлами. (21)

Общая антиоксидантная защита организма, включающая эндогенную и экзогенную подсистемы, работает как единая связная система, имеющая своей целью вычищение реактивных видов окислителей. Однако некоторые окислители все же избегают защиты и вызывают в организме повреждения окислительного характера. В антиоксидантных ферментах супероксиддисмутаза доводит О2 до H2O2, далее происходит восстановление H2O2 до H2O (воды). В качестве медиаторов при этом выступает каталаза или глутатионпероксидаза. В отношении малых молекулярных антиоксидантов витамин Е ослабляет свободный радикал, а затем сам становится слабым свободным радикалом. Впоследствии радикалы витамина Е перерабатываются или восстанавливаются обратно в исходную форму посредством витамина С, липолевой кислоты или кофермента Q10. (1, 3) Радикалы витамина С могут быть далее восстановлены глутатионом, причем окисленная форма восстанавливается через глутатионредуктазу за счет НАДФН пентозофосфатного пути, а в качестве субстрата используется глюкоза. Полифенолы проявили себя в экспериментальных лабораторных условиях как мощный антиоксидант, вычищающий радикалы. Однако в естественных условиях действие полифенолов как антиоксидантов достаточно ограничено, главным образом, — из-за их низких концентраций в кровообращении и тканях (<1 мкмоль/л, что намного ниже, чем содержание витаминов С и Е), а также из-за их обширной трансформации в форму, в которой они утрачивают свои антиоксидантные способности. (22) В противоположность господствующему представлению о том, что полифенолы сами по себе являются сильным антиоксидантом, поглощающим радикалы, они лишь способствуют антиоксидантной защите, повышая регуляцию эндогенной антиоксидантной системы, например, увеличивают выработку глутатиона и повышают активность глутатионпероксидазы. (23)

Несмотря на то, что механизм, который смог бы точно объяснить регуляторные и усиливающие действия полифенолов, не был полностью изучен, все же утверждается, что индукцию вызывает их слабое окислительное воздействие в ходе быстрого окисления с образованием Н2О2 и других продуктов окисления. (3) Тем не менее, антиоксидантное действие полифенолов в естественных условиях проявляется под жестким контролем. Та потенциальная польза от них для здоровья человека, о которой здесь идет речь, возникает в желудочно-кишечном тракте, когда полифенолы присутствуют в нем в исходном виде в больших концентрациях. (24)

Универсальные патогенетические механизмы патологических состояний:

1. Чрезмерное, неконтролируемое эндогенной антиоксидантной системой (АОС) усиление процессов ПОЛ.

2. ГИПОКСИЯ – недостаточное снабжение или потребление кислорода клетками и тканями организма. При этом гипоксия и ПОЛ усиливают взаимно друг друга, что ведет к нарушениям энергетических и метаболических процессов в клетках и тканях (рис.3).

Причины инициации (усиления) ПОЛ:

1. Стресс (любого происхождения);
2. Ишемия;
3. Гипоксия;
4. Реперфузия тканей (реперфузионный синдром);
5. Воспаление (асептическое или бактериальное);
6. Недостаточная активность физиологической антиоксидантной системы (относительная или абсолютная).

Фотоизображение клеток при помощи конфокального микроскопа

Здоровая клетка  Белковые агрегаты, образующиеся в клетках

при окислительном процессе

Рис. 1. Патологическая роль окислительного стресса 

Причиной развития окислительного стресса (ОС) является накопление в организме избытка свободных радикалов. Короткоживущие нестабильные радикалы это небольшие молекулы ОН гидроксил радикал 02– – и большие радикальные молекулы, несущие так называемый центрированный радикал, в котором неспаренный электрон локализован около какого-либо атома этой молекулы (углерод-центрированные радикалы R-CH2-СН -CН2… или углерод-кислород-центрированные радикалы R-00 ) кислорода. Долгоживущие стабильные радикалы, когда неспаренный электрон делокализован между многими атомами (аскорбат-радикал, радикалы коэнзима Q, токофероксил-радикал).

Стабильность центрированного радикала зависит от положения окружающих его химических групп в молекуле. Так, например, некоторые нитроксильные радикалы, хотя и имеют не делокализованный электрон у атома кислорода, но стабильны благодаря наличию СН3-групп, которые «экранируют» радикальный центр от контакта с другими молекулами.

Сталкиваясь с молекулой, свободный радикал отрывает от нее атом водорода (рис.2). Образуется валентно насыщенная молекула, которая превращается в свободный радикал. Он может оторвать атом водорода от другой молекулы или прореагировать с другим радикалом или молекулой кислорода. Пероксидный радикал ROO отрывает атом водорода от другой молекулы и образуется органический пероксид ROOH. Эта вырожденная цепная реакция называется ПРОЦЕССОМ АВТООКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЛИ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫМ ОКИСЛЕНИЕМ (СРО).

Рис. 2. Свободно-радикальное окисление

Базисными механизмами патологии при любых критических состояниях являются свободно-радикальные процессы и изменения свойств биомембран клеток. При ишемии тканей, особенно мозга и миокарда, главная патологическая роль свободных радикалов заключается в том, что они активно взаимодействуют с молекулами, формирующими нейрональные и внутриклеточные мембраны. Повышается вязкость мембран, утрачивается их пластичность и функциональное состояние.

Восстановление кровотока в ранее ишемизированных тканях также представляет определенную опасность. Реперфузия обуславливает многократное повышение парциального давления кислорода с дальнейшим повышением свободно-радикальных процессов. При этом повреждается эндотелий капилляров, антикоагулянтная активность которых трансформируется в прокоагулянтную.

Лейкоциты и тромбоциты вследствие увеличивающейся адгезии закупоривают церебральные капилляры. Усугубляется этот процесс и увеличением ригидности эритроцитов, что резко усиливает нарушение оксигенации тканей, особенно мозга. Угнетаются процессы фибринолиза крови, расширяется зона повреждения тканей, инфаркта мозга, усиливается отек мозга. Имеется прямая зависимость между накоплением продуктов ПОЛ и тяжестью поражения мозга и других тканей. Наряду с этим активируются гены, ответственные за программированную гибель клетки – апоптоз.

Инструментарий для оценки окислительного стресса

Окислительный стресс можно представить как следствие борьбы между антиоксидантной защитой и реактивными видами окислителей. Некоторые из наиболее реактивных видов окислителей способны избегать защиты и индуцировать окисление восприимчивых макромолекул (липидов, ДНК и белков). Количество образующихся продуктов окисления зависит от соотношения антиоксидантной защитной способности организма с количеством и реакционной способностью активных форм окислителя. Теоретически состояние окислительного стресса в организме может быть лучше всего выяснено, когда оценке подвергаются и элемент системы антиоксидантной защиты, и реактивные виды окислителей, и окисленные продукты. Однако оказывается, что измерить высоко реактивные виды окислителей в организме человека практически невозможно, поскольку они сохраняются в нем в течение секунды (или даже меньше) после их образования. Количественная оценка мелкомолекулярных антиоксидантов и измерение активности антиоксидантных ферментов могут быть выполнены достаточно качественно. При этом процесс измерения может оказаться довольно-таки громоздкими, поскольку действие каждого фермента следует оцениваться индивидуально. Поэтому одним из лучших биологических маркеров для оценки состояния окислительного стресса в организме человека служат продукты, полученные из реактивных видов окислителей.

Достоверные биологические маркеры способны адекватно отражать состояние соответствующих физиологических функций организма, выявлять наличие признаков патологий, а также устанавливать, оказывает ли тот или иной агент благотворное, неблагоприятное или нулевое воздействие на укрепление здоровья человека, служит ли он целям профилактики заболеваний или имеет терапевтическую ценность в лечении уже имеющихся заболеваний. Когда реактивные окислители атакуют нуклеофилы с целью захвата электронов, следствием этих атак является производство целого ряда продуктов окисления. Анализы, проводимые с целью определения продуктов окисления липидов, белков и ДНК, были рассмотрены в других публикациях. (25, 26) Коротко говоря, малоновый диальдегид (МДА) и F2a-изопростаны (iPF2) являются двумя общими биомаркерами перекисного окисления липидов, причем последний из этих маркеров является более чувствительным и специфичным. МДА, в целом, чаще исследуют, чем iPF2. Это объясняется относительно низкой стоимостью исследования и высоким выходом МДА в различных матрицах. Однако достоверность результатов таких исследований и их специфичность часто подвергаются сомнению из-за перекрестного взаимодействия 2-тиобарбитуровой кислоты (образующей розовый аддукт с Мда) с другими субстратами (другими алканалами, белком, сахарозой, аминокислотами, сиаловой кислотой, мочевиной, ацетальдегид-сахарозой и редуцирующими сахарами). Белки могут повреждаться непосредственно, будучи атакованы свободными радикалами, или же косвенно = в ходе реакции с участием вторичных побочных продуктов перекисного окисления липидов. В результате такого рода реакций соответственно образуются окислительно модифицированные аминокислоты и белковые карбонилы (БК). (27) Последние являются наиболее часто используемым биологическим маркером окисления белка в исследованиях, проводимых на людях. Этот маркер может быть измерен при колориметрическом анализе, иммуноферментном анализе (ИФА) или при помощи метода ВЭЖХ. (28, 29) Такие окисленные аминокислотные продукты, как хлоротирозин (Cl-tyr),3-нитротирозин (N-tyr) и дитирозин (di-tyr) являются более показательными для специфических радикальных реакций с белками, чем белковые карбонилы. (30) В частности, продукты окисления тирозина образуются исключительно в естественных условиях и не подвержены артефакции. (29) Для количественного определения окисленных аминокислот были разработаны методы с использованием ВЭЖХ, оснащенных электрохимическим детектором (ЭКД) или ГХ-МС. Окисленные основания ДНК, отражающие повреждение ДНК и указывающие на риск развития онкологического заболевания, могут быть изучены и оценены с помощью различных методов, например ВЭЖХ-ЭКД, ГК-МС, ЖК-МС и ИФА. Кроме того, вызванные радикалами разрывы цепочек ДНК могут быть полуквантифицированы в отдельных клетках с помощью электрофореза отдельной клетки. Этот метод также называют «кометным» анализом. (31) Из окисленных оснований ДНК наиболее часто измеряется 8-гидроксигуанониз (8-оксо-ДГ).

Анализ отдельных маломолекулярных антиоксидантов занимает много времени и обычно требует анализа с проведением хроматографической сепарации до начала количественного измерения. Таким образом, количественное определение всех возможных антиоксидантов в пищевых продуктах и жидкостях человека оказывается очень длительным и дорогостоящим процессом. Кроме того, некоторые антиоксидантные фитохимические вещества, присутствующие в продуктах питания, еще только предстоит охарактеризовать. Учитывая все, сказанное выше, ученые на протяжении ряда лет разработали множество простых в исполнении и экономически эффективных методик для создания общего метода измерения антиоксидантных способностей всех антиоксидантов, содержащихся в пищевых продуктах или плазме / сыворотке. Сюда относятся измерения таких свойств антиоксидантов, как их способность поглощения кислородных радикалов, антиоксидантная способность восстановления железа, способность подавления дифенил-пикрилгидразила, тролокс- эквивалентная антиоксидантная способность и общая способность поглощения радикалов в целом. (32) Проведение такого рода исследований необходимо в целях выявления наличия связи между потреблением человеком богатых антиоксидантами продуктов питания и риском развития у него некоторых заболеваний, а также для оценки влияния различных питательных веществ, продуктов питания или диет на антиоксидантный статус человека. Среди названных выше исследований наибольшее признание имеет изучение способности антиоксидантов к поглощению кислородных радикалов, поскольку результаты именно этого анализа часто используются пищевыми компаниями для продвижения своей продукции на потребительском рынке. Применение всех перечисленных видов анализа в исследовании продуктов питания остается привлекательным для специалистов пищевой отрасли, потому что они помогают определить реальную ценность пищевых продуктов. Тем не менее, существует озабоченность тем, что антиоксидантные свойства веществ в рационе питания могут не иметь прямой связи с антиоксидантами в плазме / сыворотке крови, поскольку пищевые антиоксиданты подвержены обширным модификациям в процессе жевания, в желудочно-кишечном тракте при воздействии желудочного сока и метаболического процесса, опосредованного кишечными бактериями и эндогенными механизмами детоксикации.

Связь, существующая между накоплением биологических маркеров окислительного повреждения и производством конкретного свободного радикала, является лишь косвенной, ибо изменение клиренса способно резко изменить уровень маркера без изменения производства данного свободного радикала. Следовательно, анализ результатов деятельности продуктов, приводящих к окислительным повреждениям, следует проводить с осторожностью, четко понимая, что именно помогут выявить используемые методы. Важно также понимать, что способность антиоксидантов в естественных условиях определяется не только реактивностью по отношению к радикалам, но и рядом других факторов, таких как концентрация, распределение, локализация, судьба антиоксидантного радикала, его взаимодействие с другими антиоксидантами и метаболизм. Достоверно оценить общий окислительный стресс, как на локальном, так и на системном уровне, не представляется возможным при помощи любого одного, отдельно взятого биологического маркера. Биологические маркеры следует отбирать с учетом того, какие функции и показатели подлежат оценке. Кроме того, комбинированная оценка, как биологических маркеров “следа” реактивных окислителей, так и антиоксидантной защиты организма, включающей ферментативную и неферментативную формы защиты, является наилучшим способом определения той роли, которую играют свободные радикалы и антиоксиданты в биологии и медицине.

Похожие записи:

Рафинированное и нерафинированное масло: отличия Лецитин для чего нужен организму, показания к применению Нужно ли замачивать рис для плова и как правильно это делать Чем полезен кефир для человека, и для лечения каких болезней он подходит