Fria radikaler och antioxidanter

Upptäckten av fria radikaler och antioxidanter var för medicinsk vetenskap lika stor utomlands som vid tidpunkten för upptäckten av mikroorganismer och antibiotika eftersom läkarna får inte bara en förklaring av många patologiska processer, bland annat åldrande, men även effektiva metoder för att hantera dem.

Det senaste årtiondet präglades av framgångar i studien av fria radikaler i biologiska föremål. Dessa processer visade sig vara en nödvändig metabolisk länk i kroppens normala vitala aktivitet. De deltar i reaktionerna av oxidativ fosforylering, i biosyntesen av prostaglandiner och nukleinsyror, vid reglering av lipotisk aktivitet, vid celldelningens processer. I kroppen bildas fria radikaler oftast under oxidering av omättade fettsyror, och denna process är nära relaterad till peroxidant friradikal lipidoxidation (LPO).

Vad är fria radikaler?

Fri radikal - en molekyl eller atom med oparad elektron i en yttre omloppsbana, som svarar för dess aggressivitet och förmåga att inte bara reagerar med molekylerna i cellmembranet, utan också att göra dem till fria radikaler (självunderhållande lavin reaktion).

Kol som innehåller radikalen reagerar med molekylärt syre, bildande en peroxidfri radikal av COO.

Peroxidradikalen extraherar väte från sidokedjan av omättade fettsyror, bildande en lipidhydroperoxid och ett annat kol innehållande en radikal.

Lipidhydroperoxider ökar koncentrationen av cytotoxiska aldehyder, och kolet innehållande radikalen stöder bildandet av peroxidradikaler, etc. (längs kedjan).

Olika mekanismer för bildandet av fria radikaler är kända. En av dem är effekten av joniserande strålning. I vissa situationer, i processen med molekylär syre-reduktion, tillsätts en elektron istället för två, och en högaktivt superoxidanjon (O) bildas. Bildningen av superoxid är en av de skyddande mekanismerna mot bakteriell infektion: utan syrefria radikaler kan neutrofiler och makrofager inte döda bakterier.

Närvaron av antioxidanter i cellen och in i det extracellulära utrymmet indikerar att bildningen av fria radikaler är inte underordnad betydelse fenomen orsakas av exponering för joniserande strålning eller toxiner, och konstant åtföljer oxidationsreaktionen under de vanliga förhållandena. De viktigaste antioxidanter innefattar superoxiddismutas enzymer grupp (SOD), vars funktion består i att den katalytiska omvandlingen av superoxidanjonen till väteperoxid och molekylärt syre. Eftersom superoxiddismutaser är allestädes närvarande är det legitimt att anta att superoxidanjonen är en av de viktigaste biprodukterna från alla oxidationsprocesser. Katalaser och peroxidaser omvandlar väteperoxiden som bildas under dismutationsprocessen i vatten.

Huvuddragen hos fria radikaler är deras ovanliga kemiska aktivitet. Som om de känner sin defekt, försöker de återvinna den förlorade elektronen, och tar aggressivt bort från andra molekyler. I sin tur blir "förolämpade" molekyler också radikaler och börjar redan råna sig, ta bort elektroner från sina grannar. Eventuella förändringar i molekylen - det är förlusten eller tillägget av en elektron, utseendet av nya atomer eller atomergrupper - påverkar dess egenskaper. Därför förändras fria radikala reaktioner i ett ämne, förändra ämnets fysikalisk-kemiska egenskaper.

Det mest kända exemplet på en friradikalprocess är oljebeständighet (rancidity). Rancidolja har en särpräglad smak och lukt, vilket förklaras av utseendet i det av nya ämnen som bildas under friradikalreaktioner. Viktigast är att deltagarna i friradikalreaktioner kan bli proteiner, fetter och DNA från levande vävnader. Detta leder till utvecklingen av en rad olika patologiska processer som skadar vävnader, åldrande och utveckling av maligna tumörer.

De mest aggressiva av alla fria radikaler är fria radikaler av syre. De kan provocera en lavin av friradikalreaktioner i levande vävnad, vars konsekvenser kan vara katastrofala. Fria radikaler av syre och dess aktiva former (till exempel lipidperoxider) kan bildas i huden och någon annan vävnad som påverkas av UV-strålning, några giftiga ämnen som ingår i vatten och luft. Men viktigast av allt, att de reaktiva syrespecies bildas när någon inflammation, eventuella infektiösa processer som sker i huden, eller något annat organ, eftersom de är den främsta vapen av immunsystemet, vilket den förstör patogener.

Att gömma sig från fria radikaler är det omöjligt (även eftersom det är omöjligt att försvinna från bakterier men från dem är det möjligt att skyddas). Det finns ämnen som skiljer sig åt eftersom deras fria radikaler är mindre aggressiva än radikaler av andra ämnen. Efter att ha givit sin elektron till aggressorn, försöker antioxidanten inte att kompensera för förlusten på grund av andra molekyler, eller snarare gör den endast i sällsynta fall. Därför, när en friradikal reagerar med en antioxidant, blir den till en fullvärdig molekyl, och antioxidanten blir en svag och inaktiv radikal. Sådana radikaler är redan ofarliga och skapar inte kemiskt kaos.

Vad är antioxidanter?

"Antioxidanter" är ett kollektivt begrepp och, som begrepp som "antidrogenläkemedel" och "immunmodulatorer", innebär inte medlemskap i någon särskild kemisk grupp av ämnen. Deras specificitet är det närmaste förhållandet med fria radikal lipidoxidation i allmänhet och fritt radikalpatologi i synnerhet. Den här egenskapen kombinerar olika antioxidanter, som alla har sina egna egenskaper.

Processer av fri radikal oxidation av lipider har en allmän biologisk karaktär och är som plötsliga aktivering, enligt många författare, den universella mekanismen för cellskada vid membrannivån. I lipidperoxidation av biologiska membran fas processer orsaka viskositetsökning och beställning membranbiskiktet, fasändringen membranegenskaper och minska deras elektriska resistans, och underlätta utbytet av fosfolipider mellan två monoskikt (kallas fosfolipid-vippa). Under inverkan av peroxidprocesser finns också en inhibering av membranproteinernas rörlighet. På cellnivå av lipidperoxidation åtföljs av svullnad i mitokondrierna, bortkoppling av oxidativ fosforylering (och i avancerad process - solubilisering av membranstrukturer), vilket är i nivå med hela organismen manifesteras i utvecklingen av så kallade fria radikaler patologi.

Fria radikaler och cellskador

Idag blev det uppenbart att bildandet av fria radikaler är en av de universella patogenetiska mekanismerna för olika typer av cellskador, inklusive följande:

• reperfusion av celler efter en period av ischemi;
• några medicinskt inducerade former av hemolytisk anemi
• förgiftning med vissa herbicider;
• hanteringen av koltetraklorid;
• joniserande strålning;
• vissa mekanismer för cellåldring (till exempel ackumulering av lipidprodukter i cellen - av ceroider och lipofuskin);
• Oxygen toxicitet;
• atherogenes på grund av oxidation av lågdensitetslipoproteiner i arteriella väggceller.

Fria radikaler deltar i processerna:

• aging;
• carcinogenes;
• kemiska och läkemedelsskador på celler;
• inflammation;
• radioaktiv skada;
• aterogenes;
• syre och ozon toxicitet.

Effekter av fria radikaler

Oxidering av omättade fettsyror i cellmembranets sammansättning är en av de främsta effekterna av fria radikaler. Fria radikaler skadar också proteiner (särskilt tiolhaltiga proteiner) och DNA. Morfologisk utfallet av cellväggs lipidoxidation är bildningen av polära permeabilitetskanaler, vilket ökar den passiva permeabiliteten hos membranet för Ca2 +, överskottet av vilken är avsatt i mitokondrier. Oxidationsreaktioner undertrycks vanligtvis av hydrofoba antioxidanter, såsom vitamin E och glutationperoxidas. Vitamin E-liknande antioxidanter som bryter mot oxidationskedjor finns i färska grönsaker och frukter.

Fria radikaler reagerar också med molekyler i de joniska och vattenhaltiga omgivningarna av cellfack. I jonmediet behålls antioxidantpotentialen av molekyler av substanser såsom reducerad glutation, askorbinsyra och cystein. De skyddande egenskaperna hos antioxidanter uppträder när de karakteristiska morfologiska och funktionella förändringarna observeras när de är uttömda av deras bestånd i en isolerad cell på grund av oxidationen av lipiderna i cellmembranet.

De typer av skador orsakade av fria radikaler är fast besluten att inte bara aggressivitet produceras av radikaler, men också strukturella och biokemiska egenskaper hos personen utsätts för. Till exempel, i det extracellulära utrymmet fria radikaler förstör glykosaminoglykan grundsubstans av bindväv, som kan vara en av mekanismerna för destruktion av lederna (t ex reumatoid artrit). Ändra permeabiliteten hos fria radikaler (och följaktligen den barriärfunktion) cytoplasmiska membran i samband med bildning av ökade permeabilitetskanaler, vilket leder till sönderdelning av vatten och jon homeostas celler. Det förmodas att den nödvändiga tillgången på vitaminer och spårämnen hos patienter med reumatoid artrit, i synnerhet, korrigering av vitaminbrist och mikronäringsämnen brister oligogalom E. Detta beror visat märkbar aktivering peroxidering hämning och antioxidantaktivitet, så det är viktigt inklusionskomplex terapi med höga bioantioxidants antiradikal aktivitet, till vilken antioxidanter är vitaminer (E, C och A) och spårelement selen (Se). Det visas också att användningen av doser av syntetisk vitamin E, som absorberas sämre än det naturliga. Exempelvis doser av vitamin E och 400 till 800 lU / dag ledde till en minskning av kardiovaskulära sjukdomar (53%). Kommer emellertid responsen av effektiviteten av antioxidanter erhållas i stora kontrollerade studier (från 8000 till 40 000 patienter) som genomfördes i 1997

Som skyddande krafter som upprätthåller LPO-hastigheten på en viss nivå isoleras enzymsystem för inhibering av oxidationsperoxidering och naturliga antioxidanter. Det finns tre nivåer av reglering av graden av friradikaloxidation. Det första steget är anoxiskt och upprätthåller ett relativt lågt syre partialtryck i cellen. Detta innefattar främst andningsenzymer som konkurrerar om syre. Trots den stora variationen i absorptionen av O3 i kroppen och frisättningen av CO2, pO2 och pCO2 i det arteriella blodet från den, är normen ganska konstant. Det andra försvaret är anti-radikal. Den består av olika substanser i kroppen (E-vitamin, askorbinsyra, vissa steroidhormoner, etc.), som avbryter processerna för LPO, interagerar med fria radikaler. Det tredje steget är antiperoxid, vilket förstör peroxiderna som redan bildats med hjälp av lämpliga enzymer eller icke-enzymatiskt. Det finns emellertid fortfarande ingen enskild klassificering och enhetliga synpunkter på mekanismerna för reglering av hastigheten för fria radikaleaktioner och verkan av skyddande krafter som säkerställer bortskaffandet av slutprodukterna av LPO.

Det antas att, beroende på intensiteten och varaktigheten av förändringar i regleringen av lipidperoxideringsprodukter reaktioner är: för det första bär reversibel med efterföljande återgång till det normala, för det andra, orsaka en övergång till en annan nivå av autoreglering och för det tredje, en del av effekterna av Denna mekanism för självreglering är disunited, och följaktligen leder det till omöjligheten att utöva regleringsfunktioner. Detta är anledningen till att förstå den reglerande roll lipidperoxideringsprodukter reaktioner i samband med åtgärder för en organism av extrema faktorer, såsom kyla, ett nödvändigt steg för forskning som syftar till att utveckla vetenskapligt baserad process kontrollmetoder för anpassning och kombinationsterapi, prevention och rehabilitering av vanliga sjukdomar.

En av de mest använda och effektiva är ett komplex av antioxidanter, som inkluderar tokoferol, askorbat och metionin. Analysera verkningsmekanismen för var och en av de använda antioxidanterna är följande noterat. Mikrosomer - en av de främsta platserna för ackumulering i leverns celler av exogent infört tokoferol. Som en möjlig donor av protoner kan askorbinsyra agera, vilket oxideras till dehydroascorbinsyra. Dessutom kan askorbinsyraens förmåga att interagera direkt med singlet-syre, en hydroxylradikal och en superoxidradikalanjon, och även förstöra väteperoxid visas. Det finns också bevis på att tokoferol i mikrosomer kan regenereras med tioler och i synnerhet reducerad glutation.

Sålunda, i kroppen finns det en rad inbördes antioxidantsystem, är den viktigaste roll för att upprätthålla den enzymatiska och icke-enzymatiska oxidationsreaktioner vid en stationär nivå. Vid varje stadium av utveckling av peroxidreaktioner finns ett specialiserat system som implementerar dessa funktioner. Vissa av dessa system är strikt specifika, andra, såsom glutation, tokoferol, har större bredd av verkan och lägre substratspecificitet. Additivitet interaktion enzymatiska och icke-enzymatiska antioxidantsystem ger tillsammans motstånd mot extrema faktorer som har prooxidativa egenskaper, alltså. E. Förmågan att skapa förutsättningar i kroppen, predisponerar för utvecklingen av de aktiverade syrespecies och lipidperoxidation aktivera reaktioner. Det finns ingen tvekan om att aktiveringen av LPO-reaktioner observeras under påverkan av ett antal miljöfaktorer på kroppen och patologiska processer av annan art. Enligt V. Yu. Kulikov et al. (1988), beroende på mekanismerna för aktivering av LPO-reaktioner, kan alla faktorer som verkar på kroppen delas in i följande grupper med viss sannolikhet.

Faktorer av den fysikalisk-kemiska naturen som främjar ökningen av prekursorernas vävnader och direkta aktivatorer av POL-reaktionerna:

• syre under tryck;
• ozon;
• kväveoxid;
• joniserande strålning etc.

Faktorer av biologisk natur:

• processer av fagocytos;
• förstörelse av celler och cellmembran;
• generationssystem av aktiverade syrearter.

Faktorer som bestämmer aktiviteten hos organismens antioxidantsystem är enzymatiska och icke-enzymatiska i sin natur:

• aktivitet av processer associerade med induktionen av antioxidantsystem av enzymatisk natur;
• genetiska faktorer associerade med depression av ett visst enzym som reglerar reaktionerna av LPO (brist på glutationperoxidas, katalas etc.);
• livsmedelsfaktorer (brist på mat i tokoferol, selen, andra spårämnen etc.);
• struktur av cellmembran;
• Naturen hos förhållandet mellan antioxidanter av enzymatisk och icke-enzymatisk natur.

Riskfaktorer som förstärker aktiveringen av LPO-reaktioner:

• aktivering av kroppens syreregim;
• Stresstillståndet (kallt, hög feber, hypoxi, känslomässiga och smärtsamma effekter);
• giperlipidemiya.

Således är aktivering av lipidperoxideringsprodukter reaktioner i kroppen nära relaterad till funktion transport och utnyttjande av syre. Särskilt anmärkningsvärt är adaptogener, bland dem i stor utsträckning Eleutherococcus. Framställningen av roten av denna anläggning har en tonic, adaptogenic, anti-stress, anti-aterosklerotiska, anti-diabetiska och andra egenskaper, minskar den totala incidensen, inklusive influensa. När man studerar de biokemiska mekanismerna hos verkan av antioxidanter i människor, djur och växter expanderade avsevärt intervall av patologiska tillstånd för vilka behandling använda antioxidanter. Antioxidanter har framgångsrikt använts som en adaptogen för skydd mot strålningsskada, behandling av sår och brännskador, tuberkulos, hjärt- och kärlsjukdomar, neuropsykiatriska störningar, tumörer, diabetes och andra. Naturligtvis det ökade intresset för mekanismerna bakom denna universalitet verkan av antioxidanter.

Närvarande experimentellt det sig att effektiviteten av antioxidanterna bestämmes av deras aktivitet vid inhibering av lipidperoxidation genom interaktion med peroxi- och andra radikaler som initierar LPO, och även på grund av effekterna av antioxidanter på membranstrukturen för att underlätta tillträde av syre till lipider. LPO kan också förändras med det medierade systemet med antioxidantverkan genom neurohormonala mekanismer. Det visas att antioxidanter påverkar frisättningen av neurotransmittorn och frisättningen av hormoner, receptorns känslighet och deras bindning. I sin tur, den förändring i koncentrationen av hormoner och neurotransmittorer förändrar intensiteten av lipidperoxidation i målcellerna, vilket leder till lipid förändring katabolism hastighet och, som en konsekvens, en förändring i deras sammansättning. Förhållandet mellan LPO-hastigheten och förändringen i membranets fosfolipidspektrum spelar en reglerande roll. Ett liknande system för reglering finns i cellmembran hos djur, växt och mikrobiella organismer. Såsom är känt, påverkar kompositionen och fluiditeten hos membranlipider aktiviteten hos membranproteiner, enzymer och receptorer. Genom detta reglersystem normaliserar antioxidanter med membranreparation, förändrad i organismens patologiska tillstånd, dess sammansättning, struktur och funktionell aktivitet. Förändrade makromolekylär syntes enzymaktivitet och nukleära matriskomposition som sammansättningen av membranlipider inducerade genom verkan av antioxidanter kan förklaras av deras inverkan på DNA-syntes, RNA, protein. Samtidigt framkom det i litteraturen om direkt interaktion mellan antioxidanter och makromolekyler.

Dessa, liksom den nyligen upptäckt bevis för effekten av antioxidanter i pikomolarkoncentrationer markerar betydelsen av receptorvägar i deras effekter på cellulär metabolism. I VE Kagan (1981) på de mekanismer av strukturella och funktionella modifieringar av biologiska membran visas att beroendet av lipidperoxideringsprodukter reaktioner i biologiska membraner är beroende inte bara på fettsyrakompositionen (omättnadsgrad), utan även på den strukturella organisationen av lipidfasen av membran (lipid molekylär rörlighet , styrkan av proteinet-lipid och lipid-lipid-interaktioner). Har det visat sig att som ett resultat av ackumulering av lipid peroxidation produkter omfördelning sker i membranet: mängden av flytande minskningar i liptsdov biosloe reducerad mängd av immobiliserade lipid membranproteiner och lipider öka antalet beställas i biosloe (kluster). V.

Vid studium av beskaffenhet, sammansättning och homeostas mekanism av antioxidantsystemet visade att manifestationen av skadliga effekterna av fria radikaler och peroxyl föreningar hindrar komplexa multikomponentantioxidantsystem (AOS), som åstadkommer bindning och modifiering av radikalerna som förhindrar bildandet eller förstörelse av peroxider. Den innehåller: hydrofila och hydrofoba organiska substanser med reducerande egenskaper; Enzymer som stöder hemostasen av dessa ämnen; antiperoxid enzymer. Bland antioxidanter är naturliga lipid (steroida hormoner, vitaminer E, A, K, flavonoider och polyfenoler, E-vitamin, ubikinon) och vattenlöslig (lågmolekylära tioler, askorbinsyra) substans. Dessa substanser är antingen fällor av fria radikaler, eller förstör peroxidföreningar.

En del av vävnadsantioxidanterna är hydrofil, den andra är hydrofob i naturen, vilket gör det möjligt att samtidigt skydda mot oxidationsmedel av funktionellt viktiga molekyler i både vattenhaltiga och lipidfaser.

Den totala mängden av bioantiokisliteley skapar i vävnaden en "buffert antioxidantsystem" har en viss kapacitet och förhållandet av prooxidant och antioxidant system bestämmer det så kallade "antioxidantstatusen" för kroppen. Det finns all anledning att tro att bland vävnads antioxidant ockupera en speciell plats tioler. Bekräftelse av följande fakta är: hög reaktivitet av sulfhydrylgrupper, varvid vissa oxiderade tioler i ett mycket stort beroende av hastigheten för oxidativ modifiering av SH-grupper till sin omgivning radikal i molekylen hastigheten. Denna omständighet gör det möjligt att välja från en mängd olika tiol specifik grupp av föreningar av lätt oxiderbara ämnen, antioxidanter som utför specifika funktioner: reversibiliteten av oxidation av sulfhydrylgrupper i disulfid, vilket gör det i princip möjligt energimässigt gynnsam upprätthållande av homeostas av tiol antioxidanter i cellen utan att aktivera deras biosyntes; förmåga tioler för att visa hur anti-radikal och antiperoxide handling. Hydrofila tioler på grund av deras höga innehåll i de vattenhaltiga fasceller och förmågan att skydda mot oxidativ skada på biologiskt viktiga molekyler, enzymer, nukleinsyror, hemoglobin och andra. Emellertid möjliggör närvaron av tiolföreningar opolära grupper manifestation av deras antioxidant-aktivitet i lipiden cellfas. Sålunda, tillsammans med ämnen av lipid natur, tiolföreningar med betydande engagemang i skyddet av cellulära strukturer från effekterna av oxiderande faktorer.

Oxidation i kroppens vävnader påverkas också av askorbinsyra. Det, som tioler, är en del av AOC, som deltar i bindningen av fria radikaler och förstörelsen av peroxider. Askorbinsyra, en molekyl som innehåller både polära och icke-polära grupper uppvisar nära funktionellt interaktion med glutation-SH och lipida antioxidanter, förstärkningsverkan av den senare och förebygga peroxidation. Tydligen spelar tiolantioxidanter en dominerande roll för att skydda de grundläggande strukturella komponenterna i biologiska membran, såsom fosfolipider eller nedsänkt i lipidskiktet av proteiner.

I sin tur visar vattenlösliga antioxidanter - tiolföreningar och askorbinsyra - deras skyddsåtgärder huvudsakligen i vattenmiljön - cytoplasman i cellen eller blodplasma. Man bör komma ihåg att blodsystemet är en intern miljö som spelar en avgörande roll i icke-specifika och specifika försvarsreaktioner, vilket påverkar dess motstånd och reaktivitet.

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

Fria radikaler i patologi

Hittills diskuterar litteraturen frågan om orsakseffektrelationer i förändringar i intensiteten av lipoperoxidation i dynamiken i utvecklingen av sjukdomar. Enligt vissa författare är det en kränkning av stationäritet av processen är den främsta orsaken till dessa sjukdomar, medan andra tror att förändringen i intensiteten av lipidperoxidation är en följd av dessa patologiska processer som initierats helt olika mekanismer.

Undersökningar som gjorts de senaste åren har visat att förändringar i intensiteten av friradikaloxidation åtföljer sjukdomar av olika geneser, vilket bekräftar uppsatsen av den allmänna biologiska naturen av fritt radikalskada på celler. Ackumulerat nog bevis på patogenetisk inblandning av fria radikaler skador på molekyler, celler, organ och kroppen som helhet och framgångsrik behandling med deras farmakologiska preparat som har antioxidantegenskaper.