Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Конференции
Полезные ссылки
СУПЕРОБУЧЕНИЕ
Комната отдыха

Введите слово для поиска

Карпова Екатерина Александровна.
Морфофункциональные изменения в печени при токсическом поражении и при его коррекции

ИРКУТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ


Специальность 06.02.01 – диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология и морфология животных


ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата ветеринарных наук


Научный руководитель: доктор ветеринарных наук, профессор О. П. Ильина

Улан-Удэ - 2014

Содержание диссертации
Морфофункциональные изменения в печени при токсическом поражении и при его коррекции

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Морфофункциональные особенности течения патологических процессов в печени при токсическом поражении
1.2. Свободно-радикальное окисление и антиоксидантная защита организма
1.3. Общая характеристика нанокомпозитных селенсодержащих материалов

ГЛАВА II. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы и методы исследований
2.1.1. Определение антиоксидантной активности препарата in vitro
2.1.2. Моделирование токсического повреждения печени
2.1.3. Методы биохимического исследования
2.1.4. Методы исследования острой токсичности
2.1.5. Методы патоморфологического исследования
2.1.6. Методы статистической обработки результатов исследований

2.2. Оценка биологического действия нанокомпозитного препарата селена на организм животных
2.2.1. Антирадикальная активность нанокомпозитного препарата селена in vitro
2.2.2. Антиоксидантная активность нанокомпозитного препарата селена in vivo
2.2.3. Исследование острой токсичности нанокомпозитного препарата селена
2.2.4. Морфофункциональная оценка биологического действия нанокомпозитного препарата селена при токсическом поражении печени

ГЛАВА III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ
ПРЕДЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ИЛЛЮСТРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1. Морфофункциональные особенности течения патологических процессов в печени при токсическом поражении

Функции печени в организме очень разнообразны. Она является центральным органом химического гомеостаза организма, так как в печени создается единый энергетический пул для метаболизма углеводов, белков и жиров. (Фельдман, Г.Л. Биоритмология. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост, ин-та, 1982. 80с.). Кровь, поступающая по воротной вене в печень, содержит многие продукты, образовавшиеся в результате пищеварения, а также вещества, приносимые в орган по селезеночной вене. Гепатоциты – первые клетки, с которыми эти компоненты вступают в контакт, именно клетки печени участвуют в их переработке (Козлов Н.А., Яглов В.В. Частная гистология домашних животных; под ред. В. В. Яглова. М.: Зоомедлит, 2007. 169с; Зайцев С.Ю., Конопатов Ю.В. Биохимия животных. Фундаментальные и клинические аспекты: учеб. СПб.: Лань, 2004. 384с.). Поступающие из кишечника в печень ядовитые продукты вызывают поражения печени.

Типы поражения зависят от природы химического вещества и продолжительности действия и сопровождаются различными нарушениями ферментативного равновесия (Бачко С.С. Сравнительная биохимическая характеристика метаболических свойств различных гепатопротектеров в условиях токсического поражения печени: дис. канд. мед. наук: 03.01.04 / Сергей Сергеевич Бачко. Краснодар, 2011. 170с.; Подымова С. Д. Болезни печени. М.: Медицина, 1993. 544 стр.).

При ряде заболеваний вирусной и бактериальной природы в печени обнаруживают бинуклеарные и многоядерные гепатоциты (Lefkowitch J.H., Apfelbaum T.F. Non-A, non-B hepatitis: characterization of liver biopsy pathology // J. Clin. Gastroenterol. 1989. Vol.11. № 2. P.225–232; Changes to hepatocyte ploidy and binuclearity profiles during human chronic viral hepatitis / Toyoda H. [et al.] // Gut. 2005. Vol.54, № 2. P.297–302), что также может быть обусловлено действием токсического вещества (Lythrum hyssopifolia (lesser loosestrife) poisoning of sheep in Victoria / Lancaster M.J. [et al.] // Aust. Vet. J. 2009. Vol.87. № 12. P.476–479), индуцировано влиянием некоторых гормонов (Tongiani R., Paolicchi A., Chieli E. Cytological and quantitative cytochemical changes in the hepatocyte population of newborn rats following hydrocortisone administration // Acta. Histochem. 1987. Vol.82, № 2. P.137–148), в результате старения организма (Schmucker D.L. Hepatocyte fine structure during maturation and senescence // J. Electron Microsc. Tech. 1990. Vol.14, №2. P.106–125) и сопряжено с участием данных клеток в процессах регенерации (Aurora-A overexpression in mouse liver causes p53-dependent premitotic arrest during liver regeneration / Li C.C. [et al.] // Mol. Cancer Res. 2009. Vol.7. №5. P.678–688).

Механизмы возникновения некроза гепатоцитов различаются в зависимости от типа токсина. Так, при отравлении четыреххлористым углеродом возникает нарушение функционирования ферментативных систем эндоплазматического ретикулума. Дистрофические изменения гепатоцитов при воздействии аллилового спирта, четыреххлористого углерода связаны с усилением перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот мембранных липидов. При воздействии металлов патогенез связан с блокадой функционально активных сульфгидрильных (SH) групп ферментов (Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ: учеб. Пособие. М.: ГЭОТАР, 2008. 101 с.; Корой П.В. Система протеина С при хронических заболеваниях печени и противовирусная терапия // Клиническая медицина 2008. №2. С.63–66).

Действие токсических веществ чаще всего приводит к дистрофии печени, при этом часть печеночных клеток лизируется и исчезает. Чаще это происходит вокруг центральных вен, реже – по периферии долек. Дольки печени становятся в центре красными, а по периферии серо-желтыми или наоборот (Кокуричев П.И., Домнин Б.Г., Кокуричева М.П. Патологическая анатомия сельскохозяйственных животных: альбом. СПб.: Агропромиздат. 1994. 199с.). Детоксикация веществ же может быть произведена только функционально и энергетически полноценными клетками, с нормальным течением биологического окисления. Поэтому очень важно в терапевтической практике восстановить архитектонику печеночной ткани (Зайцев, С. Ю. Биохимия животных. Фундаментальные и клинические аспекты : учеб. СПб., 2004. 271–272 с.)

Гибель клеток протекает либо по пути апоптоза, либо – некроза. Самым ранним проявлением апоптоза являются падение электрохимического потенциала митохондриальной мембраны и повышение продукции активных форм кислорода. (Kountouras J. Apoptosis in hepatitis C / J. Kountouras, D. Chatzopoulos, C. Zavos // J. Viral. Hepat. 2003. №10. P.335–342; Chen C.J., Risk of Hepatocellular Carcinoma Across a Biological Gradient of Serum Hepatitis B Virus DNA Level / C.J. Chen, H.I. Yang, J. Su // JAMA. 2006. №295. P.65–73). Морфологически апоптоз характеризуется образованием мембранных пузырей, агрегацией хроматина вблизи ядерной мембраны, конденсацией и фрагментацией клетки с образованием апоптических телец с последующим их фагоцитозом. В отличие от некроза, при апоптозе не возникает выраженной воспалительной реакции. Различия между некрозом и апоптозом на стадии их инициирования не столь очевидны, и одни и те же факторы (АФК, оксид азота (II)) могут стимулировать оба процесса. Гепатотоксиканты вызывают гибель клеток печени по механизму как некроза, так и апоптоза (S-adenosylmethionine (SAMe) attenuates acetaminophen hepatotoxicity in C57BL/6 mice / Valentovic M. [et al.] // Toxicol. Lett. 2004. №154. P.165–174).

Гибель паренхимы при хроническом гепатите высокой степени активности может проявляться мостовидным некрозом с массивным поражением портальных и перипортальных зон. При менее активном заболевании имеется скопление апоптичных и атрофированных гепатоцитов, часто с застоем в синусоидах. После полной организации поражений их идентифицируют по близости печеночных вен к портальным трактам после рассасывания паренхимы, находящейся между ними (Шифф Юджин Р., Майкл Ф. Соррел, Уиллис С. Мэддрей. Введение в гепатологию: пер. с англ.; под ред. В.Т. Ивашкина, А.О. Буеверова, М.В. Маевской. М.: ГЭОТАР–Медиа, 2011. 704 с.; Учайкин В.Ф., Чередниченко Т.В., Смирнов А.В. Инфекционная гепатология : руководство для врачей. М. : ГЭОТАР-медиа, 2012. 640 с.).

Апоптоз гепатоцитов вызывает фиброзные образования и предшествует фиброзу печени. Апоптозные гепатоциты поглощаются звездчатыми клетками, что приводит к их активации, и Купферовскими клетками, это обуславливает выделение ряда противовоспалительных и проапоптозных цитокинов. Цитокины Купферовских клеток вызывает активацию звездчатых клеток и последующий апоптоз. Активированные звездчатые клетки играют ключевую роль в формировании фиброза (Там же).

В любом случае, изменения в печени зависят от химической структуры, дозы и путей поступления токсического вещества. Выявляют широкий спектр дистрофических изменений гепатоцитов: баллонную или жировую дистрофию, центролобулярный некроз гепатоцитов. При прекращении поступления ядовитых продуктов происходит регенерация печени; размножаются и клетки междольковой соединительной ткани, что нередко приводит к развитию цирроза (Кокуричев П.И. Патологическая анатомия сельскохозяйственных животных: альбом. 199с.; Неалкогольная жировая болезнь печени: клиника, диагностика и лечение / Мехтиев С.Н. [и др.] // Лечащий врач. 2008. №2. С.29–37; Жерновков В.Е. Сравнительное изучение структурного состояния плазматических мембран головного мозга и печени мышей под действием тиролиберина in vitro / В.Е. Жерновков, Н.П. Пальмина // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2007. Т.144, №8. С.151–154; Хотимченко М.Ю., Коленченко Е.А. Эффективность низкоэтерифицированного пектина при токсическом поражении печени, вызванном введением свинца // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2007. Т.144, №7. С.65–67; Гарбузенко Д.В. Механизмы компенсации структуры и функции печени при ее повреждении и их практическое значение // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2008. Т.18, №6. С.14–21).

В цирротически-измененной паренхиме печени увеличивается диаметр ядер гепатоцитов. Данное изменение является одним из признаков дисплазии гепатоцитов (Бенявский М.В., Должников А.А. Количественная патоморфология гепатоцитов при циррозе печени // Вестник ВолГМУ. 2005. №1(13). С.8-11). Так, с увеличением ядер, уменьшается ядерно-цитоплазматическое отношение (ЯЦО). Это отношение позволяет оценивать уровень метаболизма в клетке и проявления компенсаторных реакций. В норме ЯЦО>1 в стволовых клетках, малых лимфоцитах и в стареющих клетках. В высокодифференцированных же клетках ЯЦО<1 (Хапажева М.Ж., Гутова Ф.З., Отарова Д.Д. Цитология: методические указания для самостоятельной работы студентов. Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2008. 26с). Особенно показательна разница ЯЦО клеток во время внутриутробного развития. В период 7-14 недельного внутриутробного развития ЯЦО наиболее высокое и значительно понижается по мере повышения дифференцировки клеток паренхиматозных органов (Пономарев Б.Л., Петрова Л.М. Ядерно-цитоплазматические взаимоотношения в паренхиматозных органах развивающегося плода человека // Фундаментальные науки и практика. 2010. Т.№1. С.108).

При вирусном циррозе печени величина ядерно-цитоплазматического отношения больше, чем при алкогольном (Бенявский М.В., Должников А.А. Количественная патоморфология гепатоцитов при циррозе печени // Вестник ВолГМУ. 2005. №1(13). С.8-11).

В рубцовой печени наблюдается абсолютное увеличение количества многих матриксных белков. После некроза гепатоцитов каркас соединительной ткани вновь быстро и упорядоченно заселяется гепатоцитами. При задержке регенерации отложение коллагена звездчатыми клетками разрушает каркас и предотвращает восстановление до нормы (Шифф Юджин Р. Введение в гепатологию: пер. с англ.; под ред. В.Т. Ивашкина, А.О. Буеверова, М.В. Маевской. М. 704 с).

Расширение пространства Диссе может способствовать плохому транспорту веществ к поверхности гепатоцитов, а также, возможно, формированию портальной гипертензии. Отложение фибрилл амилоида может значительно расширять пространство Диссе и вызывать атрофию подлежащих гепатоцитов (Там же).

Механизм сосудистой окклюзии при хроническом заболевании печени зависит от природы основного заболевания. Главным диагностическим признаком при хроническом гепатите является воспаление и расширение портальных трактов с инфильтрацией в них фибробластических элементов. При большинстве форм хронического гепатита флебит воротной и печеночных вен возникает вследствие сопутствующего воспаления в прилежащих тканях печени (Шифф Юджин Р. Введение в гепатологию: пер. с англ.; под ред. В.Т. Ивашкина, А.О. Буеверова, М.В. Маевской. М. 704 с.; Учайкин В.Ф., Чередниченко Т.В., Смирнов А.В. Инфекционная гепатология : руководство для врачей. М. : ГЭОТАР-медиа, 2012. 640 с.).

Синтетическая и депонирующая функции заключаются в том, что в гепатоцитах из аминокислот синтезируются белки плазмы крови: альбумины, ?- , ?- глобулины, которые в кровеносной системе транспортируют гормоны, железо, триптофан, липиды, протромбин и фибриноген. Из моносахаридов крови в гепатоцитах полимеризуется гликоген, который, накапливаясь в них, снижает концентрацию глюкозы в крови. В клетках печени накапливаются жирорастворимые витамины – A, D, E, K. Одна из важнейших функций печени – экзокринная – образование и выделение желчи (Козлов Н.А., Яглов В.В. Частная гистология домашних животных; под ред. В. В. Яглова. М. 169с). При патологиях печени наблюдается холестаз (Подымова С.Д. Болезни печени: 3-е изд., руководство для врачей. М.: Медицина, 1998. 703с). Внепеченочный холестаз связан с нарушением оттока желчи, вызванного механическими факторами. Синдром внутрипеченочного холестаза - с действием лекарств, инфекционных агентов, аутоиммунных, метаболических или генетических факторов (Там же).

Внутридольковый холестаз вызывается недостаточной секрецией желчи клетками печени и желчными канальцами из-за повреждений клеточных органелл. Междольковый холестаз связан с деструкцией и сокращением числа малых междольковых протоков. Поэтому образовавшиеся новые протоки будут являться декомпенсирующими. Для цирроза печени алкогольной этиологии характерно образование протоков, которые являются продолжением или боковыми ответвлениями уже существующих в сочетании с перипортальным холестазом (Там же).

Введение в организм лабораторных животных (крыс) четыреххлористого углерода – гепатотропного токсина - способствует выраженному повреждению мембран гепатоцитов, активации процессов липопероксидации, дисбалансу в работе ферментативного звена антиоксидантной системы организма, нарушению метаболизма липидов, белков, углеводов (Бачко С.С. Сравнительная биохимическая характеристика метаболических свойств различных гепатопротектеров в условиях токсического поражения печени: дис. канд. мед. наук: 03.01.04. / Сергей Сергеевич Бачко. Краснодар, 2011. 170с), то есть токсическое действие CCL4 проявляется развитием колликвационного некроза, белковой и жировой дистрофии гепатоцитов, локализованных преимущественно в центральной зоне печеночной дольки (Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. под общ. ред. члена-корр. РАМН, проф. Р.У. Хабриева. М.: Медицина, 2005. 832 с).

1.2. Свободно-радикальное окисление и антиоксидантная защита организма

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) является неотъемлемой частью жизни организма, его гомеостаза. Именно благодаря ПОЛ происходит обновление липидов биомембран, митогенез, окислительное фосфорилирование в митохондриях, перенос электронов, восстановление железа и др. (Болдырев А.А., Биомембранология: учеб. пособие/ Петрозаводск: Изд-во Кар. НЦ РАН, 2006. 226с.). Постоянно протекающие реакции пероксидации в клеточных мембранах способствуют обновлению их липидного состава и поддержанию активности липидзависимых ферментов. Активация ПОЛ необходима для неспецифической адаптации организма в окружающей среде (Величковский Б.Т. Свободнорадикальное окисление как звено срочной и долговременной адаптации организма к факторамокружающей среды // Вестн. РАМН. 2001. № 6. С.45–52).

Доказана роль ПОЛ в различных физиологических процессах, таких как физические тренировки, когда во время тренировок наступает гипоксическая активность с целым рядом негативных аспектов кислорода, то есть наступление окислительного стресса (Стаценко Е.А. Окислительный стресс в дозировании физических нагрузок // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2009. № 4. С.33–36; Powers S.K. Influence of exercise and fiber type on antioxidant enzyme activity in rat skeletal muscle // Amer. J. Physiol. 1994. Vol.266. P.375–380); холодовые адаптации (Саяпина И.Ю. Количественный анализ функциональной активности семенника крыс при окислительном стрессе, индуцированном адаптацией к низким температурам // Вестник новых медицинских технологий. 2011. Т.18, №2. С.155–157; Spasic M.B. Effect of term exposure to cold on the antioxidant defense system in the rat // Free Rad. Biol. Med. 1993. № 3. P.291–299); пищевые адаптогенов и диеты, oбoгащенные жирными кислотами (Сазонтова Т.Г. Адаптация к периодической гипоксии и диета с ПНЖК щ-3-класса, обладающие кардиопротективным действием, повышают устойчивость Са-транспорта саркоплазматического ретикулума миокарда к свободнорадикальному окислению // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1995. № 7. С. 42–45); гипобарическая тренировка, обладающая мембраностабилизирующим эффектом в обычном и адаптационном режиме (Киселев С.О. Механизм действия ГБО на организм // Гипербарическая физиология и медицина. 2002. № 2. С.3–7); важное значение имеет оксидативный баланс для нормального течения беременности (Ванько Л.В., Сафронова В.Г., Матвеева Н.К. Значение оксидативного стресса в развитии осложнений беременности и послеродового периода // Акушерство и гинекология. 2010. № 2. С.7–11; Колесникова Л.И. [и др.] Изучение состояния процесса липопероксидации у женщин различных этнических групп с угрозой прерывания беременности // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2010. № 6 (76). С.31–33).

В настоящее время любой патологический процесс в организме рассматривается с точки зрения перекисного окисления липидов. При патологических состояниях в организме баланс в системе ПОЛ-АОЗ изменяется, приводя к развитию «окислительного стресса» или нарушению прооксидантно-антиоксидантного баланса в пользу прооксидантных факторов, которые могут вызвать потенциальные повреждения (Балаболкин М.И., Креминская В.М., Клебанова Е.М. Роль окислительного стресса в патогенезе диабетической нейропатии и возможность его коррекции препаратами а-липоевой кислоты // Проблемы эндокринологии. 2005. Т.51, № 3. С.22–33; Дубинина Е.Е. Роль активных форм кислорода в качестве сигнальных молекул в метаболизме тканей при состояниях окислительного стресса // Вопросы медицинской химии. 2001. Т. 47, вып. 6. С.561–581; Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньшикова Е.Б. Окислительный стресс: Биохимический и патофизиологический аспекты. М.: МАИК Наука, 2001. 343 с.; Колесникова Л.И., Осипова Е.В., Гребенкина Л.А. Окислительный стресс при репродуктивных нарушениях эндокринного генеза у женщин. Новосибирск: Наука, 2011. 116 с.; Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К. Свободнорадикальное окисление как универсальный компенсаторно-приспособительный механизм // Компенсаторно-приспособительные процессы: фундаментальные и клинические аспекты. Новосибирск, 2002. С.304–305; Sies H. Оxidative Stress: Oxidants and antioxidants // Academic Press, London. 1991. P.15–22; Betteridge D.J. What is oxidative stress // Metabolism. 2000. Vol.49. P.1865–1874).

Окислительный стресс проявляется усилением процессов ПОЛ, о чем говорит характерное увеличение содержания хотя бы одного из его продуктов. Причем данные о содержании продуктов ПОЛ несут информацию о степени и глубине патологического процесса. Маркерами ПОЛ являются такие интермедиаты, как диеновые конъюгаты (ДК), малоновый диальдегид (МД), наличие двойных связей (Дв.св.), общая антиокислительная активность (АОА), супероксиддисмутазы (СОД), содержание окисленного (GSH) и восстановленного (GSSG) глутатионов и их соотношение.

В организме образуются промежуточные и побочные продукты восстановления молекул кислорода – активные формы кислорода, такие как супероксидный (О2-), гидроксильный (НО?), пергидроксильный (НО2•), пероксильный (RO2•) и алкоксильный (RO•) радикалы, оксид азота (NO•), пероксинитрит (ONOO-), гипохлорит (HOCl), перекись водорода (H2O2) и др. Помимо продуктов восстановления О2, к АФК относят также озон (О3) и синглетный кислород 1О2, то есть кислород, находящийся в возбужденном (синглетном) состоянии (Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестн. РАМН. 1998. № 7. С.43–51; Осипов О.А., Азизова Ю.А., Владимиров Ю.А. Активные формы кислорода и их роль в организме // Успехи соврем. биологии, 2003. Т. 31. C.180–208; Титов В.Н. Основы патогенетической классификации форм артериальной гипертонии // Российский кардиологический журнал. 2009. № 2 (76). С.79–95) и образующийся в ходе процессов, связанных с транспортом электронов по дыхательной цепи. В обычных условиях на генерацию АФК расходуется от 1 до 5% потребляемого кислорода. Однако эта величина может существенно возрастать при изменении кислородного баланса организма – при гипероксии или гипоксии. В результате последовательного восстановления молекулярного кислорода происходит образование супероксидного аниона, перекиси водорода, гидроксильного радикала.

Обладая исключительно высокой реакционной способностью, АФК подвергают окислительной деструкции многие компоненты клеток (нуклеиновые кислоты, белки, углеводы), но особое значение для поддержания гомеостаза имеет свободнорадикальное перекисное окисление липидов, что обусловлено решающей ролью биомембран в обеспечении функционирования живого организма (Владимиров Ю.А., Арчаков В. И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. 252 с.; Ланкин В.З., Тихадзе А.К., Осис Ю.Г. Моделирование каскада ферментных реакций в липосомах, включающих свободнорадикальное окисление, восстановление и гидролиз полиеновых ацилов фосфолипидов для исследования влияния этих процессов на структурно-динамические параметры мембраны // Биохимия. 2002. Т.67, № 5. С.679–689).

Среди кислородных свободных радикалов наибольшее значение отводят супероксидному анион-радикалу (О2-), поскольку именно он считается родоначальником многих других активных форм кислорода. Супероксидный радикал (СОР) образуется при присоединении одного электрона к молекуле кислорода в основном состоянии (Chen R., Warden J.T., Stonken J.A. Microdialysis sampling combined with electron spin resonance for superoxide radical detection in microliter samples // Anal. Chem., 2004. Vol.76. P.4734–4740). СОР активно восстанавливает железо из трехвалентного в двухвалентное состояние в присутствии ионов негемового железа. Поскольку двухвалентное железо играет важную роль в образовании агрессивных липидных и гидроксильных радикалов, это свойство СОР имеет большое значение (Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестн. РАМН. 1998. № 7. С.43–51).

Образование супероксида в организме в основном происходит при работе митохондриальной и микросомальной цепей переноса электронов, в результате потери электронов с восстановленных элементов этих цепей на молекулярный кислород (Осипов О.А., Азизова Ю.А., Владимиров Ю.А. Активные формы кислорода и их роль в организме // Успехи соврем. биологии, 2003. Т.31. C.180–208), при активации фагоцитирующих клеток крови и тканевых макрофагов (Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестн. РАМН. 1998. № 7. С.43–51), в ходе энзиматических реакций при действии так называемых «перекись продуцирующих ферментов», моно- и диаминооксидаз, моно- и диоксигеназ, при окислении гемоглобина и миоглобина, а также любых склонных к аутоокислению биомолекул: аскорбиновой кислоты, восстановленного селенсодержащего глутатиона, биогенных аминов (Свободнорадикальное окисление и старение / Хавинсон В.Х. [и др.]. СПб.: Наука, 2003. 328с).

Супероксиданион – радикал – пусковое звено каскада радикальных реакций, приводящих к образованию большинства АФК и продуктов ПОЛ.

Высокоспецифичный фермент-антиокидант – СОД регулирует уровень О2- в клетках. СОД ускоряет реакции дисмутации радикала с образованием молекул перекиси водорода и кислорода (Okado-Matsumoto A., Fridovich I. Subcellular distribution of superoxide dismutases in rat liver: Cu, Zn-SOD in mitochondria // J. Biol. Chem. 2003. Vol.276. P.38–39).

О2- + О2- + 2Н+ > Н2 О2 + О2

Образование О2- сопровождается накоплением Н2О2 в результате дисмутации (неферментативно или в присутствии супероксиддисмутазы) (Дубина Е.Е. Некоторые особенности функционирования ферментной антиоксидантной защиты плазмы крови человека // Биохимия. 2005. Вып.2. С.3–18). Н2О2 довольно стабилен при отсутствии каталазы и ионов металла, легко воспринимается клеткой как вода из-за своей незаряженной ковалентной структуры. Однако с ростом концентрации Н2О2 агрессивность его увеличивается и проявляется цитотоксическое действие; может вызвать гибель фибробластов, гепатоцитов и эндотелиальных клеток. В сублетальных концентрациях Н2О2 значительно изменяет статус эндотелиальных клеток, повреждает Сu-, Zn-СОД, тем самым снижая антиоксидантную защиту клеток (Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Меньщикова Е.Б. [и др]. М.: Слово, 2006. 553 с).

Гидроксильный радикал (НО•). Одноэлектронное восстановление Н2О2 приводит к образованию гидроксильных радикалов, обладающих чрезвычайно высокой реакционной способностью. Разложение Н2О2 в присутствии ионов двухвалентного железа является основным путем образования НО• (реакция Фентона) (Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биомембранах. М.: Наука, 2003. С.230–272; Chemical kinetics: Fundamentals and new developments / E.T. Denisov et al. Elsevier, 2003. 547 p.):

H2O2 + Fe2+ > Fe3+ + OH- + HO•

ОН- радикалы обладают высокой химической активностью и время их жизни в клетке составляет около 10-9 с, а расстояние, которое они успевают пройти за это время от места их образования, не превышает 100 нм. Таким образом, клеточная топография повреждающего действия •ОН-радикалов и, как следствие этого, характер эффекта повреждения во многом зависит от места их образования (Kira Y., Sato E.F., Inoue M. Association of Cu-Zn-type superoxide dismutase with mitochondria and peroxisomes. // Arsh. Biochem. Biophys. 2003. Vol.399. P. 96–102).

Важно отметить, что в организме нет специальных ферментативных систем, которые обладали бы ингибирующей способностью по отношению к гидроксильному радикалу (Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б., Окислительный стресс. М.: Наука, 2004. 343 с.). Следовательно, при целом ряде патологических состояний, сопровождающихся избыточным образованием АФК, организм становится практически беззащитным в отношении повреждающего действия этого соединения. Предотвратить повреждающее действие на клеточные структуры можно лишь за счет снижения концентрации радикалов предшественников ОН?, в частности, супероксиданион-радикала и перекиси водорода.

Синглентный кислoрод (1О2), в отличии от молекулы О2, обладает высокой химической активностью, особенно по отношению к молекулам с участками повышенной плoтности (ненасыщенные жирные кислоты клеточных мембран, ароматические аминокислоты, основания). Типичными для 1О2 являются реакции взаимодействия с двойной связью. Это свойство 1О2 особенно важно для инициирoвания перекиснoгo oкисления ненасыщенных липидoв в биологических мембранах (Меньщикова Е.Б. [и др]. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Слово, 2006. 553 с).

Наиболее эффективно останавливает повреждающее действие 1О2 ?-каротин, одна молекула которого способна потушить около 1000 молекул прежде, чем он подвергнется окислительной деструкции (Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биомембранах. С.230–272).

Гипохлорит (НОСl), или хлорноватистая кислота, не является свободным радикалом, но является сильнейшим окислителем. Он образуется в нейтрофилах при участии фермента миелопероксидазы (Klebanoff S.J. Myeloperoxidase: role in neutrophil – mediated toxicity // Molecular Biologi and Infectious Diseases. 2006. Vol.24. P.283–289). Атакует простейшие амины, сульфгидрильные группы в белках, хлорированные пуриновые основания в молекулах ДНК (Хавинсон В.Х. [и др.]. Свободнорадикальное окисление и старение. 328с).

Все вышеперечисленные АФК являются факторами, активирующими перекисное окисление липидов. Процессы ПОЛ прoтекают в три последовательных этапа: процесс зарождения цепей, процессы развития цепных реакций и обрыв цепей (Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б., Окислительный стресс. 343 с.).

На стадии инициирования под действием свободных радикалов О2, ионизирующей радиации, ультрафиолетового облучения и ряда химических веществ, относящихся к прooксидантам, происходит отрыв атома водорода в альфа-положении по отношению к двойной связи. Наличие двoйной связи в жирной кислoте oслабляет связь С-Н в смежных углерoдных атомах и тем самым облегчает отщепление Н•. Чем длиннее ненасыщенная боковая цепь кислоты жирного ряда, тем сильнее у неё склонность подвергнуться липидному окислению (Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // Соровский образовательный журнал. 2000. Т.6, №12. С.13 -19; Хавинсон В.Х. [и др.]. Свободнорадикальное окисление и старение. 328с; Denisov E.T. et al. Chemical kinetics: Fundamentals and new developments. Elsevier, 2003. 547p). Радикал с углеродом в центре претерпевает молекулярную перегруппировку с образование диена, содержащего сопряженные двойные связи, который в дальнейшем соединяется с О2 и образует радикал пероксида, который способен отделить атом водорода от другой жирной кислоты. Возникшие в результате этой реакции органические перекиси и новый радикал способствуют продолжению окислительных реакций, приобретающих цепной характер (Рисунок 2) (Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б., Окислительный стресс. 343 с.).

Считается, что образование перекисей липидов осуществляется двумя путями: неферментативным – аскорбат зависимым (аскорбиновая кислота регенерирует ионы за счет обратного восстановления Fe3+ до Fe2+) - происходит во всех мембранных структурах и ферментативным (НАДФН-зависимым) – преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме (Gutteridge J.M.C. Lipid peroxidation and antioxidation as biomarkers of tissues damage // Clinikal Chemistry. 2005. Vol.41, № 12. P.1819–1828).

Процессы ПОЛ будут продолжаться и истощать субстраты (полиненасыщенные жирные кислоты) до тех пор, пока в этот процесс не вмешается глутатионпероксидаза, восстановленные глутатион, витамин Е, Se или другие антиоксиданты (Birringer M., EyTina J.H., Salvatore B.A. Vitamin E analogues as inducers of apoptosis: structure-function relation // Br. J. Cancer. 2003. Vol.88. P.1948-1955). В этом случае произойдет прерывание цепной реакции. Наличие в организме антиракдикальной защиты ограничивает процессы пероксидации (Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б., Окислительный стресс. 343 с).

Как было установлено Halliwell (Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Oxygen toxiciti, oxygen radicals, transition metals and disease // Biochem. 2004. Vol.215. P.1–14), поврежденные ткани подвержены перекисному окислению липидов в гораздо большей степени, чем здоровые. Причиной этому является «утечка» антиоксидантов из поврежденных клеток, выделение ионов металла (особенно железа и меди) и металлопротеинов (Воскресенский О.Н., Левицкий А.П. Перекиси липидов в живом организме // Вопросы медицинской химии. 2003. Т. 16. №6. С.563–583). Происходит нарушение мембранных структур, изменение транспорта ионов Са2+, создающее угрозу жизни клетки (Michiels C., Remacle J. Cytotoxicity of linoleic acid peroxide, malondialdehyde and 4-hydroxynonenal towards human fibroblast // Toxicology, 2004. Vol.66. P.225–234).

Невозможно существование организма в кислородсодержащем окружении без защитных систем, основу которых составляют ферментативные и неферментативные антиоксиданты (Петрович Ю.А., Гуткин Д.В. Свободнорадикальное окисление и его роль в патогенезе воспаления, ишемии и стресса // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2005. № 5. С.85–92). Адекватность защиты от пероксидации обеспечивает непрерывная, многоступенчатая, антирадикальная защита. Отсутствие или сбой последней непременно приведут к накоплению окислительных повреждений и возникновению окислительного стресса (Колесникова Л.И. Роль процессов перекисного окисления липидов в патогенезе осложнений беременности: автореф. дис. … д-ра мед. наук. Иркутск, 1993. 39 с.; Меньщикова Е.Б. [и др]. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Слово, 2006. 553 с.; Меньщикова Е.Б. [и др]. Окислительый стресс. Патологические состояния и заболевания. Новосибирск, 2008. 284с).

Защитная система включает в себя низкомолекулярные соединения, такие как витамины (токоферолы, аскорбат, ретинол, кверцитин, рутин), белки (трансферрин, церулоплазмин и др.), которые препятствуют генерации активных форм кислорода и нейтрализуют образующиеся при их участии вторичные радикалы. Кроме того, к группе низкомолекулярных антиоксидантов относятся весьма различные соединения – некоторые аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, карнозин, и др. (Кения М.В., Лукаш А.И., Гуськов Е.П. Роль низкомолекулярных антиоксидантов при окислительном стрессе // Успехи современной биологии. 1993. № 4. С.456–470). В формировании системы АОЗ не менее важную роль играют такие антиоксидантные ферменты, как металлозависимые каталазы: СОД, пероксидазы, каталаза, селенозависимая небелковая система глутатиона («восстановленный – окисленный глутатион») GSH, которые способны нейтрализовывать активные формы кислорода и токсичные продукты пероксидации липидов, превращая их в нейтральные безвредные соединения и таким образом обеспечивая антиоксидантный эффект (Герасимов А.М., Шаов М.Т., Деленян Н.В. Противокислородная защита организма М., 1998. 187 с.; Бурлакова Е.Б., Храпова Н.Г. Перекисное окисление липидов мембран // Успехи химии, 2004. Т.54. C.1540–1558; Кравченко Ю.В. Экспериментальное исследование системы антиоксидантной защиты на этапах онтогенеза при токсическом и алиментарном воздействии: дисс. канд. биол. наук: 03.00.04. Москва, 2005. 162 с.; Глутатионовая антиоксидантная система у больных сахарным диабетом / Колесниченко Л.С. [и др].// Сибирский медицинский журнал. 2009. № 1. С.31–33).

Главной ферментативной антиоксидантной системой плазмы крови является селенсодержащий фермент глутатионпероксидаза внеклеточных жидкостей и глутатионпероксидаза гидроперекисей липидов (Калинина Е.В. Современные представления об антиоксидантной роли глутатиона и глутатионзависимых ферментов // Вестник Российской АМН. 2010. №3. С.46-54). GSH является элементом антиоксидантной защиты организма, поскольку разрушает гидроперекиси жирных кислот (линолевой, линоленовой) и превращает их в малотоксичные вещества. Эта роль селена в предохранении мембран клеток от повреждений отражает синергизм витамина Е и селена.

Существует тесная корреляция между уровнем в организме селена и активностью глутатионпероксидазы, которая предотвращает накопление в клетках перекисных продуктов обмена веществ. Например,

2GSH + H2O2 = 2GS + 2H2O

Селен и витамин Е дополняют эффекты друг друга; оба входят в структуру мембран клеток, где витамин Е связан с арахидоновой кислотой фосфолипидов, а селен связан с белками, содержащими «негеминовое» железо, предохраняя его от окисления.

Селен способствует нейтрализации жирных кислот за счет активации глутатионпероксидазы. В свою очередь, витамин Е предохраняет окисление жирных кислот мембран клеток, выполняя таким образом роль антиоксиданта (Зайцев С.Ю., Конопатов Ю.В. Биохимия животных. Фундаментальные и клинические аспекты: учеб. СПб.: Лань, 2004. 271–272с.; Зайцев С.Ю. Супрамолекулярные наноразмерные системы на границе фаз: Концепции и перспективы для бионанотехнологий. М.: ЛЕНАНД, 2010. 208с.; Георгиевский В.И. Минеральное питание животных. М. 1979. 471 с).

Запрос на диссертацию присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки


Пишите нам

 

 

 

 

X