Volné radikály a antioxidanty

Objev volných radikálů a antioxidantů byl pro lékařskou vědu za významné v zámoří, jak v té době objev mikroorganismů a antibiotik, protože lékaři dostávají nejen vysvětlení mnoha patologických procesů, včetně stárnutí, ale také účinné způsoby nakládání s nimi.

Poslední dekáda byla poznamenána úspěchy ve studiu volných radikálů v biologických objektech. Tyto procesy se ukázaly jako nezbytné metabolické spojení v normální životně důležité činnosti těla. Podílí se na reakcích oxidační fosforylace, v biosyntéze prostaglandinů a nukleových kyselin, v regulaci lipotické aktivity v procesech buněčného dělení. V těle se nejčastěji vytvářejí volné radikály během oxidace nenasycených mastných kyselin a tento proces úzce souvisí s oxidací lipidů na peroxidačním volném radikálu (LPO).

Co jsou volné radikály?

Radikálová - molekula nebo atom mající nepárový elektron ve vnější oběžné dráze, což představuje jeho agresivity a schopnost nejen reagovat s molekulami buněčné membrány, ale také, aby je na volné radikály (soběstačnou lavina reakce).

Uhlík obsahující radikál reaguje s molekulárním kyslíkem, čímž vzniká peroxidový radikál COO.

Peroxidový radikál extrahuje vodík z postranního řetězce nenasycených mastných kyselin, čímž vzniká lipidový hydroperoxid a další uhlík obsahující radikál.

Hydroperoxidy lipidů zvyšují koncentraci cytotoxických aldehydů a uhlík obsahující radikál podporuje tvorbu peroxidových radikálů atd. (Podél řetězce).

Různé mechanismy tvorby volných radikálů jsou známy. Jedním z nich je účinek ionizujícího záření. V některých situacích se v procesu redukce molekulárního kyslíku přidává jeden elektron namísto dvou a vytváří se vysoce reaktivní superoxidový anion (O). Tvorba superoxidu je jedním z ochranných mechanismů proti bakteriální infekci: bez kyslíkových volných radikálů, neutrofilů a makrofágů nelze zabít bakterie.

Přítomnost antioxidantů v buňce a do extracelulárního prostoru ukazuje, že tvorba volných radikálů není náhodný jev způsobený vystavení ionizujícímu záření nebo toxiny, a konstantní doprovázející oxidační reakci v obvyklých podmínkách. Hlavní antioxidanty jsou enzymy skupiny superoxiddismutázy (SODs), jejichž funkcí je katalyzovat peroxidový anion na peroxid vodíku a molekulární kyslík. Vzhledem k tomu, že superoxidové dismutázy jsou všudypřítomné, je oprávněné předpokládat, že superoxidový anion je jedním z hlavních vedlejších produktů všech oxidačních procesů. Katalázy a peroxidázy převádějí peroxid vodíku vzniklý během procesu dismutace na vodu.

Hlavním rysem volných radikálů je jejich neobvyklá chemická aktivita. Jako by pocítili svou defektnost, snaží se znovu získat ztracený elektron, agresivně jej odvádějí od jiných molekul. Na druhé straně se "urazené" molekuly také stávají radikály a již začínají okrádat sami sebe a odvádějí elektrony od svých sousedů. Jakékoli změny v molekule - buď ztráta nebo přidání elektronu, vzhled nových atomů nebo skupin atomů - ovlivňují jeho vlastnosti. Proto se reakce s volnými radikály, které probíhají v látce, mění fyzikálně-chemické vlastnosti této látky.

Nejznámějším příkladem procesu s volnými radikály je znehodnocení oleje (žluk). Rancidový olej má zvláštní chuť a vůni, což se vysvětluje tím, že se v něm objevují nové látky tvořené při reakcích volných radikálů. A co je nejdůležitější, účastníci volných radikálových reakcí se mohou stát proteiny, tuky a DNA živých tkání. To vede k vývoji různých patologických procesů, které poškozují tkáně, stárnou a vývoj maligních nádorů.

Nejagresivnější ze všech volných radikálů jsou volné radikály kyslíku. Mohou vyvolat lavinu reakcí volných radikálů v živé tkáni, jejíž důsledky mohou být katastrofální. Volné kyslíkové radikály a aktivní formy (například peroxidy lipidů), může být vytvořen v kůži a jakýchkoli jiných tkání pod vlivem UV záření, některé toxické látky obsažené vody a vzduchu. Ale co je nejdůležitější, že se vytvoří reaktivní formy kyslíku, kdy jakýkoliv zánět, všechny infekční procesy probíhající v kůži, nebo jiného orgánu, protože jsou hlavní zbraní imunitního systému, který se ničí patogeny.

Abychom se skryli od volných radikálů, je to nemožné (stejně jako je nemožné vymizet z bakterií, ale z nich je možné být chráněni). Existují látky, které se liší tím, že jejich volné radikály jsou méně agresivní než radikály jiných látek. Po podání elektronu agresoru se antioxidant nesnaží vyrovnávat ztráty způsobené jinými molekulami, nebo spíše to dělá jen ve vzácných případech. Proto, když volný radikál reaguje s antioxidantem, přemění se na plnohodnotnou molekulu a antioxidant se stává slabým a neaktivním radikálem. Takové radikály jsou již neškodné a nevytvářejí chemický chaos.

Co jsou antioxidanty?

"Antioxidanty" jsou kolektivní koncepcí a jako koncepty jako "antiloblastika" a "imunomodulátory" neznamená členství v žádné konkrétní chemické skupině látek. Jejich specifičnost je nejbližším vztahem k oxidaci lipidů volných radikálů obecně a zejména k patologii volných radikálů. Tato vlastnost kombinuje různé antioxidanty, z nichž každá má své vlastní zvláštnosti.

Procesy volných radikálů oxidace lipidů mají obecný biologické povahy a jsou na jejich náhlé aktivaci, podle mnoha autorů, univerzální mechanismus poškození buněk na úrovni membrán. V peroxidace lipidů v biologických membránách fázových procesů způsobit zvýšení viskozity a objednáním membránové dvojvrstvy, vlastnosti fázové změny membrány a snížení jejich elektrického odporu, a usnadnění výměny fosfolipidů mezi dvěma monovrstev (tzv fosfolipid flip-flop). Pod vlivem peroxidových procesů dochází také k inhibici mobility membránových proteinů. Na buněčné úrovni peroxidace lipidů doprovázené otokem mitochondrií, odpojení oxidativní fosforylace (a v rozšířeném procesu - solubilizační membránových struktur), která je na úrovni celého organismu, se projevuje ve vývoji tzv volnými radikály patologie.

Volné radikály a poškození buněk

Dnes bylo zřejmé, že tvorba volných radikálů je jedním z univerzálních patogenetických mechanismů pro různé typy poškození buněk, včetně následujících:

• reperfúze buněk po ischemii;
• některé léky vyvolané formy hemolytické anémie;
• otravy některými herbicidy;
• řízení chloridu uhličitého;
• ionizující záření;
• některé mechanismy stárnutí buněk (například akumulace lipidových produktů v buňce - ceroidů a lipofuscinu);
• Kyslíková toxicita;
• aterogenese způsobené oxidací lipoproteinů s nízkou hustotou v buňkách arteriální stěny.

Volné radikály se účastní procesů:

• stárnutí;
• karcinogeneze;
• chemické a lékové poškození buněk;
• zánět;
• radioaktivní poškození;
• aterogenese;
• kyslíku a ozonu.

Účinky volných radikálů

Oxidace nenasycených mastných kyselin v kompozici buněčných membrán je jedním z hlavních účinků volných radikálů. Volné radikály také poškozují proteiny (zejména proteiny obsahující thiol) a DNA. Morfologickým výsledkem oxidace buněčné stěny lipidů je tvorba polárních kanálků propustnosti, což zvyšuje pasivní propustnost membrány pro Ca2 + ionty, jejichž přebytek je uložen v mitochondriích. Oxidační reakce jsou obvykle potlačovány hydrofobními antioxidanty, jako je vitamin E a glutathionperoxidáza. Antioxidanty podobné vitaminu E, které porušují oxidační řetězce, se nacházejí v čerstvé zelenině a ovoci.

Volné radikály také reagují s molekulami v iontovém a vodném prostředí buněčných komor. V iontovém médiu je potenciál antioxidantů zadržován molekulami látek, jako je redukovaný glutathion, kyselina askorbová a cystein. Ochranné vlastnosti antioxidantů jsou zřejmé, když při vyčerpání zásob v izolované buňce jsou pozorovány charakteristické morfologické a funkční změny způsobené oxidací lipidů buněčné membrány.

Typy škodu způsobenou volnými radikály jsou určeny nejen agresivitu vyrábí radikály, ale také strukturální a biochemické charakteristiky osoby vystavené. Například, v extracelulárním prostoru volné radikály zničit glykosaminoglykanu základní substance pojivové tkáně, která může být jedním z mechanismů pro destrukci kloubů (např. Revmatoidní artritida). Změna propustnosti volných radikálů (a tedy i bariérová funkce), cytoplazmatické membrány v souvislosti s tvorbou zvýšené propustnosti kanálů, což vede k narušení vodní a iontové homeostázy buněk. Předpokládá se, že se podle potřeby doplňovat vitamínů a stopových prvků u pacientů s revmatoidní artritidou, zejména korekce nedostatky vitamínů a nedostatek stopových prvků oligogalom E. To je proto, že se ukázalo znatelné inhibice aktivace peroxidace a antioxidační aktivitu, a proto je důležité, inkluzní komplex léčba vysokými bioantioxidants antiradikálová činnost, ke které antioxidanty jsou vitaminy (E, C a a) a stopových prvků selenu (se). Je také ukázáno, že použití dávek syntetického vitamínu E, který je absorbován horší než přirozené. Například dávky vitamínu E a 400 až 800 IU / den vedla ke snížení kardiovaskulárních onemocnění (53%). Avšak odezva účinnosti antioxidantů se získá ve velkých kontrolovaných studiích (od 8000 do 40 000 pacientů), které byly provedeny v roce 1997

Jako ochranné síly, které udržují rychlost LPO na určité úrovni, se izolují enzymatické systémy pro inhibici oxidační peroxidace a přírodních antioxidantů. Existují 3 úrovně regulace rychlosti oxidace volných radikálů. První stupeň je anoxický a udržuje v buňce poměrně nízký parciální tlak kyslíku. To zahrnuje především respirační enzymy, které soutěží o kyslík. Přes širokou variabilitu absorpce O3 v těle a uvolňování CO2, pO2 a pCO2 v arteriální krvi z ní je norma poměrně konstantní. Druhá fáze obrany je protiradikální. Obsahuje různé látky v těle (vitamín E, kyselina askorbová, některé steroidní hormony atd.), Které přerušují procesy LPO a interagují s volnými radikály. Třetí etapou je antiperoxid, který ničí již vytvořené peroxidy pomocí vhodných enzymů nebo neenzymaticky. Neexistuje však jednotná klasifikace a jednotné názory na mechanismy regulace rychlosti reakcí volných radikálů a působení ochranných sil, které zajišťují likvidaci konečných produktů LPO.

Předpokládá se, že v závislosti na intenzitě a trvání změny v regulaci peroxidace lipidů reakce jsou: za prvé na sobě reverzibilní s následným návratem do normální, za druhé, způsobí přechod na jinou úroveň autoregulace a za třetí, některé z účinků tento mechanismus samoregulace je nesouvislý a v důsledku toho vede k nemožnosti výkonu regulačních funkcí. To je důvod, proč pochopení regulační úlohu peroxidace lipidů v souvislosti s působením na organismus extrémních faktorů, jako je chlad, nezbytnou fázi výzkumu zaměřeného na rozvoj vědecky podložených řízení procesů, způsobů adaptace a kombinované terapie, prevence a rehabilitace běžných onemocnění.

Jedním z nejčastěji používaných a účinných látek je komplex antioxidantů, který zahrnuje tokoferol, askorbát a methionin. Při analýze mechanismu účinku každého z použitých antioxidantů je třeba poznamenat následující. Mikrozomy - jedno z hlavních míst akumulace v játrech exogenně zavedeného tokoferolu. Jako možný dárce protonů může působit kyselina askorbová, která je oxidována na kyselinu dehydroaskorbovou. Kromě toho je ukázána schopnost kyseliny askorbové přímo interagovat se singletovým kyslíkem, hydroxylovým radikálem a anionem superoxidového radikálu a rovněž zničit peroxid vodíku. Existují také důkazy, že tokoferol v mikrosomech může být regenerován thioly a zejména redukovaným glutathionem.

Tak, v těle existuje řada vzájemně souvisejících antioxidačních systémů, hlavní roli v zachování enzymatické a neenzymatické oxidační reakce na stacionární úrovni. V každé fázi vývoje peroxidových reakcí existuje specializovaný systém, který provádí tyto funkce. Některé z těchto systémů je nezbytně konkrétní, jiné, jako je glutathion, tokoferol, mají větší šíři účinku a nižší substrátovou specificitu. Aditivita interakce enzymatické a neenzymatické antioxidační systémy dohromady poskytuje odolnost vůči extrémním faktorům, které mají vlastnosti, pro-oxidant, který je. E. Schopnost vytvářet podmínky v těle, predisponujících k rozvoji aktivovaných forem kyslíku a peroxidaci lipidů aktivovat reakce. Není pochyb o tom, že aktivace reakcí s LPO je pozorována pod vlivem řady faktorů životního prostředí na těle a patologických procesů jiné povahy. Podle V. Yu Kulikov et al. (1988), v závislosti na mechanismech aktivace reakcí LPO, mohou být všechny faktory působící na tělo rozděleny do následujících skupin s určitou pravděpodobností.

Faktory fyzikálně-chemické povahy, které podporují nárůst v tkáních prekurzorů a přímé aktivátory reakcí POL:

• kyslík pod tlakem;
• ozon;
• oxid dusnatý;
• ionizujícího záření, atd.

Faktory biologické povahy:

• procesy fagocytózy;
• destrukce buněk a buněčných membrán;
• generační systém aktivovaných druhů kyslíku.

Faktory určující aktivitu antioxidačních systémů organismu jsou enzymatické a neenzymatické povahy:

• aktivita procesů spojených s indukcí antioxidačních systémů enzymatické povahy;
• genetické faktory spojené s depresí enzymu, který reguluje reakce LPO (nedostatek glutathionperoxidázy, katalázy atd.);
• potravinové faktory (nedostatek potravy v tokoferolu, selénu, dalších stopových prvcích atd.);
• struktura buněčných membrán;
• povaha vztahu mezi antioxidanty enzymatické a neenzymatické povahy.

Rizikové faktory, které potencují aktivaci reakcí s LPO:

• aktivace kyslíkového režimu těla;
• stav stresu (nachlazení, vysoká horečka, hypoxie, emocionální a bolestivé účinky);
• hyperlipidemie.

Proto aktivace peroxidace lipidů reakcí v těle je úzce spojena s fungováním transportu a využití kyslíku. Zvláště pozoruhodné jsou adaptogeny, mezi nimi široce používán Eleutherococcus. Příprava kořene této rostliny má tonikum adaptogenní, antistresové, anti-aterosklerotické, antidiabetické a další vlastnosti, snižuje celkový výskyt, včetně chřipky. Při studiu biochemické mechanismy působení antioxidantů u lidí, zvířat a rostlin výrazně rozšířil sortiment patologických stavů, u nichž léčba používají antioxidanty. Antioxidanty byly úspěšně použity jako adaptogen pro ochranu před zářením zranění, při léčbě ran a popálenin, tuberkulóza, kardiovaskulární choroby, neuropsychiatrické poruchy, nádory, diabetes a další. Samozřejmě, že zvýšený zájem v mechanismech podkladových tato univerzálnost působení antioxidantů.

V současné době experimentálně se zjistilo, že účinnost antioxidantů je určena jejich aktivitou při inhibici peroxidace lipidů interakcí s peroxy a dalšími radikály, které iniciují LPO, a také v důsledku účinků antioxidantů na membránové struktury pro usnadnění přístupu kyslíku k lipidů. LPO se také může měnit pomocí zprostředkovaného systému antioxidačního účinku prostřednictvím neurohormonálních mechanismů. Ukazuje se, že antioxidanty ovlivňují uvolňování neurotransmiteru a uvolňování hormonů, citlivost receptorů a jejich vazbu. Na druhé straně, je změna v koncentraci hormonů a neurotransmiterů mění intenzitu peroxidace lipidů v cílových buňkách, což vede ke změně lipidů katabolismus rychlosti a v důsledku toho, což je změna v jejich složení. Vztah mezi rychlostí LPO a změnou fosfolipidového spektra membrán hraje regulační roli. Podobný systém regulace se nachází v buněčných membránách zvířat, rostlin a mikrobiálních organismů. Jak je známo, kompozice a tekutost membránových lipidů ovlivňují aktivitu membránových proteinů, enzymů a receptorů. Prostřednictvím tohoto systému regulace antioxidantů působí na opravu membrány, pozměněny patologický stav těla, normalizovat její složení, strukturu a funkční aktivitu. Změna makromolekulami syntézy aktivitu enzymu a složení nukleární matrix, jako je složení membránových lipidů vyvolané působením antioxidantů lze vysvětlit jejich vliv na syntézu DNA, RNA, proteinu. Současně se v literatuře objevily údaje o přímé interakci antioxidantů s makromolekulami.

Tyto, stejně jako nově objevené důkazy o účinnosti antioxidantů v pikomolárních koncentracích, vyzdvihnout úlohu drah receptorů v jejich účinky na buněčný metabolismus. V VE Kagan (1981) na mechanismy strukturální a funkční modifikace biologických membrán je ukázáno, že závislost peroxidace lipidů v biologických membránách je závislé nejen na složení mastných kyselin (stupeň nenasycenosti), ale také na strukturální organizaci lipidové fáze membrán (lipidů molekulární mobility , síla protein-lipid a lipid-lipid interakce). Bylo zjištěno, že v důsledku akumulace lipidů produktů peroxidace redistribuci dochází v membráně: množství kapalných poklesy liptsdov biosloe snižuje množství imobilizovaných lipidů membránových proteinů a lipidů zvýšením počtu objednat biosloe (clustery). B.

Při studiu na povahu, složení a homeostázy mechanismus antioxidačního systému ukázalo, že projev škodlivými účinky volných radikálů a peroxylových sloučenin brání komplexní vícesložkový antioxidační systém (AOS), který umožňuje vázání a modifikace zbytků zabránit tvorbě nebo zničení peroxidy. Obsahuje: hydrofilní a hydrofobní organické látky s redukčními vlastnostmi; Enzymy podporující homeostázu těchto látek; antiperoxidové enzymy. Mezi antioxidanty jsou přírodní lipidy (steroidní hormony, vitaminy E, A, K, flavonoidy a polyfenoly, vitamin E, ubichinon) a ve vodě rozpustné (thioly s nízkou molekulovou hmotností, kyselina askorbová) látku. Tyto látky jsou buď pasti volných radikálů, nebo zničit peroxidové sloučeniny.

Jedna část tkáňových antioxidantů je hydrofilní, druhá je hydrofobní, což umožňuje současně chránit proti oxidačním činidlům funkčně významné molekuly ve vodné a lipidové fázi.

Celkové množství bioantiokisliteley vytváří v tkáni „nárazník antioxidační systém“ má určitou kapacitu a poměr prooxidační a antioxidační systémy určuje takzvaný „antioxidační status“ těla. Tam je každý důvod věřit, že mezi tkání antioxidantu zaujímají zvláštní místo thioly. Potvrzení těchto skutečností jsou: vysoká reaktivita sulfhydrylových skupin, přičemž některé oxidované thioly při velmi vysoké rychlosti závislosti na rychlosti oxidační modifikace SH skupin k jejich prostředí radikálů v molekule. Tato okolnost umožňuje zvolit z celé řady thiolové specifické skupiny sloučenin snadno oxidovatelné látky, antioxidanty, vykonávajících specifické funkce: reverzibilitu oxidace sulfhydrylových skupin v disulfid, což umožňuje v zásadě energeticky příznivé udržování homeostázy thiolových antioxidantů v buňce bez aktivace jejich biosyntézu; schopnost thiolů ukázat, jak anti-radikální a antiperoxide akce. Hydrofilní thioly kvůli jejich vysokému obsahu ve vodné fázi buněk a schopnost chránit proti oxidačnímu poškození biologicky významných molekul, enzymů, nukleových kyselin, hemoglobin, a jiné. Avšak přítomnost thiolových sloučenin nepolární skupiny umožňuje manifestaci jejich antioxidační aktivity v lipidové fázi buněk. Tak, spolu s látkami lipidové povahy, thiolových sloučenin s významným podílem na ochraně buněčných struktur před účinky oxidačních činitelů.

Oxidace v tkáních těla je také ovlivněna kyselinou askorbovou. Jako thioly je součástí AOC, účastní se navázání volných radikálů a destrukce peroxidů. Kyselina askorbová, molekula, která obsahuje oba polární a nepolární skupiny vykazují úzké interakci s glutathion-SH a lipidů antioxidanty, ztužující účinek druhé a zabraňuje peroxidaci. Zdá se, že thiolové antioxidanty hrají dominantní roli při ochraně základních strukturních složek biologických membrán, jako jsou fosfolipidy, nebo jsou ponořeny do lipidové vrstvy proteinů.

Naopak, ve vodě rozpustné antioxidanty - thiolové sloučeniny a kyselina askorbová - vykazují jejich ochranný účinek především ve vodním prostředí - cytoplazmě buňky nebo krevní plazmy. Je třeba mít na paměti, že krevní systém je vnitřní prostředí, které hraje rozhodující roli v nespecifických a specifických obranných reakcích, které ovlivňují jeho odolnost a reaktivitu.

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

Volné radikály v patologii

Dosud se literatura zabývá otázkou příčinných vztahů při změnách intenzity lipoperoxidace v dynamice vývoje onemocnění. Podle názoru některých autorů je hlavním důvodem těchto onemocnění narušení stacionarity tohoto procesu, jiní se domnívají, že změna intenzity peroxidace lipidů je důsledkem těchto patologických procesů, které byly zahájeny zcela odlišnými mechanismy.

Studie provedené v posledních letech ukázaly, že změny intenzity oxidace volných radikálů doprovázejí nemoci různých genů, což potvrzuje teorii obecné biologické povahy poškození buněk volnými radikály. Získané dostatečné důkazy o patogenním postižení poškození volnými radikály molekulám, buňkám, orgánům a tělu jako celku a úspěšné léčbě jejich farmakologickými přípravky, které mají antioxidační vlastnosti.