2. Понятие «свободные радикалы»
С химической точки зрения свободным радикалом называется частица — атом или молекула, имеющая на внешней оболочке один или несколько неспаренных электронов.
Во всех живых организмах постоянно протекают реакции с образованием активных форм кислорода. Многие из этих соединений являются радикалами, то есть имеют неспаренный электрон, поэтому часто всех их называют свободными радикалами.
Однако применительно к биологическим системам понятия «свободные радикалы» и «АФК» не полностью совпадают - неспаренный электрон может быть локализован на атомах углерода, серы, азота; так, для живых организмов важное значение имеют тиильные радикалы глутатиона (GS•) или радикалы мочевой кислоты с локализацией электрона на атомах S и N. С другой стороны, такие кислородсодержащие молекулы, как перекись водорода, синглетный кислород, гипогалогениты не являются радикалами, хотя и взаимодействуют с органическими молекулами через радикальные механизмы. Поэтому, для того чтобы объединить данные соединения в одну группу с радикалами, вводят понятие «активные формы кислорода», которым обозначают ферментативные продукты активации кислорода.
3. Повреждающее действие афк
Основными направлениями повреждающего действия АФК являются:
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) плазматической и внутриклеточных мембран, приводящее к освобождению медиаторов воспаления и токсинов (например, малонового диальдегида, эпоксидов, эндопероксидов)
Сшивка мембранных, внеклеточных и внутриклеточных липидов и белков через сульфгидрильные группы с инактивацией ферментов и рецепторов с образованием сульфид-радикалов, дисульфидов и сульфоновых кислот. Процесс ведет к формированию белковых агрегатов (например, при катарактах хрусталика).
Повреждение ДНК, остановка ее репликации и мутагенез, что может вызвать тератогенный или канцерогенный, а также цитостатический эффект.
Рис. 1. Пути патогенного действия АФК.
4. Механизмы свободнорадикального некробиоза
Можно выделить пять групп молекулярных механизмов, имеющих важное значение в патогенезе свободнорадикального повреждения клетки: липидные, кальциевые, электролитно-осмотические, ацидотические и протеиновые.
4. 1. Липидные механизмы свободнорадикального некробиоза клетки
Липидные механизмы свободнорадикального повреждения клетки включают в себя перекисное окисление липидов, активацию мембранных фосфолипаз и детергентное действие свободных жирных кислот.
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) приводит к появлению в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов клеточных мембран. Вследствие этого нарушается строение липидного бислоя мембран и открывается доступ к обычно скрытым в гидрофобном слое ненасыщенным жирным кислотам. В клетке развиваются тяжелые изменения, связанные с нарушениями барьерной и матричной функции клеточных мембран.
Активация мембранных фосфолипаз. В патогенезе свободнорадикального некробиоза клетки важное значение имеет чрезмерная активация фосфолипазы А, — фермента, осуществляющего гидролитическое отщепление ненасыщенной жирной кислоты — одного из двух гидрофобных хвостов молекулы фосфолипида. Активация фосфолипазного отщепления гидрофобных жирных кислот стала возможной в условиях открытого доступа к этим кислотам, возникшего за счет протекания процессов ПОЛ.
Освободившиеся под действием фосфолипазы А, ненасыщенные жирные кислоты (арахидоновая, пентаноевая и др.) расходуются на образование физиологически активных соединений — простагландинов и лейкотриенов. Оставшаяся часть молекулы фосфолипида (лизофосфолипид) имеет лишь один жирнокислотный "хвост", вследствие чего обладает способностью к мицеллообразованию и является очень сильным детергентом.
Детергентное действие избытка свободных жирных кислот и лизофосфолипидов. Образовавшиеся свободные жирные кислоты и лизофосфолипиды оказывают детергентное действие и вызывают нарушение липидного бислоя мембран.
Описанные выше липидные механизмы свободнорадикального некробиоза клетки приводят к нарушению двух основных функций липидного бислоя клеточных мембран: барьерной и матричной.
В основе нарушения барьерной функции мембран лежат два основных механизма: ионофорный и механизм электрического пробоя. Первый из них обусловлен появлением в клетке веществ, обладающих свойствами ионофоров, т. е. соединений, способных облегчать диффузию ионов через мембрану благодаря образованию проходимых через ее слои комплексов иона и ионофора. В процессе активации перекисного окисления липидов среди промежуточных продуктов его реакций появляются вещества — ионофоры по отношению к ионам кальция и водорода, в результате чего повышается проницаемость клеточных мембран для указанных ионов. Второй механизм ("самопробой") реализуется за счет существующей на многих мембранах (плазматической, внутренней митохондриальной) разности потенциалов. В результате появления гидрофильных продуктов перекисного окисления липидов, а также вследствие детергентного действия лизофосфолипидов и избытка свободных жирных кислот нарушаются электроизолирующие свойства гидрофобного слоя клеточных мембран, уменьшается электрическая их стабильность, что приводит к электрическому пробою мембраны, т. е. к электромеханическому ее разрыву с образованием новых трансмембранных каналов ионной проводимости.
Сущность матричной функции липидного бислоя мембран состоит в том, что в нем вмонтированы мембранные ферменты и некоторые специализированные белки. В процессе перекисного окисления липидов нарушается активность мембранных ферментов в связи с изменением их липидного микроокружения, во многом определяющего свойства белковых молекул. Кроме того, в ходе реакций ПОЛ может произойти образование "сшивок" между молекулами белков и фосфолипидов, а также окисление сульфгидрильных групп активных центров, что приводит к необратимой инактивации ферментов.