5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Бронхиальная_астма_и_хроническая_обструктивная

фактической распространенности заболевания в Российской Федерации. По данным Министерства здравоохранения и социального развития РФ в России в 2003 году было зарегистрировано 2,4 млн. больных ХОБЛ, а учитывая данные эпидемиологических исследований, по мнению главного терапевта МЗ и СР РФ, академика РАМН Чучалина А.Г., истинное число больных ХОБЛ в нашей стране может превышать 11 млн. человек. Такое несоответствие связано еще и с тем, что ХОБЛ, как правило, не диагностируется на ранних стадиях заболевания. По данным Европейского респираторного общества в России своевременная диагностика ХОБЛ отмечается менее чем в 10% случаев.

Становится понятным актуальность своевременной диагностики и дифференциации заболеваний, сопровождающихся бронхиальной обструкцией, особенно на начальной стадии формирования патологии (ХОБЛ и различных клинико-патогенетических вариантов БА). Это значительно сократит развитие тяжелых форм заболеваний и их осложнений, за счет максимально раннего назначения принципиально различных лечебно-профилактических мероприятий.

Итак, ХОБЛ и БА относятся к заболеваниям бронхолегочной системы, общим диагностическим критерием которых является наличие воспаления с формированием бронхиальной обструкции [81, 125]. Особенности воспаления в зависимости от генеза заболевания обусловлены каскадом реакций с участием большого разнообразия клеток, факторов и медиаторов, взаимодействие которых и формирует характерный патологический процесс [66, 98]. Кроме того, обструкция бронхов, как при ХОБЛ, так и при БА приводит к оксидативныму стрессу [69, 79, 176], сопровождающемуся чрезмерным усилением образования активных форм кислорода и ослаблением эффективности антиоксидантной защиты.

Следовательно, сложности дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ, особенно на начальном этапе заболевания, объясняются не только общностью клинических проявлений, но и полиморфизмом нарушений на оксидативном уровне. Поэтому изучение системы оксидант-антиоксидант позволит не только вскрыть некоторые особенности патогенеза хронической обструктивной болезни легких и клинико-патогенетических вариантов бронхиальной астмы, но и определить дополнительные дифференциально–диагностические критерии на ранних этапах формирования патологии.

4

радикалы открыты в 1900 г. американским ученым М. Гомбергом. Автором термина «радикал» является А.Л. Лавуазье [35].

Предположение об образовании свободных радикалов – частиц с ненасыщенным атомом углерода, позволило объяснить большое число химических фактов: образование продуктов димеризации, ряд кинетических особенностей сложных процессов и т. д.

О. Варбург в 1913 г. обнаружил, что фракции внутриклеточных частиц способны к поглощению кислорода, а в конце 30-х годов украинский биохимик В.А. Белицер и американский Г. Калькар открыли, что цепь окислительно-восстановительных реакций процесса дыхания клетки сопряжена с синтезом богатых энергией фосфатных соединений – окислительным фосфорилированием.

В 1918 г. В. Нернстом было высказано предположение, что свободные радикалы играют существенную роль не только в жидкофазных превращениях, но и в газовых реакциях. Было получено много косвенных доказательств этого предположения, но только в начале 30-х годов были разработаны первые прямые спектроскопические методы обнаружения радикалов в ходе химических реакций – свободного гидроксила в зоне разреженных в пламени водорода и окиси углерода.

По-видимому, к середине XX века сумма накопившихся знаний уже достигла некоторой "критической массы" и оставалось сделать всего один шаг. Так, 14 июля 1955 г. Д. Харман опубликовал препринт, изданный радиационной лабораторией Калифорнийского университета, который назывался "Старение: теория, основанная на свободнорадикальной и радиационной химии" [35]. Были публикации его тезисов о роли свободных радикалов в старении, канцерогенезе и атеросклерозе в журнале "Clinical Research" и, наконец, ему удалось опубликовать в ведущем геронтологическом журнале Америки свою гипотезу о свободных радикалах как причине старения и о возможности замедлять старение с помощью химических радиопротекторов, как ингибиторов свободнорадикальных реакций [154].

Ученые в середине 50-х годов XX века уже знали, что в воде под действием ионизирующего излучения возникают активные свободные радикалы, в том числе гидроксильный радикал (OH.). Также стало ясно, что целый ряд реакций – горение, перекисное окисление углеводородов и жиров и многие другие, протекают таким образом, что вначале возникают активные частицы молекул – свободные радикалы, которые имеют свободные валентности и поэтому очень реакционноспособны. Эти свободные радикалы вступают в реакции, при которых вновь образуются те же или другие активные свободные радикалы. Такая последовательность реакций, которые регулярно повторяются, получила название цепной реакции. Основы теории разветвленных цепных реакций, в том числе свободнорадикальных механизмов горения и взрыва, были

6

разработаны С. Хиншелвудом в Англии и Н.Н. Семеновым в СССР, за что они оба были удостоены Нобелевской премии по химии в 1956 г. [62].

Только в 1969 году была подтверждена "свободнорадикальная теория старения" Д. Хармана, когда американские ученые Д. Мак-Корд и И. Фридович обнаружили супероксиддисмутазу, которая катализирует реакцию взаимодействия (дисмутации) двух супероксидных радикалов с образованием перекиси водорода и молекулярного кислорода, что позволило создать супероксидную теорию токсичности [74]. В общем виде такая теория основывается на существовании свободнорадикальных метаболитов кислорода или активных форм кислорода (АФК), которые представляют собой атомы или группы химически связанных атомов, обладающие свободными валентностями, то есть нескомпенсированными электронами на внешней валентной орбите. Высокая реакционная способность АФК делает их высокотоксичными для биологических систем на всех уровнях, включая молекулярный, клеточный и организменный.

Открытие супероксиддисмутазы совершило революцию в науке: раз есть фермент, удаляющий кислородные радикалы и специально вырабатываемый живыми клетками (и, как выяснилось, чрезвычайно широко распространенный в живой природе), то ясно, что и сами радикалы существуют в природе и почему-то их надо обязательно удалять. Постепенно супероксиддисмутазу стали широко использовать во всех исследованиях, где изучают роль супероксида в том или ином процессе, будь то индивидуальная биохимическая реакция или развитие болезни у лабораторных животных или человека [35].

В результате самоускоряющейся реакции свободнорадикального окисления образуется множество продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), к которым относятся:

гидроперекиси липидов (первичные продукты ПОЛ) – неустойчивые вещества, которые легко подвергаются дальнейшим превращениям с образованием целого ряда более устойчивых вторичных продуктов окисления: альдегидов, кетонов, ряда низкомолекулярных кислот (муравьиной, уксусной, масляной);

диеновые конъюгаты (ДК) – образуются путем отрыва атома водорода от молекул полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), чаще арахидоновой (липоперекиси с сопряженными двойными связями);

перекисные радикалы – Н*, *ОН, НО 2 *;

малоновый диальдегид (МДА) – образуется в процессе окислительной деструкции липидов, входит в состав вторичных продуктов перекисного окисления липидов;

шиффовы основания (ШО) – конъюгированные соединения, образующиеся из ПНЖК, диальдегидов и других вторичных продуктов ПОЛ [36, 71, 141, 243].

7

Внастоящее время доказано, что процесс ПОЛ начинается с реакции инициирования цепи, вследствие которой образуются супероксидный и гидроксильный радикалы [26, 42, 71]. Если такой радикал образуется вблизи клеточной мембраны, он имеет тенденцию реагировать с ПНЖК боковых цепей липидов с образованием свободного радикала углерода в мембране. Последний, реагируя с молекулярным кислородом, образует пероксильный радикал (LOO*).

Вслучае отсутствия соответствующего антиоксиданта пероксид липид «извлекает» водород из другой ближайшей ПНЖК с образованием гидропероксида (LOOH) и нового углеродного радикала. Эта реакция начинает новый этап свободнорадикального цепного процесса, когда гидроперекиси разлагаются, инициируя новые цепи. Не все радикалы продолжают цепь, часть их взаимодействует друг с другом, в результате образуются неактивные продукты, что приводит к обрыву цепи. Помимо

спонтанного обрыва цепей прерывание возможно при взаимодействии с Fe2+, а также с антиоксидантами [36, 71, 141, 243].

После открытия свободнорадикальной теории старения Д. Хармана ученые стали изучать роль свободнорадикального окисления в развитии различных патологических процессов. Так, в отечественной терапии и кардиологии внимание к проблемам повреждения клеток при различных заболеваниях было значительным, начиная с 20–30-х гг. XX века благодаря работам Г.Ф. Ланга [42]. О роли свободных радикалов в канцерогенезе и росте злокачественных новообразований высказывались в те годы как иностранные, так и отечественные ученые [14, 72, 82]. Н.М. Эмануэль выдвинул гипотезу о том, что свободные радикалы могут играть роль в онкогенезе и росте опухолей [82]. Он исходил из опыта многолетних исследований реакций окисления углеводородов в жидкой фазе, которые проводились в Институте химической физики АН СССР под его pуководством, а также из аналогии между кинетическими закономерностями роста злокачественных опухолей и кинетикой разветвленных цепных реакций. Н.М. Эмануэль и его сотрудники первыми

вСССР успешно применили ингибиторы свободнорадикальных реакций для замедления старения экспериментальных животных [52, 82] и в медицинской практике – в онкологии, для лечения ожогов, в травматологии и военной медицине [52].

В1954 г. Б.Н. Тарусов и сотрудники руководимой им кафедры биофизики МГУ установили, что в тканях животных под действием ионизирующей радиации появляются токсичные продукты свободнорадикального окисления липидов – перекиси ненасыщенных жирных кислот [72]. На этой же кафедре впервые в мире были применены методы привитой радикальной сополимеризации и хемилюминесценции для регистрации свободных радикалов в тканях. В 1954 г. Б. Коммонер,

Дж. Таунсенд и Г. Пэйк обнаpужили сигналы электронного

8

парамагнитного резонанса (ЭПР) свободных pадикалов в печени и дpугих тканях животных, а также в дрожжевых клетках.

До 70-х годов гипотезы о роли свободных радикалов в радиационном поражении клетки и в онкогенезе сохранили главным образом исторический интерес, тогда как идеи Д. Хармана о роли свободных радикалов в старении, атеросклерозе, сердечно-сосудистых заболеваниях, болезни Альцгеймера за почти полвека своего существования получили экспериментальное подтверждение [193].

В1971 году в печати появилась работа Р. Пасватера о возможности замедления процессов старения, когда термины «свободный радикал» и «антиоксидантная терапия» были знакомы только очень узкому кругу профессионалов. Спустя 2 года он опубликовал данные своих последующих исследований, из результатов которых впервые стало известно о существовании связи между свободными радикалами и онкологической патологией [209]. В 1977 году им была опубликована фундаментальная работа, посвященная свободным радикалам [209].

Несмотря на исследования в этой области, часть ученых находились по «другую сторону», отрицая существование токсичных свободных радикалов внутри клеток и возможность их отрицательного действия на организм. В 1973 году B. Babior впервые выявил положительную роль свободных радикалов, а именно выявил антибактериальный эффект активных форм кислорода.

В1981 году Д. Грейнджер выявил четкую связь между ишемией, развившейся вследствие реперфузии и действием свободных радикалов, подтверждая их токсичное влияние. Это открытие вызвало пик исследований свободных радикалов в биологии.

Взападных странах интерес к оксидативному стрессу значительно возрос в связи с результатами работ кардиолога Е. Браунвальда (1982) о «гибернации миокарда» (hibernatio — зимняя спячка). Этот термин был заимствован из зоологии и использован для отражения состояния дисфункции и гипоперфузии миокарда, потенциально способного к восстановлению при улучшении перфузии [36, 105, 190].

Новейшая история исследования окиси азота в медицине начинается

с1980 г., когда R. Furchgott и Ю. Завадский обнаружили, что для расслабления стенки аорты в ответ на ацетилхолин, необходимо присутствие интактного эндотелия, который продуцирует эндотелиальный расслабляющий фактор (EDRF, endothelium-derived relaxing factor) [87].

Впоследствии были получены доказательства, что EDRF – не что иное, как окись азота (R. Palmer, L. Ignarro, S. Moncada, 1987) [198]. В 1991 г. Л.

Густафссон и др. обнаружили окись азота в выдыхаемом воздухе у животных и здоровых людей. В дальнейшем К. Алвинг, С. Харитонов и М. Перссон с помощью хемилюминесцентного анализатора выявили повышенные уровни NО в выдыхаемом воздухе у больных бронхиальной

9