Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Антиоксиданты в ветеринарии. Монография
.pdf
51
4. Свободнорадикальные нарушения и их участие в этиологии и
патогенезе заболеваний сельскохозяйственных животных
Научный интерес к функционированию системы антиоксидантной
защиты организма и ее функциональной способности к контролю
процессов свободнорадикального окисления вызван далеко не праздными
побуждениями. С учетом накопленных знаний, большинство современных
ученных и практиков, занятых в биологии, гуманитарной и ветеринарной
медицине, выделяют все большее количество патологий, механизм
развития которых связан со свободнорадикальной атакой, либо течение
которых предполагает их генерацию с развитием соответствующих
осложнений. Этим продиктована необходимость изучения и анализа
участия свободных радикалов в патогенезе заболеваний человека и
животных.
На основе многочисленных исследований установлена ведущая роль
свободнорадикального окисления в процессах структурнофункциональной дестабилизации многих органов и систем при различных
патологических состояниях. Полвека исследований дало однозначное
доказательство того, что активные формы кислорода играют центральную
роль во многих заболеваниях и дегенеративных процессах.
Избыточная активация реакций свободнорадикального окисления
представляет типовой патологический процесс, встречающийся при самых
различных заболеваниях и повреждающих воздействиях на организм. В
медицинских исследованиях доказано участие свободных радикалов в
патогенезе очень многих заболеваний (шок различного генеза;
атеросклероз; нарушения мозгового, коронарного и периферического
кровообращения; сахарный диабет и диабетическая ангиопатия;
ревматоидные, воспалительные и дегенеративные заболевания опорнодвигательной системы; поражения глаз; легочные заболевания;
онкологическая патология; термические поражения; различные
интоксикации; реперфузионные поражения) и преждевременного
старения.
Патогенез большинства заболеваний включает избыточную
активацию свободно-радикальных процессов, нарушение
функционирования систем антиоксидантной защиты, что неизбежно
приводит к формированию в организме окислительного стресса.
Механизмы формирования окислительного стресса при разных
патологиях довольно универсальны и связаны, в первую очередь, с
нарушением гомеостаза и окислительно-восстановительных процессов.
В последние годы доказано, что окислительный стресс играет
решающую роль в развитии и течении воспаления и тем самым
52
способствует патофизиологии ряда изнурительных болезней, таких как
сердечно-сосудистые заболевания, диабет, рак или нейродегенеративные
процессы. Окислители влияют на все стадии воспалительного ответа,
включая выделение поврежденными тканями молекул, действующих как
сигналы эндогенной опасности, их восприятие врожденными иммунными
рецепторами и активацию сигнальных путей, инициирующих адаптивный
клеточный ответ на такие сигналы.
Основная масса воспалительных заболеваний связана с активацией
процессов свободнорадикального окисления и перекисного окисления
липидов как на местном уровне, так и на уровне целого организма. С
другой стороны, длительная прооксидантная нагрузка на организм
(стрессы, переохлаждение, перегревание, повышенный фон УФО,
радиация, излучение, курение, алкоголь, погрешности в питании и др.)
приводит к напряжению в работе антиоксидантной системы, ее
дисфункции и, как следствие, инициации неконтролируемых процессов
свободнорадикального окисления.
Формирование реакционноспособных видов кислорода и
реакционноспособных видов азота уже давно считается основным
источником дисрегуляции воспалительного ответа. Окислители влияют на
все стадии воспалительного ответа, включая выделение поврежденными
тканями молекул, действующих как сигналы эндогенной опасности, их
восприятие врожденными иммунными рецепторами из Toll-подобных и
NOD-подобных семейств, а также активацию сигнальных путей,
инициирующих адаптивный клеточный ответ на такие сигналы.
Поскольку реактивные виды кислорода индуцируют окислительную
модификацию критических макромолекул, они могут действовать как
потенциальные цитотоксические промежуточные соединения,
индуцирующие воспалительные и дегенеративные процессы, или как
сигнальные мессенджеры для регуляции экспрессии генов.
На данный момент принято считать, что воспаление связано с
повышенной сосудистой проницаемостью, продуцированием
воспалительных маркеров и продуцированием активных форм кислорода
с истощением эндогенных антиоксидантов. Имеется достаточное
количество работ, которые выделяют роль свободнорадикальных
процессов в развитии и течении воспалительных реакций в организме
животных и человека. Их авторы указывают как на этиотропное, так и на
патогенетическое влияние свободных радикалов в воспалительном
процессе.
Ученые из Польши Guzik T.J. et all. (2003) в своем обзоре указывают,
что оксид азота и реактивные виды кислорода не только оказывают
множественное модулирующее действие на воспаление, но и играют
53
ключевую роль в регуляции иммунных реакций. Они затрагивают
практически каждый шаг развития воспаления. Исследователи считают,
что большое количество оксида азота, может быть токсичным и
провоспалительным.
В настоящее время известна роль свободнорадикальных реакций
перекисного окисления липидов в динамике раневого процесса. В
условиях снижения активности системы антиоксидантной защиты
гидроксильные радикалы запускают вторичные свободнорадикальные
реакции пероксидации липидов мембран клеток не только в зоне раневого
дефекта, но и в клетках перифокальной зоны. Процессы активации и
элиминации продуктов перекисного окисления липидов неоднократно
сменяют друг друга на различных стадиях раневого процесса. В
результате наблюдается задержка развития последующих за воспалением
фаз раневого процесса. Активация перекисного окисления липидов и
снижение антиоксидантной защиты преобладают на этапах воспаления и
образования грануляций.
Существует мнение, поддерживаемое многими исследователями, о
связи активных форм кислорода и азота с началом, прогрессированием и
исходом сепсиса, что подтверждается как в доклинических, так и в
клинических исследованиях. Окислительное повреждение митохондрий
связано с развитием дисфункции органов, связанной с сепсисом. Этот
синдром вызван чрезмерной защитной и воспалительной реакцией,
характеризующейся массовым увеличением активных форм кислорода,
оксида азота и воспалительных цитокинов. Эндотелиальная активация и
дисфункция играют ключевую роль в патогенезе сепсиса. Основной
причиной дисфункции эндотелиальных клеток во время сепсиса является
клеточное повреждение. Активные формы кислорода и азота
способствуют митохондриальной дисфункции с помощью ряда
механизмов и индуцируют как некротическую, так и апоптозную гибель
клеток.
По данным И.И. Павлюченко с соавт. (2006) развитие гнойносептических осложнений у различных категорий больных с длительно
текущими заболеваниями обусловлено значительным истощением
основных защитных систем организма, прежде всего иммунной,
детоксикационной и антиоксидантной, которые функционируют в тесном
взаимодействии и длительное напряжение в любой из этой системы
приводит к нарушению функционирования их всех. Авторы отмечают, что
у больных с гнойно-септическими заболеваниями отмечается усиленная
продукция активных кислородных метаболитов, которые выполняют
важные защитные функции, при этом их высокий фон, оказывая
54
выраженное давление на систему антиоксидантной защиты организма
больного, провоцируют формирование окислительного стресса.
В норме низкий уровень продукции радикалов-инициаторов и
сбалансированная система антиоксидантной защиты приводит к тому, что
скорость перекисного окисления клеточных мембран и липопротеидов
плазмы крови является крайне малой. Однако в процессе возникновения и
развития воспалительных заболеваний этот баланс нарушается,
увеличивается эффективность стадии инициации свободнорадикальных
реакций, а с другой стороны, уменьшается активность системы
антиоксидантной защиты, что и приводит к ускорению
свободнорадикального поражения компонентов клетки и липопротеидов.
Поэтому применение антиоксидантов в качестве как средств лечения, так
и препаратов профилактики данной патологии может иметь высокую
эффективность.
В работе Н.Н. Гогебашвили с соавт. (2014) указывается, что
интенсивность воспалительных процессов в тканях пародонта и участие
иммунной системы в значительной мере зависят от эндогенного редоксгомеостаза. В физиологических условиях за стабильность редокс-системы
отвечает эндогенная антиоксидантная система контролирующая клиренс
редокс-соединений. От ее состояния во многом может изменяться и
течение воспалительного патологического процесса.
Ученые-медики О.С. Олифирова с соавт. (2016) установили, что
комплексное лечение, проводимое с применением антиоксидантных
средств, способствует коррекции нарушений перекисного окисления
липидов. За счет стимуляции репаративных процессов сокращается
длительность заживления ожоговых ран и предоперационной подготовки
для аутодермопластикии.
В мировой научной литературе описано не только негативное
участие активных форм кислорода в воспалительной реакции. Известно,
что генерация свободных радикалов участвует в развитии синдрома
системного воспалительного ответа. Испанские ученые D. Closa и E.
Folch-Puy (2004) отмечают, что в дополнение к их действиям в качестве
вредных медиаторов, генерируемых воспалительными клетками, эти
молекулы играют также важную роль, способствующую возникновению и
прогрессированию воспаления в отдаленных органах. На ранних стадиях
процесса свободные радикалы проявляют свои действия посредством
активации ядерных факторов, которые индуцируют синтез цитокинов. На
более поздних стадиях эндотелиальные клетки активируются из-за
синергии между свободными радикалами и цитокинами, способствуя
синтезу воспалительных медиаторов и молекул адгезии. В итоге,
свободные радикалы оказывают токсическое действие в месте воспаления,
55
реагируя с различными клеточными компонентами, вызывая потерю
функции и гибель клеток. Данные, которые приводят египетские
исследователи M.Z. Gad и M. Khattab (2000), дают дополнительные
доказательства того, что оксид азота участвует в развитии как острого, так
и хронического воспаления, а также свидетельствуют о том, что
ингибиторы свободнорадикального окисления обладают потенциальной
противовоспалительной активностью.
Британские ученые I. Rahman и W. MacNee (2000) считают, что
воспалительные заболевания легких в основе своего патогенеза имеют не
только хронический воспалительный процесс, но и дисбаланс оксидантов /
антиоксидантов, что является основной причиной повреждения клеток.
Механизм окислительного стресса и воспалительная сигнализация не
только взаимосвязаны, но их нарушение может привести к
ингибированию ответов инсулина, а также к более высокому риску
сердечно-сосудистых заболеваний и связанных с ними признаков.
На сегодняшний день есть достаточно сведений об участии
свободных радикалов в онкологической патологии. Широкий спектр
хронических воспалительных состояний предрасполагает восприимчивые
клетки к неопластической трансформации. В целом, чем дольше
воспаление сохраняется, тем выше риск развития рака. Мутированная
клетка является синусоидальной для канцерогенеза. Воспалительные
процессы могут индуцировать мутации ДНК в клетках посредством
окислительного стресса. Воспалительные клетки и раковые клетки сами
производят свободные радикалы и растворимые медиаторы, такие как
метаболиты арахидоновой кислоты, цитокинов и хемокинов, которые
действуют путем дальнейшего получения реакционноспособных видов.
Реактивные промежуточные соединения кислорода и азота могут
непосредственно окислять ДНК или могут мешать механизмам
восстановления ДНК.
В гуманитарной медицине считается, что окислительный стресс
сопровождает и/или является одним из ключевых патогенетических
звеньев в развитии многих видов репродуктивной патологии. Исходя из
этого представляется целесообразным не только исследование системы
«перекисное окисления липидов − антиоксидантная защита», но и
применение комплекса антиоксидантов, подобранных строго
индивидуально, с учетом характера обнаруженного дисбаланса в
прооксидантно-антиоксидантной системе. Индийские ученые S. Prasad et
all. (2016) в своей публикации сообщают, что физиологический уровень
свободных радикалов модулирует функции ооцитов, а их накопление
приводит к запуску апоптоза в большинстве зародышевых клеток в
яичнике и даже в овулированных ооцитах.
56
Переход к циклическому типу репродуктивного гомеостаза
животных сопровождается напряжениями физиологических регуляторных
механизмов, явлениями «физиологического» окислительного стресса и
включением в этот процесс систем не только эндокринной, но и
антиоксидантной защиты. Это необходимо учитывать при планировании
воспроизводства животных. Так, например, ведущие Российские ученые в
этой области А.Г. Нежданов и М.И. Рецкий, в своей публикации (2013)
рекомендуют контроль метаболизма у крупного рогатого скота при
первом осеменении и сообщают о том, что использование телок в
воспроизводстве в период напряженного функционирования
гомеостатических систем организма (14…15 мес.) возможно, но требует
создания охранительного режима формирования беременности.
В последние годы многочисленные исследования показали, что в
патогенезе различных форм бесплодия важная роль принадлежит
оксидативному стрессу, приводящему к активации процессов перекисного
окисления липидов, при которых в крови и тканях возрастает
концентрация продуктов свободнорадикального окисления, в частности,
малонового диальдегида. Данное вещество постоянно образуется в тканях
живого организма, но в минимальных количествах. Возрастание
малонового диальдегида приводит к дестабилизации клеточных мембран.
Кроме того, при бесплодии наблюдается и выраженное снижение
активности в тканях и крови антиоксидантов: каталазы и церулоплазмина.
Физиологическая беременность характеризуется развитием
окислительного стресса, являющегося одним из центральных механизмов
общей системы адаптации к новым условиям состояния организма, при
которой наблюдается сбалансированное состояние прооксидантной и
антиоксидантной систем на более высоком уровне. Неспособность
системы антиоксидантной защиты противостоять усилению процессов
свободнорадикального окисления приводит к значительному ослаблению
метаболической и детоксицирующей функций плаценты. Имеются данные
о том, что патологический уровень свободных радикалов не только может
повлиять на физиологическое состояние беременного животного, но и
приводит к нарушению эмбрионального развития плода, что
подтверждено экспериментами бразильских ученых N.A. Rocha-Frigoni et
all. (2016) при производстве in vitro эмбрионов крупного рогатого скота.
Данные, полученные опытным путем A. Sharashenidze et al. (2017),
указывают на то, что нитросилирование является ключевым механизмом,
с помощью которого оксид азота регулирует пути плацентарного
метаболизма. Гистопатологические исследования выявили нарушение
инволюции и деструктивные изменения разной степени в плаценте крыс с
явлениями гипоксии в конце третьего триместра. Эти данные говорят о
57
том, что нарушения плацентарного кровоснабжения влекут за собой
изменение окислительного метаболизма, развитие, окислительного
стресса и нарушение пролиферации кровеносных сосудов плаценты, что
может привести к возникновению осложнений состояния плода в
пренатальный период.
В своей публикации один из ведущих российских ученых в области
ветеринарного акушерства профессор А.Г. Нежданов с соавт. (2017)
указывают, что развитие послеродового метрита у коров определяется не
только патогенностью микроорганизмов, проникающих в родовые пути
после родов, но и степенью выраженности метаболических расстройств,
общих и локальных механизмов защиты. Авторы отмечают, что во время
развития воспалительного процесса при данной патологии наблюдается
напряженность показателей системы антиоксидантной защиты и
увеличение концентрации продуктов перекисного окисления липидов в
организме животных.
Одним из главных механизмов повреждения эндотелия при гестозе
считается усиление процессов ПОЛ, приводящее к образованию
перекисей липидов и свободных радикалов, дефициту клеточных
антиоксидантных ферментов, нарушению баланса между оксидантами и
антиоксидантами в пользу первых и к развитию «оксидативного стресса».
«Оксидативный стресс» снижает «защитные» функции сосудистого
эндотелия: вазодилататорную, антиагрегантную и барьерную.
Окислительный стресс при гестозе документирован
многочисленными исследованиями, которые указывают не только на его
локальную активацию в плаценте, но и свидетельствуют о его системном
характере. Кроме того, существующие данные позволяют говорить о
первичности окислительного стресса при гестозе.
Развитие гестоза у беременных коров и метра-овариопатий после
отела проходит на фоне активации процессов перекисного окисления
липидов и повышения токсических продуктов пероксидного окисления.
Их избыточное накопление приводит к мобилизации ферментных
антиоксидантов, повышенному расходу и снижению плазменной
концентрации естественных антиоксидантов – витаминов Е и С, каротина.
От активности антиоксидантной системы и баланса между
прооксидантами и антиоксидантами во многом зависит поддержание в
организме гормонального гомеостаза и нормальное функционирование
репродуктивной системы животных.
Показатели системы «перекисное окисление липидов –
антиоксидантная защита» обладают достаточно высокой диагностической
ценностью при проявлении синдрома «кетозгестоз» у глубокостельных
нетелей и сухостойных коров. Например, при снижении
58
супероксиддисмутазы менее 1,55 усл. ед. можно выявить 82,0 % с
субклиническим кетозом животных и только у 25,0% этот показатель
неинформативен.
Ученые из Саратова С.Н. Тесницкий с соавт. (2018) приводят данные
о том, что нарушение прооксидантно-антиоксидантного равновесия играет
существенную роль в этиологии и патогенезе преэкламптического
синдрома у коров. В своих исследованиях авторы установили, что при
клиническом развитии тяжелой формы данной патологии наблюдается
значимое увеличение первичных и промежуточных продуктов
свободнорадикального окисления липидов: диеновых конъюгатов,
кетодиенов и сопряженных триенов. Также они сообщают, что данные
показатели обладают высокой диагностической ценностью и могут быть
использованы при верификации диагноза по степени тяжести течения
преэкламптического синдрома у коров.
Уменьшение содержания восстановленного глутатиона крови
крупного рогатого скота в послеродовый период может приводить к
развитию оксидативного стресса, а его определение может служить в
качестве маркера нарушения окислительного статуса животных. Кроме
того, уровень глутатиона при акушерских патологиях позволит оценить
эффективность и целесообразность применения лечебных препаратов,
своевременно скорректировать лечение.
Сочетанное применение антиоксидантных препаратов улучшает
обменные процессы в организме, положительно влияет на течение родов,
послеродового периода у коров, а также состояние и заболеваемость
полученных от них телят.
В медицинской практике, особенно в вопросах современных
репродуктивных технологий, антиоксидантной защите организма
уделяется большое внимание. В настоящее время предполагается, что в
80% случаев идиопатическое бесплодие мужчин вызвано влиянием
окислительного стресса. Последний развивается в результате дисбаланса
между активными формами кислорода и антиоксидантной способностью
эякулята.
Рассматриваются как полезные, так и отрицательные эффекты
свободных радикалов на функцию сперматозоидов. Физиологически
свободные радикалы контролируют созревание спермы, емкость и
гиперактивацию, реакцию акросомы и слияние сперматозоидов.
Патологически свободные радикалы вызывают перекисное окисление
липидов, повреждение ДНК и апоптоз сперматозоидов.
В исследованиях О.Н. Шевантаевой с соавт. (2011) установлено, что
ведущим патогенетическим фактором постреанимационных повреждений
клеток семенников является чрезмерная активация процессов
59
липопероксидации и окислительной модификации белков. Очевидно, что
воздействие на ключевые звенья патогенеза препаратами направленного
действия позволит уменьшить степень повреждения.
Модифицированная сперма может генерировать высокие уровни
активации реактивных форм кислорода, а они в свою очередь могут
быстро накапливаться до уровней, которые снижают подвижность
спермиев и их способность к оплодотворению. Было предложено
добавление антиоксидантов к суспензии спермы как средство снижения
окислительного стресса и повышения подвижности сперматозоидов во
время хранения спермы и перед ее применением.
Есть еще одна проблема продуктивного животноводства – это
необходимость повышения оплодотворяющей способности замороженной
спермы при искусственном осеменении животных. В настоящее время
около половины сперматозоидов умирают или становятся неподвижными
после криоконсервации. Предполагается, что последствия окислительного
стресса во время или после процесса криоконсервации влияют на функции
сперматозоидов.
Одним из наиболее подверженных поражению активными формами
кислорода органов у самок сельскохозяйственных животных является
молочная железа. Особенно остро вопрос стоит относительно развития
мастита у коров, свиноматок и овцематок. Механизмы антиоксидантной
защиты организма препятствуют поражению клеток молочной железы
свободными радикалами и являются ключевыми факторами секреции
молока. В ходе некоторых исследований были выявлены прооксиданты,
или свободные радикалы, - соединения, способные разрушить ткань.
Радикал гидроксила – самый активный среди указанных соединений.
Активация лейкоцитов часто служит причиной формирования свободных
радикалов, в то время как самый распространенный механизм образования
свободных радикалов во время болезни – это генерация лейкоцитами
супероксид-аниона.
В исследованиях, проведенных Л.Г. Кашириным с соавт. (2013),
установлено, что с 3-го по 5-й месяцы лактации антиоксидантная система
организма коров испытывает повышенную нагрузку и не всегда
действовала достаточно эффективно. Авторы полагают, что вызванное
этим усиление вторичных стадий перекисного окисления липидов на 4-м
месяце лактации способствовало повреждению клеток секреторного
эпителия молочной железы, а, следовательно, снижению молочной
продуктивности именно в данный период.
Учитывая важность молочной железы для продуктивного
использования отдельных видов животных, возникает необходимость в
изыскании наиболее эффективных способов профилактики и лечения
60
патологических процессов в ней развивающихся. Например, при
клиническом мастите кроме традиционной терапии необходимо
использовать антиоксиданты, чтобы предотвратить разрушение
секретирующих клеток молочных желез и снижение молочной
продуктивности.
Есть сведения о том, что реактивные виды кислорода и реактивные
виды азота являются медиаторами повреждения тканей легких.
Окислительный стресс – важный молекулярный механизм в развитии
фиброза в разных органах, в том числе легких. Сделано заключение, что
аргиназа и окислительный стресс являются важными факторами в
патогенезе легочных расстройств. Американские ученые W. Bottje et all.
(1995) установили, что перекисное окисление липидов играет важную
роль в этиологии синдрома легочной гипертензии.
В исследованиях, проведенных Н.И. Ярован и И.А. Новиковой
(2012), установлено, что у высокопродуктивных коров с субклиническим
кетозом в условиях промышленного содержания обнаруживается наличие
окислительного стресса, сопровождающегося снижением
антиоксидантной защиты и повышением уровня свободнорадикального
окисления, а также выявляется корреляционная связь между показателями
системы перекисное окисление липидов – антиоксидантная защита и
уровнем кетоновых тел в сыворотке крови.
Показатели системы «перекисное окисление липидов –
антиоксидантная защита» обладают достаточно высокой диагностической
ценностью при субклиническом кетозе у глубокостельных нетелей и
сухостойных коров. Среди показателей, изученных Бабухиным С.Н. с
соавторами (2016), наименьшей чувствительностью (26,0 %) и
специфичностью (43,0 %) характеризуется восстановленный глутатион.
Реакция со стороны процесса пероксидации липидов при кетозе
подтверждается данными исследований египетских ученых M.A. Youssef
et all. (2010), проведенных на буйволицах, в которых установлено, что
после родов в клинической стадии заболевания в крови животных
происходит достоверное увеличение концентрации малонового
диальдегида и оксида азота.
Среди изученных В.С. Авдеенко и соавторами (2016) показателей –
концентрация изолированных двойных связей в крови у суягных овец
больных субклиническим кетозом повышена на 20,46 %, а уровень
диеновых конъюгатов в 1,87 раза, а концентрация промежуточных
продуктов кетодиенов и сопряженных триенов достоверно повышена в
1,75 раза в сравнении с показателями клинически здоровых животных.
Многие ученые сходятся во мнении, что функциональное состояние
системы антиоксидантной защиты организма занимает значимое место в
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]