2.5.4. Реактивные производные кислорода.
Длительное повышение внутриклеточной концентрации кислорода ведет к образованию аніоних радикалов суперокислов респираторной цепью, цитозольними ферментами (ксантиноксидаза). Это ведет к усилению оксидативного стресса. Мозг является высокочувствительным к оксидативным нарушениям, поскольку характеризуется высоким уровнем оксидативной метаболической активности, интенсивной продукцией реактивных производных кислорода, низким антиоксидантними возможностями, низкой активностью механизма репарации и высоким ядерноцитоплазматичним соотношением. Повышенная продукция реактивных производных кислорода ведет к перекисного окисает липидов. Мозг также содержит большое количество переходных металлов, таких как железо, марганец, медь. Эти редокс-активні металлы могут катализировать продукцию высокотоксичных радикалов через метал-опосередковану реакцию Хабера-Веиса. Поэтому считают, что высокореактивные радикалы длилось продуцируются в мозге, как результат взаимодействия между переходными металлами и обновляющими эквивалентами. Это очень важно при травме, когда мобилизация редокс-активних металлов может происходить, в результате их экспозиции с обновляющими агентами. Через 3-4 часа после травмы нейтрализация реактивных производных кислорода и азота может обеспечить нейропротекцию, антиоксиданты предотвращают разрушение тканей при травме [4].
Некоторые исследования указывают на фермент липооксигеназу как на фактор, который играет важную роль в развитии вторичного впечатления мозга. Оксидативный стресс (перекиснет окисление липидов) сопровождается запуском липооксигеназы в нейронах и эндотелиоцитах. В последних она вызывает деградацию белка плотных контактов эндотелия – клаудину 5. Это в свою очередь ведет к нарушению целостности ГЕБ, которая сопровождается отеком и геморрагическим впечатлением окружающих тканей. Кроме того, как обнаружено, липооксигеназа причастна к деградации митохондрий и других клеточных структур нейронов. Экспериментальные данные подтверждают возможность блокирования липооксигеназы с помощью ингибиторов (байкалеїн, едаравон, мелатонін, некоторые поліфеноли зеленого чая), как нейропротективний мероприятие [7]. С другой стороны известная способность липооксигеназы к синтезу резолвінів и протектинів (resolvin, protectin), что владеют противовоспалительными свойствами, из поліненасичених жирных кислот – ейкозапентаенової и докозагексаенової кислот соответственно [8].
2.6. Механизмы клеточной смерти.
На сегодня описаны два основных пути клеточной смерти: некроз и апоптоз. Первый из них является пассивным процессом, второй – активным.
Некроз – это процесс, который может быть вызван практически всеми патологическими влияниями, в том числе и травматическими поражениями мозга. Последовательность патологических процессов при некрозе всегда подобна: осмолізис, вызванный отеком клеток, приводит до пассивной смерти поврежденных клеток. Некроз поражает не только нервные клетки. Одним из вторичных его эффектов представляется воспаление, вызванное высвобожденным содержимым клеток и сопровождается синтезом цитокинов.
Другим механизмом клеточной смерти является апоптоз – вариант клеточной смерти, при котором активируются внутриклеточные механизмы. В отличие от некроза, апоптоз требует АТФ. Механизмы, которые приводят к апоптичної гибели, включают несколько путей: NF-kB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells), р53-залежний путь, активацию індуцибельних проапоптичних белков семьи bcl.
Апоптоз нейронов, эндотелиоцитов, астроцитов запускаюється через CD95. Обнаружены высокие концентрации CD95-ліганду в спинномозговой жидкости пациентов с тяжелыми травматическими поражениями мозга. В этом процессе ведущая роль принадлежит каспазі 3.
Считают, что гибель нейронов осуществляется за механизмом «Kindergarden effect» (мал.2), который заключается в следующем. Инициирующий нейрон (серый на рис.2.) проходит через сигнальный каскад клеточной смерти, активируются апоптичні каспази, продуцируются диффузионные токсичные факторы (IL-1?, TNF-?) и реактивные производные кислорода.
Рис.2. Механизм гибели нейронов.
Эти факторы индуктируют апоптоз в соседних с ними кітинах («kindergarden effect»). Наиболее раннее событие в этом процессе - активация каспази 1 (ИСЕ – інтерлейкін-1р-конвертуюча протеаза). Ведущую роль в активации этого фермента играют митохондриальные факторы, в частности цитохром С. Також каспази активируются при гипогликемии, избытке Са2+, депривації нейротрофических факторов. Поскольку нейроны становятся дизфункціональними, они начинают продуцировать такие же токсичные факторы, которые будут влиять, на соседние здоровые клетки. Клетка умирает, когда достигнет уровня летальных изменений. Процесс гибели клеток может влиять на гибель соседних клеток. При ишемии нейроны продуцируют IL-1?, TNF-? и реактивные производные кислорода. Те нейроны, которые не погибли от ишемии, погибнут от совместимого действия мікрооточеня, которое возникло после ишемии и действия токсичных соединений.
Повреждение мозга сопровождается нарастанием продукции TNF-?, что инициирует нейрональний апоптоз и неврологические нарушения. Запуск TNF-?-залежного апоптозу регулируется уровнем р55 — ізоформного белка, связанного из TNF-? рецептором. Также под воздействием некоторых цитокинов отмечается стимуляция активности стрес-активованих кіназ - р38 мітоген-активованої протеїнкінази (р38МАРК) и Jun-N-термінальної кінази (JNK). Связывание TNF-? из р55 активирует несколько внутриклеточных компонентов, таких, как TNF-рецептор ассоциируемого домену гибели клеток (TRADD), а также домену гибели р55-рецептора и ассоциируемых протеинов (например, каспази 8, TNF-рецептор ассоциируемого фактора TRAF), активация которого приводит в конечном итоге к гибели. В роботе Venters et al. (1999) рассмотренная концепция TNF-?- индуктируемой нейродегенерации. Авторы указывают на возможность существования другого (нового) уровня регуляторных отношений между про- и противовоспалительными цитокинами в мозге. Эта регуляция базируется на внутриклеточном взаимодействии между гетерологічними рецепторами отдельно взятой клетки, и результатом этого взаимодействия может быть как активация, так и притеснение рецепторной активности. Например, если рецептор, ответственный за гибель клетки (например, рецептор TNF-?) взаимодействует с рецептором выживания клетки (например, рецептором IGF-1), он может тормозить IGF-1-залежну нейропротекцию; подобное взаимодействие авторы помечают как «умалчивание сигналов к выживанию» ("silencing of survival signals", SOSS). Хотя механизмы и медиаторы действия IL-1 в процессах нейродегенерации не установлены, механизмы типа SOSS, очевидно, являются достаточно существенными как для IL-1, так и для других прозапальних цитокинов.
Следует отметить, что IL-1, как и TNF-?, индуктируется при разных повреждениях мозга и усиливает эффект ишемии ткани мозга, не будучи при этом токсичным для нормальной ткани или нормальных нейронов. Можно также допустить, что, кроме приведенных механизмов, много других факторов (фосфоліпаза А2, циклооксигеназа, окисел азота, суперокислы и тому подобное), могут быть индуктируемые или активированные под воздействием IL-1 и других прозапальних цитокинов, также могут быть привлеченные в процессы повреждения нейронов. Поскольку прозапальні цитокины не являются нейротоксичными, весьма возможно, что они влияют не только на выживание нейронов, действуя на рецептор-рецепторні механизмы, но и на клеточно-клеточные взаимодействия. На основе экспериментов in vitro, которые засвидетельствовали, что IL-1 и TNF-? усиливают гибель нейронов в смешанной культуре нейронов и глиальных клеток, достаточно вероятно, что цитокины высвобождаются в подобных условиях именно глиальными клетками, которые продуцируют окисел азота. При этом, при первичном повреждении мозга источником IL-1 и TNF-? есть клетки микроглии, хотя астроциты, олігодендроцити и другие клетки относительно этого также активны.