Сергеев О.С., Уксусова Л.И. и др. Типовые патологические процессы. Воспаление. Лихорадка. Повреждение клетки

Подождите немного. Документ загружается.

видимому, лежит также в основе образования хроматиновых глыбок, формирование которых

происходит достаточно быстро и легко обратимо. Усиленное освобождение лактата при

гипоксии дает метаболический лактоацидоз. Но наиболее фундаментальное значение для

клетки имеет влияние ацидоза на ФФК. В зрелых клетках ФФК – кислотоугнетаемый

фермент. Это лимитирует адаптацию: гипоксия усиливает гликолиз, гликолиз порождает

ацидоз, ацидоз тормозит гликолиз! В этой стадии гипоксии в клетке формируется настоящий

дефицит АТФ, поскольку аэробный механизм не работает из-за кислородного дефицита, а

анаэробный – из-за ацидоза.

В незрелых клетках ФФК представлена иными изоферментами, которые куда менее

чувствительны к ацидотическому ингибированию. Именно это лежит в основе повышенной

устойчивости эмбриональных и фетальных тканей к острой гипоксии и обусловливает

большую выживаемость маленьких детей по сравнению с взрослыми при экстремальных

состояниях, сопровождаемых острым кислородным голоданием. Известны многочисленные

случаи из акушерской практики, когда роженица погибает от гипоксии, а плод остается жив.

Показано, что срок клинической смерти у детей больше, чем у взрослых.

Так или иначе, но при значительном дефиците АТФ процессы клеточного повреждения

углубляются. Наибольшие проблемы возникают у главных клеточных потребителей энергии

— градиентсоздающих и сократительных систем клетки. Как уже неоднократно упоминалось

выше, наиболее энергоемким ферментом в клетках является калий-натриевая АТФ-аза.

Дефицит энергии не дает этому ферменту нормально работать, и результат выражается в

утрате нормального калий-натриевого градиента. Это порождает несколько последствий.

Клетки теряют ионы калия, а вне клеток возникает его избыток. Выходом калия из клеток

отчасти обусловлена гиперкалиемия, наблюдаемая при многих экстремальных гипоксических

состояниях, например, при шоке.

Утрата калий-натриевого градиента для клетки означает уменьшение потенциала покоя.

Вследствие этого положительный поверхностный заряд, свойственный нормальным клеткам,

уменьшается и может меняться на отрицательный. Приобретая отрицательный

поверхностный заряд, многие клетки, например форменные элементы крови, делаются менее

устойчивы к агрегации и адгезии. На тканевом уровне это способствует таким процессам, как

сладж эритроцитов, формирование белых тромбов и краевое стояние лейкоцитоз,

развивающимся в очаге повреждения.

Частичная утрата потенциала покоя делает клетки менее возбудимыми. Это способно

нарушить коммуникацию между ними, что и происходит при глубокой гипоксии. Так,

например, при глубокой тканевой гипоксии клеток головного мозга, чем бы она ни была

вызвана (барбитуровым отравлением, судорогами, кетоацидозом, уремией, рассмотренной

выше гипераммониемией, гиперосмолярным состоянием, ишемией, механической травмой и

т.д.), развивается глубокое торможение нейронов. Внешне оно проявляется синдромом комы

с потерей сознания и утратой рефлексов, вплоть до отсутствия ряда базальных рефлексов.

Патогенетическая суть этого процесса – утрата калий-натриевой разности потенциалов и,

следовательно, возбудимости нейронов. Именно из-за своей гипоксической сути комы разной

этиологии так схожи по клиническим проявлениям.

Важнейшим из прямых последствий повреждения калий-натриевого насоса является

проникновение избытка натрия в клетку. Из-за осмотической активности натрия возникает

гипергидратация клеток. На этой стадии картина прогрессирующей гипоксии

характеризуется морфологически как «мутное набухание» или при дальнейшем образовании

вакуолей «баллонная дистрофия».

Хотелось бы подчеркнуть, что употребляемый иногда термин «клеточный отек» не

вполне строг с обще патологической точки зрения. Отеком в патофизиологии называется

лишь внеклеточный избыток жидкости и натрия. Для описываемого типового проявления

153

клеточной гипоксии применяется название «набухание клетки». Образная характеристика

этого процесса как клеточного отека, вероятно, восходит к незабываемой исторической

последней фразе умирающего И.П.Павлова. Великий ученый, по свидетельству

современников, умер, мужественно наблюдая за развитием гипоксии собственного мозга со

словами: «Это отек... это отек коры!».

Одним из проявлений набухания клетки служит расширение цистерн

эндоплазматического ретикулума. Возможно, в развитие внутриклеточной гипергидратации

известный вклад вносит и накопление осмотически активных продуктов разрушения и

усиленного катаболизма полимерных клеточных молекул, но это, скорее, относится к более

глубоким стадиям баллонной дистрофии.

Дефицит энергии при клеточной гипоксии расстраивает работу цитоскелета.

Нарушаются процессы сборки микротрубочек, что отражается на форме клеточной

поверхности. Клетки могут терять микроворсинки или наоборот, развивать поверхностные

выступы-вздутия. Слабость цитоскелета может способствовать дезинтеграции некоторых

надмолекулярных комплексов в клетке. Так, происходит отсоединение рибосом от мембран

ШЭР и насыщение цитоплазмы утратившими свой адресный маршрут белковыми

молекулами. Белковые молекулы денатурируют. Происходит, в частности, разборка

липопротеидных частиц и уменьшается их растворимость. Мембраны могут формировать

миелиновые фигуры, а денатурация и сшивка элементов цитоскелета – промежуточных

филаментов – способна вызвать внутриклеточный гиалиноз. Процессы денатурации,

декомпозиции и коагуляции придают набуханию «мутный» вид. Таким образом, мы

рассмотрели патофизиологические механизмы обоих компонентов понятия «мутное

набухание».

Внутриклеточная гипергидратация служит наиболее частым и типичным, но не

единственным сценарием обратимой стадии некробиоза. При гипоксии некоторых клеток,

которым свойственны активные процессы липолиза и липогенеза, ранние стадии некробиоза

сопровождаются накоплением липидов, особенно, нейтральных жиров, в клетках. Этот

процесс носит название жировой трансформации. В отличие от жирового перерождения,

при котором в строме органа появляются истинные адипоциты, жировая трансформация

сопровождается накоплением жировых вакуолей в цитоплазме паренхиматозных нежировых

клеток.

В миокарде данный тип некробиоза происходит при нарушении митохондриальной

утилизации жирных кислот. Типичным примером служит упоминавшийся выше

дифтерийный миокардит, при котором экзотоксин бациллы Леффлера блокирует кофактор

митохондриального окисления жирных кислот – карнитин. Подобные изменения могут

происходить в миокарде и при глубокой гипоксии (например, перифокально по отношению к

очагам некроза), а также при некоторых гликогенозах и т.д., то есть являются

неспецифическими.

Жировая трансформация гепатоцитов также может быть вызвана многими

механизмами: сниженным синтезом апопротеинов (при отравлении четыреххлористым

углеродом и квашиоркоре), нарушением экскреции липопротеидов очень низкой плотности

(при недостатке липотропных веществ и избытке ниацина и оротовой кислоты), усиленным

притоком жирных кислот в печень (при голодании), увеличением синтеза и ускорением

этерификации жирных кислот и замедлением их распада (при алиментарном ожирении), а

также комбинацией этих факторов. Ведущая причина, приводящая к повреждению

гепатоцитов по типу жировой трансформации – алкоголизм. Шведские авторы в опытах на

добровольцах показали, что ежесуточный прием 400-500 грамм 40% алкоголя за 21 день

ведет к возникновению обязательной выраженной жировой трансформации печени.

Механизм этого явления комбинированный – имеет место и усиление транспорта жира в

154

печень, и возрастание этерификации жирных кислот за счет избытка глицерофосфата, и

сниженное окисление жирных кислот, и нарушение экскреции липопротеидов.

Принципиально важно, что этот процесс ныне трактуется не как «дистрофия», а как

вариант течения некробиоза, относительно благоприятный для клетки, так как даже далеко

зашедшая жировая трансформация полностью обратима. Если отложение жирных кислот

сопровождается накоплением натрия и кальция, то происходящий эффект омыления может

разрушать мембранные структуры клетки и приводить к некрозу. Некротизируются,

формируя жировые кисты, также и клетки, накопившие очень много жировых вакуолей, и

претерпевшие процессы разрыва и слияния. Поэтому, при всей своей относительной

благоприятности, жировая трансформация тоже гипоксемический процесс и может иметь

некроз своим исходом. Не случайно, зачастую некроз и стеатоз наблюдаются в печени

совместно.

Рассматривая механизмы гипоксического некробиоза, патологи пришли к мнению о

ключевой роли избытка ионизированного внутриклеточного кальция в этом процессе,

особенно, на его глубоких стадиях. Кальций в данном случае выступает не просто как

электролит, а как мощный модулятор клеточных функций, избыток которого токсичен для

клетки. Внутриклеточная концентрация кальция поддерживается на уровне 10

-7

М, что в

10000 раз меньше, чем в межклеточной жидкости. При функционировании здоровых клеток

прием внешних химических или электрических сигналов сопровождается кратковременным

повышением внутриклеточной концентрации кальция, что необходимо для ответа на стимул.

Кальций проникает внутрь через потенциал-зависимые входные кальциевые каналы. Кроме

того, раздражение кальций-мобилизующих рецепторов ведет к активации фосфолипазы С и

продукции липидных внутриклеточных посредников – диацилглицерина и

инозитолтрифосфата.

Последний взаимодействует с мембранами кальцисом и вызывает выход

депонированного там кальция в цитоплазму. Эти явления описываются как функция

рецепторзависимых кальциевых каналов. Цитоплазматический кальций переходит в

активную форму путем взаимодействия со своим белковым внутриклеточным рецептором –

кальмодулином. Комплекс кальций-кальмодулин активирует кальмодулинзависимые

протеинкиназы, которые вместе с протеинкиназой С активизируемой диацилглицерином,

осуществляют включение тех или иных клеточных ферментов. Характерно, что сами

кальций-зависимые посредники, в частности, кальмодулин, усиливают при накоплении

внутриклеточного кальция работу уравновешивающих механизмов.

Мощные механизмы инактивации цитоплазматического кальция (АТФ-зависимый

кальциевый насос, натрий-кальциевый обменный механизм) быстро стабилизируют при

ответе на внешние раздражения его уровень, выбрасывая этот катион из клетки, связывая и

секвестрируя его в кальцисомах и митохондриях. Один из классических вопросов,

поставленных еще в ранний период развития учения о повреждении клетки – это вопрос о

грани между реактивным раздражением и повреждением. Где для клетки, подвергнутой

внешнему воздействию, кончается одно и начинается другое? Пытаясь найти ответ, и

чувствуя общее между этими процессами, И.М.Сеченов писал о «повреждающем

раздражении», а Д.Н.Насонов и В.Я.Александров даже предположили, что процессы

физиологического возбуждения представляют собой прообраз изменений, вызванных

повреждением ткани. Согласно современным патохимическим данным, важное отличие

между ответом клетки на раздражение и повреждением заключается в том, что при

реактивном раздражении стабилизация уровня кальция возможна, а при повреждении

емкость стабилизирующих механизмов недостаточна, и концентрация внутриклеточного

кальция продолжает расти и сохраняется повышенной долго.

155

Увеличение внутриклеточной концентрации кальция вначале обусловлено нехваткой

энергии для работы кальций-магниевого насоса. Затем, при углублении гипоксии, кальций

попадает в клетку не только через входные кальциевые каналы наружной мембраны, но и,

особенно, массивным потоком – из его внутриклеточных резервуаров – митохондрий и

цистерн гладкого ЭПР, а также через поврежденные клеточные мембраны. Это приводит к

критическому нарастанию его концентрации.

Показательно, что яд тапсигарджин, высвобождающий кальций из ЭПР в цитоплазму,

индуцирует гибель клеток (путем апоптоза), а протоонкоген bcl-2, защищающий клетку от

гибели, кодирует онкобелок, присущий цитозольной стороне мембраны ЭПР, комплексу

ядерных пор и митохондриям, который удерживает кальций внутри ЭПР и перинуклеарного

пространства. Блокаторы входных кальциевых каналов, а также перфторуглеродные

эмульсии тормозят накопление кальция в цитоплазме поврежденных клеток и таким

способом продлевают выживание клеток в условиях гипоксии.

Избыток кальция активирует ядерные эндонуклеазы, фрагментирующие ДНК в

межнуклеосомных участках. Это является важным элементом апоптоза, придающим

процессу запрограммированной гибели клеток необратимость. Ионы цинка служат

антагонистом кальция и блокируют этот фермент, оказывая цитопротекторный эффект. При

избытке кальция нарушается синтез АТФ и усиливается продукция активных кислородных

радикалов в митохондриях: При высоком уровне кальция в клетке активируется нейтральные

протеазы – кальпаины. Активность кальпаинов, до известной степени, может сдерживаться

их блокаторами кальпстатинами, запас которых небезграничен. Длительный избыток

кальция в цитоплазме ведет к прогрессирующему цитоплазматическому протеолизу.

Кальпаины способны разрушать цитоскелет, в частности, его белки фодрин и -актин, что

ведет к формированию поверхностных выступов на мембране гибнущей клетки. Кальпаины

нарушают передачу информации в клетке, лизируя рецепторы и протеинкиназу С.

Участие кальция в активации внеклеточного каскадного протеолиза хорошо известно и

убедительно показано на примере сторожевой полисистемы плазмы крови. Вокруг гибнущих

клеток при гипоксическом некробиозе происходит кальцийзависимая активация системы

фибрина, комплемента, фибринолиза и киников. Не исключено, что и внутриклеточные

каскадные протеолитические системы, такие как система ICE и гранзим В, известные своим

участием в механизмах апоптоза и некроза, могут активироваться избытком кальция.

Кальцийзависимый фермент трансглутаминаза может при избытке кальция

осуществить сшивку белков цитозоля, что способствует формированию апоптотических

телец и механизмам коагуляционного некроза, а также, вероятно, формированию

внутриклеточного гиалина.

Активация кальцием мембранных фосфолипаз способствует дезинтеграции клеточных

мембран и выработке липидных медиаторов воспаления – производных арахидоновой

кислоты. Этот механизм вносит вклад в развитие перифокального воспаления в очаге

некробиоза.

При необратимом повреждении клетки митохондрии захватывают значительные

количества кальция, это приводит к инактивации их ферментов, денатурации белков, стойкой

утрате способности к продукции АТФ даже при восстановлении притока кислорода,

образованию в этих органоидах аморфных электронноплотных хлопьев. Наряду с

набуханием митохондрий, обусловленным проникновением в них калия, фосфата и воды и

рассмотренным выше, эти процессы делают гипоксию тканевой. Такая стадия некробиоза

уже не может быть обращена путем простого восстановления притока кислорода или при

реперфузии.

Глубоко поврежденные митохондрии перестают быть акцепторами кислорода и

субстратов. Из-за неспособности митохондрий окислять жирные кислоты их ацилы остаются

156

в цитоплазме, где и формируют эндогенные мыла с натрием и кальцием. Омыление приводит

к возрастанию детергентной активности цитозоля, который, в буквальном смысле, растворяет

липидные мембраны. Эндогенный детергентный эффект замыкает цепь фатальных событий,

ведущих к «точке необратимости» некробиоза. Мыла разрушают мембраны органоидов, и на

клетку обрушивается удар гидролаз, активных радикалов и других метаболитов,

изолированных до этого момента в различных отсеках клетки. С этого момента, по-

видимому, можно считать клетку мертвой, а процесс некротического аутолиза – начатым.

Таким образом, длительное повышение цитоплазматической концентрации активного

кальция – это центральное звено клеточной гибели. Из-за этого нарушения запускаются

несколько перечисленных выше патогенных механизмов, актуальных для гипоксемического и

свободнорадикального некробиоза, а также апоптоза. Митохондрии погибших клеток

продолжают быть кальциевыми ловушками и нередко становятся первичными центрами

формирующегося кальциноза. Дистрофическая кальцификация происходит на месте некроза

при нормальном уровне кальция в плазме.

МЕХАНИЗМЫ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНОГО НЕКРОБИОЗА

Частично восстановленные (активные) кислородсодержащие радикалы (АКР) – это

высокотоксичные химически реакционноспособные молекулы с нечетным количеством

электронов, способные повреждать клеточные мембраны, хроматин и белки. Отнимая

электроны у различных органических молекул, например, арахидоновой кислоты, свободные

кислородные радикалы могут превратить их в перекисные соединения с не спаренными

электронами и запустить своего рода цепные реакции внутри клетки.

АКР – физиологические метаболиты и образуются в клетке при нормальном обмене

веществ. Они вырабатываются ЭПР в ходе работы микросомальной окислительной системы

цитохрома Р

450

, при функционировании митохондрий с участием так называемого

убисемихинона, в лизосомах и пероксисомах под действием мембранных НАДФН-

зависимых оксидаз. Многие важные процессы, например генерация конечных продуктов

пуринового обмена и распад дофамина, обязательно сопровождаются выработкой АКР. В

ряде случаев рецепторно-опосредованная стимуляция клеток сопровождается усилением

продукции АКР. Многофункциональный паракринный сигнал – окись азота сама является

свободным радикалом и усиливает образование других АКР. Наконец, умирающие клетки

аутоокисляются и могут воздействовать активными кислородсодержащими радикалами на

живых соседей.

Адренэргическая стимуляция физиологически приводит к усилению, а холинэргическая

– к ослаблению продукции эндогенных АКР, противоположно изменяет редокс-потенциал

клетки и создает условия для пермиссивного эффекта, когда один и тот же сигнал вызывает

различный ответ клеток, в зависимости от их редокс-состояния. Так, например, фактор

некроза опухолей (ФНО) вызывает либо гибель клеток, либо их пролиферацию, так как

зависимый от него фактор транскрипции NF-kβ срабатывает только при определенном сдвиге

окислительного потенциала клеток-мишеней.

АКР способны взаимодействовать с сульфгидрильными группами в составе белков,

например, с остатками цистеина в их активных центрах, изменяя биологические функции

ферментов и рецепторов. Благодаря этому АКР могут изменять активность факторов

транскрипции и тирозиновых протеинкиназ, влиять на скорость связывания

цитоплазматического кальция с кальмодулином и на активность кальциевой АТФ-азы, на чем

и основана их способность модулировать клеточные ответы на различные сигналы. Редокс-

состояние клетки играет важную роль в управлении фазами клеточного цикла. Редокс-статус

клеток находится, как и все механизмы реактивности, под генетическим контролем. Ген bcl-2,

ранее упоминавшийся как блокатор повышения цитоплазматической концентрации кальция,

157

кодирует белок, присутствующий в местах основной продукции АКР и понижающий их

выработку. Белок АРО-1, известный как индуктор клеточной гибели, наоборот, обладает

прооксидантным действием.

Осуществляя защитные реакции, клетки, особенно, специализированные

мезенхимальные элементы – макрофаги и гранулоциты могут многократно усиливать

продукцию АКР. При фагоцитозе происходит так называемый «метаболический взрыв» в

фагоцитах, то есть многократное усиление потребления энергии фагоцитирующей клеткой.

Значительная часть этой энергии расходуется НАДФН-зависимыми оксидазами на

образование супероксидного радикала:

+ e = O

АКР осуществляют бактерицидный (цитоцидный) эффект в фаголизосомах. Так как, в

отличие от лизосомальных гидролаз, АКР способны разрушать неповрежденные клеточные

стенки бактерий и интактные мембраны клеток, кислородзависимый механизм завершающей

стадии фагоцитоза, по современным представлениям, намного более важен, чем

гидролитический.

Миелопероксидаза фагоцитов (в частности, нейтрофилов и моноцитов крови)

превращает перекись водорода и ионы хлора в высокобактерицидный гипохлорит-анион:

+ Сl

= ClO

+ Н

АКР также секретируются вовне в процессе экзоцитоза, в расчете на их способность

разрушать причинный агент первичной альтерации и путем перекисного окисления мембран

соседних клеток осуществляют вторичное самоповреждение и способствуют выработке

эйкозаноидных медиаторов воспаления. Врачи, с давних времен применяющие для

дезинфекции йод, перекись водорода, щелок и хлорную известь, фактически, воспроизводят

эволюционно сложившийся естественный бактерицидный механизм усиленной генерации

таких соединений, как Н

, ОН

, гипохлорит и оксийодиды, доступные любому фагоциту.

Через АКР опосредуют свое действие фактор некроза опухолей и другие агенты,

осуществляющие цитотоксические эффекты.

Поистине, индукторы цепных реакций АКР – это атомное оружие клеток в борьбе с

носителями чужеродной генетической информации, проникающей в организм. Но

длительное и значительное увеличение продукции АКР ведет к самоповреждению клеток.

Важнейший из АКР – супероксидный анион O

. Он образуется при неполном

одноэлектронном восстановлении кислорода в ходе митохондриального аутоокисления, а

также в микросомах из О

под влиянием ксантиноксидазы, цитохрома Р

450

и других оксидаз,

как показано выше.

Фермент супероксиддисмутаза превращает O

в перекись водорода, используя протоны

НАДФН:

+ O

+ H

= H

Тот же процесс протекает и спонтанно, но медленнее. Перекись водорода возникает не

только из супероксида, но и из воды и кислорода под действием каталазы в пероксисомах. В

присутствии меди или двухвалентного железа, образуемого при действии супероксида на

Fе

, перекись водорода распадается с образованием гидроксильного радикала (реакция

Фентона):

Fе

+ Н

О = Fе

+ ОН

+ НО

Гидроксилы формируются и при действии супероксида на перекись водорода (реакция

Хабера-Вейсса):

= ОН + OH + O

Радиолиз и фотолиз воды служат важным дополнительным источником гидроксилов

при облучении клеток. При определенных условиях образуются и другие АКР, в частности,

158

синглетный кислород и оксигалоиды (гипохлорит и оксийодид). Они служат главными

микробицидными агентами фагоцитов.

Оксид азота, сам относящийся к АКР, реагируя с кислородом (О

), дает супероксидный

анион и перекись водорода. Окислительный стресс, вызванный избытком NO, участвует в

гибели нейронов при инсульте.

Основными направлениями повреждающего действия АКР являются:

1. Перекисное окисление липидов плазматической и внутриклеточных мембран,

приводящее к освобождению медиаторов воспаления и токсинов (например, малональдегида,

эпоксидов, эндопероксидов)

2. Сшивка мембранных, внеклеточных и внутриклеточных липидов и белков через

сульфгидрильные группы с инактивацией ферментов и рецепторов и образованием сульфид-

радикалов, дисульфидов и сульфоновых кислот. Процесс ведет к формированию белковых

агрегатов (например, при катарактах хрусталика).

3. Повреждение ДНК, остановка ее репликации и мутагенез, что может вызвать

тератогенный или канцерогенный, а также цитостатический эффект. Особенно патогенно

цепное перекисное окисление мембранных липидов. Под воздействием АКР формируется

инициирующий радикал липида:

LH + OH = H

O + L

Липидный радикал и кислород дают липоперекись:

L + O

= LO

Липоперекись атакует соседнюю молекулу липида, формируя гидроперекись липида и

новый липидный радикал и т.д.

+ LH = LOOH + L

Двухвалентное железо может превращать гидроперекиси липидов в алкоксильные

свободные радикалы в молярном соотношении 1:2, разветвляя цепную реакцию на два

радикалообразующих пути:

LОН + Fе

= ОН

+ Fе

+ LO

Принято считать, что АКР – универсальные участники любых видов клеточной гибели,

по крайней мере, на ее конечных этапах, когда происходит деструкция внутриклеточных

мембран и освобождение АКР из компартментов клетки.

Однако их относительный вклад при разных типах повреждения клеток неодинаков.

При гипоксическом некробиозе АКР, хота и образуются, например, вследствие кальций-

зависимого повреждения митохондрий, но количество их не так велико, чтобы считать АКР-

опосредованную альтерацию главным механизмом гипоксической смерти клетки. Правда,

необходимо вслед за Котраном и Кумаром (1994) отметить, что если в ходе развития

гипоксии произошло восстановление притока кислорода к некробиотическим клеткам,

поврежденные митохондрии начинают вырабатывать АКР в значительных количествах.

Именно это лежит в основе так называемого реперфузионного повреждения, которое хорошо

известно кардиологам. Кардиомиоциты гибнут не на высоте ишемии, а после полного или

частичного восстановления коронарного кровоснабжения, будучи не в состоянии устоять

перед окислительным ударом АКР. Реперфузионные нарушения диктуют необходимость

комплексного лечения при остром инфаркте миокарда: врач не ограничивается мерами,

направленными на лизирование тромба и вазодилатацию, а комбинирует их с введением

средств, эффективных при тканевой гипоксии.

Разрушающее действие АКР является ранним и мощным и выходит на первый план в

механизмах некробиоза в ряде специальных случаев, когда гибель клеток имеет

определенную этиологию. Прежде всего, это ситуации, когда резко ускоряется собственная

продукция АКР – воспаление, инфекционное повреждение клеток, иммунопатологический

цитолиз, разрушение опухолевых, микробных и зараженных вирусами клеток иммунной

159

системой, травматический шок и синдром длительного раздавливания, а также другие

состояния с активным распадом пуринов.

Затем, это ситуации, когда повреждающий агент сам превращает воду и органические

молекулы в свободные радикалы (радиационное поражение клеток, действие иприта и

люизита, отравление кислородом и озоном, включая гипербарическую оксигенацию,

гемохроматоз и отравление двухвалентным железом).

Наконец, это химическое повреждение клеток, при котором свободные радикалы

формируются из молекул токсина или лекарства при их метаболизме (например, отравление

четыреххлористым углеродом).

АКР особенно токсичны для клеток, богатых ненасыщенными липидами.

Генерация АКР всегда участвует в запрограммированной гибели клеток, вызванной

самыми разными причинами (например, в апоптозе лимфоцитов под действием как

глюкокортикоидов, так и вируса СПИДа).

Легко заметить, что при всех вышеназванных процессах, когда гибель клетки идет с

активным участием свободных радикалов, отсутствует первичная гипоксия или она не

является глубокой. Показано, что высокие концентрации АКР могут индуцировать

некробиоз, но средние и малые концентрации тех же АКР (например, перекиси водорода)

способны включать программу апоптоза. Прооксидант 2,З-диметоксил-1,4-нафтолхинон в

малых концентрациях стимулирует пролиферацию клеток, в средних – запускает апоптоз, а в

высоких – вызывает некроз. По-видимому, свободнорадикальная гибель клетки, до известной

степени, альтернативна описанному выше гипоксическому некробиозу, хотя имеет с ним

много общего, включая почти идентичные финальные стадии.

Как и в случае с кальцием, грань между стимуляцией и повреждением – временная и

количественная, и судьба клетки при активации АКР — это вопрос баланса. Таким образом,

равновесие между генерацией и инактивацией АКР в клетке может устанавливаться на

разном уровне – и это фундаментальная неспецифическая составляющая клеточной

реактивности, модулирующая клеточные ответы на разнообразные конкретные стимулы.

Биорегуляторы, перечисленные в таблице, все без исключения, так или иначе, затрагивают

баланс прооксидантных и антиоксидантных систем клетки.

АНТИОКСИДАНТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОК

Антиоксиданты – это молекулы, обладающие лабильным водородным атомом с не

спаренным электроном:

LOO + AH + LOOH + A-A

A + A = A-A

где АН – антиоксидант, А-А его стабильный несвободно радикальный продукт.

Множество антиоксидантов, вырабатываемых клетками и поглощаемых из вне в

качестве полностью, либо частично незаменимых соединений, сдерживают клеточное

«атомное оружие», препятствуя длительному существованию высоких концентраций АКР.

Кроме того, избыток АКР может секвестрироваться в пероксисомах. Антиоксиданты – не

просто набор веществ. Они способны восстанавливать друг друга и представляют собой

антиоксидантные системы клеток.

Основными разрушителями АКР служат ферменты каталаза, супероксиддисмутаза,

глютатионпероксидаза, фосфолипид-глютатионпероксидаза и глютатионредуктаза.

Существуют три класса антиоксидантов:

Каталаза и глютатионпероксидаза – это энзимы предупредительного действия,

поскольку они восстанавливают АКР (перекись водорода), провоцирующий цепной

свободно-радикальный процесс до неактивного состояния.

160

Супероксиддисмутаза – фермент-прерыватель цепной реакции. Она превращает при

наличии восстановительных эквивалентов супероксидный анион, способный, как показано

выше, формировать наиболее активные АКР, в менее активную перекись водорода,

разрушаемую каталазой. Субстратами – прерывателями цепной реакции служат фенолы

(например, токоферол) и амины (например, цистамин).

Третья разновидность антиоксидантов — хелатирующие агенты, способные связывать

железо и другие металлы-катализаторы, и разветвлители цепных свободнорадикальных

реакций (например, десферол и унитиол). Все упомянутые энзимы и их изоэнзимы являются

металлоферментами. В состав их активных центров входят микроэлементы.

Глутатионпероксидаза и фосфолипид-глутатионпероксидаза, утилизирующие этот метаболит

для инактивации перекиси водорода и липоперекисей с образованием спиртовой группы –

это селеносодержащие ферменты. Различные тканевые изоферменты супероксиддисмутазы

содержат цинк, или марганец и медь. Митохондриальная изоформа использует марганец, а

цитозольные – цинк и медь.

Каталаза является пероксисомальным железо-зависимым металлоферментом.

Главные антиоксидантные субстраты клеток – это тиоловые соединения. К ним

относятся глютатион, цистеин, Д-пеницилламин.

Глютатион – важнейший компонент антиоксидантных систем печени, сердца, мозга,

легких и клеток крови. Показана его защитная роль для эритроцитов – при гемолизе, для

нейронов – при инсульте и нейродегенеративных заболеваниях, для альвеолоцитов – при

отравлении озоном, для кардиомиоцитов – при миокардиодистрофиях. Глютатион обладает

радиопротекторными свойствами. Для образования глютатиона необходима аминокислота

цистеин, при работе глутатионовых пероксидаз он превращается в дисульфид,

Другая группа веществ, используемых клетками нашего организма для защиты от

окислительного стресса – это витамины. Реактивирует глутатион дисульфид фермент

глутатионредуктаза, зависимый от НАДФН и аскорбиновой кислоты. Следовательно, для

восстановления и реактивации глютатиона из дисульфида нужны не только микроэлементы,

но и витамины РР и С, а, по некоторым сведениям – также Е и В, Однако, аскорбиновая

кислота амбивалентна в окислительно-восстановительных реакциях и способна оказать и

прооксидантные эффекты, в частности, ускорял восстановление железа, усиливающего

свободнорадикальные процессы. Прооксидантные эффекты витамина С преобладают при его

малых дозах, а антиоксидантные – при больших, что, в какой-то степени, оправдывает

рекомендации Л.Полинга замедлять старение и предупреждать повреждение клеток, в

частности, при вирусных инфекциях и атеросклерозе, мега-дозами аскорбиновой кислоты

(1983). Интересно, что, у приматов таким же, как витамин С, амбивалентным действием на

редокс-состояние клеток обладает мочевая кислота.

Особенно тесная взаимозависимость существует между селеном и витамином Е,

которые оба служат для инактивации липоперекисей. Витамин Е является сильнейшим

антиоксидантом, так как ловит свободный электрон и не участвует в дальнейшей цепи.

Протективное действие токоферола особенно выражено в отношении клеточных мембран.

Классические эксперименты Дж. Блэнда с человеческими эритроцитами показали, что

десятидневный прием 600 МЕ -токоферола ежесуточно делает плазматические мембраны

95% красных кровяных телец испытуемых резистентными к тому окислительному стрессу,

который до курса лечения вызывал стопроцентный гемолиз. Активность токоферолов

восстанавливается витамином С, как и активность системы глютатиона

Таким образом, в системе глутатиона взаимодействуют витамины, микроэлементы и

серосодержащие аминокислоты. Упомянутые витамины и микроэлементы, а также

полифенолы (биофлавоноиды), -липоевая кислота, -каротин действуют в комплексе и

161

составляют антиокислительный резерв клеток, определяющий их резистентность к свободно-

радикальному повреждению.

Многие пищевые продукты содержат значительные количества этих ингредиентов и

способны насыщать ими организм. Поэтому, питание, оптимально обеспечивающее

потребности клеток в антиоксидантах, является в настоящее время предметом наиболее

интенсивных разработок в диетологии. Аутоокисление липопротеидов является одним из

механизмов атерогенеза, а свободно-радикальное повреждение ДНК способно вызывать

канцерогенез, поэтому антиоксиданты проявляют протективное действие в отношении

атеросклероза и опухолевых заболеваний.

Дефицит незаменимых соединений, относящихся к этой системе, связан с развитием

многих заболеваний, сопровождаемых клеточным окислительным повреждением.

Так, область, эндемичная по геохимическому дефициту селена в провинции Жэньсу

(КНР), отличается повышенной частотой особой миокардиодистрофии (болезнь Кишэн), а

Восточная Финляндия имеет самое низкое в мире геохимическое содержание селена и

рекордно малую продолжительность предстоящей жизни сорокалетних мужчин.

Американский автор Уоллак обнаружил связь между муковисцидозом и дефицитом селена у

беременных и новорожденных.

Тиоловыми антиоксидантами служат и богатые сульфгидрильными группами

цитозольные белки (тиоредоксин), а также сывороточные белки макрофагального

происхождения, такие как церулоплазмин, С-реактивный белок, гаптоглобин, -

микроглобулин, амилоид А. Перечисленные белки синтезируются макрофагами различной

локализации в ответ на интерлейкин-1 и ряд других медиаторов воспаления. Таким образом

осуществляется попытка предохранить организм хозяина от негативных последствий

собственного окислительного удара, наносимого по агентам, вызвавшим воспаление.

Именно вследствие усиления синтеза сывороточных глобулинов – антиоксидантов

происходит хорошо известное каждому медику увеличение скорости реакции оседания

эритроцитов (СОЭ). В связи с универсальным характером рассматриваемых механизмов

СОЭ ускоряется при широком круге инфекций, воспалений и иммунопатологических

процессов разной этиологии. Белки, усиленно синтезируемые при воспалении, объединяют

под названием «положительные глобулины острой фазы». Типичный представитель этой

группы протеинов – церулоплазмин является феррооксидазой и окисляет двухвалентное

железо до трехвалентного без образования свободных радикалов. Особую роль в

антиоксидантной защите играет трансферрин – отрицательный глобулин острой фазы,

содержание которого в крови при воспалениях и инфекциях снижается. Он захватывает

трехвалентное железо и может переносить его в клетки. Как уже отмечалось выше,

адаптивная ценность гипоферремии при остром ответе на инфекцию экспериментально

доказана и связана с каталитической ролью двухвалентного железа в системе генерации АКР.

Эта форма железа чрезвычайно цитотоксична, поскольку участвует в реакции Фентона и в

реакциях разветвления цепей окисления мембранных липидов. При лихорадке изменения в

синтезе глобулинов острой фазы ограничивают аутоокислительный эффект железа.

Кора надпочечников обладает очень высокой активностью цитохром-Р

450

-зависимых

оксидаз, и поэтому продукция АКР в этих органах крайне активна, особенно, в условиях

стресса. Именно поэтому надпочечник обладает исключительно высокими потенциями

антиоксидантных механизмов (рекордные количества аскорбиновой кислоты и витамина Е,

очень высокий уровень супероксиддисмутазы). Хорнсби и Кривелло считают редокс-

состояние адренокортикоцитов важным фактором, влияющим на интенсивность

стероидогенеза и на морфогенез коры надпочечников, в частности, на апоптотическую

гибель и эскалаторное перемещение клеток из зоны в зону, а также на смену паттерна

синтезируемых клетками различной локализации кортикоидов. Следовательно, АКР влияют

162