Антиоксидантна система організму

Антиоксидантна система організму – це сукупність механізмів, що пригнічують аутоокислення в клітині.

Неферментативне автоокислення, якщо не обмежується локальним спалахом, є руйнівним процесом. З моменту появи кисню в атмосфері прокаріоти потребували постійного захисту від спонтанних реакцій окисного розкладу своїх органічних компонентів.

Антиоксидантна система включає антиоксиданти, що пригнічують автоокислення на початковому етапі перекисного окислення ліпідів (токоферол, поліфеноли) або активні форми кисню (супероксиддисмутаза - СОД) у мембранах. У цьому випадку частинки з неспареним електроном, токоферолом або поліфенольними радикалами, що утворюються під час відновлення, регенеруються аскорбіновою кислотою, що міститься в гідрофільному шарі мембрани. Окислені форми аскорбату, у свою чергу, відновлюються глутатіоном (або ерготіонеїном), який отримує атоми водню від НАДФ або НАД. Таким чином, радикальне гальмування здійснюється ланцюгом глутатіон (ерготіонеїн) аскорбат-токоферол (поліфенол), що транспортує електрони (у складі атомів водню) від піридинових нуклеотидів (НАД та НАДФ) до СР. Це забезпечує стаціонарний, надзвичайно низький рівень вільнорадикальних станів ліпідів та біополімерів у клітині.

Поряд з ланцюгом АО, система гальмування вільних радикалів у живій клітині включає ферменти, що каталізують окисно-відновні перетворення глутатіону та аскорбату – глутатіонзалежну редуктазу та дегідрогеназу, а також ті, що розщеплюють пероксиди – каталазу та пероксидази.

Слід зазначити, що функціонування двох захисних механізмів – ланцюга біоантиоксидантів та групи антипероксидних ферментів – залежить від фонду атомів водню (НАДФ та НАДН). Цей фонд поповнюється в процесах біологічного ферментативного окислення-дегідрування енергетичних субстратів. Таким чином, достатній рівень ферментативного катаболізму – оптимально активний стан організму є необхідною умовою ефективності антиоксидантної системи. На відміну від інших фізіологічних систем (наприклад, згортання крові або гормональної), навіть короткочасний дефіцит антиоксидантної системи не проходить безслідно – пошкоджуються мембрани та біополімери.

Порушення антиоксидантного захисту характеризується розвитком вільнорадикального пошкодження різних компонентів клітини та тканин, що входять до складу СР. Полівалентність проявів вільнорадикальної патології в різних органах і тканинах, різна чутливість клітинних структур до впливу продуктів СР свідчать про неоднакове забезпечення органів і тканин біоантиоксидантами, іншими словами, очевидно, їх антиоксидантна система має суттєві відмінності. Нижче наведено результати визначення вмісту основних компонентів антиоксидантної системи в різних органах і тканинах, що дозволило зробити висновок про їх специфічність.

Отже, особливістю еритроцитів є велика роль антипероксидних ферментів – каталази, глутатіонпероксидази, СОД, у вроджених ензимопатіях еритроцитів, часто спостерігається гемолітична анемія. Плазма крові містить церулоплазмін, який має СОД-активність, відсутню в інших тканинах. Представлені результати дозволяють уявити АС еритроцитів та плазми: вона включає як антирадикальну ланку, так і ферментативний механізм захисту. Така структура антиоксидантної системи дозволяє ефективно пригнічувати ФРО ліпідів та біополімерів завдяки високому рівню насичення еритроцитів киснем. Значну роль в обмеженні ФРО відіграють ліпопротеїни – основний переносник токоферолу, з них токоферол переходить в еритроцити при контакті з мембранами. Водночас ліпопротеїни найбільш схильні до автоокислення.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Специфічність антиоксидантних систем різних органів і тканин

Ініціативне значення неферментативного аутоокислення ліпідів та біополімерів дозволяє віднести тригерну роль у генезі СП до недостатності антиоксидантної системи захисту організму. Функціональна активність антиоксидантної системи різних органів і тканин залежить від низки факторів. До них належать:

1. рівень ферментативного катаболізму (дегідрування) – продукування фонду NAD-H + NADP-H;
2. ступінь споживання фонду NAD-H та NADPH у біосинтетичних процесах;
3. рівень реакцій ферментативного мітохондріального окислення NADH;
4. надходження необхідних компонентів антиоксидантної системи – токоферолу, аскорбату, біофлавоноїдів, сірковмісних амінокислот, ерготіонеїну, селену тощо.

З іншого боку, активність антиоксидантної системи залежить від ступеня впливу ліпідів, що індукують вільнорадикальне окислення; при їхній надмірній активності гальмування порушується, а утворення вільних радикалів і пероксидів збільшується.

У різних органах, відповідно до тканинної специфічності метаболізму, переважають певні компоненти антиоксидантної системи. У позаклітинних структурах, які не мають фонду NAD-H та NADPH, суттєве значення має надходження відновлених форм АО-глутатіону, аскорбату, поліфенолів та токоферолу, що транспортуються кров'ю. Показники рівня забезпечення організму АО, активності антиоксидантних ферментів та вмісту продуктів СТО інтегрально характеризують активність антиоксидантної системи організму в цілому. Однак ці показники не відображають стан АС в окремих органах і тканинах, які можуть суттєво відрізнятися. Вищезазначене дозволяє припустити, що локалізація та характер вільнорадикальної патології зумовлені головним чином:

• генотипічні особливості антиоксидантної системи в різних тканинах та органах;
• природа екзогенного індуктора SR, що діє протягом усього онтогенезу.

Аналізуючи вміст основних компонентів антиоксидантної системи в різних тканинах (епітеліальній, нервовій, сполучній), можна виявити різні варіанти тканинних (органних) систем гальмування ФРО, які загалом збігаються з їх метаболічною активністю.

Еритроцити, залозистий епітелій

У цих тканинах активно функціонує пентозофосфатний цикл та переважає анаеробний катаболізм; основним джерелом водню для антирадикального ланцюга антиоксидантної системи та пероксидаз є НАДФН. Еритроцити як переносники кисню чутливі до індукторів ФРО.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

М'язова та нервова тканина

Пентозофосфатний цикл у цих тканинах неактивний; НАДН, що утворюється в аеробних та анаеробних циклах катаболізму жирів та вуглеводів, переважає як джерело водню для антирадикальних інгібіторів та антиоксидантних ферментів. Насичення клітин мітохондріями спричиняє підвищений ризик «витоку» O2 та можливість пошкодження біополімерів.

Гепатоцити, лейкоцити, фібробласти

Спостерігаються збалансований пентозофосфатний цикл та ана- та аеробні катаболічні шляхи.

Міжклітинна речовина сполучної тканини – це плазма крові, волокна та основна речовина судинної стінки й кісткової тканини. Гальмування СР у міжклітинній речовині забезпечується переважно антирадикальними інгібіторами (токоферол, біофлавоноїди, аскорбат), що зумовлює високу чутливість судинної стінки до їх недостатності. Окрім них, плазма крові містить церулоплазмін, який має здатність елімінувати супероксидний аніон-радикал. У кришталику, в якому можливі фотохімічні реакції, крім антирадикальних інгібіторів, висока активність глутатіонредуктази, глутатіонпероксидази та СОД.

Представлені особливості органів і тканин локальних антиоксидантних систем пояснюють відмінності в ранніх проявах SP з різними типами ефектів, що індукують FRO.

Різна функціональна значущість біоантиоксидантів для різних тканин зумовлює відмінності в локальних проявах їх дефіциту. Лише дефіцит токоферолу, універсального ліпідного антиоксиданту всіх типів клітинних та неклітинних структур, проявляється раннім пошкодженням у різних органах. Початкові прояви СП, спричинені хімічними прооксидантами, також залежать від природи агента. Дані дозволяють вважати, що поряд з природою екзогенного фактора, у розвитку вільнорадикальної патології суттєва роль генотип-специфічних видових та тканинно-специфічних особливостей антиоксидантної системи. У тканинах з низькою швидкістю біологічного ферментативного окислення, таких як судинна стінка, роль антирадикального ланцюга ерготіонеїн - аскорбат (біофлавоноїди) - токоферол, який представлений біоантиоксидантами, що не синтезуються в організмі, висока; відповідно, хронічний поліантиоксидантний дефіцит насамперед спричиняє пошкодження судинної стінки. В інших тканинах переважає роль ферментативних компонентів антиоксидантної системи - СОД, пероксидаз тощо. Таким чином, зниження рівня каталази в організмі характеризується прогресуючою пародонтальною патологією.

Стан антиоксидантної системи в різних органах і тканинах визначається не лише генотипом, але й під час онкогенезу фенотипово гетерохронним зниженням активності різних компонентів антиоксидантної системи, зумовленим природою індуктора антиоксидантної системи. Таким чином, у реальних умовах у окремої людини різні комбінації екзогенних та ендогенних факторів руйнування антиоксидантної системи визначають як загальні вільнорадикальні механізми старіння, так і конкретні тригери вільнорадикальної патології, що проявляється в певних органах.

Представлені результати оцінки активності основних ланок АС у різних органах і тканинах є основою для пошуку нових препаратів-інгібіторів ліпідних ФРО цілеспрямованої дії для профілактики вільнорадикальної патології певної локалізації. Через специфічність антиоксидантної системи різних тканин, препарати АО повинні диференційовано виконувати відсутні ланки для певного органу або тканини.

У лімфоцитах та еритроцитах виявлено різні антиоксидантні системи. Гонсалес-Ернандес та ін. (1994) досліджували антиоксидантні системи в лімфоцитах та еритроцитах у 23 здорових осіб. Було показано, що в лімфоцитах та еритроцитах активність глутатіонредуктази становила 160 та 4,1 Од/год, глутатіонпероксидази - 346 та 21 Од/год, глюкозо-6-фосфатдегідрогенази - 146 та 2,6 сд/год, каталази - 164 та 60 Од/год, а супероксиддисмутази - 4 та 303 мкг/с відповідно.