Кислородзависимая природа образования свободных радикалов

Важными условиями, определяющими протекание процессов ПОЛ в организме, являются наличие субстрата и достаточное количество кислорода. Последний необходим для образования активных форм кислорода и, прежде всего, инициации ПОЛ, а также реакций продолжения и разветвления цепей. Активация процессов ПОЛ может осуществляться за счет изменения кислородного обеспечения организма: при гипоксии – вследствие избытка доноров электронов, при гипероксии – в результате избытка их акцепторов (кислород). Активность процессов свободнорадикального окисления в известной степени определяется физиологическими механизмами, обеспечивающими поступление кислорода в ткани (его скорость в пределах от 0 до 50 мм рт. ст. зависит от величины парциального давления кислорода). Хотя имеются данные о возможности протекания ПОЛ при весьма низких уровнях рО ₂ в тканях.

При ишемии наблюдается феномен «кислородного парадокса», заключающийся в том, что окислительные процессы зависят от концентрации O ₂, и при низких его значениях активность процессов ПОЛ сравнительно невелика. Гипербарическая оксигенация повышает скорость выработки O ₂ и Н ₂ О ₂ в мозговой ткани у неанестезированных крыс. Рост рO ₂ увеличивает поступление кислорода в ткани и его доли, идущей на образование частично восстановленных форм: O ₂, Н ₂ О ₂, ОН ˙, что, возможно, обусловлено влиянием кислорода на реакции не только продолжения, но и обрыва цепей.

В настоящее время установлен достаточно парадоксальный факт: некоторое снижение рO ₂ в опытах с реперфузией ишемизированных органов обладает выраженным защитным действием. В ишемизированных органах животных ингаляция газовой смесью, обогащенной кислородом, усиливает процессы ПОЛ, в то время как гипоксическая газовая смесь снижает их активность.

Хотя антиоксиданты чрезвычайно важны, но они не могут всецело предотвратить окислительное повреждение. Существующие механизмы антиоксидантной защиты в ряде случаев не предотвращают зло, а лишь борются с его последствиями, в связи с чем снижение внутриклеточной концентрации кислорода могло бы стать более кардинальным решением проблемы кислородной опасности. Пространственную организацию метаболизма активных форм кислорода, соответствующую тонкую структурированность клеточного матрикса, структурную упорядоченность цитозольных ферментов антиоксидантной защиты можно считать ведущим принципом надежности системы противокислородной защиты клетки, но и ее рассмотрение невозможно без системного анализа, предусматривающего разделение объекта исследования на различные уровни и подуровни.

Предложены различные классификации различных механизмов антиоксидантной защиты. Согласно представлениям А.И. Журавлева в организме существует несколько уровней защиты от свободных радикалов: высокая степень упорядоченности и структурированности ферментативных систем мембраны, утилизирующих кислород как универсальный акцептор электрона; относительно низкое значение рO ₂ в тканях; наличие биоантиоксидантов.

Ряд авторов выделяют трехступенчатый уровень организации системы антиоксидантной протекции: антикислородный, антирадикальный, антиперекисный. В настоящее время среди различных компонентов антиоксидантной системы (АОС) различают непосредственно ингибиторы активизированных кислородных метаболитов, т.е. вещества ассоциирующие с инициируемыми и образующимися радикалами, и таким образом прерывающие цепные реакции ПОЛ, и превентивные, основанные на изменении структурной организации окисляемого субстрата, снижении концентрации кислорода, связывании ионов металлов, перевод перекисей в стабильные продукты окисления.

Наличие широкого разнообразия источников образования свободных радикалов обусловливает необходимость существования различных механизмов антиоксидантной защиты. Организм при окислительном стрессе имеет сложную иерархию защитных механизмов в различных клеточных компартментах, функционирование которых регулируется защитными генами с участием теплошоковых и окислительно-стрессовых белков. Полноценность АОС обеспечивается определенной ее внутриклеточной организацией и, в частности, пероксисомами, для которых характерно наличие специфических метаболических путей, протекающих с участием значительной доли потребляемого кислорода и образованием активных форм кислорода.

В 90-е годы на страницах ряда изданий была развернута широкая дискуссия о некоторых парадоксальных аспектах свободнорадикальных процессов. Известна широкая индивидуальная вариабельность содержания различных продуктов ПОЛ у животных, обусловленная большим числом различных факторов, лимитирующих активность этого процесса. Выявлен, казалось бы, парадоксальный факт: емкость внутритканевых механизмов антиоксидантной защиты не всегда определяет устойчивость к окислительному стрессу, и, более того, ингибирование свободнорадикальных процессов повышает летальность животных с экспериментальными нарушениями кровообращения мозга. Адаптация к периодической гипоксии эффективно предупреждает активацию ПОЛ и опосредованного им повреждения, но не путем роста мощности антиоксидантной системы, которая в ряде случаев не может компенсировать чрезмерную активность свободнорадикальных процессов.