Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления об этиологии и патогенезе гипоксических состояний. роль свободнорадикального окисления в патогенезе гипоксии 16
1.1.. Молекулярно-клеточные механизмы цитотоксического действия гипоксии. Патогенез гипоксического некробиоза 16
1.1.1. Механизмы реперфузионного повреждения ишемизированных тканей 28
1.2. Роль свободнорадикального окисления в биологических системах в .условиях нормы и патологии. Механизмы антирадикальной защиты биосистем 32
1.2.1. Источники образования свободных радикалов и их значение в биологических системах 32
1.2.2. Механизмы структурной и функциональной дезорганизации клеток под влиянием свободных радикалов 46
Глава 2. Общая характеристика используемых в работе моделей гипоксических состояний и методов оценки метаболического статуса при гипоксии различного генеза собственные исследования 58
CLASS Глава 3. Влияние острой экзогенной гипоксическои гипоксии на состояние процессов липопероксидации и антиоксидантной системы крови и тканей головного мозга 7 CLASS 3
3.1. Состояние процессов липопероксидации в гомогенатах головного мозга мышей при острой системной гипоксическои гипоксии, метаболические эффекты антиоксидантов и антигипоксантов . 73
3.2. Системные метаболические расстройства при острой экспериментальной гипоксическои гипоксии и возможности их медикаментозной коррекции 84
3.3. О роли активации процессов липопероксидации и недостаточности антирадикальной защиты клеток крови в патогенезе системной циркуляторной гипоксии при эндотоксиновом шоке 93
ГЛАВА 4. Закономерности метаболических расстройств при локальной циркуляторной гипоксии структур головного мозга и миокарда. обоснование принципов их медикаментозной коррекции 105
4.1. Активация процессов липопероксидации — типовой процесс дезинтеграции нервных клеток при ишемии мозга и в процессе его реперфузии 105
4.2. Состояние энергообеспечения структур головного мозга в условиях экспериментальной ишемии и реперфузии 117
4.3. Состояние процессов липопероксидации, активности антиоксидантной системы и энергообеспечения миокарда при острой экспериментальной ишемии. Возможности медикаментозной коррекции метаболических расстройств ишемизированного миокарда 129
4.3.1. Роль активации процессов липопероксидации в механизмах ишемического повреждения миокарда 129
4.3.2. Состояние энергообеспечения миокарда и его патогенетическая взаимосвязь с активацией процессов липопероксидации в условиях экспериментальной ишемиивозможности медикаментозной коррекции метаболических расстройств в миокарде 145
Заключение 160
Выводы 195
Практические рекомендации 197
Список литературы 199
- Молекулярно-клеточные механизмы цитотоксического действия гипоксии. Патогенез гипоксического некробиоза
- Роль свободнорадикального окисления в биологических системах в .условиях нормы и патологии. Механизмы антирадикальной защиты биосистем
- Состояние процессов липопероксидации в гомогенатах головного мозга мышей при острой системной гипоксическои гипоксии, метаболические эффекты антиоксидантов и антигипоксантов
- Активация процессов липопероксидации — типовой процесс дезинтеграции нервных клеток при ишемии мозга и в процессе его реперфузии
Введение к работе
Как известно, гипоксические состояния осложняют течение многих
заболеваний различного генеза, являясь важнейшей составляющей самых разнообразных нозологических форм патологии, включающих такие типовые патологические процессы, как воспаление, лихорадка, шок, ДВС-синдром и др. (Чазов Е.И., 1992; Шевченко Ю.Л., 2000; Ливанов Г.А. и соавт.,2002; Окороков А.И., 2003, 2004; Беленков Ю.Н., Оганов Р.Г., 2007; Янковская Л.В., Зинчук В.В., Лис М.А., 2007).
Несмотря на очевидные различия в пусковых механизмах формирования гипоксии экзогенного или эндогенного происхождения, связанной с системными или локальными нарушениями кровотока, дыхательной недостаточностью, качественными или количественными изменениями состава гемоглобина, нарушением структуры и функции митохондрий и соответственно подавлением экстракции кислорода клетками из микроциркуляторного русла, метаболические сдвиги в условиях дефицита кислорода в биологических системах в значительной мере стереотипны (Шепелев А.П. и соавт., 2000; Ляхович В.В. и соавт., 2005; Шулутко Б.И., Макаренко СВ., 2005; Шевченко Ы.М., 2006; Balaban R.S., 2006; Espey M.G., 2006; Vo T.D., Palsson B.O., 2007). Последние, как известно, характеризуются активацией процессов гликолиза, липолиза, протеолиза, развитием метаболического или респираторного ацидоза, набуханием митохондрий и соответственно разобщением окислительного фосфорилирования и свободного дыхания, дефицитом АТФ, подавлением энергозависимых реакций в клетках различной структурной и функциональной организации (Миловский В.Г. и соавт., 1992; Воложин А.И., Порядин Г.Н., 2000; Реброва Т.Ю. и соавт., 2007; Deem S., 2006; Lambert I.H. et al., 2006; Madamanchi N.R., Runge M.S., 2007).
Типовыми реакциями на фоне гипоксии различного генеза являются дегрануляция тучных клеток с освобождением биологически активных
соединений, повышение проницаемости лизосомальных мембран, активация цитолиза, системы комплемента, расстройства коагуляционного потенциала, реологии крови и микроциркуляции, вызывающие формирование порочного круга развития типовых метаболических и функциональных нарушений при гипоксии различного генеза (Гусев Е.И., Скворцова В.И., 2001; Макацария А.Д., Бицадзе В.О., 2001; Коркушко О.В., 2002; Сазонова Т.Г., 2002; Окороков А.И., 2003; Литвицкий П.Ф., 2006; Тул Дж.Ф., 2007; Jones D. Р., 2006; Storey К.В., 2006).
Среди механизмов, приводящих к повреждению биологических мембран клеток, дезинтеграции различных биосистем в условиях гипоксии, необходимо выделить, прежде всего, активацию свободнорадикального окисления липидов, белков, нуклеиновых кислот (Николаев СМ. и соавт. 1997; Зайцев В.Г., Закревский В.И., 1998; Лапкин В.З. и соавт. 2001; Голиков А.П. и соавт, 2003; Luczaj W, Skrzydlewska Е., 2006; Stadtman E.R., 2006; Yoshida Y, Niki E., 2006).
Наряду с вышеуказанными расстройствами метаболического статуса, гипоксические состояния характеризуются включением системных механизмов адаптации, а в ряде случаев и дезадаптации, в виде активации симпатоадреналовой системы, выброса гормонов гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, изменений цитокинового статуса (Забродин О.Н., 1994; Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 2000, 2005; ЗенковН.К.,2001).
Как известно, вышеуказанные типовые метаболические сдвиги, возникающие при гипоксии различного происхождения, безусловно, сочетаются и с определенными особенностями нарушений метаболизма в тех или иных органах и тканях, обусловленными спецификой их структурной и функциональной организации. В этом аспекте обращают на себя внимание, прежде всего, ткани центральной нервной системы и миокарда, характеризующиеся высокой интенсивностью аэробных процессов и соответственно максимальной чувствительностью к развитию
гипоксических состояний (Виноградов В.М., 2001; Сазонтова Т.Г. и соавт., 2002; Гомазков О.А., 2003; Мищенко И.В., 2003; Липовецкий Б.М., 2007; Sugden Р.Н., Clerk А., 2006; Rastaldo R., et al., 2006; Weinberger J.M., 2006).
В связи со сложностью механизмов нарушений метаболизма, а соответственно структуры и функции клеток в различных органах и тканях при гипоксических состояниях различного генеза, очевидны и чрезвычайные трудности медикаментозной коррекции сдвигов метаболического статуса в условиях гипоксии (Чазов Е.И., 2000; Виноградов В.М., Криворучко Б.И., 2001; Ливанов Г.А. и соавт., 2002, 2005; Ly J.V. et al., 2006; Tappia P.S. et al., 2006).
Обращает на себя внимание тот факт, что до настоящего момента не проводилась сравнительная оценка характера метаболических сдвигов в миокарде и структурах головного мозга при различных видах системной и локальной гипоксии, не установлена патогенетическая взаимосвязь активации процессов липопероксидации - одного из эфферентных звеньев развития гипоксии с характером энергетического обеспечения клеток различных органов и тканей (Максименко А.В., 1993; Косолапов В.А. и соавт., 1994; Костюченко А.П., 1998; Chang C.Y. et al., 2006). В связи с этим очевидно, что, несмотря на широкие возможности применения разнообразных по месту приложения действия антиоксидантов и антигипоксантов, до настоящего момента отсутствует систематизация данных относительно патогенетического обоснования эффективности и целесообразности экстренного применения тех или иных способов медикаментозной коррекции расстройств метаболизма в структурах миокарда и головного мозга при острой гипоксии различного генеза (Коваленко А.Л., Белякова Н.В., 2000; Бульон В.В. и соавт., 2002; Зарубина И.В., 2002; Коровина Н.А., Рууге Э.К., 2002; Murakami A, Ohigashi Н., 2006; Wassmann S. et al., 2006). Последнее определило цель и задачи данного диссертационного исследования.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - изучить общие закономерности и особенности метаболических расстройств при острой гипоксической и циркуляторной гипоксии, патогенетически обосновать эффективность применения субстратных и регуляторных антигипоксантов, антиоксидантов при локальной ишемии миокарда и структур головного мозга, а также при системной циркуляторной и гипоксической гипоксии.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Провести сравнительную оценку системных и локальных метаболических сдвигов при гипоксической и циркуляторной гипоксии экзогенного происхождения, а также при локальной циркуляторной гипоксии эндогенного происхождения.
Исследовать состояние процессов липопероксидации и активности антиоксидантной системы крови и гомогенатов головного мозга мышей при острой системной экзогенной гипоксической гипоксии. Установить патогенетическую взаимосвязь между степенью накопления продуктов липопероксидации в крови и гомогенатах мозга, а также продолжительностью жизни экспериментальных животных в условиях острой экзогенной гипоксической гипоксии; выявить возможности медикаментозной коррекции метаболических расстройств и сроков увеличения продолжительности жизни экспериментальных животных.
Установить закономерности вторичных неспецифических расстройств при экспериментальной системной циркуляторной гипоксии на модели эндотоксинового шока; сопоставить состояние процессов липопероксидации и антирадикальной защиты клеток при системной гипоксической и циркуляторной гипоксии; выявить возможности медикаментозной коррекции метаболического статуса при циркуляторной гипоксии.
Провести сравнительную оценку интенсивности процессов липопероксидации, активности антиоксидантной системы в гомогенатах ишемизированного мозга в условиях острой локальной гипоксии и
реперфузии мозга по общепринятым показателям содержания промежуточных продуктов перекисного окисления липидов, активности ферментного и неферментного звеньев антиоксидантной системы. Установить взаимосвязь недостаточности антирадикальной защиты тканей головного мозга и их энергообеспечения, а также возможности медикаментозной коррекции метаболического статуса.
Изучить состояние процессов липопероксидации, активности антиоксидантной системы миокарда и характер его энергообеспечения в динамике острой локальной ишемии и сопоставить их с системными метаболическими сдвигами по интегративным показателям содержания в крови промежуточных продуктов перекисного окисления липидов, по активности антиоксидантной системы.
Патогенетически обосновать возможности медикаментозной коррекции интенсификации процессов липопероксидации, недостаточности антирадикальной защиты клеток крови и миокардиоцитов, а также их энергообеспечения при острой локальной ишемии миокарда с использованием антигипоксантов и макроэргических соединений.
7. На основе изучения патогенеза метаболических расстройств и
выявления общих закономерностей активации процессов
липопероксидации, недостаточности антирадикальной защиты клеток при
острой локальной и системной гипоксии различного генеза выявить
наиболее чувствительные диагностические и прогностические критерии
тяжести вторичных неспецифических метаболических расстройств при
гипоксических состояниях, эффективность использования антиоксидантов,
антигипоксантов.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. В различных вариантах моделирования острой гипоксии на животных разной видовой принадлежности: при локальной ишемии структур миокарда и головного мозга, системной гипоксической и циркуляторной гипоксии установлены общие закономерности метаболических сдвигов в
виде активации процессов липопероксидации, недостаточности ферментного и неферментного звеньев антиоксидантной системы крови, а также тканей миокарда, коры головного мозга.
В экспериментах на белых мышах, спустя 30 мин с момента развития острой системной гипоксической гипоксии экзогенного характера, обнаружены активация процессов липопероксидации и недостаточность антиоксидантной системы крови, гомогенатов головного мозга, которые носят обратимый характер и могут быть депотенцированы при использовании антиоксидантов - оксибутирата натрия, цитофлавина, реамберина. Метаболические эффекты в гомогенатах коры головного мозга при использовании оксибутирата натрия более выражены по сравнению с влиянием цитофлавина. Системные метаболические сдвиги при острой экзогенной гипоксической гипоксии обратимы: оптимальный эффект достигнут при использовании цитофлавина, реамберина.
В динамике системной циркуляторной гипоксии на модели эндотоксинового шока обнаружены одномоментное возрастание уровня промежуточных продуктов липопероксидации в крови и гомогенатах миокарда, недостаточность ферментного звена антиоксидантной системы, антирадикальной защиты клеток крови и миокардиоцитов, а также увеличение содержания в крови молекул средней массы (МСМ). Достигнуты положительные метаболические эффекты при использовании цитофлавина.
В опытах на белых крысах с экспериментальной ишемией головного мозга, достигаемой частичным ограничением мозгового кровотока, обнаружены интенсификация процессов липопероксидации, недостаточность уровня восстановленного глутатиона, коррелирующие с усилением гликолиза и подавлением активности сукцинатдегидрогеназы, -одного из важнейших ферментов цикла Кребса. Спустя сутки с момента реперфузии ишемизированного мозга не выявлено нормализации энергообеспечения и интенсивности свободнорадикального окисления в
гомогенатах мозга. Спустя 3 суток с момента реперфузии мозга отмечена дальнейшая активация процессов липопероксидации на фоне истощения системы антирадикальной защиты клеток.
Выявлена возможность депотенцирования метаболических расстройств в гомогенатах головного мозга при локальной ишемии мозга, а также в динамике развития реперфузионного синдрома при использовании пирацетама и цитофлавина. Эффекты цитофлавина на интенсивность гликолитических реакций в указанной модели эксперимента были более выражены по сравнению с влиянием пирацетама.
В динамике острой ишемии миокарда отмечены одномоментное увеличение содержания продуктов липопероксидации и снижение уровня восстановленного глутатиона в гомогенатах миокарда и сыворотке крови, коррелирующие с подавлением активности супероксиддисмутазы гомогенатов миокарда. Активность ферментного звена антиоксидантной системы крови претерпевает фазные изменения: на ранней стадии ишемии возникает активация супероксиддисмутазы и каталазы сыворотки крови, как одного из проявлений синдрома цитолиза, сменяющаяся подавлением этих ферментов на более поздних стадиях ишемии. Установлена патогенетическая взаимосвязь активации свободнорадикального окисления в ишемизированном миокарде с прогрессирующим снижением содержания АТФ, креатинфосфата, подавлением активности сукцинатдегидрогеназы и лактатдегидрогеназы гомогенатов миокарда.
Обнаружена принципиальная возможность коррекции процессов липопероксидации и нарушений энергообеспечения при экспериментальной острой ишемии миокарда на фоне использования неотона и цитофлавина, причем цитофлавин обеспечивает противоишемический эффект за счет активации сукцинатдегидрогеназного окисления, окислительно-восстановительных процессов, поскольку один из компонентов цитофлавина - никотинамид - является простетической группой ферментов - кодегидрогеназы I (НАД) и кодегидрогеназы II
(НАДФ), в то время как неотон является не только донатором макроэргических связей, но и одновременно активизирует лактатдегидрогеназу и сукцинатдегидрогеназу.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА Впервые проведена сравнительная оценка состояния процессов липопероксидации, активности антиоксидантнои системы крови, а также тканей миокарда и головного мозга и их энергообеспечения в условиях локальной ишемии и системной гипоксии. Установлены общие закономерности и особенности метаболических сдвигов в указанных структурах, дано патогенетическое обоснование эффективности применения антиоксидантов, антигипоксантов субстратного и регуляторного действия при гипоксических состояниях.
В экспериментах на белых крысах обнаружено, что активация липопероксидации является типовым процессом дезинтеграции структур миокарда и головного мозга на фоне развития острой локальной циркуляторной гипоксии, а также в процессе реперфузии ишемизированных структур головного мозга. Аналогичная закономерность интенсификации свободнорадикальных процессов выявлена в экспериментах с моделированием острой системной гипоксической и циркуляторной гипоксии на животных другой видовой принадлежности -белых мышах.
Активация процессов липопероксидации коррелирует с нарушением энергообеспечения и подавлением энергозависимых процессов в ишемизированном миокарде и головном мозге, а также в процессе реперфузии структур головного мозга.
К особенностям нарушения энергообеспечения миокарда в условиях острой ишемии относится подавление активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ), опережающее во времени подавление активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ). Активность СДГ остается стабильно сниженной в течение трех суток развития острой ишемии миокарда.
Избыточное потребление лактата в период острой ишемии миокарда приводит к конкурентному вытеснению из метаболизма миокардиоцитов жирных кислот и соответственно накоплению малоната - трехуглеродного субстрата синтеза жирных кислот. Последний в свою очередь является основным ингибитором СДГ.
Активация гликолиза и подавление активности СДГ, коррелирующие с избыточным накоплением в гомогенатах мозга продуктов липопероксидации, обнаружены и в ткани ишемизированного головного мозга. В процессе реперфузии ишемизированного мозга (спустя 1-е сутки) возникает прогрессирующая активация липопероксидации, дефицит антирадикальной защиты структур мозга, активация гликолитических и подавление аэробных реакций. Спустя 3 суток с момента реперфузии ишемизированного мозга еще более снижается антирадикальная защита клеток мозга, на что указывает падение уровня восстановленного глутатиона, несмотря на нормализацию активности СОД.
Таким образом, активация процессов липопероксидации является ведущим фактором дезинтеграции структур и функций миокардиоцитов, клеток головного мозга, крови в условиях гипоксии различного генеза, а также в процессе развития реперфузии ишемизированных тканей мозга. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
Установление общих закономерностей активации процессов липопероксидации и недостаточности антиоксидантной системы крови, тканей миокарда и коры головного мозга при острых гипоксических состояниях различного генеза позволяет рекомендовать в качестве объективных критериев оценки тяжести метаболических нарушений и эффективности коррегирующей терапии определение содержания в крови промежуточных продуктов липопероксидации: диеновых конъюгатов и малонового диальдегида, а также показателей антирадикальной защиты клеток — активности супероксиддисмутазы, каталазы, уровня восстановленного глутатиона.
На основании экспериментальных исследований патогенетически обоснована целесообразность и эффективность применения при острых системных гипоксических состояниях антиоксидантов и антигипоксантов субстратного и регуляторного действия, в частности, цитофлавин, оксибутират натрия, реамберина и др.
Подавление чрезмерной активации процессов перекисного окисления
липидов и реактивация ферментного звена антиоксидантной системы,
энергообеспечения ишемизированного миокарда позволяют
свидетельствуют о целесообразности использования цитофлавина в комплексной терапии ишемического поражения миокарда.
Макроэргические соединения - АТФ и креатинфосфат могут использоваться не только в качестве высокоэнергетических источников, но и как антигипоксанты.
По материалам исследований издано учебное пособие «Свободнорадикальные процессы и воспаление (патогенетические, клинические и терапевтические аспекты)», которое рассмотрено и утверждено Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России и рекомендовано к использованию в качестве учебного пособия для врачей.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ВНЕДРЕНИЕ В ПРАКТИКУ ЕЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ
Материалы работы доложены или представлены на 65-й юбилейной научно-практической конференции студентов и молодых специалистов СГМУ «Молодые ученые - здравоохранению региона» (Саратов, 2004); научной конференции с международным участием «Медицинские, социальные и экономические проблемы сохранения здоровья населения» (Турция, 2004г.); 3-й осенней научно-практической конференции «Молодежь и наука: итоги и перспективы» (Саратов, 2005г.); научной конференции с международным участием, секция «Молодых ученых и студентов» (Египет, 2006г.); 67-й весенней научно-практической
конференции студентов и молодых специалистов СГМУ «Молодые ученые — здравоохранению региона» (Саратов, 2006г.); конференции с международным участием «Климат и окружающая среда» (Амстердам, 2006г.); межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и наука: итоги и перспективы» (Саратов, 2006г.); II международной научной конференции «Современные наукоемкие технологии» (Испания, 2006г.).
Результаты исследований используются в процессе обучения слушателей факультета повышения квалификации, кинических ординаторов, студентов 2 и 3-го курсов на кафедрах нормальной физиологии, биохимии, патологической физиологии Саратовского государственного медицинского университета; на кафедрах патологической физиологии, фармакологии и кафедре внутренних болезней Медицинского института Пензенского государственного университета; на кафедре военно-полевой терапии Саратовского военно-медицинского института.
ПУБЛИКАЦИИ
Основные результаты работы изложены в 34 публикациях, в том числе в монографии «Активация свободнорадикального окисления - эфферентное звено типовых патологических процессов» (Саратов, 2006), в учебном пособии для врачей «Свободнорадикальные процессы и воспаление (патогенетические, клинические и терапевтические аспекты)» (Москва, 2008) и в журнале, рекомендованном ВАК: «Вестник Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова» (Санкт-Петербург, 2006, 2007).
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ
Работа изложена на 246 страницах и состоит из введения, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографического указателя, включающего 430 источников, из которых 246 отечественных и 184 и ностранных автора. Диссертация иллюстрирована 26 таблицами и 19 рисунками.
Молекулярно-клеточные механизмы цитотоксического действия гипоксии. Патогенез гипоксического некробиоза
Гипоксия - типовой патологический процесс, осложняющий течение различных заболеваний.
Как известно, гипоксия определяет тяжесть течения ишемического поражения сердца, головного мозга, формирование полиорганной недостаточности при ДВС - синдроме, шоковых и коллаптоидных состояниях, является неизменным спутником заболеваний инфекционной и неинфекционной природы, а также стрессовых ситуаций (Чазов Е.И., 1992; Абель Г.Н., 1996; Ерюхин И.А., Шляпников С.А., 1997; Ашмарина И.П., 1999, 2005; Зенков Н.К., 2001; Макацария А.Д., 2001; Лукьянова Л.Д., 2002; Гомазков О.А., 2003; Окороков А.И., 2003, 2004, 2005; Кадыков А.С. и соавт., 2006; Лифтуллин И.А и соавт., 2006; Суслина З.А. и соавт., 2006; Саго А.А., 2004).
Тяжесть течения многих заболеваний и их исход в конечном итоге определяются особенностями вторичных неспецифических метаболических расстройств, степенью дестабилизации клеточных мембран, а также возможностями реактивации структурных и ферментных белков в условиях гипоксии (Конторщикова К.Н., 1992; Герасимов A.M. и соавт., 1998).
Вышеизложенное указывает на необходимость дальнейшей детализации механизмов развития гипоксии на молекулярно-клеточном, органном, системном уровнях, а также патогенетического обоснования новых принципов медикаментозной коррекции метаболических и функциональных сдвигов при указанном типовом патологическом процессе.
В соответствии с общепринятыми классическими описаниями происхождения и классификации гипоксических состояний различают гипоксию экзогенного и эндогенного характера.
Гипоксия экзогенного характера может возникать как следствие уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе при нормальном общем барометрическом давлении (нормобарическая гипоксия) и при общем снижении барометрического давления (гипобарическая гипоксия) (Косолапов В. А. и соавт., 1994). Патогенетической основой развития гипоксии экзогенного типа является артериальная гипоксемия, а в ряде случаев и гипокапния, развивающаяся в результате компенсаторной гипервентиляции легких, приводящая к нарушениям кислотно-основного состояния и развитию газового алкалоза (Шевченко Ю.Л., 2000; Литвицкий П.Ф., 2006).
Для оценки закономерностей развития метаболических сдвигов при различных формах патологии более важны представления о современных принципах классификации гипоксии эндогенного типа по этиологическому фактору. В соответствии с этим различают дыхательную гипоксию, сердечно-сосудистую (циркуляторную гипоксию), гемическую или кровяную гипоксию и тканевую гипоксию (Адо А.Д., Новицкий В.В., 1994; Воложин А.И., Порядин Г.П., 2000; Колесникова Е.Э., 2000).
В последние годы стали выделять 8 типов гипоксии: наряду с дыхательной, гемической, циркуляторной, тканевой, смешанной гипоксией выделяют так называемые гипероксическую или гипербарическую, нормобарическую и гипобарическую гипоксию (Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 2000) .
Как известно, динамика формирования структурных и функциональных сдвигов в различных органах и тканях при гипоксии определяется в значительной мере темпами ее развития, локализацией патологии, характером этиологических факторов, инициирующих гипоксию, и особенностями компенсаторно-приспособительных реакций в том или ином органе (Чеснокова Н.П., Моррисон В.В., Кудин Г.Б., 1999; Nath А.К., Madri J.A., 2006; Sarangarajan R., Apte S.P., Ugwu S.O., 2006).
В соответствии с данными литературы устойчивость тканей различных органов и систем к гипоксии широко варьируют. Наиболее чувствительной к гипоксии является нервная система: при полном прекращении кровотока признаки повреждения коры головного мозга обнаруживаются через несколько секунд. Снижение потребления кислорода на 20% структурами головного мозга вызывает потерю сознания. Через 5-6 мин. аноксии головного мозга возникают глубокие структурные изменения нейронов, а в продолговатом мозге - через 10-15 мин (Ашмарина И.П., 1999; Виноградов В.М., Криворучко Б.И., 2001; Гусев Е.И., Скворцова В.И., 2001; Patenaude A. et al., 2005; Suzuki Y. et al., 2005) .
В сердечной мышце мелкие очаги некроза появляются через 3-5 мин. с момента развития ишемии, а крупноочаговый инфаркт миокарда формируется уже спустя 20-30 мин (Окороков А.И., 2002, Литвицкий П.Ф., 2003; Suzuki Y.J. et al., 2005; Saraiva R.M., Hare J.M., 2006; RojasA. etal., 2006).
Недостаток кислорода в тканях приводит, прежде всего, к дефициту макроэргических соединений, образуемых в сопряженных с окислительно-восстановительными процессами реакциях фосфорилирования на внутренней мембране митохондрий (Конторщикова К.Н., 1992; Романова В.Е. И соавт.,1996; Ленинджер А., 1999; Vollaard N.B. et al., 2005; Milaeva E.R., 2006).
Роль свободнорадикального окисления в биологических системах в .условиях нормы и патологии. Механизмы антирадикальной защиты биосистем
Свободные радикалы - это чрезвычайно реактогенные окислители, играющие важную роль в процессах метаболизма клеток в условиях нормы, а при образовании в избыточных концентрациях - являющиеся факторами дезорганизации всех структур клеток и в конечном итоге их гибели (Владимиров В.М., 2000; Лапкин В.З. и соавт., 2001; Ляхович В.В. и соавт., 2005) .
До настоящего времени нет единой классификации этих соединений, не достаточно четко определена их роль в процессах жизнеобеспечения клеток в условиях нормы. Большое количество экспериментальных работ направлено на исследование патогенеза заболеваний инфекционной и неинфекционной природы, в которых свободнорадикальное окисление является типовым процессом дезинтеграции биологических систем, одним из терминальных звеньев развития патологии, независимо от характера инициирующих этиологических факторов (Барсуков В.Ю. и соавт., 1998; Абу Шарих Имаб и соавт., 2002, 2003; Курникова В.В. и соавт., 2002; Морозова О.Л., Чеснокова Н.П., 2004).
В ряде работ предпринята попытка разделить образующиеся в макроорганизме радикалы на чужеродные и природные (Владимиров Ю.А., 2000). Источником чужеродных радикалов могут быть ксенобиотики, а также вода, кислород и другие соединения экзогенного происхождения, подвергшиеся воздействию ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения, интенсивного светового воздействия лазера (Гуляева Л.Ф. и соавт., 2000; Strolin Benedetti М. et al., 2006).
Природные радикалы делят на первичные и вторичные. К числу первичных радикалов относят супероксид ( 00 ), нитроксид ( NO), убихинон ( Q) - переносчик электронов в дыхательной цепи. Из первичного радикала - супероксида - в процессе его метаболических превращений могут образовываться активные молекулярные соединения: перекись водорода, гипохлорит, гидроперекиси липидов (Бобырев В.Н. и соавт., 1994; Gibbons N.C. et al., 2006; Ungvari Z. et al., 2006; Vivancos A.P. et al., 2006). Взаимодействие первичных радикалов, а также различных веществ с металлами переменной валентности (прежде всего с Fe ) приводит к образованию вторичных радикалов — гидроксила (ОН) и липидных радикалов (L",LOO ), обладающих выраженным деструктивным действием на клеточные структуры (Hersleth Н.Р. et al., 2006; van Reyk D.M., Brown A.J. et al., 2006).
В соответствии с данными литературы свободные радикалы в условиях нормы играют важную роль в процессах жизнеобеспечения клеток в различных биологических системах, участвуя в реакциях окислительного фосфорилирования, биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот, в регуляции липидного обмена, в процессах митоза, а также метаболизма катехоламинов (Зайцев В.Г., Закревский В.И., 1998; Gechev T.S. et al., 2006; Hanukoglu I., 2006). Однако их роль в биологических системах чрезвычайно динамична, поскольку свободные радикалы относятся к категории высокореактогенных молекул, избыточное образование которых может достаточно быстро привести к дезорганизации клеточных структур, нарушению функциональной активности клеток (Simon М.С., 2006; Xia Т. et al., 2006; Aurousseau В. et al., 2006; Linnane A.W., Eastwood H., 2006).
Как указывалось выше, основные радикалы, образующиеся в клетках -это радикалы кислорода (супероксид- и гидроксильный радикалы), монооксид азота, а также радикалы ненасыщенных жирных кислот и др. Свободные радикалы образуются и в процессе метаболизма ряда
ксенобиотиков в макроорганизме (Гуляева Л.Ф. и соавт., 2000; Reiter Т.А., 2006; Strolin Benedetti М. et al., 2006).
Высокая реактогенность свободных радикалов обусловлена тем, что на внешней электронной орбитали у них находится неспаренный электрон, в отличие от обычных органических молекул. В связи с этим свободные радикалы выступают в роли активных окислителей, захватывающих недостающий электрон от различных соединений и тем самым повреждающих их структуру (Владимиров Ю.А.,2000; de Grey A.D., 2006; Linnane A.W., Eastwood H., 2006).
ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ
К настоящему времени довольно четко определены источники происхождения свободных радикалов в биологических системах, дана определенная оценка их метаболической значимости в условиях нормы и патологии.
Как указывалось выше, основным источником свободных радикалов является кислород, к активным формам которого относят диоксид или супероксидный анион-радикал, перекись водорода, гидроксильный радикал, реже в эту группу включают синглетный кислород (Владимиров Ю.А., 2000; Чеснокова Н.М., 2004; Xu S., Touyz R.M., 2006).
Стабильным радикалом является оксид азота (NO) — вторичный мессенжер, образующийся из L-аргинина, и активирующий гуанилатциклазную систему (Марков Х.М., 1996; Раевский К.С., 1997; Малышев И.Ю., Манухин Е.Б., 1998; Проскуряков С.Я., 1999; Brunori М. et al., 2006).
Инициация свободнорадикального окисления может быть обусловлена различными причинами, но первостепенную роль в этом процессе играют промежуточные продукты восстановления кислорода. В свою очередь активные формы кислорода могут образовываться интрацеллюлярно в сфере действия оксидазных энзимов, а также экстрацеллюлярно, в частности при участии лейкоцитов (Миловский В.Г. и соавт., 1992, 1994; Camello-Almaraz С. et al., 2006).
Как известно, в условиях нормы около 93-95% молекулярного кислорода подвергается тетравалентному восстановлению с образованием воды в митохондриях в биологическом процессе, связанном с генерацией АТФ (Ленинджер А., 1999; Марри Р., 2004). В то же время кислород участвует в процессе метаболизма таких субстратов, как ксантин, гипоксантин, L- и D-аминокислоты (Keller U. et al., 2006). Атомы водорода от этих соединений с помощью флавиновых коферментов переносятся непосредственно на молекулярный кислород, минуя систему цитохромов и цитохромоксидазы. Конечным продуктом окисления субстратов в этих реакциях является перекись водорода. В балансе тканевого дыхания на долю этих реакций с образованием в качестве конечного продукта перекиси водорода приходится около 5-7% (Gibbons N.C. et al., 2006; Ungvari Z. et al., 2006). Образующаяся в этих реакциях перекись водорода или разлагается каталазой, или используется в реакциях, катализируемых пероксидазой, содержащейся в значительных количествах в пероксисомах клеток печени и почек (Логинов А.С, Матюшин Б.Н., 1996; Maksimenko A.V., 2005; Chang Т.К., Abbott F.S., 2006; Scibior D., Czeczot H., 2006).
Состояние процессов липопероксидации в гомогенатах головного мозга мышей при острой системной гипоксическои гипоксии, метаболические эффекты антиоксидантов и антигипоксантов
Гипоксия - типовой патологический процесс, осложняющий течение различных заболеваний инфекционной и неинфекционной природы. Несмотря на различие инициирующих механизмов развития гипоксии при тех или иных формах патологии, приводящих к расстройствам системной гемодинамики, регионарного кровотока, микроциркуляции, изменениям качественного и количественного состава крови, активности ферментов тканевого дыхания, результирующим метаболическим сдвигом при гипоксии является недостаточность окислительно-восстановительных процессов и энергообеспечения тканей (Зайцев В.Г., Закревский В.И., 1998; Лапкин В.З., Тихадзе А.К., Беленков Ю.Н., 2001). Как известно, эфферентным звеном системных функциональных и метаболических расстройств при гипоксиях различного генеза является активация свободнорадикального окисления, в частности, липопероксидации (Цебржинский О.И., 1992; Колесникова Е.Э., 2000; Ашмарина А.П., 2005).
В связи с этим очевидна значимость экспериментальных исследований, направленных на изучение закономерностей метаболических расстройств и эффектов различных видов антиоксидантов, антигипоксантов, мембранопротекторов в условиях острой гипоксии.
В соответствии с целью и задачами работы изучены состояние процессов липопероксидации в гомогенатах головного мозга в условиях острой экспериментальной гипоксической гипоксии, а также влияние таких антиоксидантов и антигипоксантов, как цитофлавин и оксибутират натрия, на продолжительность жизни животных, характер метаболических расстройств в гомогенатах головного мозга (спустя 30 мин с момента моделирования гипоксии).
Об активности процессов липопероксидации судили по уровню малонового диальдегида (МДА) и гидроперекисей липидов (ГПЛ) в тканях коры головного мозга. О состоянии ферментного звена антиоксидантной системы головного мозга судили по активности каталазы гомогенатов мозга.
Проведена сравнительная серия экспериментов в 5 группах наблюдения:
1. группе интактных животных (контроль);
2. группе животных с экзогенной гипоксической гипоксией без медикаментозной коррекции;
3. группе животных с гипоксической гипоксией, развивающейся на фоне предварительного введения физиологического раствора (контроль для опытов с медикаментозной коррекцией);
4. группе животных с гипоксической гипоксией, развивающейся на фоне предварительного введения цитофлавина;
5. группе животных с гипоксической гипоксией, развивающейся на фоне предварительного введения оксибутирата натрия.
Результаты проведенных исследований позволяют установить, что в условиях экспериментальной острой гипоксической гипоксии продолжительность жизни животных составляет в среднем чуть более 30 мин. (табл.1, рис. 2).
Как показали результаты экспериментов, острая гипоксическая гипоксия сопровождалась нарастанием ГПЛ и МДА в тканях коры головного мозга экспериментальных животных и снижением активности каталазы (табл.2, рис.3 и 4 соответственно).
При расчете коэффициента корреляции установлена отрицательная (обратная корреляционная взаимосвязь) высокой силы между уровнем МДА и активностью каталазы гомогенатов головного мозга (коэффициент корреляции - составляет г= - 0,78, р 0,001).
Поскольку основной целью данного фрагмента исследований явилось установление возможностей медикаментозной коррекции метаболических сдвигов в гомогенатах мозга при использовании антиоксидантов и антигипоксантов, была проведена дополнительная серия экспериментов с использованием плацебо (физиологический раствор).
В серии экспериментов с предварительным введением плацебо и последующим развитием гипоксическои гипоксии выявлено достоверное снижение продолжительности жизни животных, как и в группе сравнения животных с гипоксическои гипоксией без введения физиологического раствора (табл.1).
Как оказалось, и в этой модификации экспериментов отмечалась аналогичная активация процессов липопероксидации на фоне недостаточности антиоксидантной системы мозга, как и в группе животных с гипоксическои гипоксией без введения плацебо. Об этом свидетельствовало возрастание уровня МДА и ГПЛ в гомогенатах мозга, а также снижение активности каталазы, аналогично тем показателям, которые были отмечены в условиях гипоксическои гипоксии без введения плацебо (табл.2).
Целью последующих экспериментов являлось исследование возможности фармакологической коррекции метаболических сдвигов в тканях мозга в условиях гипоксическои гипоксии на фоне предварительного введения антиоксидантов оксибутирата натрия и цитофлавина.
Причем экспериментальные исследования проводились, как и в группе животных без медикаментозной коррекции, спустя 30 мин с момента моделирования гипоксическои гипоксии.
Активация процессов липопероксидации — типовой процесс дезинтеграции нервных клеток при ишемии мозга и в процессе его реперфузии
Как известно, нарушения церебрального кровотока могут быть следствием системных или локальных сдвигов гемодинамики, таких как гипертензия и гипотензия, тромбоз, эмболия, кровоизлияние, отек и спазм сосудов. При этом спазм сосудов головного мозга имеет типичную локализацию, развивается главным образом в магистральных артериях, в то время как более мелкие ветвления пиальных артерий реагируют на ишемию мозга компенсаторной вазодилатацией. Механизмы компенсаторной вазодилатации, также как и характер метаболических сдвигов в динамике реперфузии предварительно ишемизированного мозга, остаются в значительной мере не изученными.
Несмотря на различие этиологических факторов и пусковых механизмов развития ишемии головного мозга, одним из эфферентных звеньев нарушения структуры и функции нейронов при гипоксических состояниях, является образование активных форм кислорода с последующей индукцией свободнорадикальных реакций дестабилизации биологических мембран клеток (Гусев Е.И., Скворцова В.И., 2001; Зенков Н.К., 2001; Евтушенко А.Я. и соавт., 2002; Мищенко И.В., 2003).
Как известно, образование активных форм кислорода идет непрерывно и в условиях нормы, а процессы свободнорадикального окисления являются необходимым этапом различных метаболических процессов. Образование активных форм кислорода может происходить в процессе переноса электронов в митохондриальной дыхательной цепи, в реакциях, катализирующих оксидацию, в реакциях микросомального окисления с участием цитохром Р-450, в реакциях неферментативного окисления веществ (гемоглобина, адреналина и др.), в биологических системах с наличием ионов металлов с переменной валентностью и т.д. (Колесникова Е.Э., 2000; Valko М. etal.,2007)
Тем не менее, чрезмерное образование активных форм кислорода приводит к активации перекисного окисления липидов (ПОЛ) и соответственно к развитию дезинтеграции биологических мембран — цитоплазматических, лизосомальных, митохондриальных и соответственно к дефициту АТФ, подавлению энергозависимых реакций в клетках, окислению SH-групп ферментов, инактивации глутатиона, дезорганизации нуклеиновых кислот и белков (Максимович Н.Е., 2004; Armstrong J.S., 2006; Woldseth В., Rootwelt Т., 2006).
В связи с этим очевидна значимость экспериментальных исследований, направленных на изучение состояния процессов липопероксидации и активности антиоксидантных систем ишемизированного головного мозга, а также на изыскание новых эффективных способов медикаментозной коррекции указанных метаболических расстройств.
Целью настоящего фрагмента исследования явилось изучение содержания промежуточных продуктов липопероксидации - диеновых конъюгатов (ДК), малонового диальдегида (МДА), активности супероксиддисмутазы (СОД) и уровня восстановленного глутатиона в гомогенатах ишемизированного мозга и в процессе его реперфузии, а также установление принципиальной возможности медикаментозной коррекции указанных метаболических расстройств при использовании пирацетама и цитофлавина.
Изучение метаболических сдвигов проведено в тканях коры головного мозга спустя 90 мин с момента развития ишемии мозга, а также в условиях реперфузии головного мозга спустя 24 и 72 часа после устранения ишемии.
О состоянии процессов липопероксидации судили по содержанию в гомогенатах коры головного мозга МДА и ДК.
Об активности антиоксидантной системы свидетельствовали уровень содержания в гомогенатах мозга восстановленного глутатиона - активного перехватчика свободных радикалов и активность СОД, ускоряющей в десятки раз спонтанную дисмутацию супероксидного анион-радикала.
Как показали результаты исследований, уже спустя 90 мин с момента развития ишемии возникала активация процессов липопероксидации в структурах коры головного мозга, о чем свидетельствовало избыточное накопление ДК (рис. 10) и МДА (табл.9).
Касаясь механизмов развития этого явления, следует отметить, что в условиях гипоксии АФК вступают во взаимодействие с полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК) - важнейшими компонентами фосфолипидов биологических мембран. Причем, легче всего подвергается свободнорадикальному окислению арахидоновая кислота, имеющая наибольшее количество двойных связей. Отрыв ионов водорода от ПНЖК легче всего происходит в а-положении по отношению к двойной связи, что приводит к перемещению этой двойной связи с образованием ДК (Watson B.D., 1998).
В процессе дальнейшей окислительной дегенерации гидроперекисей липидов в клетке образуются высокотоксичные продукты ПОЛ -альдегиды, кетоны, спирты, накопление которых приводит к гибели клеток.
![Патогенетическое обоснование принципов хирургической коррекции посттравматической и послеоперационной афакии у детей [Электронный ресурс]](/i/i/4491/201958.png "Патогенетическое обоснование принципов хирургической коррекции посттравматической и послеоперационной афакии у детей [Электронный ресурс] Сенченко Надежда Яковлевна")
![Особенности метаболической устойчивости сосудистного эндотелия у больных артериальной гипертензией и сахарным диабетом, принципы коррекции [Электронный ресурс]](/i/i/4350/210800.png "Особенности метаболической устойчивости сосудистного эндотелия у больных артериальной гипертензией и сахарным диабетом, принципы коррекции [Электронный ресурс] Лукьянчиков Михаил Константинович")
