Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах


НазваниеФормування кисневого гомеостазу в екстремальних станах
страница1/7
Дата публикации10.03.2013
Размер1.08 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Биология > Документы
  1   2   3   4   5   6   7
М.Ф.ТИМОЧКО, О.П.ЄЛІСЄЄВА,

ЛЛ.КОБИЛІНСЬКА, І.Ф.ТИМОЧКО

МЕТАБОЛІЧНІ АСПЕКТИ

ФОРМУВАННЯ КИСНЕВОГО ГОМЕОСТАЗУ

В ЕКСТРЕМАЛЬНИХ СТАНАХ

Львів — 1998

ПРЕДИСЛОВИЕ

В монографии проанализированы и обобщены последние данные литературы и результаты собственных исследований, которые дали возможность выявить механизмы, обеспечивающие поддержание кислородного гомеостаза. Доказана значимость их в системе энергетического и пластического обменов в реализации сопряжённости этих процессов при повышении мощности функционирующих структур реализующих адаптационные реакции организма. Кроме этого, проведены комплексные исследования при использовании высокочувствительных биохимических, биофизических, физиологических методов исследования, которые содействовали выявлению тех причинно-следственных взаимосвязей окислительно-восстановительных и свободнорадикальных реакций, которые индуцируют наработку эндогенного кислорода. Последний - при чрезмерной активации - является смертельно опасным, но в системе высокосопряжённых механизмов интенсивности энергетического обмена обеспечивает формирование новых, более мощных стационарных метаболических состояний, когда предыдущие, несовместимые с нормой (жизнью), экстремальные влияния становятся уже адекватными (нормальными).

Учёт роли активных сред и стационарных состояний в процессах саморегуляции, развития и адаптации организма даёт возможность объяснить ряд метаболических ситуаций и физиологических явлений, которые не согласуются с линейными парадигмами и являются существенными в определении критериев диагностики и прогноза формирования гомеостаза и разработки схем его коррекции.

Комплексное определение биохимических и биофизических констант, которые характеризуют активность исходной внутренней среды и её реактивность при различных влияниях, даёт возможность адекватно согласовать их с фазовыми изменениями активной среды и поддерживать такую интенсивность окислительных реакций, которая обеспечивала бы высокую сопряжённость обменных процессов и содействовала бы формированию качественно нового и более мощного потенциала функционирующих систем.

Реализация этих принципов при постоянном усовершенствовании методов научных исследований, диагностики и лечения с учётом нелинейных процессов самоорганизации активных сред организма, их синергизма со стимулирующими влияниями и выявление альтернативных возможностей формирования стационарного состояния как нового целого в системе перекисного окисления и антиоксидантной активности, оксигеназных и оксидазных процессов, окислительно-восстановительных реакций, энергетического и пластического обменов, повышение и уменьшение резистентности будет содействовать определению тех функциональных биохимических показателей, которые объективно информируют о векторной направленности качественной перестройки и её динамо-кинетические возможности.

Представление теоретических обобщений, с одной стороны, в профилактически-лечебной реабилитационной практике даёт наиболее вероятные ориентиры на внедрение рациональной коррекции стимулирующих влияний и оценки адекватности реакции организма. А с другой стороны, - являются той позицией и конкретной программой реализации научного потенциала и организации дальнейшей научной деятельности, которые направлены на решение самых существенных проблем сего дня.

Авторы надеются, что монография станет актуальной как в теоретическом, так и в практическом отношении и сможет привлечь к себе заслуженное внимание биологов, медиков различных специальностей, которые работают над решением данной проблемы.

Авторы прекрасно понимают, что для объёмного восприятия и реализации представленной в монографии концепции в научно-исследовательской работе и в клинической практике, в дальнейшем необходимо более глубокое и более совершенное изучение отдельных её аспектов с использованием комплексных высокочувствительных методов и разработок специфических критериев, которые нелинейно характеризуют кинетику и активность метаболических гомеостатических состояний и их гомеокинез в переходные периоды адаптации. Поэтому все замечания и пожелания в адрес книги будут восприняты с благодарностью.

Конечно, мы не имеем морального права утверждать и гарантировать, что Вы, уважаемый читатель, сразу воспримете, и будете развивать, начатые нами в монографии, новые принципы и концепции. Но, когда Вы будете терпеливы и позитивно настроены на творческий научный поиск, то вскоре Вы их обязательно заметите. И тогда мы хотим Вам неформально подойти к их анализу и неортодоксальному толкованию, творчески дополнить их и развивать со свойственно присущих Вам позиций.

Пользуясь случаем, авторы высказывают искреннюю благодарность всем коллегам, которые вложили свой творческий труд в исследования, описанные и проанализированные в монографии, высказали свои замечания и пожелания, оказали техническую и моральную помощь в подготовке рукописи к печати.

^ Проф. Михаил Тимочко


Свободнорадикальные реакции в интенсификации

компенсаторно-адаптационных процессов

Свободные радикалы - это атомы или группы химически связанных атомов, которые имеют неспаренные электроны на внешней валентной орбитали, то есть свободные валентности, наличие которых определяет их высокую химическую реакционную способность. Процессы, в которых участвуют свободные радикалы, являются обязательным атрибутом нормального аэробного метаболизма.

Молекулярный кислород в обычных условиях не вступает в прямые неферментативные химические реакции с органическими соединениями, которые входят в состав живых клеток и тканей. Реакции с участием О2 в живой клетке зачастую протекают в активных центрах оксидаз или оксигеназ [158]. Во время этих реакций промежуточные продукты восстановления О2 не выделяются во внешнюю среду, а превращаются в конечные соединения в реакционном центре ферментов. Вместе с этим, в биологических системах могут образовать и все промежуточные продукты восстановления молекулы О2: О2-, НО2-, ОН., Н2О2. Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название активных форм кислорода (АФК). Образование АФК является следствием неполного:

- одноэлектронного (образование О2-),

- двухэлектронного (образование HO2-) или

- трёхэлектронного (образование Н2О2) восстановления

кислорода вместо полного четырёхэлектронного его восстановления, которое приводит к образованию воды (H2O). Процесс полного восстановления О2 до Н2О более энергозависимый, чем процесс неполного восстановления, и осуществляется конечным ферментом дыхательной цепи митохондрий - цитохромоксидазой. Кроме продуктов восстановления кислорода, к АФК относят также:

- молекулы кислорода в синглетном состоянии (1О2),

- окисел азота (NО),

- пероксинитрит (ОNОО.),

- гипогалогениты (НОСl, НОВr, НОJ),

- а также продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ):

- перекисные (RО2-) и

- алкоксильные (RО.) радикалы.

Ниже представлены схемы восстановления молекулы О2 и её строение (рис. 1,2,3).

АФК - нестабильные соединения. Известно, что время жизни АФК в биологических системах очень коротко (рис. 4). Соответственно времени жизни изменяется и радиус диффузии каждого с них в живых организмах (рис. 5).






Известно, что кислородные свободные радикалы принимают участие:

- в метаболизме ксенобиотиков в организме [279, 324, 355];

- при повреждениях, вызванных ишемией и реперфузией [30];

- в онтогенезе и в клеточной пролиферации [257, 279];

- в регуляции тонуса сосудов [257, 336];

- при воспалении [264, 332, 364];

- при бактериальных и вирусных инфекциях [149];

- в регуляции метаболических процессов как внутриклеточные мессенджеры [279, 284];

- в канцерогенезе [266, 359];

- в атерогенезе [358];

- в старении [266, 332] и т.д.

В человеческом организме выявлено много систем, которые продуцируют активные формы кислорода, как в физиологических условиях, так и в патологических. Это образование кислородных свободных радикалов:

- в дыхательной цепи митохондрий [102, 267, 315, 374];

- в электронно-транспортной цепи микросом [374];

- путём перехода оксигемоглобина в метгемоглобин [335, 375];

- во время метаболизма арахидоновой кислоты [30];

- в реакции гипоксантин-ксантиноксидаза [374];

- при биосинтезе и окислении катехоламинов [30];

- под воздействием ионизирующего излучения, озона, NO, NO2 [202, 353];

- при фотолизе и функциональной активности фагоцитирующих клеток крови (нейтрофилов, моноцитов, макрофагов) [30, 149, 276, 277, 374, 381].

Поскольку в организме всегда есть вода, возможны реакции спонтанной дисмутации активных форм кислорода между собой [30, 82, 94, 202]:

ОН- →ē + ОН ; ОН- + ОН +О2-→ Н2О2 + О2- ;

ē + H+ → H; НО2 + О2 + H+ → Н2О22;

ē +О2 →О2- 2НО2- →Н2О2 + O2;

H2 → НО2-; НО2- +ОН → Н2О+О2;

О2- + H+ → НО2-; 2˙- + 2H+ → H2О22;

ОH+ Н2→ Н2О + Н Н + НО2 → H2О2;

О2 +2ē + 2Н+→ Н2O2; 2ОН → Н2О2.

Реакции дисмутации могут происходить и с участием металлов переменной валентности (Fe, Cu, Zn, Mo, Mn, Co) [30, 364, 372]:

Fe2+ + O2 +H+ → Fe3+ +HО.2.;

Fe2+ + H2О2 → Fe3+ + OH- + OH;

Fe3+ + H2O2→Fe2+ +2H+ +O2-

Fe3+ + O2-→Fe2+ +O2.

Рис.6. Основные пути генерации, конверсии и утилизации АФК в организме человека.

В реакциях преобразования кислородных свободных радикалов принимают участие также и антиоксидантные ферменты [30,162]:

супероксиддисмутаза (E-Cu2+, E-Mn3+, E-Fe3+)-

Е-Сu2+ + О2- →Сu+ + О2;

Е-Сu+2- +2H+→Е-Си2+2О2;

каталаза и пероксидаза -

E - Fe3+ - ОН- + Н2О2 → Е – Fe3+ - ООН- + H2О

E-Fe3+ - OOH-+H2O2→E-Fe3+ - OH- +H2O + O2.

В реакциях ПОЛ при радикал-радикальной аннигиляции происходит обрыв цепей с образованием молекулярных продуктов реакции:

RO + O2- + H+ →RОH + О2;

ROO + O2- →ROOH + O2

RO2 +RO2 → R = O + O2 +hv.

Следствием обрыва цепей в этих преобразованиях будет образование пероксида водорода и кислорода. По мере накопления пероксид водорода в реакциях дисмутации содействует образованию de novo свободных радикалов, которые снова могут вступать в вышеуказанные преобразования с образованием Н2О2 и выделением кислорода [94]:

О2- + Н2О2 → О2 + ОН- + ОН;

ОН2О2 → H2O +H+ 2-;

Н2О2 +ē→ОН + ОН-.

Таким образом поддерживается стационарная цепь образования пероксида водорода, который определяет соответствующую концентрацию свободных радикалов и ведёт к образованию эндогенного кислорода.

Всесторонние исследования этого вопроса сделаны Зайцевым В.В. и сотрудниками, которые добавляли экзогенную каталазу и супероксиддисмутазу в перитонеальные макрофаги, прикреплённые к стеклу, к яйцеклеткам морского ежа вида St. intermedius и сперматозоидов in vitro [80]. Авторы с помощью полярографического метода исследования выявили уменьшение скорости утилизации кислорода. Кроме этого, исследователи наблюдали снижение скорости дыхания во время добавления к суспензии гепатоцитов и яйцеклеток морского ежа маннитола, который является специфическим перехватчиком гидроксильного радикала. Все эти данные, бесспорно, свидетельствуют о том, что в организме происходит образование кислородных свободных радикалов, которые с участием антиоксидантных ферментов обеспечивают образование эндогенного кислорода и поддержание кислородного гомеостаза при активном дыхании.

Подобный эффект описан в работах Л.С. Ягужинского, где показано, что супероксиддисмутаза, ионы Сu и каталаза ингибируют цианид-резистентное дыхание митохондрий печени, а добавление каталазы в камеру во время опыта приводит к выделению эндогенного кислорода [102].

В серии работ, осуществлённой под руководством В.К. Гусака, изучали оксигенирующее действие внутриартериальных инфузий пероксида водорода при различных видах ишемии [47]. Авторы выявили, что непосредственная инфузия раствора Н2О2 приводит к повышению напряжения кислорода в тканях и интенсификации тканевого дыхания. При этом повышается активность каталазы, а концентрация малонового диальдегида (МДА) снижается. Авторы приходят к выводу, что пероксид водорода не только проявляет оксигенирующее действие, но и прямо участвует в поддержании окислительно-восстановительных процессов, которые повышают активность утилизации недоокисленных метаболитов.

В этом плане интересны работы В.П. Галанцева и сотрудников, которые исследовали перекисные процессы у водных и полуводных животных, для которых задержка дыхания во время ныряния является физиологической нормой [168]. Так, уровень активности антиоксидантных ферментов - каталазы и пероксидазы - у этих животных на порядок выше, чем у наземных животных. При нехватке кислорода, которая возникает при задержке дыхания, резко активируется система перекисного окисления липидов, а дополнительное количество кислорода образуется при разложении пероксида водорода каталазой. То есть у ныряющих животных функционирование системы ПОЛ направлено на поддержание в их тканях высокого уровня кислорода, необходимого в аэробном энергетическом обмене во время задержки дыхания.

На это обращает внимание и В.А. Барабой, который поддерживает идею Г. Селье о том, что активные формы кислорода выступают в роли "первичного медиатора" стресса. Активация ПОЛ, которая является следствием действия стрессора, в свою очередь, мобилизует реализующие стресс-системы, реактивно увеличивая антиоксидантный потенциал живой системы [19, 64].

Во многих работах можно найти подтверждение тому, что лазерное и ультрафиолетовое облучение сопровождается не только генерацией активных форм кислорода, но и повышением антиоксидантной активности, которая приводит к утилизации продуктов ПОЛ [69, 160, 229]. Так, исследованиями В.Н. Коробова и соавторов выявлено возрастание активности супероксиддисмутазы и каталазы в гемолизатах крови животных, облучённых рентгеновскими лучами [126]. Вместе с этим, дыхательные гемопротеиды крови и мышц под влиянием стрессорных факторов способны выполнять функцию генераторов супероксиданионов, которые, обезвреживаясь антиоксидантной системой, обеспечивают образование резерва молекулярного кислорода в виде пероксида водорода. Распад Н2О2 до воды и кислорода в результате реакции, что осуществляется каталазой, создаёт условия для оксигенации части восстановленного гемоглобина.

Показано, что кислород, образованный в замкнутых модельных системах в результате каталазной реакции с Н2О2 без его экзогенного доступа, используется для оксигенации гемоглобина [127]. Во время введения в свежеприготовленные гемолизаты слабых концентраций Н2О2 в открытых системах выявляется дополнительная оксигенация гемоглобина после двух минут латентного периода [213].Очевидно, что гемоглобин, кроме известных ранее функций, катализирует оксидазную реакцию, при которой кислород восстанавливается до пероксида водорода:
  1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconМіністерство охорони здоров’я україни харківський державний медичний...
Фізіологія І патологія статевого формування. Диференційний діагноз різних форм статевого формування. Принципи лікування. Метод вказівки...
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconКиснева терапія застосування кисню з лікувальною метою. Призначається...
Призначається кисень у випадках недостатнього кисневого забезпечення органів та тканей, які виникають при різноманітних захворюваннях...
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconПерукарське мистецтво доби Відродження
Відродження (Ренесанс). Це була епоха географічних відкриттів, інтенсивного розвитку міст, що формувалися за принципом самоврядування....
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconНака з
...
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconСпортивные статьи➨[vk com/topic-32124410 25427244]
Сразу после прекращения нагрузки в организме начинаются процессы, которые стремятся восстановить исходное состояние, соответствующее...
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах icon3. Чинники формування та умови розвитку кон’юнктури світового ринку...
Тема Чинники формування та умови розвитку кон’юнктури світового ринку готельних І ресторанних послуг
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconТема дата
Формування навичок активного слухання у студентів. Прийом та передача інформації
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconМатеріали для підготовки до пмк 4 на мед та стомат та пмк 3 на фарм факультетах
...
Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconТема Молекулярні та клітинні механізми формування адаптацій на прикладі...

Формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах iconПривіт! Запрошуємо відзняти захід
Флешмоб (формування фігури у вигляді малого державного герба України із учасників заходу)
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница