Когда люди дышат загрязнённым воздухом, курят, едят еду, зажаренную до чёрной корочки, они создают в организме условия для производства вредных соединений или получают их напрямую. То же самое происходит, когда в организме происходит воспаление, в него попадает инфекция, он подвержен стрессу или перегружен физическим трудом. Эти соединения называются активные формы кислорода и их избыток помогает развиваться раку, диабету, атеросклерозу и другим заболеваниям.
Зачем нужны активные формы кислорода
Активные формы кислорода — химически активные молекулы, которые содержат кислород: супероксид, пероксид водорода, гидроксильные радикалы и синглетный кислород и другие. Обычно АФК производят митохондрии, энергостанции клетки. Материал для них формируют клеточные процессы: клеточное дыхание, метаболизм арахидоновой Омега 6 кислоты, иммунные реакции.
В норме АФК выполняют в организме полезные задачи — помогают синтезу клеточных структур, участвуют в сообщении между клетками, защищают клетку от патогенов. Клетки иммунной системы, фагоциты, специально синтезируют и хранят АФК, чтобы высвободить в случае вторжения патогенных микробов. Без АФК организму сложнее справляться с инфекциями — например, пациенты с хронической гранулематозной болезнью не способны производить супероксид и другие АФК, и потому подвержены частым и устойчивым инфекциям. Небольшое количество АФК необходимо организму для правильной работы.
Откуда берутся свободные радикалы и другие АФК
Часть АФК образуется в организме под влиянием внутренних процессов — дыхании клетки, иммунного ответа, чрезмерной физической нагрузки. Другие АФК образуются из-за внешних факторов. Вот примеры таких факторов:
Табачный дым. Содержит супероксид и оксид азота. Вдыхание дыма в лёгкие активирует производство воспалительных цитокинов, которые выделяют ферменты, разрушающие соединительную ткань легких.
Процессы приготовления. При копчении мяса, приготовлении еды на масле с низкой устойчивостью к нагреванию образуются АФК.
Ионы металлов. Железо, медь, кадмий, ртуть, никель, свинец и мышьяк могут провоцировать производство свободных радикалов и окислять компоненты клетки напрямую.
Загрязнители окружающей среды. Оксид азота способствует производству АФК, переходные металлы окисляют компоненты клетки, озон окисляет жиры и запускает поток нейтрофилов в дыхательные пути, твердые частицы катализируют восстановление кислорода.
Лекарственные препараты. Циклоспорин и такролимус — иммунодепрессанты, применяются при пересадке органов для снижения риска отторжения, гентамицин — антибиотик широкого действия, блеомицин — используется при терапии рака приводят к повышенному производству АФК.
Промышленные растворители. Вдыхание паров растворителей провоцирует окислительный стресс сразу несколькими механизмами — некоторые компоненты метаболизируются в организме с образованием АФК, некоторые провоцируют воспаление, которое приводит к образованию АФК, некоторые компоненты содержат АФК и окисляют компоненты клеток напрямую.
Что такое окислительный стресс
Чтобы в клетке нормально проходили процессы модификаций белка, расшифровки генов и противостояния микробам, АФК должно быть немного. Иначе они мешают работе клетки — ломают её структурные компоненты из белков, жиров и нуклеиновых кислот.
Справляться с АФК организму помогают энзимы-антиоксиданты — глутатион, супероксид дисмутаза и каталаза, а также внешние антиоксиданты как альфа-токоферол (форма витамина Е). По умолчанию, способность этих механизмов избавляться от активных форм кислорода всегда меньше, чем окислительная нагрузка и это нормально. Проблема возникает, когда активных форм кислорода становится настолько много, что они выходят из под контроля — окисляют компоненты клетки и создают новые АФК, подвергая клетку окислительному стрессу.
Окислительный стресс — процесс, который наносит вред частям клетки: мембранам, жирам, белкам, липопротеинам и ДНК. Окислительный стресс возникает, когда нарушается баланс между производством АФК и способностью клеток избавляться от них.
Как окислительный стресс вредит жирам, белкам и ДНК
АФК повреждают жировые структуры клеток — мембраны и липопротеины, которые переносят холестерол. Мембраны становятся более проницаемыми, липопротеинам проще туда попасть. Если окисленный липопротеин окажется в стенке сосуда, он может дать старт развитию атеросклеротической бляшки.
Окисление жиров происходит по цепочке и распространяется быстро, захватывая множество жировых молекул. Помимо этого, реакция окисления жиров образует токсичные и мутагенные соединения, например малондиальдегид, МДА. МДА в свою очередь нарушает работу белков.
АФК повреждают клеточные белки, и они становятся подвержены распаду (протеолизу). Окисление белков ухудшает или сводит на нет их ферментативную активность, может вызвать их денатурацию.
АФК повреждают ДНК — разрушает основания, создаёт разрывы ДНК цепочек. Повреждение ДНК может сформировать соединение 8-OHdG, оно ответственно за мутагенез и потерю эпигенетической информации. Повреждения ДНК через окисление отмечаются при росте раковых клеток, деменции, аутоиммунных и сердечно-сосудистых заболеваниях.
Неконтролируемый окислительный стресс провоцирует и поддерживает развитие хронических и дегенеративных заболеваний. Вот основные из них:
- рак
- атеросклероз и другие сердечно-сосудистые заболевания
- сахарный диабет
- хронические болезни почек и легких
- деменция — болезни Альцгеймера, Хантингтона, Паркинсона
- ревматоидный артрит
Как защитить клетки от окислительного стресса
Главное:
Активные формы кислорода нужны. Они защищают организм от микробов, вирусов и участвуют в его работе. Чтобы организм работал нормально, АФК должно быть немного.
Когда АФК слишком много, они повреждают клетки и мешают их работе. Этот процесс называется окислительный стресс. Окислительный стресс ослабляет организм и способствует развитию хронических болезней.
Избыток АФК вызывают воспаления, инфекции, загрязнители воздуха, табачный дым, растворители, тяжелые металлы и некоторые лекарства.
Oxidative Stress and Antioxidant Defense
