Radicali liberi e antiossidanti

La scoperta di radicali liberi e antiossidanti è stato per la scienza medica come significativo all'estero come al momento della scoperta di microrganismi e antibiotici perché i medici ricevono non solo una spiegazione di molti processi patologici, tra cui l'invecchiamento, ma anche metodi efficaci di trattare con loro.

L'ultimo decennio è stato caratterizzato da successi nello studio dei radicali liberi negli oggetti biologici. Questi processi si sono rivelati un collegamento metabolico necessario nella normale attività vitale del corpo. Partecipano alle reazioni della fosforilazione ossidativa, nella biosintesi delle prostaglandine e degli acidi nucleici, nella regolazione dell'attività lipotica, nei processi di divisione cellulare. Nel corpo i radicali liberi si formano più spesso durante l'ossidazione degli acidi grassi insaturi e questo processo è strettamente correlato all'ossidazione dei lipidi radicali liberi perossidanti (LPO).

Cos'è i radicali liberi?

Radicale libero - una molecola o un atomo avente elettrone spaiato in un'orbita esterna, che rappresenta la sua aggressività e capacità non solo di reagire con le molecole della membrana cellulare, ma anche di fare in radicali liberi (reazione valanga autosufficiente).

Il carbonio contenente il radicale reagisce con l'ossigeno molecolare, formando un radicale libero del perossido del COO.

Il radicale perossido estrae l'idrogeno dalla catena laterale degli acidi grassi insaturi, formando un idroperossido lipidico e un altro carbonio contenente un radicale.

Gli idroperossidi lipidici aumentano la concentrazione di aldeidi citotossiche e il carbonio contenente i radicali supporta la formazione di radicali perossidici, ecc. (Lungo la catena).

Sono noti vari meccanismi di formazione di radicali liberi. Uno di questi è l'effetto delle radiazioni ionizzanti. In alcune situazioni, nel processo di riduzione dell'ossigeno molecolare, viene aggiunto un elettrone invece di due e si forma un anione superossido (O) altamente reattivo. La formazione del superossido è uno dei meccanismi protettivi contro l'infezione batterica: senza i radicali liberi dell'ossigeno, i neutrofili e i macrofagi non possono uccidere i batteri.

La presenza di antiossidanti nella cella e nello spazio extracellulare indica che la formazione di radicali liberi non è fenomeno incidentale causato da esposizione a radiazioni ionizzanti o tossine, e costante che accompagna la reazione di ossidazione in condizioni normali. I principali antiossidanti sono gli enzimi del gruppo superossido dismutasi (SOD), la cui funzione è quella di catalizzare l'anione perossido in perossido di idrogeno e ossigeno molecolare. Poiché le superossido dismutasi sono onnipresenti, è legittimo presumere che l'anione superossido sia uno dei principali sottoprodotti di tutti i processi di ossidazione. Catalasi e perossidasi convertono il perossido di idrogeno formatosi durante il processo di dismutazione in acqua.

La caratteristica principale dei radicali liberi è la loro insolita attività chimica. Come se sentissero la loro deficienza, cercano di riguadagnare l'elettrone perso, allontanandolo in modo aggressivo da altre molecole. A loro volta, le molecole "offese" diventano anche radicali e iniziano già a derubarsi, portando via gli elettroni dai loro vicini. Qualsiasi cambiamento nella molecola - che si tratti della perdita o dell'aggiunta di un elettrone, della comparsa di nuovi atomi o di gruppi di atomi - influisce sulle sue proprietà. Pertanto, le reazioni di radicali liberi che si verificano in una sostanza modificano le proprietà fisico-chimiche di questa sostanza.

L'esempio più noto di un processo di radicali liberi è il deterioramento dell'olio (rancidità). L'olio rancido ha un sapore e un odore particolari, che si spiegano con l'apparenza di nuove sostanze formatesi durante le reazioni dei radicali liberi. Soprattutto, i partecipanti alle reazioni dei radicali liberi possono diventare proteine, grassi e DNA dei tessuti viventi. Ciò porta allo sviluppo di una varietà di processi patologici che danneggiano i tessuti, l'invecchiamento e lo sviluppo di tumori maligni.

Il più aggressivo di tutti i radicali liberi sono i radicali liberi di ossigeno. Possono provocare una valanga di reazioni dei radicali liberi nei tessuti viventi, le cui conseguenze possono essere catastrofiche. I radicali liberi dell'ossigeno e le sue forme attive (per esempio i perossidi lipidici) possono formarsi nella pelle e in qualsiasi altro tessuto sotto l'influenza della radiazione UV, alcune sostanze tossiche contenute nell'acqua e nell'aria. Ma la cosa più importante è che forme attive di ossigeno si formano con qualsiasi infiammazione, qualsiasi processo infettivo che si verifica nella pelle o in qualsiasi altro organo, poiché sono l'arma principale del sistema immunitario, con il quale distrugge i microrganismi patogeni.

Nascondersi da radicali liberi è impossibile (anche siccome è impossibile scomparire da batteri ma da loro è possibile esser protetto). Ci sono sostanze che differiscono in quanto i loro radicali liberi sono meno aggressivi dei radicali di altre sostanze. Avendo dato il suo elettrone all'aggressore, l'antiossidante non cerca di compensare la perdita dovuta ad altre molecole, o meglio, lo fa solo in rari casi. Pertanto, quando un radicale libero reagisce con un antiossidante, si trasforma in una molecola a tutti gli effetti, e l'antiossidante diventa un radicale debole e inattivo. Tali radicali sono già innocui e non creano il caos chimico.

Quali sono gli antiossidanti?

"Antiossidanti" è un concetto collettivo e, come concetti come "antiloblasti" e "immunomodulatori", non implica l'appartenenza a nessun particolare gruppo chimico di sostanze. La loro specificità è la relazione più stretta con l'ossidazione lipidica dei radicali liberi in generale e la patologia dei radicali liberi in particolare. Questa proprietà combina vari antiossidanti, ognuno dei quali ha le sue peculiarità di azione.

Processi di ossidazione dei radicali liberi dei lipidi sono di carattere generale biologica e sono a loro attivazione improvvisa, secondo molti autori, il meccanismo universale di danno cellulare a livello della membrana. Nel perossidazione lipidica delle membrane biologiche processi in fase causare aumento di viscosità e ordinare il doppio strato di membrana, le proprietà della membrana cambiamento di fase e ridurre la loro resistenza elettrica, e facilitare lo scambio di fosfolipidi tra due monostrati (chiamato fosfolipide flip-flop). Sotto l'influenza di processi di perossido, c'è anche un'inibizione della mobilità delle proteine di membrana. A livello cellulare di perossidazione lipidica accompagnato da gonfiore dei mitocondri, disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa (e in processo avanzato - solubilizzare strutture a membrana), che è al livello di tutto l'organismo si manifesta nello sviluppo della cosiddetta patologia del radicale libero.

Radicali liberi e danno cellulare

Oggi è diventato evidente che la formazione di radicali liberi è uno dei meccanismi patogenetici universali per vari tipi di danno cellulare, tra cui:

• riperfusione di cellule dopo un periodo di ischemia;
• alcune forme di anemia emolitica medicalmente indotta;
• avvelenamento con alcuni erbicidi;
• la gestione del tetracloruro di carbonio;
• radiazioni ionizzanti;
• alcuni meccanismi di invecchiamento cellulare (ad esempio, l'accumulo di prodotti lipidici nella cellula - di ceroidi e lipofuscina);
• Tossicità dell'ossigeno;
• aterogenesi dovuta all'ossidazione delle lipoproteine a bassa densità nelle cellule delle pareti arteriose.

I radicali liberi partecipano ai processi:

• invecchiamento;
• cancerogenesi;
• danno chimico e farmaco delle cellule;
• l'infiammazione;
• danno radioattivo;
• aterogenesi;
• tossicità dell'ossigeno e dell'ozono.

Effetti dei radicali liberi

L'ossidazione degli acidi grassi insaturi nella composizione delle membrane cellulari è uno dei principali effetti dei radicali liberi. I radicali liberi danneggiano anche le proteine (in particolare le proteine contenenti tiol) e il DNA. Il risultato morfologico dell'ossidazione lipidica della parete cellulare è la formazione di canali di permeabilità polare, che aumenta la permeabilità passiva della membrana per gli ioni Ca2 +, il cui eccesso è depositato nei mitocondri. Le reazioni di ossidazione sono solitamente soppresse da antiossidanti idrofobi, come la vitamina E e la glutatione perossidasi. Antiossidanti simili alla vitamina E che rompono le catene di ossidazione si trovano nelle verdure e nei frutti freschi.

I radicali liberi reagiscono anche con le molecole negli ambienti ionici e acquosi dei compartimenti cellulari. Nel mezzo ionico, il potenziale antiossidante è trattenuto da molecole di sostanze come il glutatione ridotto, l'acido ascorbico e la cisteina. Le proprietà protettive degli antiossidanti diventano evidenti quando, quando si esauriscono le loro scorte in una cellula isolata, si osservano cambiamenti morfologici e funzionali caratteristici, dovuti all'ossidazione dei lipidi della membrana cellulare.

I tipi di danni causati dai radicali liberi sono determinati non solo aggressività prodotta dai radicali, ma anche caratteristiche strutturali e biochimiche della persona esposta. Ad esempio, nello spazio extracellulare radicali liberi distruggono sostanza fondamentale del tessuto connettivo glicosaminoglicani, che può essere uno dei meccanismi per la distruzione delle articolazioni (ad esempio, artrite reumatoide). Cambiando la permeabilità dei radicali liberi (e quindi la funzione di barriera) membrane citoplasmatiche in relazione alla formazione di un aumento canali permeabilità, che porta alla distruzione di cellule acqua e omeostasi di ioni. Si ritiene che l'approvvigionamento necessario di vitamine e oligoelementi in pazienti con artrite reumatoide, in particolare, l'eliminazione delle carenze vitaminiche e carenze di micronutrienti oligogalom E. Questo perché dimostrato inibizione attivazione perossidazione apprezzabile e attività antiossidante, quindi è importante complesso di inclusione terapia con alte bioantioxidants attività antiradicalica, a cui gli antiossidanti sono vitamine (e, C e a) e oligoelementi selenio (Se). Si è anche mostrato che l'impiego di dosi di vitamina E di sintesi, che viene assorbito peggio naturale. Per esempio, dosi di vitamina E e di 400 a 800 UI / die portare ad una diminuzione delle malattie cardiovascolari (53%). Tuttavia, la risposta l'efficacia degli antiossidanti sarà ottenuta in grandi studi controllati (da 8000 a 40 000 pazienti) che sono stati condotti nel 1997

Come forze protettive che mantengono il tasso di LPO a un certo livello, i sistemi enzimatici per inibire la perossidazione dell'ossidazione e gli antiossidanti naturali sono isolati. Esistono 3 livelli di regolazione del tasso di ossidazione dei radicali liberi. Il primo stadio è anossico, mantenendo una pressione parziale dell'ossigeno piuttosto bassa nella cellula. Questo include principalmente enzimi respiratori che competono per l'ossigeno. Nonostante l'ampia variabilità nell'assorbimento di O3 nel corpo e il rilascio di CO2, pO2 e pCO2 nel sangue arterioso da esso, la norma è abbastanza costante. Il secondo stadio di difesa è anti-radicale. Consiste di varie sostanze nel corpo (vitamina E, acido ascorbico, alcuni ormoni steroidei, ecc.), Che interrompono i processi di LPO, interagendo con i radicali liberi. Il terzo stadio è l'antiperossido, che distrugge i perossidi già formati con l'aiuto di enzimi appropriati o non enzimaticamente. Tuttavia, non esiste ancora un'unica classificazione e una visione unitaria sui meccanismi di regolazione della velocità delle reazioni dei radicali liberi e l'azione delle forze protettive che assicurano lo smaltimento dei prodotti finali di LPO.

Si ritiene che, in funzione dell'intensità e della durata dei cambiamenti nella regolazione delle reazioni di perossidazione lipidica sono: in primo luogo che porta reversibile con successivo ritorno alla normalità, in secondo luogo, causare una transizione ad un altro livello di autoregolazione e in terzo luogo, alcuni degli effetti di questo meccanismo di autoregolamentazione è disunito e, di conseguenza, porta all'impossibilità di esercitare funzioni normative. Ecco perché la comprensione del ruolo normativo delle reazioni di LPO in condizioni di fattori estremi, in particolare il freddo, è una fase essenziale della ricerca finalizzata allo sviluppo di metodi scientificamente basati sulla gestione dei processi di adattamento e sulla terapia complessa, sulla prevenzione e sulla riabilitazione delle malattie più comuni.

Uno dei più comunemente usati ed efficaci è un complesso di antiossidanti, che include tocoferolo, ascorbato e metionina. Analizzando il meccanismo di azione di ciascuno degli antiossidanti utilizzati, si osserva quanto segue. Microsomi - uno dei principali luoghi di accumulo nelle cellule del fegato di tocoferolo esogeno introdotto. Come possibile donatore di protoni, l'acido ascorbico può agire, che viene ossidato in acido deidroascorbico. Inoltre, viene mostrata la capacità dell'acido ascorbico di interagire direttamente con l'ossigeno singoletto, un radicale ossidrile e un anione radicale superossido e anche distruggere il perossido di idrogeno. Esistono anche prove che il tocoferolo nei microsomi può essere rigenerato dai tioli e, in particolare, ridotto il glutatione.

Pertanto, il corpo ha un numero di sistemi antiossidanti interconnessi, il cui ruolo principale è quello di mantenere reazioni ossidative enzimatiche e non enzimatiche a livello stazionario. In ogni fase di sviluppo delle reazioni di perossido esiste un sistema specializzato che implementa queste funzioni. Alcuni di questi sistemi sono rigorosamente specifici, altri, come la glutatione perossidasi, il tocoferolo, hanno una maggiore gamma di azione e una minore specificità del substrato. Additività interazione enzimatici e sistemi antiossidanti non enzimatici insieme fornisce resistenza ai fattori estreme aventi proprietà pro-ossidanti, cioè. E. La possibilità di creare le condizioni nel corpo, predisponendo allo sviluppo delle specie di ossigeno attivo e perossidazione lipidica attivare reazioni. Non c'è dubbio che l'attivazione delle reazioni LPO è osservata sotto l'influenza di un numero di fattori ambientali sul corpo e processi patologici di diversa natura. Secondo V. Yu. Kulikov et al. (1988), a seconda dei meccanismi di attivazione delle reazioni LPO, tutti i fattori che agiscono sul corpo possono essere suddivisi nei seguenti gruppi con una certa probabilità.

Fattori di natura fisico-chimica che promuovono l'aumento dei tessuti dei precursori e degli attivatori diretti delle reazioni di LPO:

• ossigeno sotto pressione;
• ozono;
• ossido nitrico;
• radiazioni ionizzanti, ecc.

Fattori di natura biologica:

• processi di fagocitosi;
• distruzione di cellule e membrane cellulari;
• sistema di generazione di specie di ossigeno attivato.

I fattori che determinano l'attività dei sistemi antiossidanti dell'organismo sono di natura enzimatica e non enzimatica:

• attività di processi associati all'induzione di sistemi antiossidanti di natura enzimatica;
• fattori genetici associati alla depressione di un particolare enzima che regola le reazioni di LPO (carenza di glutatione perossidasi, catalasi, ecc.);
• fattori alimentari (mancanza di cibo in tocoferolo, selenio, altri oligoelementi, ecc.);
• struttura delle membrane cellulari;
• la natura della relazione tra antiossidanti di natura enzimatica e non enzimatica.

Fattori di rischio che potenziano l'attivazione delle reazioni LPO:

• attivazione del regime di ossigeno del corpo;
• lo stato di stress (freddo, febbre alta, ipossia, effetti emotivi e dolorosi);
• giperlipidemiya.

Pertanto, l'attivazione delle reazioni LPO nell'organismo è strettamente correlata al funzionamento dei sistemi di trasporto e di utilizzo dell'ossigeno. Particolare attenzione dovrebbe essere posta agli adattogeni, tra cui l'eleuterococco ampiamente usato. La preparazione della radice di questa pianta ha un tonico, adattogena, antistress, anti-aterosclerotica, antidiabetici e altre proprietà, riduce l'incidenza complessiva, compresa l'influenza. Quando lo studio dei meccanismi biochimici di azione degli antiossidanti negli esseri umani, animali e piante significativamente ampliato gamma di stati patologici il cui trattamento antiossidanti usati. Gli antiossidanti sono stati utilizzati con successo come un adattogeno per la protezione da lesioni da radiazione, il trattamento di ferite e ustioni, la tubercolosi, le malattie cardiovascolari, i disturbi neuropsichiatrici, i tumori, il diabete, e altri. Naturalmente, il crescente interesse per i meccanismi alla base di questa universalità azione degli antiossidanti.

Attualmente sperimentalmente è riscontrato che l'efficienza degli antiossidanti è determinata dalla loro attività nell'inibire la perossidazione lipidica dall'interazione con perossidici e altri radicali che iniziano LPO, e anche a causa degli effetti degli antiossidanti sulla struttura membrana per facilitare l'accesso di ossigeno per lipidi. LPO può anche cambiare con il sistema mediato di azione antiossidante attraverso meccanismi neuro-ormonali. È dimostrato che gli antiossidanti influenzano il rilascio del neurotrasmettitore e il rilascio di ormoni, la sensibilità dei recettori e il loro legame. A sua volta, la variazione della concentrazione di ormoni e neurotrasmettitori altera l'intensità della perossidazione lipidica nelle cellule bersaglio, che porta alla variazione del tasso di catabolismo lipidico e, di conseguenza, un cambiamento nella loro composizione. La relazione tra il tasso di LPO e il cambiamento nello spettro dei fosfolipidi di membrana gioca un ruolo regolatore. Un simile sistema di regolazione si trova nelle membrane cellulari di animali, piante e organismi microbici. Come è noto, la composizione e la fluidità dei lipidi di membrana influenzano l'attività delle proteine di membrana, degli enzimi e dei recettori. Attraverso questo sistema di regolazione, gli antiossidanti agiscono sulla riparazione della membrana, alterati nello stato patologico dell'organismo, normalizzano la sua composizione, struttura e attività funzionale. Cambiando macromolecolare attività di sintesi enzimatica e composizione di matrice nucleare come la composizione dei lipidi di membrana indotta dall'azione di antiossidanti può essere spiegato con il loro impatto sulla sintesi di DNA, RNA, proteine. Allo stesso tempo, sono apparsi in letteratura dati sull'interazione diretta di antiossidanti con macromolecole.

Questi, oltre a dati recenti sull'efficacia degli antiossidanti nelle concentrazioni picomolari, evidenziano il ruolo delle vie dei recettori nella loro azione sul metabolismo cellulare. Nella VE Kagan (1981) sui meccanismi di modifiche strutturali e funzionali delle membrane biologiche è dimostrato che la dipendenza delle reazioni di perossidazione lipidica in membrane biologiche dipende non solo dalla composizione in acidi grassi (grado di insaturazione), ma anche dalla organizzazione strutturale della fase lipidica delle membrane (mobilità molecolare lipidica , forza delle interazioni proteina-lipidi e lipidi-lipidi). Si è trovato che a causa di accumulo di lipidi prodotti della perossidazione ridistribuzione avviene nella membrana: la quantità di diminuzione liquide in liptsdov biosloe quantità di proteine e lipidi di membrana lipidica immobilizzati ridotto aumentando il numero di ordini in biosloe (cluster). V.

Quando si studia la natura, la composizione e il meccanismo omeostasi del sistema antiossidante dimostrato che la manifestazione di effetti dannosi dei radicali liberi e composti perossidici ostacola complesso sistema antiossidante multicomponente (AOS), che fornisce vincolante e modifica dei radicali prevenendo la formazione o la distruzione di perossidi. Comprende: sostanze organiche idrofiliche e idrofobiche con proprietà riducenti; Enzimi che supportano l'omeostasi di queste sostanze; enzimi antiperossido. Tra gli antiossidanti sono lipidi naturali (ormoni steroidei, vitamine E, A, K, flavonoidi e polifenoli, vitamina E, ubichinone) e solubile in acqua (tioli a basso peso molecolare, acido ascorbico) sostanza. Queste sostanze sono trappole di radicali liberi o distruggono i composti del perossido.

Una parte degli antiossidanti del tessuto è idrofila, l'altra è di natura idrofoba, che consente di proteggere simultaneamente dagli agenti ossidanti di molecole funzionalmente importanti in entrambe le fasi acquosa e lipidica.

La quantità totale di bioantiokisliteley crea nel tessuto un "buffer sistema antiossidante" ha una certa capacità e il rapporto di proossidante e sistemi antiossidanti determina il cosiddetto "status antiossidante" del corpo. Ci sono tutte le ragioni per credere che tra l'antiossidante dei tessuti occupano un posto speciale tioli. Conferma dei seguenti fatti sono: elevata reattività dei gruppi sulfidrilici, per cui alcuni tioli ossidati in una dipendenza molto alto prezzo del tasso di modificazione ossidativa dei gruppi sulfidrilici al loro ambiente radicale nella molecola. Questa circostanza permette di scegliere tra una varietà di tiolo specifico gruppo di composti di sostanze facilmente ossidabili, antiossidanti svolgono funzioni specifiche: la reversibilità della ossidazione di gruppi sulfidrilici in disolfuro, che permette in linea di principio manutenzione energeticamente favorevole dell'omeostasi di antiossidanti tiolici nella cella senza attivare loro biosintesi; la capacità di tioli per mostrare come anti-radicali e antiperoxide azione. Tioli idrofili a causa del loro elevato contenuto nelle cellule della fase acquosa e la capacità di proteggere contro i danni ossidativi alle molecole biologicamente importanti, enzimi, acidi nucleici, emoglobina, e altri. Tuttavia, la presenza di composti tiolici gruppi polari consente manifestazione della loro attività antiossidante nella fase cellula lipidica. Così, insieme con le sostanze di lipidi natura, composti tiolo con una significativa partecipazione nella protezione di strutture cellulari dagli effetti di fattori ossidanti.

L'ossidazione nei tessuti del corpo è anche influenzata dall'acido ascorbico. Esso, come i tioli, fa parte di AOC, partecipando al legame dei radicali liberi e alla distruzione dei perossidi. L'acido ascorbico, la cui molecola contiene sia parti polari che non polari, mostra una stretta interazione funzionale con SH-glutatione e antiossidanti lipidici, migliorando l'effetto di quest'ultimo e prevenendo l'LPO. Apparentemente, gli antiossidanti tiolo svolgono un ruolo dominante nella protezione dei componenti strutturali di base delle membrane biologiche, come i fosfolipidi o immersi nello strato lipidico delle proteine.

A loro volta, gli antiossidanti idrosolubili - composti tiolici e acido ascorbico - mostrano la loro azione protettiva principalmente nell'ambiente acquatico - il citoplasma della cellula o il plasma sanguigno. Va tenuto presente che il sistema sanguigno è un ambiente interno che svolge un ruolo decisivo nelle reazioni di difesa aspecifiche e specifiche, influenzando la sua resistenza e reattività.

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Radicali liberi in patologia

Fino ad ora, la letteratura discute la questione delle relazioni causa-effetto nei cambiamenti nell'intensità della lipoperossidazione nella dinamica dello sviluppo delle malattie. Secondo alcuni autori, è il disturbo della stazionarietà di questo processo che è la causa principale di queste malattie, mentre altri ritengono che un cambiamento nell'intensità della perossidazione lipidica sia una conseguenza di questi processi patologici avviati da meccanismi completamente diversi.

Gli studi condotti negli ultimi anni hanno dimostrato che i cambiamenti nell'intensità dell'ossidazione dei radicali liberi accompagnano malattie di varia genesi, che confermano la tesi della natura biologica generale del danno dei radicali liberi alle cellule. Si sono accumulate abbastanza prove del coinvolgimento patogenetico del danno dei radicali liberi a molecole, cellule, organi e il corpo nel suo complesso e un trattamento di successo con i loro preparati farmacologici che hanno proprietà antiossidanti.