Окислительный стресс – индикатор метаболических нарушений в патогенезе мозгового инсульта

Процессы свободнорадикального окисления (СРО) занимают важное место в метаболизме клетки и служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности. Эти процессы готовят пластический материал для создания и обновления клеточных структур, принимают непосредственное участие в реакциях, связанных с метаболизмом углеводов, липидов и белков. Процессы СРО, являясь одними из важных регуляторов метаболизма белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот, лежат в основе пластического и энергетического обеспечения функций клетки и организма в целом. Кроме того, они являются лимитирующим звеном регуляции морфофункционального состояния биологических мембран, их проницаемости и внутриклеточного гомеостаза. Следует отметить немаловажную роль процессов СРО в регуляции интенсивности пролиферации клеток, биосинтезе простагландинов и катехоламинов. В процессе всех реакций митохондриального и микросомального окисления в результате неполного восстановления кислорода могут образовываться его активные формы: синглетный кислород, супероксидный анион-радикал, гидроксильный радикал, пергидроксильный радикал. В результате реакций активных форм кислорода, прежде всего с ненасыщенными жирными кислотами в присутствии ионов металлов переменной валентности, образуются так называемые перекисные соединения. В связи с этим весь процесс, имеющий свободнорадикальный характер, получил название СРО липидов и белков. Реакции СРО, имеющие универсальный характер, являются показателем устойчивости стационарного режима превращений в организме и, оказывая влияние на его адаптивные способности, определяют возможность развития патологии. Это обусловлено высокой биологической активностью соединений, образующихся в реакциях СРО, комплексом системных перестроек метаболизма, изменениями характера межклеточных и межсистемных взаимоотношений, а также решающей ролью в жизнедеятельности биомембран организма, в структуре которых важное место занимают липиды с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот.

СРО является типичным цепным процессом с выраженными разветвлениями, протекающим в несколько стадий. При ступенчатой деградации полиненасыщенных липидов в реакциях СРО образуются: первичные, вторичные и конечные молекулярные продукты, играющие важную роль в процессах структурной модификации биомембран и изменений их физико-химических свойств. Поскольку диеновые конъюганты в молекулах полиненасыщенных жирных кислот и их гидроперекиси появляются на начальных стадиях СРО липидов, то их относят к его первичным продуктам. Аналогом первичных продуктов СРО белков являются СО-концевые остатки аминокислот. Высокая биологическая активность продуктов СРО определяет два противоположных типа их действия в организме. Первичные продукты СРО, концентрация которых в норме невысока, оказывают позитивное действие, заключающееся в обратимых гидрофильно-гидрофобных превращениях жирнокислотных остатков мембранных фосфолипидов с позитивным изменением функционального состояния биомембран и активацией многих мембраносвязанных ферментов. Вторичные продукты СРО, имеющие помимо карбоксильной альдегидные и кетонные группы, оказывают повреждающее действие на структурно-функциональное состояние биомембран. Диальдегиды и ряд других вторичных продуктов СРО липидов и белков, а именно малоновый диальдегид и битирозин, взаимодействуя с N-концевыми остатками аминокислот, белков и аминогруппами фосфолипидов, образуют конъюгированные флуоресцирующие соединения типа оснований Шиффа. Эти соединения являются более стабильными (конечными) продуктами СРО липидов и белков, так как их утилизация в организме происходит с очень низкой скоростью и они накапливаются в тканях, в результате чего биополимеры и биомембраны теряют характерные для них функциональные свойства. Увеличение О.Ш. свидетельствует о тенденции к хронизации и избыточной активации СРО липидов и белков. Таким образом, процессы СРО липидов и белков, являясь важными регуляторами метаболизма клетки, служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки и всего организма в целом [1, 2].

В любой клетке организма постоянно имеются условия для реализации процессов СРО, которые обусловлены наличием субстратов (жирнокислотные остатки липидов, СООН-группы белков и аминокислот), а также инициаторов и катализаторов — активных форм кислорода и ионов металлов переменной валентности. В то же время в норме содержание продуктов СРО невелико, что достигается существованием в организме постоянно функционирующего комплекса биологических механизмов эндогенной системы антиоксидантной защиты (АОЗ). Система АОЗ ограничивает процессы СРО липидов и белков практически во всех его звеньях и поддерживает эти реакции на относительно постоянном уровне. Строгая регламентация реакций СРО обеспечивается согласованным функционированием ферментативных и неферментативных звеньев эндогенной системы АОЗ, контролирующей в организме уровень активных форм кислорода, свободных радикалов и молекулярных продуктов СРО липидов и белков. Функционирующие в каждой клетке организма в целом ферментативные и неферментативные звенья эндогенной системы АОЗ играют исключительную роль в поддержании гомеостаза при взаимодействии организма с изменяющимися условиями среды в целях обеспечения его жизнедеятельности. Элементами ферментативного звена эндогенной системы АОЗ являются супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза, элементами неферментативного звена — витамин Е, восстановленный глутатион, тиолы, антирадикальная активность липидов крови [3—5].

При любой патологии в организме создаются условия для интенсификации СРО, в результате резко возрастают уровни первичных, вторичных и конечных продуктов, которые являются мощными прооксидантами, в свою очередь инициирующими СРО. Развивается так называемый феномен «снежной лавины», а именно подобное рождает себе подобных. Таким образом, при развитии патологического процесса СРО выступает как неспецифическое патогенетическое звено. Следующим этапом этого процесса является проявление функционального дисбаланса в неферментативном и ферментативном звеньях эндогенной системы АОЗ, которая не справляется с задачами лимитирования содержания активных форм кислорода, свободных радикалов и молекулярных продуктов СРО, что создает условия для формирования «свободнорадикальной патологии» или окислительного стресса. При этом отмечена прямая связь между уровнем активных форм кислорода, свободных радикалов, молекулярных продуктов СРО и выраженностью окислительного стресса. Их избыток приводит к нарушению функционального и структурного состояния клеточных мембран, что является одним из ключевых механизмов в развитии патологии. Следовательно, окислительный стресс необходимо рассматривать как один из механизмов патогенеза целого ряда заболеваний, в том числе и инсульта, при этом в его формировании можно выделить два блока: интенсификацию процесса СРО липидов и белков и функциональный дисбаланс в ферментативном и неферментативном звеньях эндогенной системы АОЗ.

Патологическая роль окислительного стресса при геморрагическом и ишемическом инсультах заключается еще и в том, что свободные радикалы и молекулярные продукты СРО активно взаимодействуют с молекулами, формирующими нейрональные и внутриклеточные биомембраны. Процессы окислительного стресса начинаются с первых минут церебральной сосудистой катастрофы и сохраняются длительно, являясь одним из основных факторов формирования отдаленных последствий инсульта [6—9]. Нарушение метаболических процессов в организме при инсульте является предметом детального изучения, так как процессы СРО занимают центральное место в метаболизме клеток, органов и организма в целом, следовательно, функциональный дисбаланс в процессах СРО с формированием окислительного стресса необходимо рассматривать с позиции метаболических нарушений.

Цель настоящего исследования — изучение динамики параметров интенсивности и степени выраженности СРО липидов и белков, а также показателей активности эндогенной системы АОЗ у пациентов с ГИ и ИИ.

Обследованы 50 больных с ИИ (1-я группа) и 50 больных с ГИ (2-я группа) в возрасте 41—70 лет. Контрольная группа представлена 20 здоровыми соответствующей возрастной категории, которым был проведен аналогичный комплекс биохимических исследований.

Исследование интенсивности СРО липидов и белков и показателей активности эндогенной системы АОЗ проводилось у пациентов в первые 24 ч после развития инсульта. Лабораторное исследование включало определение параметров первичных продуктов СРО липидов: диеновых конъюгатов и кетодиенов, ОЕ/мл×100 (относительные единицы оптической плотности/мл×100). Вторичные продукты СРО липидов представлены малоновым диальдегидом, мкМ/л, а вторичные продукты СРО белков представляют битирозиновые сшивки, ОЕ/мл. Конечные продукты СРО липидов и белков представлены флюоресцирующими основаниями Шиффа, ОЕ/мл×100. Исследование активности эндогенной системы АОЗ неферментативного звена включало в себя следующие показатели: витамин Е, мкМ/л, восстановленный глутатион, мМ/л, общая антиокислительная активность, квант/с×мл. Ферментативные звенья АОЗ представлены следующими маркерами: супероксиддисмутаза, ОЕ/мг, каталаза мкМ/л×мин, глутатионпероксидаза и глутатионредуктаза, мкМ/л×мин.

Для лабораторных исследований использовали цельную стабилизированную кровь, взвесь эритроцитов, концентраты лейкоцитов, сыворотку и плазму крови, полученные общепринятыми приемами. При исследовании крови применяли следующие методики и оборудование: спектрофотометрию, спектрокалориметрию, фотоэлектрокалориметрию и биохимлюменисценцию; использованы приборы: спектрокалориметр Спекол-10 с приставкой для измерения флюоресценции, спектрофлюориметр F-8, спектрофотометр, хемилюминометр, фотоэлектрокалориметр.

Статистическую обработку полученных данных проводили с оценкой достоверности различия выделенных характеристик. По каждому параметру и показателю активности были рассчитаны выборочные средние, а также 95% доверительный интервал для генеральных средних.

Результаты исследования суммированы в табл. 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Кетодиены и диеновые конъюгаты— первичные (нестойкие) продукты СРО липидов. Повышение их параметров (см. табл. 1, 2) свидетельствует об остроте процесса избыточной липопероксидации, а значит указывает на интенсификацию СРО липидов. Малоновый диальдегид— вторичный продукт СРО липидов, повышение параметра которого свидетельствует об избыточной активации СРО липидов. Малоновый диальдегид химически активен и очень токсичен, оказывает повреждающее действие, связанное с нарушением структурно-функционального состояния биомембран, способствует увеличению их проницаемости для Са²⁺, что может играть важную роль в возникновении избытка кальция в клетке и реализации его повреждающего действия для клетки. Битирозин (битирозиновые сшивки) — вторичный продукт СРО белков, аналог малонового диальдегида при СРО липидов, который образуется в результате деструкции тирозина. Повышение концентрации битирозина (см. табл. 1, 2) свидетельствует об интенсификации СРО белков. Флюоресцирующие основания Шиффа— конечный продукт СРО липидов и белков. Увеличение концентрации (см. табл. 1, 2) подтверждает тенденцию к хронизации активации СРО липидов и белков. Вышеперечисленные данные свидетельствуют об интенсификации СРО липидов и белков при ИИ и ГИ.

Анализируя данные, представленные в табл. 3, можно отметить наиболее значимый рост параметров первичных продуктов СРО липидов при Г.И. По вторичному продукту СРО липидов — малоновому диальдегиду более яркая динамика к нарастанию отмечена при ИИ, а также при ИИ отмечено значительное нарастание конечного продукта СРО липидов и белков — оснований Шиффа. Таким образом, при ИИ и ГИ в сравнении с контролем обнаружено увеличение содержания первичных, вторичных и конечных продуктов СРО.

Витамин Е является эффективным «тушителем» синглетного кислорода, акцептором анион-радикала кислорода и «перехватчиком» свободных радикалов. Снижение содержания витамина Е (см. табл. 4 и 5) свидетельствует о дисбалансе в неферментативном звене АОЗ. Восстановленный глутатион— эндогенный антиоксидант, функционирует в качестве субстрата глутатионпероксидазы для антиоксидантной активности, а окисленный глутатион является субстратом для работы глутатионредуктазы. Таким образом, он участвует в реализации работы всего антиперикисного комплекса. Снижение восстановленного глутатиона (см. табл. 4 и 5) свидетельствует о дисбалансе в ферментативном звене АОЗ, так как при уменьшении количества восстановленного глутатиона в крови соответственно снижается активность глутатионпероксидазы, потому что ферменту не хватает субстрата, а значит в конечном итоге нарушается активность всего антиперекисного комплекса. Общая антиокислительная активность — суммарная антиокислительная активность белков, витаминов, эндогенных биоантиоксидантов. Уменьшение ее параметра свидетельствует о дисбалансе в неферментативном звене эндогенной системы АОЗ. Все три вышеперечисленных параметра неферментативного звена (см. табл. 4 и 5) подтверждают наличие второго блока формирования окислительного стресса, а именно, дисбаланс в неферментативном звене эндогенной системы антиоксидантной защиты.

Супероксиддисмутаза относится к ферментативному звену АОЗ, переводит активные формы кислорода в перекись водорода с последующей ее нейтрализацией, что является основным антиоксидантным эффектом фермента. Каталазанейтрализует перекись до воды и водорода. Повышение концентрации этих ферментов (см. табл. 4, 5) свидетельствует об избытке перекиси водорода и активных форм кислорода и подтверждает интенсификацию процессов СРО.

Глутатионпероксидазанейтрализует в организме гидроперекиси. При этом необходимо отметить, что при ИИ имеет место тенденция к снижению концентрации глутатионпероксидазы, тогда как при ГИ отмечен значительный рост ее концентрации почти в 2 раза (см. табл. 4, 5). Изменение этих параметров у пациентов с инсультом подтверждает формирование второго блока окислительного стресса, а именно проявление дисбаланса в ферментативном звене системы АОЗ. Глутатионредуктазаявляется ферментативным звеном системы АОЗ, т. е. субстратом для ее работы является окисленный глутатион, который она переводит в восстановленный. У пациентов с ИИ и ГИ имеет место увеличение концентрации фермента (см. табл. 4, 5), но это увеличение недостаточно, так как активность восстановленного глутатиона остается сниженной.

Сравнительный анализ показателей активности АОЗ в 1-й и 2-й группах подтвердил снижение активности неферментативного звена эндогенной системы АОЗ (см. табл. 6).

Проведенное исследование подтверждает наличие двух блоков формирования окислительного стресса при ИИ и ГИ: интенсификация процессов СРО липидов и белков и функциональный дисбаланс в неферментативном и ферментативных звеньях эндогенной системы АОЗ. Это является патогенетическим обоснованием для назначения в комплексном лечении инсульта антиоксидантов с целью нивелирования интенсивности окислительного стресса. Исследования вышеуказанных показателей и параметров проводились в первые 24 ч развития инсульта, что подтверждает формирование окислительного стресса в первые часы начала заболевания и указывает на необходимость назначения антиоксидантов с первых часов развития инсульта.