Окислительный стресс. Причина заболеваний

Что такое окислительный стресс?

Здоровье человека в современном мире постоянно подвергается различным вредным факторам, в результате чего возникают хронические заболевания, аллергии и преждевременное старение. Одним из главных угроз XXI века для человека является «Окислительный стресс».

Наука доказала, что окислительный стресс является причиной заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, онкологические, метаболические, дегенеративные, воспалительные и многие другие.

Так что же такое окислительный стресс, почему он возникает, какие имеет последствия и какие существуют способы снижения окислительного стресса? Читать дальше

Для начала нужно понять, что такое окислительный стресс и почему он возникает.

Окислительный стресс – это процесс повреждения активными формами кислорода (АФК или ROS) различных клеток и органов у живых организмов.

Окислительный стресс происходит, когда внутренняя антиоксидантная система не справляется со своими задачами по снижению АФК, в результате чего происходит повреждение клеток и тканей.

Активные формы кислорода — это свободные радикалы, которые в процессе некоторых метаболических реакций лишаются одного парного электрона и в процессе поиска недостающего электрона стараются отобрать его у клеток и тканей окисляя при этом каждое соединение. Основные цели для АФК — это белки, нуклеиновые кислоты, липиды, клеточные мембраны и ДНК.

Поэтому при сильном окислительном стрессе, разрушаются необходимые организму соединения.

Подробнее о свободных радикалах

Почему возникает окислительный стресс?

Жизнедеятельность организма поддерживается за счет окислительно – восстановительных реакций, где должен соблюдаться баланс между окислением и восстановлением. Окислительный стресс возникает, когда образование АФК в системе организма превышает способность организма нейтрализовать их.

Дисбаланс окислительно-восстановительных реакций возникает при чрезмерном образовании АФК или при нарушении внутренней антиоксидантной системы организма.

Почему образуются токсичные АФК и как снизить их образование?

Кислород является необходимым элементом для жизнедеятельности, однако в определенных ситуациях он преобразуется в токсичные формы, что приводит к повреждению клеточной ДНК, белков и липидов. Известно, что 2-4% вдыхаемого кислорода преобразуются в агрессивные формы, которые закисляют организм. Кроме вдыхаемого кислорода, свободные радикалы возникают из-за неправильного образа жизни, плохой экологии, вредных привычек и других внешних факторов.

Основными причинами образования АФК являются:

• Загрязненная экология. Крупные города, мегаполисы, вредные предприятия и фабрики имеют непосредственное влияние на загрязнение воздуха, которым мы ежедневно дышим, что увеличивает создание АФК.
• Вредные привычки. Алкоголь, курение, наркотические вещества наносят огромный вред организму и в тоже время образуют большое количество свободных радикалов (АФК)
• Стрессы и нервные срывы. Эмоциональный стресс влияет на выработку адреналина и других ферментов, которые при переизбытке могут приводить к сбоям в работе системы организма, в результате производится переизбыток АФК.
• Нарушение метаболизма. При нарушении обмена веществ, происходят различные сбои в работе органов и систем. Все это мешает стабильной выработке антиоксидантных ферментов.
• Вредное питание. Потребление в пищу животных жиров, консервантов, полуфабрикатов, газированных напитков не дают организму достаточных питательных веществ, в результате происходит сбой в метаболизме и увеличиваются окислительные реакции.
• Радиация. Радиоактивное облучение тела может вызвать повреждение многих клеток и тканей органов. В процессе радиоактивного облучения происходит ионизация, воспаление, разрыв химических связей молекулярной структуры и нарушение обмена веществ. В процессе радиолиза воды в организме образуются гидроксильные радикалы ( ∙OH – самая агрессивная форма радикалов), что приводит к окислительному стрессу.

Очень важно сбалансировать свое питание и образ жизни, чтобы организм получал достаточное количество антиоксидантов и полезных веществ для поддержания внутренней антиоксидантной системы.

К чему приводит окислительный стресс?

Окислительный стресс связывают с образованием более 80 видов заболеваний и патологий, что подтверждают многие публикации в международных журналах, количество которых с каждым годом увеличивается.

! Такое большое влияние на многие заболевания связаны с тем, что в каждой живой клетке организма есть митохондрии, которые образуют АФК и соответственно окислительный стресс может возникнуть в любом органе человека.

В группе риска окислительного стресса находится каждый 2-й человек старше 30 лет. Чрезмерное образование свободных радикалов и малое получение антиоксидантов приводит к разрушению клеток и тканей, в результате создается среда для возникновения заболеваний разных типов от воспалительных до хронических. При этом чем старше становится человек, тем больше закисляется организм, чаще возникают хронические нарушения и ускоряется старение.

Клинические исследования показали, что из-за сильного окислительного стресса, вызванного свободными радикалами, возникают заболевания, такие как онкологические, сердечно-сосудистые, метаболические, дегенеративные, воспалительные и многие другие.

Заболевания, связанные с оксидативным стрессом из-за АФК:

Любой орган или система могут подвергаться окислительному стрессу. Далее мы расскажем Вам о причинах и механизмах развития некоторых заболеваний и покажем связь с окислительным стрессом

Старение организма

Старение — это прогрессирующая потеря функции тканей и органов с течением времени. Существует свободно радикальная теория старения организма. Теория основана на том, что возрастные повреждения функциональных органов обусловлены накоплением окислительного разрушения биологических молекул (белков, липидов, мембран клеток и ДНК).

Обновления всех клеток и тканей в организме происходят благодаря недифференцированным стволовым клеткам, однако при повышенном содержании АФК их запасы истощаются. Поэтому для запуска процесса самообновления стволовых клеток необходимы низкие уровни АФК, чтобы внутренняя антиоксидантная система самостоятельно справлялась с окислительными реакциями.

Точный механизм старения из-за окислительного стресса до конца не раскрыт, но вероятно, что повышение уровня свободных радикалов разрушают физиологический механизм клеток, в результате регуляторная функция клеток нарушается и клетки стареют.

Сердечно-сосудистая система.

Свободные радикалы окисляют многие клеточные структуры, в том числе липиды, вызывая явление, известное как перекисное окисление липидов. Интенсивность перекисного окисления липидов регулируется соотношением факторов, активирующих (прооксиданты) и подавляющих (антиоксиданты) этот процесс. Именно поэтому во избежание развития серьёзных заболеваний необходимо позаботиться об антиоксидантах!

Известно, что атеросклероз играет ключевую роль на влияние сердечно-сосудистых заболеваний, провоцируя развитие инфаркта, гипертонии, инсульта.

Молекулярных причин, приводящих к развитию атеросклероза очень много, к примеру, нарушение структуры липопротеинов низкой плотности ЛПНП или ЛПНП-рецепторов происходит в результате действия цитотоксических АФК. При перекисном окислении липидов образуются изменения белкового или липидного компонента.

Такие измененные ЛПНП, нагруженные холестерином, захватываются клетками иммунной системы (макрофагами) и проникают между клетками эндотелия сосудов в интиму, где разрушаются. В этих местах накапливается холестерин, который является началом образования атеросклеротической бляшки.

Кроме того, развитие окислительного стресса способствует дисфункции эндотелия сосудов при старении, что делает сосуды более тонкими и слабыми.

Онкологические заболевания

При окислительном стрессе происходит повреждение липидов и молекул ДНК, что приводит к нарушениям в генетическом коде клетки т.е. к мутации клетки. При нарушении иммунитета атипичные клетки, которые борются с мутациями, начинаю размножаться и в результате формируется опухоль.

Хроническое воспаление свободными радикалами также связывают с процессом образования новых кровеносных сосудов у раковых клеток (ангиогенез). В исследованиях отмечается возрастное увеличение риска развития рака, это связано с тем, что в течении жизни накапливаются поврежденные ДНК, вызванные свободными радикалами ROS.

В связи с этими данными окислительный стресс и хроническое следует рассматривать как факторы высокого риска развития рака, особенно у пожилых людей.

Исходя из этих аналогий, следует порекомендовать пожилым людям потреблять более высокие антиоксидантные соединения.

Ожирение

Ожирение-это фактор развития многих заболеваний, таких как сахарный диабет второго типа, гипертоническая болезнь, атеросклероз.

Комплекс заболеваний, причина которых увеличение массы жировой ткани, объединяется в понятие «метаболический синдром»

Окислительный стресс провоцируется выработкой фактора некроза опухоли — альфа у людей с ожирением.

Накопление жировой ткани связаны с усилением окислительного стресса. В исследованиях была установлена взаимосвязь биомаркеров и конечных продуктов оксидативного стресса с индексом массы тела (ИМТ). Предполагается, что сами АФК могут увеличивать образование клеток жировой ткани (гиперпластический тип ожирения).

Это доказывает существование значительной связи между образованием АФК, окислительным стрессом и ожирением.

Сахарный диабет 2 типа

Сахарный диабет второго типа – инсулиннезависимый, развивается вследствие недостаточности эффектов инсулина.

При диабете 2 типа организм недостаточно вырабатывает инсулин или клетки игнорируют инсулин. Инсулин необходим для организма, чтобы иметь возможность использовать глюкозу для получения энергии. Из-за недостатка инсулина происходит повышение внутриклеточной глюкозы, которая в свою очередь приводит к увеличенному образованию свободных радикалов. В итоге чрезмерное образование АФК начинает преобладать над антиоксидантной системой, что приводит к сильным окислительным повреждениям клеток и тканей.

Метаболический синдром напрямую связан с повышенным образованием свободных радикалов и снижением антиоксидантной системы, что приводит к снижению эластичности артерий, поражению сосудов мозга, сердца, нижних конечностей — микро и макроангиопатиям.

Точный механизм влияния окислительного стресса на ускорение развития осложнений при диабете, еще мало изучен. Однако доказано, что окислительный стресс при диабете 2 типа или хронической гипергликемии влияет на протромбические реакции, которые приводят к осложнениям сердечно-сосудистых заболеваний. Повреждения диабета можно рассматривать как окислительно-повреждающие эффекты тканей и сосудов.

Ревматоидный артрит

Ревматоидный артрит – это системное воспалительное соединительной ткани с поражением суставов. Оно относится к группе аутоиммунных заболеваний, то есть заболеваний, вызванных паталогической выработкой клеток (антител), атакующих клетки здоровых тканей организма, что провоцирует развитие воспаления.

Этиология ревматоидного артрита в полной мере не изучена, считается, что гидроксильный радикал участвует в его патогенезе, что доказывает необходимость бороться с окислительным стрессом в лечении этого заболевания

В результате активной работы иммунной системы образуются АФК, их действие подтверждается обнаружением в крови и суставной жидкости накопления биомаркеров окислительного стресса (8-OHdG)

Как и в описании предыдущих патологий, в этом случае мы также хотим обратить Ваше внимание на фактор некроза опухолей – альфа, АФК запускают процесс синтеза фактор некроза опухолей, клетками иммунной системы

В настоящее время уже существуют доказательства того, что антиоксидантная терапия с применением молекулярного водорода эффективна: отмечено противовоспалительное действие за счёт подавления фактора некроза опухолей, следствием чего считается снижение биомаркеров окислительного стресса.

Нейродегенеративные заболевания

Это большая группа заболеваний, связанная с медленной гибелью определенных групп нервных клеток и дегенерации нервной ткани

К заболеваниям этой группы относятся:

• Болезнь Альцгеймера
• Болезнь Паркинсона
• Рассеянный склероз
• Болезнь Гентингтона

Деменция и когнитивные нарушения сильно влияют на качество и продолжительность жизни пожилых людей, что приводит к потере памяти, нарушению движения или полная неспособность двигаться. Окислительный стресс, вызванный воспалением, ишемией или реперфизией, играет ключевую роль в возникновении и развитии деменции.

Для того, чтобы защитить клетки нервной ткани от разрушающего действия цитотоксических форм кислорода, необходимо сократить их число, путем активации антиоксидантной системы организма.

Например, при болезни Паркинсона нарушение работы энергетических станций клеток –митохондрий и связанный с этим окислительный стресс являются основными причинами потери дофаминергических клеток, вырабатывающих дофамин (недостаток которого- причина развития заболевания) в черной субстанции головного мозга.

Соответственно, устранив окислительный стресс, клетки головного мозга будут реже подвергаться повреждению, что замедлит развитие и прогрессирование нейродегенеративных заболеваний.

Хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ)

Это прогрессирующее заболевание дыхательных путей, характеризующееся ограничением воздушного потока, вызнанным воспалительной реакцией в лёгких.

Хроническая обструктивная болезнь лёгких развивается медленно, на начальных этапах характеризуется появлением отдышки, хронического кашля и отделения мокроты.

К основным факторам, провоцирующим данную патологию, относятся курение сигарет, так как более 90% людей с ХОБЛ- курильщики, и окислительный стресс, объясняющий воспаление в тканях лёгких. Доказано, что воздействие сигаретного дыма помимо повреждения тканей всего организма в результате неадекватной функции лёгких увеличивает производство супероксида (одна из активных форм кислорода)

Продукция ROS в результате митохондриального дыхания приводит к увеличению транскрипции генов некоторых воспалительных цитокинов, а также это приводит к активации клеток иммунной системы –фагоцитов

Воспаление в определенном органе и окислительный стресс – это циклические процессы, ведь увеличение медиаторов воспаления и циркуляция клеток иммунной системы провоцирует всё большее образование ROS, путём активации ферментов, генерирующих радикалы.

Язва желудка

Язва желудка – это глубокий воспалённый дефект слизистой оболочки и подслизистого слоя в особых случаях. Помимо микроорганизма Helicobacter pylori воспаление слизистой оболочки вызывает окислительный стресс.

Активные формы кислорода, особенно гидроксильный радикал (*OH) разрушают клетки, провоцируют их апоптоз и некроз (гибель клеток)

Одним из ферментов, запускающих клеточный апоптоз является каспаза -3, блокировать активность и количество которого удаётся с помощью антиоксидантной терапии. В настоящее время уже были проведены исследования, доказавшие, что необходимо бороться с окислительным стрессом в лечении язвенной болезни желудка, т.к.

• Удаётся восстановить антиоксидантный потенциал тканей
• Снизить содержание биомакркеров окислительного стресса
• Уменьшение повреждений слизистой оболочки, связанных с окислительным стрессом
• Увеличение Bcl-xl, благодаря которому клетка непроницаемы для сигнальеных молекул апоптоза

Цирроз печени

Цирроз печени – это патологический процесс, поздняя стадия различных воспалительных заболеваний печени, например, гепатита. В результате повреждения и воспаления клеток печени часть из них погибает, как известно, на месте погибших клеток печени разрастается соединительная ткань. (фиброз печени)

Фиброз печени – следствие хронических заболеваний. Активные формы кислорода участвуют в повреждении гепатоцитов (клеток печени).

Ингибирование действия Антимицина А усиливает образование свободных радикалов, в частности супероксида и гидроксильного радикала, то есть способствует развитию окислительного стресса. Необходимо активировать антиоксидантный потенциал организма, для того, чтобы остановить воспаление и снизить скорость замещения клеток печени клетками рубцовой тканью.

Цирроз печени, к сожалению, полностью победить нельзя, но притормозить на ранних стадиях можно. Победив окислительный стресс, удастся остановить образование АФК и их разрушительного действия.

Контраст-индуцированная нефропатия

Контраст-индуцированная нефропатия – это ухудшение функций почек,. Вызвано введением рентгеноконтрастных препаратов, необходимых для радиологических методов исследований.

Точный механизм токсического действия рентгенконтрастных средств неизвестен, но предполагается, что он обусловлен сочетанием сужения просвета почечных сосудов и цитотоксическими эффектами, вызванными окислительным стрессом, в связи с образованием активных форм кислорода. АФК (ROS) провоцируют развитие острого тубулярного некроза (заболевание почек, характеризующееся острым поражением и дисфункцией канальцевых клеток почек)

Было доказано, что методы терапии, направленные на лечение окислительного стресса эффективны, т.к. удаётся снизить воспаление и разрушение клеток АФК, что помогает облегчить тяжесть контраст-индуцированная нефропатии:

Результаты исследований эффективности атиоксидантной терапии:

• Снижение некроза почечных клеток
• Снижение образования фермента, регулирующего разрушение клеток –каспаза-3
• Понижение количества основного биомаркера окислительного стресса ( 8-OHdG) в почечных клетках
• Повышение фильтрующей способности почек – повышение клиренса креатинина (то есть нормализована работа почек фильтровать кровь и выводить продукты обмена)

Колит

Колит – это воспаление слизистой оболочки толстого кишечника. Если воспаление локализуется и в толстом, и в тонком кишечнике, оно называется энтероколит. Лечение колита направлено на устранение причин воспаления, вызванного продукцией воспалительных цитокинов в результате окислительного стресса.

Развитие окислительного стресса приводит к свободнорадикальному повреждению кишечника.

Морфологические исследования толстого кишечника организма, подверженного окислительному стрессу показали:

• Признаки деструкции эпителиальных клеток толстого кишечника (колоноцитов) : клетки не имеют чётких контуров , заполнены крупными вакуолями ,плотная упаковка генетического материала в ядре ( конденсация хроматина )
• Наблюдается увеличение собственной пластинки слизистой оболочки из-за отёк межклеточного вещества
• Нарушение проницаемости стенки толстой кишки
• Дефицит АТФ в результате нарушения работы митохондрий

Воспаление, вызванное окислительным стрессом, провоцирует функциональные нарушения клеток, в результате нарушается транспорт веществ через стенку толстого кишечника, что является одной из основных функций органа.

Эти признаки указывают на серьёзные метаболические изменения и гибель клеток толстого кишечника по механизму апоптоза.

Итог окислительного стресса

На клеточном уровне окислительный стресс проявляется различными метаболическими нарушениями:

• Ишемия в поражённой области – локальное снижение кровотока из-за повреждения сосудов АФК в ходе перекисного окисления липидов
• Нарушение клеточной рецепции – неспособность воспринимать сигналы и выполнять свои функции
• Нарушение окислительно-восстановительного потенциала клеточной мембраны , из-за накопления недоокисленных продуктов
• Клетка закисляется и развивается метаболический ацидоз ( сдвиг ph цитоплазмы клеток в кислую сторону)
• Включение механизмов программированной клеточной гибели – апоптоза

В настоящее время окислительный стресс считается базовым фактором в развитии множества заболеваний . При длительном влиянии окислительного стресса происходит истощение защитных антиоксидантных механизмов клеток, поэтому рано или поздно АФК приводят к гибели клеток и тканей.

Как снизить окисление и воспаление?

Воспаление – это следствие окислительного стресса. Предотвратить поражения , наносимые оксидантами — активными формами кислорода (ROS) возможно исключительно с помощью веществ, останавливающих окисление- антиоксидантов.

Антиоксиданты нейтрализуют свободные радикалы, прерывая цепную реакцию окисления молекул (липидов, белков, ДНК и др.). Результатом их действия является преобразование активных радикалов (АФК) в малоактивные радикалы и замедление процесса окисления из-за сокращения АФК.

Выделяют три типа антиоксидантов:

• Ферментативные (АОФ – антиоксидантные ферменты) – каталаза, супероксиддисмутаза, пекроксидазы- это ключевая часть антиоксидантной системы организма (называются внутренними, т.к. синтзируются организмом самостоятельно .)
• Неферментативные – это аскорбиновая кислота (вит С), витамин Е, провитамин А и др., содержащиеся в пище (внешняя часть антиоксидантной системы)
• Биоактивные добавки – капсулы с высоким содержанием антиоксидантов. В настоящее время все большие обороты набирает молекулярный водород, обладающий высоким терапевтическим потенциалом за счёт сильных противовоспалительных и антиоксидантных свойств.

Начать борьбу с оксидативным стрессом совсем не сложно! Для начала стоит включить в свой рацион продукты, снабжающие нас неферментативными антиоксидантами: Ягоды ( клюква, черника, виноград, смородина) , орехи ,зеленый чай.

Нейтрализация свободных радикалов будет эффективной, если употреблять здоровую пищу, тем самым мы помогаем естественной антиоксидантной системе организма предотвращать развитие воспаления под действием ROS.