В органических молекулах, из которых состоит наш организм, электроны на внешней электронной оболочке располагаются парами.
Свободные радикалы – это молекулярные частицы, имеющие на внешней электронной оболочке один или несколько непарных электронов, что делает их особенно активными и «агрессивными» (рис.3). Такие молекулы стремятся вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул.
Свободные радикалы постоянно вырабатываются в организме в процессе клеточного обмена веществ (около 5% свободных радикалов – это простые производные кислорода). При нормальном функционировании антиоксидантной системы их избыточное количество нейтрализуется или уничтожается ферментами (дисмутаза, каталаза, пероксидаза). Радикалы, которые «удирают» от упомянутых ферментов, «вылавливаются» в клетке витамином С, а вне клетки – витаминами А и Е.
Рис.3. Свободные радикалы – это молекулярные частицы, имеющие непарный электрон на внешней электронной оболочке
Для обозначения свободных радикалов в России употребляется сокращение «АФК-активные формы кислорода», в Европе – ROS, reactive oxygen species (что означает в переводе то же самое). Название не совсем точное, так как свободными радикалами могут быть производные не только кислорода, но и азота и хлора: оксиды, супероксид, гидрооксид, окись азота, озонид, липидные радикалы, гипохлорит.
Все вышеперечисленные свободные радикалы являются вторичными. Вторичные радикалы оказывают разрушительное действие на клеточные структуры, стремясь отнять электроны у «полноценных» молекул, вследствие чего «пострадавшая» молекула сама становится свободным радикалом (третичным), но чаще всего слабым, не способным к разрушающему действию. Именно образование вторичных радикалов приводит к развитию патологических состояний и лежит в основе канцерогенеза, атеросклероза, хронических воспалений и нервных дегенеративных болезней.
В ряды свободных радикалов также затесались и не радикалы вовсе, а так называемые реактивные молекулы, среди них и наши очень давние знакомые – перекись водорода, например. Традиционно перекись водорода широко применяется в медицине в качестве наружного антисептического средства при первичной обработке ран. В России в последние годы появились работы, рекомендующие прием перекиси водорода внутрь в виде питья или даже внутривенно. Я понимаю положительные стороны такой терапии, хотя перекись водорода и сильный окислитель и свободный радикал – роль ее в организме отнюдь не однозначна. Вернее, не только отрицательна. Об этом свидетельствуют интересные исследования доктора У. Дугласа и практический опыт применения перекиси водорода доктора медицинских наук профессора И. П. Неумывакина. На первый взгляд положительный эффект при приеме перекиси водорода – это парадокс, но парадокс объяснимый. Перекись водорода – это активный первичный свободный радикал. Разрушительное же действие на клеточные стенки в основном оказывают вторичные радикалы, обладающие намного меньшей энергетической активностью. Бактерию или злокачественную клетку они убить не способны, а вот чтобы разрушить клеточную стенку или повредить ДНК, энергии им вполне хватает. Перекись водорода способна сделать и то и другое. Поэтому ее введение в малых количествах и непродолжительное время зачастую оказывает положительный эффект. Время это ограничивается неделями. Потом начинаются осложнения, особенно часто в процесс оказывается вовлечена печень. Кроме того, нельзя забывать, что перекись водорода имеет очень низкий pH, что отрицательно сказывается на желудке и при приеме внутрь может вызвать язву слизистой желудка. Какие факторы вызывают избыточное образование свободных радикалов и нарушение окислительно-восстановительного равновесия в организме?
Избыточное образование свободных радикалов происходит под действием радиационного облучения, но сегодня в благополучных по уровню радиации районах эта причина отходит на второй план.
Другой важной причиной избыточного образования свободных радикалов является применение некоторых лекарственных средств. Подвергаясь всевозможным ферментативным превращениям в организме, молекулы некоторых лекарств теряют свои электроны и превращаются в свободные радикалы.
Одним из самых известных и широко антирекламируемых способов насытить свой организм свободными радикалами является курение: никотин и смолы поражают клетки организма, запуская целый ряд свободнорадикальных реакций.
Распространенными на сегодня причинами избыточного образования свободных радикалов считается плохое состояние окружающей среды. Десятки тысяч агрессивных химических молекул, загрязняющих ее, попадают в организм при дыхании и через кожу, и защититься от их проникновения каким-либо физическим способом невозможно.
Ультрафиолетовое излучение солнца тоже один из мощных источников свободных радикалов. Поэтому с летним солнцем, особенно у моря, надо обращаться очень осторожно и рекомендации врачей загорать с 9.00 до 12.00 и с 16.00 до 18.00 соблюдать обязательно. Сегодня встречается все больше женщин, которые чрезмерно увлекаются искусственным загаром в солярии. Обычно они выглядят старше своего возраста, хотя и уделяют своей внешности много внимания. Кстати, солярным загаром в основном увлекаются женщины из Европы. Их тут называют «курочками гриль». Ультрафиолетовое излучение в солярии не только покрывает кожу искусственным загаром, но буквально на глазах старит ее. Это излучение проникает в клетки кожи, при этом оно настолько мощное, что прямо-таки выбивает электроны из молекул, образующих клеточные мембраны и внутреннюю среду клетки. В результате свободнорадикального окисления молекулы, которые раньше были инертными, вступают в химические реакции. Например, молекулы коллагена, столкнувшись с радикалами кислорода, становятся настолько активными, что способны связываться, «сшиваться» друг с другом. Сшитый коллаген менее эластичен, чем обычный, а накопление таких коллагеновых димеров ведет к старению кожи, появлению морщин. Американские врачи-онкологи, проведя эксперимент с участием более чем 2260 человек, пришли к выводу, что солярии опасны для здоровья человека. Как сообщает агентство HPL, исследователи факультета общественного здоровья Университета Миннесоты и Онкологического центра Масоника заявили, что даже при самых минимальных сеансах искусственного загара, риск возникновения меланомы – быстрорастущего и очень опасного рака кожи – вырастает на 74%.
Завсегдатаи соляриев, на счету которых более 50 часов или 100 сессий загара, сталкиваются с этой болезнью в среднем в три раза чаще своих «бледнолицых» коллег, никогда не получавших искусственный загар. «Мы обнаружили, что, вне зависимости от используемого солярия, риск развития меланомы сохраняется на высоком уровне; безопасного солярия не существует»,– говорится в заявлении одного из руководителей исследовательской группы, Диэнн Лазович. Она подчеркнула, что вероятность появления болезни практически не связана с возрастом, в котором человек начинает ходить в солярий. «Мы также пришли к выводу – и это новые данные,– что риск развития меланомы связан с количеством времени, проводимого в солярии, а не с возрастом»,– заметила Лазович.
Доказано мощное влияние стресса на активацию свободнорадикальных процессов. Гормоны стресса – адреналин и кортизол – при неблагоприятных жизненных ситуациях вырабатываются в повышенных количествах, нарушая питание и нормальное дыхание клетки, что моментально приводит к накоплению и распространению свободных радикалов во всем организме.
Главным же источником свободных радикалов на сегодняшний день являются наши продукты питания и напитки, которые мы пьем. Изменения условий жизни человека привели к тому, что факторов, повышающих концентрацию свободных радикалов в организме, становится все больше, а антиоксидантов в нашей пище – все меньше.
Многие из вышеперечисленных факторов нам неподвластны, что-то мы и не хотим менять, но многое мы все же в силах изменить. Во всяком случае, знать своих «врагов» в лицо мы просто обязаны. Что повреждают свободные радикалы и к каким заболеваниям ведут эти повреждения
Реакции с участием свободных радикалов могут повреждать ДНК клетки, липиды или белки.
Повреждение ДНК свободными радикалами – причина рака и инфаркта
Излюбленной мишенью свободных радикалов является ДНК – кислота, обеспечивающая хранение и передачу генетической программы.
Рис.4. Повреждение клетки свободными радикалами
(а — нормальная клетка, б – свободные радикалы атакуют клетку, в — поврежденная клетка)
ДНК – это индивидуальная сжатая, зашифрованная запись всех данных человеческого организма. В ней содержится полная информация и о той клетке, в которой молекула ДНК находится, и об устройстве и потребностях других клеток организма. Молекулы ДНК содержат информацию о вашем росте, весе, цвете глаз, о вашем давлении и болезнях, к которым вы предрасположены.
Молекула ДНК – объект для свободных радикалов весьма привлекательный. Подсчитано, что ДНК подвергается нападению свободных радикалов до 10 ООО раз в день.
Когда свободные радикалы атакуют ДНК, которая хранит всю информацию, позволяющую существовать нашему организму, происходит нарушение генетического кода клетки. Нарушение генетического кода в лучшем случае делает клетку бесполезной, не способной выполнять свои функции, в худшем – происходит накопление мутаций, обусловленных свободнорадикальным окислением, что ведет к перерождению клетки, превращению ее в онкологическую, злокачественную. Именно с повреждением структур ДНК свободными радикалами связывают в настоящее время развитие рака.
Окисление липидов свободными радикалами вызывает глаукому, катаракту, цирроз, ишемию
Любимыми мишенями свободных радикалов являются также легко окисляющиеся жиры и жироподобные вещества – липиды, и в первую очередь – ненасыщенные жирные кислоты, из которых состоит мембрана клетки. Такое окисление называется перекисным окислением липидов.
Перекисное окисление липидов приводит к драматическим последствиям в организме – дестабилизации и нарушению барьерных функций мембран, в результате чего развиваются катаракта, артрит, ишемия, нарушения микроциркуляции в тканях мозга.
Головной мозг особо чувствителен к гиперпродукции свободных радикалов и окислительному стрессу, так как в нем содержится множество ненасыщенных жирных кислот, таких как, например, лецитин. При их окислении в мозге повышается уровень липофусцина. Это один из пигментов изнашивания, избыток которого ускоряет процесс старения.
Научные исследования показали, что у пациентов с инфарктом миокарда концентрация окисленного холестерина (ХНП) явно выше, чем у здоровых людей. (Holvoet Р., Vanhaecke J., Janssens S., Van de WerfF. and Collen D. Oxidized LDL and malondialdehyde-modified LDL in patients with acute coronary syndromes and stable coronary artery diseases. Circul 98:1487–1494, 1998.)
Окисление липидов играет большую роль в развитии хронических заболеваний печени (гепатита, цирроза).
Связанное с перекисным окислением липидов окисление белков и образование белковых агрегатов в хрусталике глаза заканчивается его помутнением, что ведет к развитию диабетической и старческой катаракты.
Свободные радикалы разрушают легкие
В отличие от других органов легкие непосредственно подвергаются действию кислорода – инициатора окисления, а также оксидантов, содержащихся в загрязненном воздухе (озона, диоксидов азота, серы и т.д.). В ткани легких в избытке содержатся ненасыщенные жирные кислоты, которые оказываются жертвами свободных радикалов. На легкие прямо воздействуют оксиданты, образующиеся при курении. Легкие подвергаются воздействию микроорганизмов, содержащихся в воздухе. Микроорганизмы активируют фагоцитирующие клетки, которые выделяют активные формы кислорода, запускающие процессы свободнорадикального окисления.
Поражение сердечно-сосудистой системы
В последних научных публикациях все больше отмечается роль свободных радикалов в повреждении эндотелиальных клеток и нарушении сосудистой стенки. Повреждение эндотелия стенки сосудов – прямой путь к атеросклерозу. Изменения молекул мембран клеток, вызванные атакой свободных радикалов, оказывают разрушительное воздействие на сердечно-сосудистую систему: компоненты крови становятся «липкими», стенки сосудов пропитываются липидами и холестерином, в результате возникают тромбоз, атеросклероз и другие заболевания.
Свободные радикалы и сахарный диабет
Экспериментально доказано, что свободные радикалы могут являться как первичными факторами, провоцирующими развитие сахарного диабета, так и вторичными факторами, усугубляющими течение диабета и вызывающими его осложнения.
Свободные радикалы и болезни суставов
Свободные радикалы способны разрушать вещества, входящие в состав синовиальной жидкости суставов. Эти вещества называются протеогликаны. Вместе с волокнами коллагена и эластина, протеогликаны образуют основное вещество соединительной ткани и синовиальной жидкости. Их повреждение приводит к развитию ревматоидного артрита и синусоидитов.