Капелько В.И. Институт экспериментальной кардиологии РКНПК МЗ РФ, Москва В последние 10-15 лет проблема патогенеза заболеваний сердца, а также ряда других органов обогатилась раскрытием механизма повреждения клеточных структур. Основным фактором повреждения оказался кислород - тот самый кислород, из-за недостатка которого возникает гибель клеток. Выяснилось, что так называемые активные формы кислорода (АФК), имеющие неспаренный электрон, обладают биологическим эффектом, который в зависимости от концентрации АФК может быть регуляторным или токсическим. Соответственно пробудился интерес и к соединениям, которые в обычных условиях предотвращают токсическое действие АФК - антиоксидантам. Окислительный стресс играет важную, если не ключевую роль в патогенезе старения и широкого спектра сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе кардиомиопатии, атеросклероза, ИБС, клапанных поражений и застойной сердечной недостаточности [1,2]. Поэтому использование антиоксидантов для терапии и профилактике процесса старения и сердечных заболеваний выглядит вполне оправданным. В данном обзоре приведены краткие сведения о роли антиоксидантов в предупреждении окислительного стресса и профилактике сердечных заболеваний, причем число источников заведомо ограничено. Активные формы кислорода Главным источником АФК в клетках являются митохондрии. Обычно примерно 98% всего кислорода, поступающего в клетки, используется для окисления субстратов с образованием АТФ и выделением тепла, и лишь 2% используется в реакциях образования АФК [3], которое может значительно возрастать при усиленном поступлении кислорода в клетки или нарушении работы электронно-транспортной цепи митохондрий. Ю.А. Владимиров [4] выделяет три категории АФК: первичные, вторичные и третичные. Первичные АФК образуются при окислении некоторых молекул и обладают регуляторным или умеренным антимикробным действием. К ним относятся оксид азота NO, обладающий сосудорасширяющим действием, и супероксид ОО-, судьба которого может быть весьма разнообразной. Обычно при помощи специализированного фермента супероксиддисмутазы он превращается в перекись водорода Н2О2 и в дальнейшем - в гипохлорит ClO-. Оба эти соединения используются макрофагами для борьбы с бактериями. При недостаточной нейтрализации супероксида его избыток, взаимодействуя с NO, образует пероксинитрит или переводит трехвалентное железо Fe3+ в двухвалентное Fe2+, которое при взаимодействии с Н2О2, НClО и липоперекисями образует гидроксильный радикал ОН* или липоксильный радикал LO*. Эти радикалы, как и пероксинитрит, представляют категорию вторичных радикалов, именно эта категория обладает сильным токсическим действием вследствие своей способности необратимо повреждать мембранные липиды, а также молекулы ДНК, углеводов и белков. При соединении вторичных радикалов с молекулами антиоксидантов и других легко окисляющихся соединений образуются третичные радикалы. Их роль может быть различной. Для определения концентрации АФК используют электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и метод хемилюминесценции, однако измерение оказывается весьма затруднительным из-за крайне низких концентраций, поэтому на практике используют соединения, позволяющие многократно усиливать сигналы. Для ЭПР это спиновые ловушки, образующие стабильные нитроксильные радикалы, а для хемилюминесценции - так называемые усилители типа люцигенина или люминола [4]. Повреждающее действие АФК на клетки прослеживается в условиях, способствующих их избыточному образованию. Классическим примером может служить реперфузия миокарда после периода ишемии, сопровождающаяся развитием повреждений, сопоставимых по степени с возникшими в результате самой ишемии. Механизм образования АФК при реперфузии, вероятно, обусловлен созданием условий, благоприятствующих образованию вторичных радикалов [3]. Во время ишемии парциальное давление кислорода в кардиомиоцитах резко снижается, и это сопровождается переходом окисленных атомов железа Fe3+ в восстановленные Fe2+, а также повышением активности ксантиноксидазы. Оба эти компонента при появлении в цитоплазме больших количеств кислорода в начале реперфузии резко активируют образование ОН*, и возникающее под действием этого радикала повреждение клеточных структур может приобретать необратимый характер, что вызывает развитие апоптоза. Хорошо известно, что повреждающее миокард действие токсических доз изопротеренола или адриамицина также реализуется посредством усиленного образования АФК. Повреждающее действие могут оказывать все АФК, но наиболее токсичными оказываются вторичные радикалы. Повреждающее действие смеси ксантиноксидазы и пурина на изолированное сердце крысы не проявлялось в условиях, когда на миокард действовал только супероксид, но было сильно выражено в условиях, способствующих образованию вторичных радикалов из Н2О2 [5]. Оно выражалось в 4-кратном снижении скорости развития давления, 3-кратном снижении содержания АТФ, гликогена, набухании митохондрий и дезинтеграции сарколеммы. В наших опытах на том же объекте введение перекиси водорода Н2О2 в постепенно возрастающих концентрациях оказывало обычный отрицательный инотропный эффект на изоволюмическое сердце - снижение развиваемого давления и повышение конечнодиастолического давления (рис. 1). Такой эффект характерен для многих факторов, действие которых сопряжено с нарушением энергообразования в кардиомиоцитах. Однако в отличие от этого спонтанная частота сокращений не снижалась, как можно было ожидать, а напротив, повышалась при введении Н2О2 в умеренных дозах. Принимая во внимание, что активация синусного узла происходит при открытии медленных Са2+ каналов сарколеммы, полученный результат может указывать на повышение кальциевой проницаемости мембран. Рис. 1. Кривые "доза-эффект" при введении Н2О2 в перфузат изоволюмического сердца крыс (n=9) для ЧСС (кружочки), РД (квадраты) и КДД (ромбы). Сердце перфузировали через аорту с постоянной скоростью 14 мл/мин., давление в латексном баллончике постоянного объема характеризовало силу сокращения миокардиальных волокон при постоянной степени их растяжения. Изменения показателей взяты через 10 мин. от начала действия каждой концентрации Н2О2 (M+m). Антиоксидантная система клеток Возникшая в процессе эволюции «побочная» ветвь использования кислорода в силу своей потенциальной опасности для клеточных структур, естественно, нуждалась в достаточном развитии защитных механизмов. Действительно, сейчас известен целый ряд соединений, обладающих антиоксидантными свойствами. Они представлены ферментами и низкомолекулярными соединениями. Последние в зависимости от своей локализации подразделяются на гидрофильные и липофильные (рис. 2). Возникшая в процессе эволюции «побочная» ветвь использования кислорода в силу своей потенциальной опасности для клеточных структур, естественно, нуждалась в достаточном развитии защитных механизмов. Действительно, сейчас известен целый ряд соединений, обладающих антиоксидантными свойствами. Они представлены ферментами и низкомолекулярными соединениями. Последние в зависимости от своей локализации подразделяются на гидрофильные и липофильные (рис. 2). Рис. 2. Схема антиоксидантной защиты клеток Среди гидрофильных соединений в первую очередь следует выделить супероксиддисмутазу (СОД), представляющую первое звено защиты. Этот фермент переводит супероксидный радикал в электронейтральную форму Н2О2. Судьба последней зависит от активности двух ферментов, разрушающих молекулу, - каталазы, образующей Н2О и О2, и глутатионпероксидазы, образующей глутатион. Кроме того, Н2О2 в качестве нейтральной молекулы может покинуть клетку. Помимо ферментных систем, в цитоплазме присутствуют различные низкомолекулярные вещества, также обладающие антиоксидантными свойствами, хотя механизм их действия может быть различным. Так, например, аскорбиновая кислота способна перехватывать электроны и тем самым служить ловушкой радикалов. В отличие от этого дипептид карнозин, присутствующий в мышечных клетках в довольно высокой концентрации, способен связывать катионы железа, снижая тем самым его возможную роль в образовании ОН* [4]. Особенностью перекисного окисления в мембранах следует считать его цепную реакцию с разрушением ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов мембран. Поэтому в мембранах присутствуют собственные липофильные антиоксиданты, среди которых основными являются убихинон и a-токоферол. Убихинон (коэнзим-Q) является обязательным и наиболее подвижным компонентом электрон-транспортных цепей, он участвует в удалении протонов из матрикса митохондрий и последующем освобождении их в межмембранное пространство. В соответствии с общепринятой в настоящее время хемиосмотической моделью Питера Митчелла это обеспечивает сопряжение процессов электронного транспорта и окислительного фосфорилирования. Кроме того, восстановленная форма убихинона благодаря своей способности присоединять электроны служит хорошим антиоксидантом. Антиоксидантная функция убихинона была доказана после того, как снижение содержания убихинона в митохондриях сопровождалось усилением перекисного окисления, а его восстановление - обратным эффектом. Восстановленный убихинон является единственным липидорастворимым антиоксидантом, который синтезируется в клетках животных и человека, а также постоянно регенерируется из окисленной формы с помощью ферментных систем организма. Обе формы убихинона встречаются во всех клеточных мембранах, в плазме крови и липопротеинах низкой плотности. Метаболизм убихинона тесно связан с метаболизмом другого липофильного антиоксиданта - витамина Е, являющегося наиболее эффективным антиоксидантом в миокарде [6]. Убихинон способен регенерировать восстановленную форму витамина Е. Их концентрации в плазме пропорциональны содержанию липопротеинов, в частности, оба антиоксиданта прямо коррелируют с уровнем холестерина [7]. При этом концентрация витамина Е в плазме в несколько раз выше, чем убихинона, а в тканях - ситуация обратная. Средства пищевой профилактики Большинство антиоксидантов поступает в организм с пищей, и широко известные результаты эпидемиологических исследований распространенности сердечно-сосудистых заболеваний в европейских странах являются важным аргументом в пользу антиоксидантной гипотезы. Значительно сниженный уровень этих болезней в странах средиземноморского бассейна, отличающихся особенностями диеты, привлек внимание к анализу ее компонентов. Жители этих стран отличаются повышенным потреблением фруктов, овощей, оливкового масла, рыбы и вина по сравнению с другими европейскими странами. Поскольку почти все эти компоненты содержат антиоксиданты, причем в значительных количествах, возникла идея, что именно они ответственны за снижение риска заболеваемости в этих странах. Поэтому данная гипотеза была подвергнута в последние годы интенсивному изучению на больших контингентах, причем были использованы как натуральные продукты, так и выделенные из них активные антиоксиданты. Отдельные антиоксиданты Наиболее эффективным по своим антиоксидантным свойствам издавна считается витамин Е. Способность витамина Е улучшать иммунный статус у пожилых людей и снижать риск атеросклероза [8] позволяла предполагать, что он может быть полезен для продления жизни. Однако применение у взрослых мышей витамина Е, глутатиона, мелатонина, клубничного экстракта не повлияло на продолжительность жизни, хотя витамин Е и клубничный экстракт достоверно снижали уровень одного из продуктов перекисного окисления в печени. Способность a-токоферола ингибировать переокисление ЛПНП возбудила надежды на его эффективность in vivo по отношению к ИБС. В большом обзоре Pryor [9] рассмотрел результаты 4 клинических исследований, посвященных возможному профилактическому действию на развитие сердечно-сосудистых заболеваний. В трех исследованиях был получен положительный результат, в четвертом изменения были недостоверны. В более поздних обзорах эффективность витамина Е представилась сомнительной [10-12]. В больших целевых исследованиях с применением витамина Е в дозах 300-40