2. Действие антиоксидантов при нарушениях мозгового кровообращения

При ишемических и гипоксических поражениях мозга происходят комплексные функционально-метаболические нарушения, в которых ведущую роль играет снижение уровня макроэргов - аденрзинтрифосфата и креатинфосфата. Изменение функций дыхательной цепи митохондрий начинается на субстратном участке, где происходит сначала усиление, а затем резкое снижение функциональной активности НАД-Н-зависимого пути окисления, приводящее к нарушению переноса электронов на участке НАД-Н-коэнзим-Q и сопряженного с ним процесса окислительного фосфорилирования. Несмотря на нарушение активности НАД-зависимого окисления, на ранней стадии внутриклеточная концентрация макроэргов снижается незначительно, поскольку активируются альтернативные компенсаторные метаболические потоки, главным образом, сукцинатоксидазный путь окисления. В более жестких условиях гипоксии блокируется терминальный цитохромный участок дыхательной цепи митохондрий. Таким образом, изменение метаболических потоков является одним из наиболее ранних признаков ишемии и гипоксии мозга. Изменения в содержании макроэргов коррелируют со значительными нарушениями параметров жизнедеятельности клеток, например, способности окислять энергетические субстраты даже при наличии их в среде.

В процессе ишемии отмечаются изменения и в гликолитическом пути образования АТФ. Усиление гликолиза является альтернативным окислительному фосфорилированию компенсаторным процессом. Вначале происходит активация гликолиза и накопление молочной кислоты. Однако, даже когда гликолиз поставляет до 80% всей образующейся энергии, он удовлетворяет потребности обмена клеток лишь на одну треть; если причины ишемии не устраняются, то наступает торможение гликолиза. Повреждение системы транспорта АТФ часто опережает нарушение его образования, вызывая разобщение синтеза и утилизации АТФ, объясняя возможность возникновения необратимых повреждений клеток мозга на фоне довольно высокого уровня АТФ. Наряду с угнетением синтеза АТФ при ишемии нарушается транспорт и утилизации этого макроэрга, что является ранним и тяжелым симптомом ишемии, поскольку значительная часть АТФ, синтезированного в митохондриях, утилизируется энергозависимыми системами, расположенными вне митохондрий. В то же время потребление энергии снижается по времени позднее, чем активность систем, продуцирующих АТФ. Такое превалирование расхода энергии над генерацией богатых энергией соединений приводит при ишемии к раннему снижению запаса депонированного АТФ в клетках и позднему восстановлению в постишемическом периоде. Энергодефицит является причиной подавления синтетических восстановительных процессов.

Другим фактором, имеющим особое значение при ишемии и вторичной церебральной гипоксии, являются продукты свободнорадикальных реакций. Увеличение степени восстановления переносчиков дыхательной цепи и наличие высоких концентраций кислорода в окружающей среде создают особо благоприятные условия для их образования. Источником генерации радикальных частиц служат либо митохондриальные ферменты, либо НАД-Н-оксидаза наружной митохондриальной мембраны, не связанная с дыхательной цепью. Под воздействием окислительного стресса резко возрастает проницаемость мембранных структур митохондрий, саркоплазматического ретикулума и лизосом путем изменения свойств липидов. Кроме того, в норме, оксидантная система служит целям дезинтоксикации экзогенных и эндогенных токсинов, а в условиях ишемии активация антиоксидантной системы ведет к нарастанию выраженности эндотоксикоза со вторичным повреждением мембран и постишемического отека мозга.

В процессе ишемии вследствие энергодефицита снижается активность ферментов антиоксидантной защиты: супероксиддисмутазы, связанной с восстановлением кислорода до перекиси водорода, каталазы (восстановление перекиси водорода до воды) и глутатионпероксидазы (нерадикальное разложение перекиси водорода и органических перекисей). Одновременно уменьшается количество практических всех водо- и жирорастворимых антиоксидантов.

Головной мозг весьма чувствителен к гиперпродукции свободных радикалов, к так называемому "окислительному стрессу", так как все факторы, ему препятствующие, находятся в крови и в условиях ишемии не достигают нейрональных структур, в которых на фоне колоссального энергопотребления обнаруживается наиболее высокое во всем организме содержание фосфолипидов - главного субстрата перекисного окисления, активирующегося при ишемии, олеиновой кислоты, железа, низкое содержание витамина А, отсутствие каталазы и церулоплазмина. В силу этих причин, именно окислительный стресс, ведущий к гиперпродукции свободных радикалов и деструкции мембран, в результате активации фосфолипазного гидролиза, играет в патогенезе ишемии мозга особенно значимую роль. Так, основным фактором, повреждающим митохондриальные, плазматические и микросомальные мембраны, является высокоактивный гидроксильный радикал ОН. Повышенная продукция свободных радикалов, инициируемая арахидоновой кислотой при ишемии мозга, является одной из причин длительного спазма сосудов и срыва церебральной ауторегуляции, а также прогрессирования постишемического отека и набухания за счет дезинтеграции нейронов и повреждения мембранных насосов.

Фармакологическая коррекция энергетических нейрональных нарушений, вызванных ишемией и гипоксией, должна включать либо восстановление НАД-зависимого участка, либо активацию альтернативных НАД-оксидазному пути метаболических потоков, обеспечивающих поступление электронов на терминальный цитохромный участок и поддерживающий способность к образованию энергии.

Наиболее быстрым альтернативным путем коррекции гипоксии является сукцинатоксидазное окисление. Активация сукцинатоксидазного окисления достигается через повышение активности сукцинатдегидрогеназы и улучшения проникновения экзогенного сукцината в митохондрий клетки. Таким образом, наиболее эффективным путем коррекции гипоксических нарушений в организме является комплексная активация дыхательной цепи: активация альтернативного сукцинатоксидазного окисления, стимуляция НАД-зависимого окисления и подавление радикальных процессов в клетке. В условиях гипоксии при резком снижении активности НАД-зависимых ферментов цикла Кребса, остро встает необходимость активации альтернативных НАД-метаболических потоков, и, прежде всего, окисляющего янтарную кислоту сукцинатдегидрогеназного (СДГ) шунта.

В процессе функционирования биологических объектов вырабатываются вещества из групп радикалов, обладающие антиоксидантным действием, которые называют стабильными радикалами. Стабильные радикалы, появляющиеся в биологических объектах, правильнее было бы называть условно стабильными. Такие радикалы не способны отрывать атомы водорода от большинства молекул, входящих в состав клетки. Но они могут совершать эту операцию с особыми молекулами, имеющими слабо связанные атомы водорода. Последний класс химических соединений получил название антиоксидантов, поскольку механизм их действия основан на торможении свободнорадикальных процессов и тканях. Время жизни таких радикалов достаточно велико. В отличие от нестабильных свободных радикалов, оказывающих повреждающее действие на клетки, стабильные свободные радикалы тормозят развитие деструктивных процессов. Существующая в организме физиологическая антиоксидантная система представляет собой совокупную иерархию защитных механизмов клеток, тканей, органов и систем, направленных на сохранение и поддержание в пределах нормы реакций организма, в том числе, в условиях ишемии и стресса. Она включает систему внутриклеточных антиокислительных ферментных систем, противодействующих окислительному стрессу и обезвреживающих активные формы кислорода.

К антиокислительным внутриклеточным ферментам относятся, прежде всего, супероксиддисмутаза, осуществляющая инактивацию супероксидного радикала, и каталаза, разлагающая пероксид водорода.

Однако, перекисное окисление липидов в фосфолипидных структурах биологических мембран плохо устраняется системой супериксиддисмутаза - каталаза. Детоксикация в этих структурах осуществляется, главным образом, ферментами системы глутатиона, прежде всего глутатионредуктазой, глутатионпероксидазой и глутатионтрансферазой. Наряду с антиоксидантными ферментами к числу высокомолекулярных антиоксидантов следует отнести также сывороточный альбумин, гаптоглобин, трансферрин, ферритин, связывающие высокоактивные ионы, но слабо проникающие через мембраны.

Активность СР ограничивается антиоксидантами, которые разрывают цели молекул при реакциях СРО и разрушают молекулы перекисей. К числу ферментных антиоксидантов относятся супероксиддисмутаза, глютатионпероксидаза, каталаза, находящиеся в клеточных структурах. Неферментные антиоксиданты - витамины Е, К, С, убихиноны, триптофан, фенилаланин, церулоплазмин, трансферрин, гаптоглобин, глюкоза, каротиноиды, флаваноиды - блокируют активность СР в крови. Изменения структуры и функции субстратов, на которые действуют СР, зависят, в конечном счете, от соотношения активности СР и антиоксидантов.

Контроль свободнорадикального окисления в головном мозге осуществляется также некоторыми нейропептидами. Так, введение АКТГ вызывает длительное снижение продуктов псрекисного окисления липидов (ПОЛ) в мозге и крови и активирует супероксидперехватывающие системы головного мозга. Основные механизмы действия антиоксидантов основаны на стимуляции естественных ферментных систем.

Известные к настоящему времени биологические и химически синтезированные антиоксиданты подразделяются на жирорастворимые и водорастворимые.

Жирорастворимые антиоксиданты локализуются там, где расположены субстраты - мишени атаки свободных радикалов и пероксидов, наиболее уязвимые для процессов псрекисного окисления биологические структуры. К числу таких структур относятся, прежде всего, биологические мембраны и липопротеины крови, а основными мишенями в них являются ненасыщенные жирные кислоты. Среди жирорастворимых антиоксидантов наиболее известен a-токоферол, который, взаимодействуя с гидроксильным радикалом ОН, оказывает подавляющее влияние на синглетный кислород. Концепция антиоксидантного действия a-токоферола была сформулирована Tappel A.L. еще в 1953 году. Активно защищая гидроксильной группой своего бензольного ядра клеточные мембраны, токоферол способствует сохранению активности мембрансвязанных ферментов, одновременно повышая уровень природных липидных антиоксидантов. Токоферол выполняет несколько функций, дающих в совокупности антиоксидантный эффект, взаимодействуя с гидроксильным радикалом и оказывая "погашающее" действие на синглетный кислород. В организме a-токоферол не синтезируется, и его относят к группе витаминов. Витамин Е играет роль природного иммуномодулятора, стимулируя бласттрансформацию Т-лимфоцитов, нормализуя показатели клеточного и гуморального иммунитета, вследствие чего он является важнейшим универсальным жирорастворимым антиоксидантом.

Среди водорастворимых антиоксидантов наиболее известным является глутатион, играющий ключевую роль в защите клеток от активного кислорода. Второй по значимости среди водорастворимых антиоксидантных систем является система аскорбиновой кислоты, играющей наиболее важную роль в антиоксидантной защите структур мозга. Наиболее адекватным синергистом и практически повсеместным спутником аскорбиновой кислоты является система физиологически активных фенольных соединений. Количество известных фенольных соединений превышает 20 тысяч. В значительных количествах они встречаются но всех живых растительных организмах, составляя 1-2% биомассы. Наибольшим разнообразием химических свойств и биологической активности отличаются фенольные соединения с двумя и более гидроксильными группами в бензольном ядре. Эти классы фенольных соединений в физиологических условиях образуют буферную окислительно-восстановительную систему. Антиоксидантные свойства фенолов связаны с наличием в их структуре слабых фенольных гидроксильных групп, которые легко отдают свой атом водорода при взаимодействии со свободными радикалами. В этом случае фенолы выступают в роли "ловушек" свободных радикалов, превращаясь в малоактивные феноксильные радикалы.

Таким образом, при острых и хронических нарушениях мозгового кровообращения патогенетически обосновано применение антиоксидантной терапии. К препаратам с антиоксидантным действием относятся: аскорбиновая кислота, церулоплазмин, витамин Е, каротин, убихинон, эмоксипин. Все указанные препараты применяются давно, но обладают недостаточно выраженной антиоксидантной фармакокинетикой.

Фенольным антиоксидантом последнего поколения является препарат олифен, в молекуле которого представлены более 10 фенольных гидроксильных групп, способных обеспечить связывание большого числа свободных радикалов. Препарат обладает выраженым пролонгированным антиоксидантным действием. К сожалению, препарат не получил еще достаточного распространения в неврологической практике.

Хорошо изучено антиоксидантное действие янтарной кислоты, ее солей и эфиров, представляющих собой универсальный внутриклеточный метаболит. Янтарная кислота, содержащаяся в органах и тканях, является продуктом пятой реакции и субстратом шестой реакции цикла трикарбоновых кислот. Выполняя каталитическую функцию по отношению к циклу Кребса, янтарная кислота снижает в крови концентрацию других продуктов данного цикла - лактата, пирувата и цитрата, накапливающихся на ранних стадиях гипоксии. Феномен быстрого окисления янтарной кислоты сукцинатдегидрогеназой, сопровождающийся АТФ-зависимым восстановлением пула пиримидиновых динуклеотидов, получил название "монополизация дыхательной цепи", биологическое значение которого заключается в быстром ресинтезе АТФ. В нервной ткани функционирует так называемый g-аминобутиратный шунт (цикл Робертса), в ходе которого янтарная кислота образуется из g-аминомасляной кислоты через промежуточную стадию янтарного альдегида. В условиях окислительного стресса образование янтарной кислоты возможно также в реакции окислительного дезаминирования a-кетаглутаровой кислоты в печени.

Антиоксидантное действие янтарной кислоты обусловлено ее влиянием на транспорт медиаторных аминокислот, а также увеличением содержания в мозге g-аминомасляной кислоты за счет шунта Робертса. Янтарная кислота в организме в целом нормализует содержание гистамина и серотонина и повышает микроциркуляцию в органах и тканях, прежде всего в мозге, не оказывая влияния на артериальное давление и показатели работы сердца. Противоишемический эффект янтарной кислоты связан не только с активацией сукцинатдегидрогеназного окисления, но и с восстановлением активности ключевого окислительно-восстановительного фермента дыхательной митохондриальной цепи - цитохромоксидазы.

В настоящее время происходит активное изучение эффективности использования производных янтарной кислоты с целью уменьшения выраженности ишемических повреждений при острых и хронических нарушениях мозгового кровообращения.