Пол в биологических мембранах и развитие эндотоксикоза при заболевания легких.

Перекисное (свободнорадикальное) окисление липидов представляет один из путей утилизации кислорода в клетке (Скулачев В.П.,1996; Владимиров Ю.А.,1998). Основным субстратом в реакциях ПОЛ выступают ненасыщенные жирнокислотные остатки липидов биологических мембран. Рассмотрению химизма этих реакций, природы инициирующих их радикалов, механизмов их активации в условиях in vitro и in vivo, регуляции, роли в условиях физиологии и патологии, связи с развитием различных болезней посвящены многочисленные монографии (Арчаков А.И.,1975, Владимиров Ю.А.,1989; Comporti,1993; Girotti, 1998). Для нас важно ответить на вопросы - почему активацию ПОЛ можно рассматривать в качестве общего биохимического механизма возникновения эндотоксикоза и как она связана с развитием воспалительных заболеваний легких?

ПОЛ представляет универсальный механизм разборки липидных компонентов клетки. Продукты ПОЛ - органические пероксиды и гидропероксиды, являются неустойчивыми и высокореакционноспособными соединениями, обладающими выраженными токсическими свойствами (Halliwell,1993). Однако, в силу особенностей локализации в клетке, токсичное действие могут оказывать и многие другие окислительно модифицированные производные липидов, например, содержащие гидрокси-группы, которые обычно не рассматриваются в качестве токсичных соединений. Для понимания механизма токсичного действия полярных продуктов ПОЛ необходимо в самом общем виде рассмотреть современные представления о структуре и функциях биологических мембран.

Биомембраны это липопротеидные образования, которым принадлежит исключительно важная роль в процессах жизнедеятельности клетки. Основа строения мембраны - двойной молекулярный слой липидов, в который встроены молекулы белков, выполняющие роль ферментов, переносчиков, ионных каналов и рецепторов (Singer,1972). Именно липидный бислой обеспечивает барьерную функцию мембран. Обращенные друг к другу длинные углеводородные цепи жирнокислотных остатков фосфолипидов, образуют гидрофобную область, плохо проницаемую для ионов, воды и водорастворимых веществ. С барьерной функцией мембран связаны метаболическая специализация отдельных клеточных органелл, активный и пассивный транспорт веществ и ионов, возникновение на мембранах ионных градиентов (Skulachev,1992). На плазматической мембране осуществляются процессы рецепции сигналов, управляющих поведением клеток. В мембранах локализованы важнейшие ферментные системы: аденилат- и гуанилатциклазные (Edmunds,1994), аденозинтрифосфатазные (Levenson,1994; Lingrel et al.,1994), дыхательная цепь митохондрий, монооксигеназная система эндоплазматического ретикулума (Арчаков А.И.,1975), ферменты биосинтеза белка и многие другие. Повреждение структуры мембран и нарушение их функций в результате активации ПОЛ приводят к тяжелым нарушениям жизнедеятельности клеток, которые, в свою очередь, сопровождаются развитием патологических состояний на уровне целого организма (Бородин Е.А.,1989; Borodin et al,1987;Cheeseman,1993; Halliwell et al.,1993).

В основе повреждающего действия ПОЛ на биологические мембраны лежит окислительная модификация ненасыщенных жирнокислотных остатков мембранных фосфолипидов (Владимиров Ю.А. и соавт.,1972; Сильверстов В.П.,1990), которая сопровождается появлением полярных групп - спиртовых, карбонильных, эпоксидных, гидроперексидных и др., выполняющих роль "гидрофильных пор" в толще гидрофобного бислоя, резко увеличивающих его проницаемость. Увеличение пассивной проницаемости мембран создает дополнительные нагрузки для клеток, вынужденных затрачивать значительно большие количества АТФ на активный транспорт ионов и поддержание их градиентов на поврежденных мембранах (Kourie,1998). При более глубоко зашедшем процессе образуются лизо-формы липидов, обладающие сильным детергентным действием. Дефицит макроэргов приводит к постепенному исчезновению градиента ионов на клеточных мембранах. Повреждения приобретают необратимый характер, и в конечном итоге происходит фрагментация мембран и гибель клеток (Бородин Е.А. и соавт.,1987; Владимиров Ю.А.,1989). Весьма грозными мутагенными эффектами оборачивается окислительная модификация нуклеиновых кислот (Burcham,1998; Moller et al., 1998).

Таким образом, активация ПОЛ вводит клетку в порочный круг нарушения ионного гомеостаза и биоэнергетики, который, если его не разорвать, неумолимо ведет клетку к гибели (Владимиров Ю.А.,1989). В физиологических условиях активации ПОЛ препятствует мощная АОС тканей (Кулинский В.И. и соавт.,1993; Gutteridge,1994; Ketterer,1998; Robinson,1998). В условиях патологии нарушение соотношения между продукцией в клетке свободных радикалов и "буферной емкостью" АОС приводит к неконтролируемому радикалообразованию и активации ПОЛ (Владимиров Ю.А.,1998; Perichon et al.,1998).

Об активации процессов ПОЛ при острых и хронических воспалительных и инфекционно-аллергических заболеваниях органов дыхания свидетельствуют результаты многих исследований. В них выявлены увеличение содержания продуктов ПОЛ и изменения в содержании компонентов АОС в крови (Ландышев С.Ю.,1993; Сулейманов С.Ш., 1994) и конденсатах выдыхаемого воздуха (Хышиктуев Б.С.,1995; Хышиктуева Н.А.,1998). Важность роли процессов свободнорадикального окисления в развитии патологии легких подчеркивается выделением специальной секции по этой проблеме на 8-ом Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (Москва, 1998). В представленных на секции сообщения подтверждается положение об активации ПОЛ и снижении мощности АОС у больных ХБ (Карапетян Т.А.и соавт.; Ковтуненко Р.В.; Поташов Д.А.;Яковлева О.Я,1998), пневмониями (Варшавский Б.Я. и соавт.,1998), абсцессами легких (Муравлева Л.Е. и соавт., 1998), бронхиальной астмой (Косякова Н.И.,1998), туберкулезом легких (Платонова И.Л. и соавт.,1998).

В частности, в крови (Косякова Н.И.,1998) и БАЛ (Абдархманова Л.М. и соавт.,1998) у больных ХБ были установлены особенности хемилюминисценции, которые обусловлены микробицидными свойствами лейкоцитов при необструктивном и обструктивном ХБ. По мнению авторов, это позволит выявлять признаки хронизации и прогрессирования воспалительного процесса и осуществлять дифференцированный подход к лечению различных форм ХБ. Показано большее содержание МДА и снижение активности СОД у коренного населения Карелии по отношению к жителям более южных регионов, а также дополнительное увеличение содержания МДА и снижение активности СОД у больных ХБ, пропорциональное тяжести течения болезни (Карапетян Т.А. и соавт.,1998). Результаты исследования содержания в крови гидроперекисей липидов и МДА, активности каталазы, СОД, глутатионредуктазы, содержания восстановленного глутатиона в крови детей первого года жизни, страдающих обструктивным бронхитом, позволили авторам сделать заключение об активации ПОЛ в остром периоде заболевания (Ковтуненко Р.В.,1998). Снижение активности СОД в эритроцитах установлено у больных обструктивным ХБ, бронхиальной астмой и хроническим гайморитом (Косякова Н.И. и соавт.,1998). У больных ХБ, связанным с кишечным дисбактериозом, нарастание проявлений дисбактериоза коррелирует с увеличением содержания в крови диеновых конъюгатов и липофусцинподобного пигмента, возрастанием активности каталазы, глутатионредуктазы, Гл-6-Ф ДГ и снижением активности СОД (Поташов Д.А. и соавт.,1998). Содержание конъюгированных диенов и диенкетонов увеличено в крови больных ХБ, бронхиальной астмой и пневмониями, причем степень увеличения зависит от влияния индивидуальных конституционных и средовых факторов (Яковлева О.Я.,1998). В крови и БАЛ больных с острыми экзогенными отравлениями, осложненными нарушениями со стороны легких (пневмонии, бронхиты, ателектазы), увеличено содержание диеновых конъюгатов и МДА, а активность каталазы повышена в крови и снижена в БАЛ (Алимбаев Е.А. и соавт.,1998). На основании исследования содержания ТБК-реактивных продуктов, окисляемости и АОА, а также активности СОД и каталазы в крови больных пневмонией, развившейся самостоятельно и на фоне ХБ, выявлена более выраженная активация ПОЛ во второй группе больных (Варшавский Б.Я. и соавт.,1998). Накопление первичных, вторичных и конечных продуктов ПОЛ и снижение устойчивости эритроцитов к перекисному гемолизу на фоне снижения активности каталазы и глутатион-S-трансферазы характерны для больных острыми абсцессами легких и острыми эмпиемами плевры (Муравлева Л.Е. и соавт.,1998). Миронов Р.И и соавт. (1993) исследовали содержания гидроперекисей, активности СОД, каталазы и ксантиноксидазы, а также содержания отдельных изоформ гаптоглобина, антитрипсина и трансферина в крови здоровых детей и детей с неспецифическими воспалительными заболеваниями легких. Полученные результаты позволили авторам заключить, что снижение мощности АОС и активация ПОЛ у детей с преобладанием изоформ гаптоглобина 1-1 и антитрипсина М₃М₃ предрасполагают к развитию хронических заболеваний легких в детском возрасте. Повышенный уровень продуктов ПОЛ в крови характерен для больных туберкулезом, вне зависимости от клинической формы болезни. Альвеолярные макрофаги весьма чувствительны к действию оксидантов, попадающих в легкие с вдыхаемым воздухом (Hoyal et al.,1998). Действие радикальных форм кислорода приводит к развитию утомления дыхательных мышц, имеющему непосредственное отношение к недостаточности дыхания (Supinski,1998).

В лечении заболеваний легких, особенно сопровождающихся развитием эндотоксикоза, находят применение антиоксиданты (Гембитский Е.В. и соавт.1994; Жданов Г.Г. и соавт.,1994), а также физиотерапевтические методы, оказывающие антиокислительное действие (Яковлев В.А. и соавт.,1994). Описан положительный эффект совместного эндолимфатического введения токоферола, унитиола и антибиотиков широкого спектра действия у детей с эндотоксикозом в критических состояниях. Антиоксиданты (Новоженов В.Г. и соавт., 1994) и ультрафиолетовое облучение крови эффективны при лечении ОП.

Положение об активации процессов ПОЛ у больных с болезнями органов дыхания подтверждается результатами экспериментальных исследований, в которых установлена связь развития патологических процессов в легких с активацией ПОЛ (Chitano et al.,1995; Iguchi et al.,1993).

В обзоре Chitano и соавт. (1995) обобщены результаты исследования влияния на респираторный тракт двух прооксидантов - NO₂ и О₃. Активация ПОЛ при вдыхании обоих газов оказывает повреждающее действие на легочную ткань, зависящее от концентрации газов в атмосфере и продолжительности воздействия. В высоких концентрациях оба газа вызывают летальный исход вследствие развития отека легких. Воздействие меньших доз NO₂ и О₃. приводит к функциональным нарушениям - ограничению газообмена и гиперчувствительности воздухоносных путей к бронхоконстрикторным стимулам. Эти обратимые нарушения обусловлены повреждением эпителия, умеренным отеком и развитием воспалительной реакции. Наиболее характерные изменения эпителия сводятся к потере ресничек и некрозу альвеолоцитов. Возникающее воспаление характеризуется ранней нейтрофильной инфильтрацией с последующим увеличением числа мононуклеарных клеток, главным образом, альвеолярных макрофагов. При длительном воздействии NO₂ развивается преимущественно эмфизема, а в случае О₃ - фиброз (Chitano et al.,1995). Воздействие асбеста на культуру фибробластов легких in vitro сопровождается увеличением содержания ТБК-реактивных продуктов и активности ЛДГ в окружающей клетки среде, отражая активацию ПОЛ, повреждение плазматической мембраны и разрушение клеток (Iguchi et al.,1993).