Скачать

ОКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС И НАРУШЕНИЯ, ВЫЗВАННЫЕ СВОБОДНЫМИ РАДИКАЛАМИ

Теории старения 

Национальный институт здоровья насчитывает от 20 до 30 различных теорий старения. Необходимо понимать, что все эти механизмы до сих пор являются теориями. От многих теорий старения, таких как «теория изнашивания» (которая просто указывает, что по мере использования частей тела, они изнашиваются, так же как и машина изнашивается в ходе эксплуатации) ученые отказались, считая их неправильными. В настоящее время существуют 2 популярные теории, подтвержденные результатами научных исследований. Это «теория свободных радикалов» и «нейрогуморальная теория». 

Согласно теории свободных радикалов вред, наносимый свободными радикалами, и окислительный стресс (более подробно об этом изложено ниже) способствует тому, что биохимические процессы в клетках начинают проходить неправильно, усугубляясь с возрастом. Больше всего вреда наносится организму во время наиболее активного процесса обмена веществ. Для мужчин – это период начала полового созревания, для женщин – период до полового созревания и его ранние стадии. Так же в этот период человек обладает наибольшими физиологическими резервами. Однако, по мере накопления в организме вредных веществ или увеличения количества различных травм, наши физиологические резервы истощаются. Таким образом, человек 20-ти лет, получивший травму или пострадавший от биохимического воздействия, может приспособиться и выздороветь быстрее, чем 80-летний, чьи физиологические резервы уже истощены. Теория свободных радикалов изначально была сформулирована и представлена Д. Харманом. 

Сторонники нейрогуморальной теории утверждают, что биохимические процессы в организме человека, особенно ферментные и другие гормональные реакции, начинают посылать неправильные или неполные сигналы по мере старения человека. Со временем этот процесс еще более усугубляется, и происходит накопление пагубных факторов в организме. Многие эксперты отмечают, что вред от свободных радикалов является причиной упадка биохимических процессов. Таким образом, эта теория может на самом деле рассматриваться как вспомогательная к теории свободных радикалов. 

Исследования старения продолжаются, и появляется все больше и больше свидетельств в поддержку теории свободных радикалов. 

Причины болезни 

Болезнь начинает развиваться по мере того, как в нашем организме концентрируется все больше и больше элементов окислительного стресса. Когда уровень вреда, нанесенного организму, достигает критической отметки, мы можем поставить конкретный диагноз, такой как диабет, атеросклероз, паралич, рак и т.д. Все эти только что перечисленные болезни являются возрастными. Некоторые же болезни являются просто результатом повреждений, такие как инфекции или нанесенные хищниками раны или травмы. Инфекции и раны не являются результатом старения, а предполагают наличие определенных рисков, присущих той или иной среде обитания. Так как средняя продолжительность жизни человека увеличилась, мы наблюдаем появление возрастных болезней. Именно ими страдают старшие члены нашего общества, а молодое поколение ни в коей степени им не подвержено. Но, как уже было сказано, по мере увеличения средней продолжительности жизни, начали развиваться возрастные болезни, вызванные действием свободных радикалов. Возможно, из всех заболеваний именно  рак является заболеванием, появляющимся с возрастом. В основном старые подопытные животные, такие как мыши и крысы, в жестко контролируемых условиях все умирают от рака. 

Воспаление 

В настоящее время в медицинской литературе горячо обсуждаются две темы, относящиеся к развитию заболеваний. Одна из них связана с пагубным действием свободных радикалов. Другая проблема основывается на влиянии воспаления. Когда свободными радикалами наносится вред клеткам и тканям, организм пытается очиститься от поврежденных клеток. Для этого активируются различные воспалительные процессы. Организм использует свои собственные резервы, свои клетки в месте, где был причинен вред, чтобы очиститься. Эти клетки выделяют различные химические вещества, которые вызывают воспаление. Воспаление в свою очередь уничтожает поврежденные ткани, чтобы  от них в последствии можно было бы избавиться. Однако, воспаление никогда не ограничивается действием только на больные клетки, оно переходит на окружающую поврежденный участок здоровую ткань. Таким образом, воспаление, несмотря на то, что оно предназначено для выполнения специфического задания – помощи в очищении организма – может так же само причинить вред. В медицинской литературе публикуется большое количество результатов исследований относительно уменьшения и ограничения окислительного стресса и воспаления как одного из путей защиты функциональных тканей. 

Источники пагубного действия свободных радикалов 

Насколько известно в настоящее время, вред, наносимый свободными радикалами, является следствием клеточного метаболизма. Наши клетки вбирают кислород, вдыхаемый легкими, и используют его в осуществлении ферментных реакций для сжигания «топлива» (глюкозы, жира, или даже протеина) и создают таким образом энергию. Каждая клетка использует свою энергию для осуществления своих индивидуальных функций. Однако природа создала нас не совсем совершенными в том, что касается рационального использования созданной энергии. Каждая клетка вырабатывает дополнительную энергию как подстраховку, что она сможет осуществлять свою функцию. Когда вырабатывается энергия, создаются радикалы (высоко энергетические молекулы). Но создается их больше, чем необходимо. Избыточные молекулы «уходят» внутрь клетки и сливаются с любой структурой, которая окажется у них на пути, нанося ей тем самым вред. Эти излишние скопления энергии называются «свободными радикалами», потому что они непосредственно не относятся ни к одной конкретной биохимической реакции. Имея очень большую энергию, они соединяются с тем, с чем первым соприкасаются. Таким образом, вредное воздействие свободных радикалов можно рассматривать как результат жизнедеятельности и дыхания в среде, богатой кислородом. 

Кожа, будучи первой линией защиты от окружающей среды, так же подвержена другим источникам вреда, наносимого свободными радикалами. Большая часть вреда для каждой клетки исходит от ее собственной деятельности по выработке энергии в результате процесса метаболизма. Другими источниками вредного воздействия свободных радикалов являются солнечная активность, озон, загрязнители окружающей среды, применяемые человеком различные вещества (такие как солнцезащитные средства, например) и другие токсины. Так же курение оказывает чрезвычайно пагубное воздействие на клетки и ткани. Каждая струя сигаретного дыма содержит достаточное количество свободных радикалов для ударного воздействия на каждую клетку тела человека. 

Состояние, называемое оксидативным стрессом, имеет место тогда, когда в организме скапливается больше свободных радикалов, чем может быть нейтрализовано различными антиоксидантами. На самом деле мы всегда находимся в состоянии оксидативного стресса, так как количество свободных радикалов никогда не компенсируется необходимым количеством антиоксидантов. Всегда существуют избыточные свободные радикалы, которые наносят вред и способствуют медленному ухудшению состояния здоровья организма, известному так же как старение. 

Важная роль антиоксидантов 

Химические реакции, перечисленные ниже, иллюстрируют процесс накопления вредных факторов, вызванных свободными радикалами и оксидативным стрессом. В качестве первого свободного радикала мы используем радикал кислорода, отмеченный звездочкой (К*), указывающей на содержание большого количества энергии. К* обладает такой мощной энергией, что он сразу же сливается с любой первой структурой, с которой он соприкасается. Соединяясь с этой структурой, он повреждает ее, и в результате этого процесса создается другой свободный радикал (А*). Этот второй свободный радикал, так же обладая мощной энергией, сливается с первой структурой на своем пути. Этот процесс происходит по нижеприведенной схеме: 

К* + клеточная оболочка ⇒ поврежденная клеточная оболочка + А* (клеточная оболочка защищает целостность клетки) 
А* + митохондрия ⇒ поврежденная митохондрия + В* (митохондрия производит энергию для клетки)  В* + ДНК ⇒ поврежденная ДНК +D* (ДНК – генетический механизм клетки, который определяет функциональную направленность клетки и воспроизводит себя для создания новой клетки). Поврежденная ДНК вызывает появление раковой или злокачественной клетки)  D* + клеточный протеин/коллаген/эластин ⇒ поврежденная эластическая соединительная ткань (морщины) + E* 

Этот процесс продолжается бесконечно, по мере того как клеточные структуры разрушаются свободными радикалами, что сопровождается созданием большего количества свободных радикалов. Однако, в самом начале этого процесса антиоксидант соединяется с К*, нейтрализуя всю это лавину и не допуская причинения клетке последующего вреда. По этой причине, антиоксиданты имеют решающее значение в сохранении клетками своих функций по мере нашего старения (начиная с момента рождения мы все стареем). 

Ниже приведено упрощенное изображение клетки, чтобы продемонстрировать расположение ее компонентов во время реакции, описывающей вред от окислительного стресса. Любая из клеток нашего тела может быть использована для иллюстрации общих принципов, но в данном случае мы рассмотрим клетку кожи, так как она находится на самой поверхности тела и буквально бомбардируется различными пагубными и стрессовыми факторами окружающей среды, которые не могут добраться до клеток внутри человеческого тела. 

Следует упомянуть также несколько дополнительных данных о структуре клетки, так как она имеет отношение к оксидантам и антиоксидантам: 

Все мембраны предназначены для защиты определенной части клетки (такой как митохондрия или ядро) или самой клетки. Мембраны состоят из липидов (жира). Если их целостность нарушена, им уже сложно защищать свои внутренние структуры, пропускать полезные вещества внутрь и удерживать другие вредные вещества от проникновения внутрь клеточных компонентов. Липидосодержащие антиоксиданты защищают эти и все другие липидные структуры. Примером такого антиоксиданта является Витамин Е, хотя существует много других липидосодержащих антиоксидантов. 

Внутренняя часть клеточной структуры, включая внутреннее содержание самой клетки, в основном состоят из воды. Поэтому водосодержащие антиоксиданты защищают эти области. Витамин C является примером водосодержащего антиоксиданта. 

ДНК клетки, которая содержится в хромосомах ядра, не только определяет функционирование клетки, но так же регулирует процесс клеточной репродукции, который заключается в создании других подобных клеток. В примере, приведенном выше, функция клетки состоит в создании коллагена. 

Если ДНК повреждена, она может направлять создание коллагена, содержащего «ошибки». С точки зрения биохимии неправильный коллаген не сможет функционировать должным образом; он может быть неэластичным (способствуя появлению морщин) или неспособным соединиться с другими коллагенными цепочками (вызывая морщины, потерю упругости, рубцы).

Если повреждена митохондрия, клетка неспособна производить энергию в необходимом объеме. Энергия необходима клетке и всем ее составляющим для выполнения своих функций. Так же, производя энергию, митохондрия создает радикалы – источники энергии. Природа сконструировала нас так, что наши клетки создают избыточную энергию, и эта излишняя энергия наносит вред клетке изнутри. 

Как только какой-либо свободный радикал (солнечные лучи, свободные радикалы кислорода, радикалы от табачного дыма и т.д.) соприкасаются с клеткой, он сразу же начинает разрушать все ее структурные компоненты, как лавина, сметая все на своем пути. Антиоксиданты могут блокировать свободные радикалы прежде, чем они соприкоснутся с клеткой или ее внутренними составляющими. Важно иметь антиоксидантную защиту всех слоев клетки, так как невозможно остановить абсолютно все свободные радикалы на поверхности клетки. Многие из них проникают сквозь первоначальный кожный барьер или возникают внутри самой клетки в результате клеточного метаболизма. 

Антиоксиданты можно принимать внутрь или наносить на кожу. Из принимаемых внутрь антиоксидантов только 1% достигают поверхность кожи. Чтобы усилить антиоксидантную защиту, так же необходимо наносить эффективные антиоксиданты на кожу. 

Хорошие антиоксиданты для кожи должны быть высоко качественными, стабильными, чистыми и эффективными. В формировании антиоксидантов для наружного применения существуют так же свои особенности. Помните, что основная функция кожи, проще говоря, это удерживать некоторые вещества внутри клетки и не допускать проникновения внутрь других веществ из окружающей среды. Это делает создание антиоксидантов наружного применения достаточно сложным процессом. Сама природа клетки не способствует проникновению антиоксидантов внутрь, где они могут принести наибольшую пользу. 

Кривая жизненного цикла 

В 1900 годах средняя продолжительность жизни была около 45 лет. Для рожденных в наши дни она составляет около 85 лет. Существуют некоторые различия между народами разных регионов мира и между мужчинами и женщинами. Самое большое увеличение в уровне продолжительности жизни связано с появлением канализационных систем. Кроме этого, увеличение жизненного цикла вызвало обширные социальные перемены. Жизненный план человека, собирающегося прожить 85 или 90 лет, намного отличается от плана человека, который скорее всего умрет прежде, чем ему исполнится 45. Социальные задачи, стоящие перед человеком, намного отличаются в обществе, где преобладает стареющее население, и многие из них сохранят отличное здоровье до самой старости. 

Каждый вид имеет свою максимальную продолжительность жизненного цикла. Максимальная продолжительность жизненного цикла – это возраст, в котором митохондрия прекращает свою деятельность и перестает производить энергию. Существа, достигшие пика жизненного цикла, типичного для своего вида, умрут. Для людей, максимальный жизненный цикл составляет 120 лет. Для шимпанзе – примерно 45 лет. Для крыс – около 3-х лет. Для некоторых видов попугаев он составляет 105 лет. Учеными проделана очень интересная работа, исследующая вопрос о том, почему некоторые виды могут жить дольше, чем другие. Примечательно то, что существуют виды, которые вообще не старятся. Примерами могут быть галапагосские (слоновые) черепахи и морские ёрши. Эти виды, похоже, не стареют, они просто становятся больше и больше. Конечно, они живут в дикой среде и поэтому очень высока вероятность нападения хищника или смерти в результате других естественных причин. 

Чтобы изменить типичный для какого-либо вида жизненный цикл, необходимо воздействовать на генетический код. За последние годы Майкл Роуз из университета Орегона смог продлить жизненный цикл фруктов. А Синтия Кеньон из Калифорнийского университета в Сан-Франциско проделала то же самое с круглыми червями. Это исследование получило широкое признание, потому что ранее считалось, что жизненный цикл невозможно увеличить. 

График жизненного цикла, представленный ниже, демонстрирует эти принципы. Это график жизненного цикла людей. Каждый вид имеет присущую ему максимальную продолжительность жизни, или срок, когда митохондрия прекращает свою деятельность по выработке энергии и организм умирает. Для людей максимальный срок жизни составляет 120 лет. 

Кривая А иллюстрирует жизненный цикл неандертальцев, которые в среднем жили около 17 лет. Этого было достаточно для достижения зрелости и произведения на свет потомства, передавая, таким образом, вперед генетические данные вида. Уровень смертности среди младенцев был очень высок, как и смерть в результате нападения хищников, несчастных случаев и инфекций. Природа создала нас и другие виды таким образом, чтобы продолжительность жизни была достаточно долгой для передачи нашей ДНК следующим поколениям, чтобы не допустить вымирания вида. В любом случае, все ведь зависит от нас. В зоопарках, где хищническое истребление и несчастные случаи сведены на нет, средняя продолжительность жизни животных сразу же удваивается.

Канализация и сеть трубопроводов помогла увеличить продолжительность жизни людей до 45 лет в 1900 годах. На графике это показано кривой B

Кривая C показывает цикл жизни в настоящее время. С 1900 года человечество изобрело антибиотики, работа стала менее опасной, и так же произошли другие социально важные события, которые удлинили жизнь человеку. 

Кривая D – идеальная кривая цикла жизни. В этом случае все представители вида достигнут пик продолжительности жизни в 120 лет. Для этого необходимо устранить все болезни. Больные животные (и люди) умирают, здоровые живут дольше. В 120 лет все представители вида умирает, так как митохондрии перестают функционировать. 

Достижение цикла, изображенного на кривой D, влечет за собой целый ряд социальных перемен, таких как побочные результаты от «придания прямоугольной формы кривой жизненного цикла». Когда почти все живут 120 лет, у людей появляется достаточно времени на то, чтобы сделать несколько карьер, возможно, завести несколько семей, сменить несколько мест проживания и т.д. Получение лекарств от всех болезней можно описать как лечение старения или лечение болезней старшего поколения, таких как диабет, сердечно-сосудистые заболевания, параличи, рак и др. Возможно, это так же влечет за собой значительные изменения в стиле жизни, режиме питания, отказе от сидячего образа жизни и т.д. 

Как уже было сказано, чтобы изменить типичный для какого-либо вида жизненный цикл, необходимо воздействовать на генетический код. Майкл Роуз из университета Орегона смог продлить жизненный цикл фруктов. А Синтия Кеньон из Калифорнийского университета в Сан-Франциско увеличила продолжительность жизни круглых червей. Даже если может показаться, что результаты работы с фруктами или червями нельзя применять в работе с человеком, эти же принципы применимы ко всем видам в той или иной степени. Другие ученые так же пытались воздействовать на жизненный цикл. В большинстве случаев эта работа концентрировалась на генетической помощи клеткам организма создавать больше антиоксидантов внутри, таких как супероксиддисмутаза (SOD). 

Литература 

“Oxidants and Antioxidants in Cutaneous Biology”, J Thiele and P Elsner (eds.), Current Problems in Dermatology, 
G. Burg (ed.), Vol. 29, Karger: Basel, London, NY, 2001

“The Biology of the Skin”, RK Freinkel, DT Woodley (eds.), Parthenon Publishing: NY, London, 2001 

“Oxidative Stress and Aging”, RG Cutler, L Packer, J Bertram, A Mori (eds.), Molecular Biology Updates, Birkhauser Verlag: Basel, Boston, Berlin, 1995 

“Biology of Aging”, R Arking, Sinauer Associates, Inc: Sunderland, MA, 1998

Представитель в России: ООО «Бьютикс» тел. +7 903 752-00-10
Вся продукция сертифицирована