Иммунитет и перекисное окисление липидов

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) представляет собой жизненно необходимое звено метаболического обмена. Основная функция его заключается в обновлении липидов клеточных мембран.

У здорового человека процессы перекисного окисления липидов контролируются так называемой антиокислительной системой, которая регулирует скорость и активность фосфорилирования путем связывания провоцирующих факторов или нейтрализации достаточного количества перекисей, чтобы не допустить переизбыток конечных продуктов обмена. Усиление процесса окисления может стать отправной точкой в патофизиологических процессах значительного количества заболеваний. Этот процесс включает в себя стадии ферментативного и неферментативного аутоокисления.

Виды

Для модификации фосфолипидного бислоя клеточных мембран проходит ферментативное окисление. Кроме того, он участвует в образовании биологически активных веществ, детоксикации организма, метаболических реакциях. Неферментативное же окисление проявляет себя как разрушающий фактор в жизни клетки. Из-за образования большого количества свободных радикалов и накопления перекисей активность антиоксидантной системы снижается и, как следствие, наблюдается гибель клеток организма.

Цикл ПОЛ

Для начала перекисного окисления липидов необходимо наличие свободных радикалов кислорода, имеющих на крайнем энергетическом уровне один неспаренный электрон. После восстановления молекулы образуется супероксид кислорода, который реагирует с атомами водорода, превращаясь в перекись водорода. Для регулирования количества супероксидов внутри клетки существуют супероксиддисмутаза, образующая перекись водорода, а каталаза, пероксидаза нейтрализуют ее до воды. Если живой организм подвергся действию ионизирующего излучения, количество свободных гидроксильных радикалов резко увеличится. Кроме гидроксида кислорода и другие его активные формы могут выступать инициаторами запуска процесса перекисного окисления липидов.

Продукты перекисного окисления липидов либо утилизируются организмом, либо используются для синтеза простагландинов (веществ, участвующих в реакциях воспаления), тромбоксанов (входят в каскад тромбообразующих реакций), гормонов надпочечников.

Система контроля

В зависимости от базовой структуры мембраны клетки скорость, активность и количество получившихся продуктов окисления могут варьироваться. Так, например, активность перекисного окисления липидов выше там, где в составе клеточной стенки преобладают ненасыщенные жирные кислоты, и медленнее, если основой КС является холестерин. Кроме того, фактором, регулирующим количество и скорость образования свободных кислородных радикалов, а также утилизацию перекисей, являются метаболические ферменты. Еще в реакции перекисного окисления липидов принимают участие вещества, влияющие на липидный состав мембраны клетки и его произвольное изменение в соответствии с потребностями организма. К ним относятся витамин Е и К, тироксин (гормон щитовидной железы), гидрокортизон, кортизон и альдостерон (по принципу обратной связи). Дестабилизируют клеточную стенку ионы металлов, витамины С и D.

Нарушение процесса

Метаболические продукты перекисного окисления липидов могут накапливаться в тканях и жидкостях организма, если антиоксидантная система не успевает утилизировать их с необходимой скоростью. Вследствие этого нарушается транспорт ионов через мембрану клетки, что опосредованно может влиять на ионный состав жидкой части крови, скорость поляризации и деполяризации мембран мышечных клеток (нарушать проводимость нервных импульсов, их сократимость, увеличивать рефрактерный период), способствовать выходу жидкости во внеклеточное пространство (отеки, сгущение крови, нарушение электролитного баланса). Кроме того, основные продукты перекисного окисления липидов, после ряда биохимических реакций, превращаются в альдегиды, кетоновые тела, кислоты и пр. Эти вещества оказывают токсическое влияние на организм, проявляющееся в снижении скорости синтеза ДНК, повышении проницаемости капилляров, повышении онкотического давления и, как следствие, сладж-синдроме.

Проявления в клинике

Так как увеличение количества свободных радикалов кислорода оказывает повреждающее влияние на клеточную стенку, а продукты обмена нарушают процесс метаболизма и синтеза нуклеиновых кислот, а также отравляют организм, они являются патофизиологическим фактором развития ряда клинических состояний. Роль перекисного окисления липидов является немаловажной при заболеваний печени, суставов, паразитарных инфекционных заболеваний, нарушениях гемодинамики, онкологических заболеваниях, травмах и ожогах. ПОЛ выступает одним из факторов развития атеросклероза. Свободные радикалы, окисляя холестерин и его низкомолекулярные фракции, образуют продукты, повреждающие сосудистую стенку. При этом запускается каскад типичных патологических реакций, направленных на устранение повреждения. Это провоцирует тромбообразование, накопление сгустков крови в просвете мелких сосудов или прикрепление к их стенкам. В результате движение крови на этом участке замедляется, так как просвет сосуда стал уже. Это способствует дальнейшему накоплению тромбов. Наиболее подвержены подобным изменениям коронарные артерии, аорта, проявляющиеся в клинике как симптомы ишемической болезни сердца.

Превентивные меры

Практикующим специалистам необходимо помнить, что проведение диагностических и лечебных процедур может активировать механизм перекисного окисления липидов. Об этом следует предупредить пациента. К провоцирующим факторам относятся лучевая терапия (при онкологии), ультрафиолетовое облучение (при рахите, воспалительных заболеваниях пазух носа, антибактериальной обработке помещений), магнитные поля (МРТ, КТ, физиотерапия), сеансы в барокамере (при полиомиелите, горной болезни).

Профилактика и терапия

Персоналу, работающему в рентгенкабинетах, санитаркам и медсёстрам, специалистам по физиотерапии, альпинистам, людям с избыточным весом нужно употреблять в пищу продукты, содержащие естественные антиоксиданты: рыбу, подсолнечное или оливковое масло, зелень, яйца, зеленый чай.

Помимо изменения диеты, можно использовать лекарственные средства, которые связывают некоторые группы свободных радикалов или соединяются с металлами переменной валентности. Таким образом они замещают свободные молекулы активного кислорода, не давая им связываться с усилителями ПОЛ.

Диагностика

На нынешнем этапе развития лабораторных исследований мы имеем возможность обнаружить перекиси в составе биологических жидкостей организма человека. Для этого нужно провести флуоресцентную микроскопию. Проще говоря, выявить перекисное окисление липидов. Значение этого диагностического теста не нуждается в объяснении. Ведь в основе значительного количества заболеваний лежит чрезмерная активность перекисного окисления липидов. Выявление этого состояния определяет тактику лечения.

С точки зрения нормальной физиологии перекисное окисление липидов необходимо для образования стероидных гормонов, медиаторов воспаления, цитокинов и тромбоксанов. Но когда количество продуктов обмена данных химических реакций превышает допустимое значение и перекиси повреждают органеллы клетки, нарушают синтез ДНК и белков, в действие вступает антиоксидантная система, снижающая количество свободных радикалов кислорода, ионов металлов с изменчивой валентностью. Кроме этого, она повышает синтез каталазы и пероксидазы с целью утилизации излишков перекисей и продуктов их дальнейшего метаболизма.

Среди первичных механизмов повреждения клеток при окислительном стрессе лидирует окисление жирнокислотных остатков в фосфолипидах мембран. Это снижает их гидрофобность и нарушает устойчивость мембран, изменяет работу мембраносвязанных ферментов, повышает проницаемость мембран для ионов.

Реакции взаимодействия свободных радикалов с жирными кислотами получили широкую известность в связи с их актуальностью в пищевой промышленности. Появление неприятного запаха и прогоркание продуктов – это является проявлением перекисного окисления липидов (ПОЛ).

Основным субстратом для свободно-радикальных реакций являются двойные связи полиненасыщенных жирных кислот. В клеточных мембранах полиненасыщенные жирные кислоты находятся в составе фосфолипидов и гликолипидов. Также большое количество фосфолипидов с полиненасыщенными жирными кислотами локализуется в оболочке липопротеинов высокой, низкой и очень низкой плотности, что имеет значение в патогенезе атеросклероза.

В результате свободнорадикального окисления жирных кислот образуются гидроперекиси и диеновые конъюгаты (первичные продукты), которые очень нестабильны. При участии металлов переменной валентности они быстро метаболизируют во вторичные (альдегиды и диальдегиды) и третичные (шиффовы основания) продукты перекисного окисления липидов. 

Перекисное окисление липидов включает в себя несколько стадий:

1. Инициация.
2. Развитие.
3. Разветвление.
4. Обрыв цепи.

В момент инициации, например, гидроксил-радикалом атакуется метиленовая группа, расположенная между двойными связями, и выбивается атом водорода, восстанавливающий гидроксил-радикал до воды. Далее в жирной кислоте происходит перестановка двойной связи, смещение радикальной группы и взаимодействие ее с кислородом. В результате образуется липопероксильный радикал.

Дальнейшее взаимодействие полученного липопероксильного радикала с соседними жирными кислотами приводит к его нейтрализации и появлению новых липоперекисных радикалов, т.е. к развитию линейной цепной реакции с появлением новых окисленных жирных кислот.

Кроме линейного развития, может происходить ветвление реакции за счет получения гидроперекисью электронов от каких-либо металлов или при воздействии излучения.

Обрыв цепной реакции происходит при взаимодействии радикалов друг с другом или в реакции с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в довольно стабильную окисленную форму.

Продукты перекисного окисления липидов

Первичными продуктами ПОЛ являются гидроперекиси жирных кислот, они подвергаются дальнейшему распаду с образованием вторичных продуктов ПОЛ – различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и других соединений.

Наиболее реакционноспособным из вторичных продуктов ПОЛ является малоновый диальдегид (МДА), который способен образовывать ковалентные связи с NH2-группами белков и иных молекул с образованием шиффовых оснований.

Роль малонового диальдегида

Малоновый диальдегид (МДА), образующийся при перекисном окислении липидов, способен реагировать с ε-NH2-группами лизина или N-концевыми аминокислотами белков, с NH2-группами фосфолипидов и гликозаминов. МДА формирует мостики внутри молекул и между ними с образованием шиффовых оснований.

В конечном результате после окислительной атаки в белках появляются поперечные сшивки внутри одной молекулы, между разными белками, между белками и фосфолипидами. Из-за этого активность ферментативных белков изменяется, возможности структурных и сократительных белков падают, каналообразующие белки мембраны деформируются и проницаемость мембран возрастает, жизнеспособность и функционирование клетки уменьшаются.

«Окисление липидов» — это термин, объясняющий различные типы реакций, которые имеют как положительные, так и отрицательные последствия для человеческого организма. В организме этот процесс липидов важно для нескольких физиологических реакций, например, при использовании жирных кислот для получения энергии путем β-окисления.

Вещества, называемые эйкозаноидами. Они образуются из эйкозапентаеновой кислоты омега-3 жирной кислоты (EPA) и омега-6 жирной кислоты арахидоновой кислоты (AA) под действием специфических ферментных систем. Этот процесс липидов может также относиться к неконтролируемой окислительной деструкции липидов, инициируемой свободными радикалами, крадущими электроны, что является первым шагом в образовании в организме нескольких цитотоксических и мутагенных веществ. Неконтролируемый окислительный ущерб также влияет на продукты питания, влияя на общее качество.

В результате какого процесса окисляются липиды? Какие есть стадии перекисного окисления липидов? Как проходит пероксидное окисление липидов и перекисное окисление липидов? Что представляет собой этот этап под названием свободнорадикальное окисление и окисление белков в мембранах? Что такое снижение бета липидного уровня?

Жирные кислоты и окисление — зависит от количества двойных связей

Жирные кислоты представляют собой длинные алифатические цепи, состоящие из углерода и водорода. Углеродная цепь отличается длиной, степенью ненасыщенности и структурой. В пищевых продуктах жирные кислоты в основном встречаются в липидных комплексах, называемых триглицеридами (подробнее см. «Переваривание липидов»). Некоторые жирные кислоты являются насыщенными, тогда как другие имеют разную степень ненасыщенности. Однако, говоря о этом процессе липидов, представляют интерес только полиненасыщенные жирные кислоты. Полиненасыщенные жирные кислоты содержат две или более двойных связей, и именно эти двойные связи склонны к этому процессу. Следовательно, риск окисления увеличивается с увеличением числа двойных связей в жирной кислоте. Например, EPA (C20: 5), имеющий пять двойных связей, более подвержен окислению, чем линоленовая кислота (C18: 3), имея только три двойные связи.

Окисление в пищевых продуктах — сенсорные и пищевые изменения

Из-за окисления пищевые масла, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, вызывают серьезную озабоченность в пищевой промышленности. Деградация ненасыщенных жирных кислот путем окисления непосредственно связана с экономическими, питательными, вкусовыми, безопасными и проблемами с хранением. Существуют две основные реакции окисления, которые могут происходить в продуктах питания, содержащих липиды; Автоокисление и фотоокисление, из которых наиболее распространенным является автоокисление. Автоокисление происходит в присутствии кислорода и описывается как автокаталитическая генерация свободных радикалов. Он инициируется, когда атом водорода абсорбируется в присутствии инициаторов, таких как свет, тепло, металлы или кислород, образуя липидный радикал, который реагирует с кислородом, образуя перекисный липид-радикал. Эти пероксидные радикалы реагируют со вторым липидом, давая липидный радикал и гидроксипероксид. Реакция может быть поражена антиоксидантами, продуцирующими комбинацию радикальных видов, чтобы дать нерадикальные и нераспространяемые виды. Фотоокисление происходит, когда норма триплетного кислорода преобразуется в синглетный кислород под воздействием ультрафиолетового излучения. Синглетный кислород взаимодействует с полиненасыщенными жирными кислотами с образованием гидроксипероксида, который инициирует реакцию автоокисления.

Процесс окисления липидов приводит к образованию нескольких компонентов, вызывающих неприятные запахи и снижающих питательную ценность.

Среди этих соединений — свободные радикалы, известные как «водородные воришки», которые выделяют водород из других молекул. Это инициирует описанную выше реакцию автокаталитического окисления, приводящую к образованию продуктов первичного окисления, таких как гидроксипероксиды. Гидроксипероксиды будут разлагаться на продукты вторичного окисления с неприятным запахом и вкусом, также влияющие на внешний вид пищи. Предполагается, что вторичные продукты окисления, такие как реактивные альдегиды, спирты и кетоны, имеют отрицательные последствия для здоровья вследствие их цитотоксического, мутагенного и нейротоксического действия . Окисление липидов может также серьезно изменить пищевое качество пищевых продуктов, ухудшая состояние витаминов и полиненасыщенных жирных кислот. Перекисное окисление липидов.

Диетические ПНЖК восприимчивы к окислению как при обработке, так и при хранении. Окислительные реакции зависят от окружающей среды. Прежде всего, состав жирных кислот будет влиять на скорость окисления, так как увеличение доступных двойных связей в PUFA также означает, что есть больше участков, где может протекать реакция окисления. В целом, в пищевых продуктах также есть несколько других прооксидантов, таких как кислород и ионы металлов. Высокая температура также является фактором, который может инициировать окисление липидов. Поэтому для продуктов, содержащих ПНЖК, принимаются специальные меры предосторожности для сохранения питательного качества и продления срока годности. Один из подходов заключается в том, чтобы избегать экологических прооксидантов, таких как свет, высокая температура и кислород. Другим подходом является удаление окислительных продуктов и прооксидантов путем переработки нефтепродуктов (читайте больше в разделе «Рыбий жир и здоровье»). Также возможно отложить перекисное окисление липидов добавлением антиоксидантов, которые сами окисляются.

Окисление в организме

При употреблении пищевых продуктов окисление продолжается в желудочно-кишечном тракте. Предыдущие исследования показали, что в желудке присутствуют прооксидант, такой как кислород, ионы металлов (например, Fe2 + и Cu2 +), реактивный азот, сульфит и нитриты. Это, в сочетании с низким pH, свободными жирными кислотами от действия желудочной липазы и присутствием кислорода делает желудок потенциально хорошей окислительной средой. Таким образом, вполне вероятно, что окисление пищевых липидов продолжается и внутри организма. Было показано, что некоторые соли желчных кислот являются хорошими прооксидантами. Это, в сочетании с эмульгированием липидов в тонкой кишке, увеличением поверхности капелек липидов, указывает на возможность инициирования окисления также в тонком кишечнике.

Окислительный стресс

Как упоминалось выше, окисление является естественным процессом, когда организм вырабатывает энергию из жирных кислот или сигнальных молекул, таких как эйкозаноиды. Поскольку перемещение свободных радикалов в организме может привести к потенциальному вреду, человеческие клетки разработали многочисленные защитные механизмы против разрушительных эффектов окисления. Например, присутствие антиоксидантов, которые ингибируют накопление свободных радикалов, и специфические ферментные системы, которые разрушают перекиси липидов в кислороде и воде, обе являются безвредными молекулами. Однако защитные системы организма человека ограничены. Дисбаланс между реактивными видами кислорода и способностью организма нейтрализовать и устранять свободные радикалы может привести к накоплению окислительного повреждения, обычно называемого окислительным стрессом, который, как известно, потенциально вреден. Окислительный стресс усиливает окислительную реакцию путем подавления белков, включенных в окислительную защиту, и путем истощения клеточного хранилища антиоксидантов, таких как витамин E и каротиноиды.

Именно по этой причине это так важно при ежедневном приеме пищи, содержащей антиоксиданты, особенно для атлетов во время фазы реституции. Полифенолы из оливкового масла, такие как гидрокситирозол, являются очень активными и хорошо документированными антиоксидантами, которые очищают реактивный кислород и виды азота в организме.

Продолжайте есть рыбу и рыбий жир

Ранее предполагалось, что окисленные липиды вовлечены в патологию и развитие хронических заболеваний, и был выражен некоторый скептицизм относительно увеличения потребления полиненасыщенных жирных кислот. Исходя из этой озабоченности, норвежский комитет по безопасности пищевых продуктов (VKM) оценил позитивное и негативное воздействие омега-3 жирных кислот на пищевые добавки и обогащенную пищу на здоровье омега-3, используя концепцию европейской безопасности пищевых продуктов (EFSA) для оценки риска — оценка пользы продуктов питания. Норвежские органы здравоохранения пришли к выводу, что безопасно потреблять основные жирные кислоты омега-3, EPA и DHA, потребляя жирную рыбу или рыбий жир.