Референтные величины активности супероксиддисмутазы (СОД) в эритроцитах — 1092-1817 ЕД/г Hb.
СОД превращает супероксид в перекись водорода, то есть является одним из первичных антиоксидантов. Наличие СОД в организме человека позволяет поддерживать физиологическую концентрацию супероксидных радикалов в тканях, что обеспечивает возможность существования организма человека в кислородной атмосфере и использование им кислорода в качестве конечного акцептора электронов.
При ИМ этот фермент защищает сердечную мышцу от действия свободных радикалов, образующихся при ишемии (активность СОД в крови при ИМ высокая). Степень повышения СОД обратно пропорциональна деятельности левого желудочка, и может быть использована как маркёр повреждения миокарда.
Активность СОД эритроцитов повышена у больных гепатитом и снижается при развитии острой печёночной недостаточности. Очень высока активность СОД у больных с различными формами лейкемии. При анемии Фанкони активность СОД в эритроцитах снижена и, наоборот, повышена при железодефицитной анемии и р-талассемии.
При синдроме Дауна избыток СОД приводит к накоплению перекиси водорода в мозговой ткани. Подобное явление имеет место при старении, таким образом можно объяснить раннее старение больных с синдромом Дауна.
Высокую активность СОД у септических больных считают ранним маркёром развития у них респираторного дистресс-синдрома.
При заболеваниях почек уровень СОД возрастает в ответ на усиленное образование свободных радикалов. После гемодиализа активность СОД нормализуется или становится ниже нормы вследствие развития дефицита микроэлементов.
Активность СОД эритроцитов снижена при ревматоидном артрите, по её уровню можно оценивать эффективность проводимого лечения.
Активность СОД снижена у больных с ослабленной иммунной системой, что делает таких больных более чувствительными к респираторным инфекциям с развитием пневмонии.
Супероксиддисмутаза вырабатывается в организме человека, но она присутствует и во всех без исключения животных и растительных продуктах. Однако напрямую получить ее из пищи практически невозможно, так как она расщепляется желудочным соком на составляющие элементы.
СОД представляет собой металлофермент, вернее, семейство ферментов, в состав которых входят атомы металлов. В человеческом организме присутствуют три типа СОД: СОД-1 и СОД-3 содержат атомы меди и цинка, а в молекулу СОД-2 входит марганец. Цинк, медь и марганец относятся к числу незаменимых для организма микроэлементов, притом дефицитных.
СОД защищает жизнь на нашей планете не хуже, чем программа "звездных войн" СОИ. Супероксиддисмутаза - это то, что обеспечивает безопасное существование человеческого организма в кислородной атмосфере. При ее недостаточном количестве человек медленно сгорает. И это медленное сгорание называется старением.
СОД и старение
Ученые установили, что супероксиддисмутаза напрямую влияет на продолжительность жизни человека, так как увеличивает ресурс жизнедеятельности клеток. Антиоксидантная активность СОД в 10000 раз выше, чем у таких антиоксидантов, как витамины А и Е. В первую очередь это относится к перекисным кислородным радикалам.
Кислородная жизнь возможна в узких рамках содержания кислорода в атмосфере - чуть больше или чуть меньше, чем 20,8 процента. В атмосфере чистого кислорода лабораторные животные погибают в течение нескольких дней, так что кислород, необходимый для жизни, является и универсальным ядом, который убивает все живое.
Молекулярный кислород не токсичен. Однако на всех этапах окислительно-восстановительных процессов в организме образуются активные кислородные радикалы, повреждающие клетки: пероксид кислорода, перекись водорода и гидроксильные радикалы. Это и есть АФК - активные формы кислорода.
По свободнорадикальной теории старения Хартмана, причиной возрастных изменений в клетках является накопление в них повреждений, вызванных свободными радикалами - осколками молекул, которые обладают повышенной химической активностью из-за наличия неспаренного электрона. АФК являются наиболее опасной разновидностью свободных радикалов. Поэтому процесс старения в целом является следствием разрушительного воздействия кислорода на организм.
Продолжительность жизни человека и животных определяется отношением активности СОД к интенсивности обмена веществ: срок жизни организма оказывается прямо пропорциональным этой величине.
Теория Хартмана позволила объяснить некоторые хорошо известные факты, относящиеся к старению. Например, животные, которые получают малокалорийную, но сбалансированную пищу, живут дольше, чем те, которые получают изобильный корм. Ограничение в пище снижает скорость обмена и замедляет накопление повреждений в клетках.
Более низкая интенсивность обмена веществ у женщин по сравнению с мужчинами определяет и большую (в среднем на 10 лет) продолжительность жизни прекрасной половины человечества. У долгожителей из горных районов обмен также замедлен из-за более низкого содержания кислорода в воздухе.
Даже внутри одного организма срок жизни клеток разных органов отличается: чем больше супероксиддисмутазы в клетках, тем дольше они живут. Наибольшее содержание СОД отмечается в печени, надпочечниках, почках и селезенке. Высокой активностью супероксиддисмутазы отличаются эритроциты, поэтому они живут в среднем 125 суток, а лимфоциты, например, всего 10-12 часов.
Клетки кожного эпидермиса относятся к числу короткоживущих (в среднем 7 дней), к тому же кожа подвергается интенсивному воздействию свободных радикалов извне. Вероятно, поэтому хорошее воздействие на кожу оказывают косметические средства, содержащие СОД - противовоспалительные, солнцезащитные и увлажняющие кремы и лосьоны. Особенно велика их эффективность в предотвращении образования морщин, так как СОД предотвращает сшивку молекул коллагена, вызванную супероксидными радикалами.
Правда, в теории Хартмана имеются пробелы. Так, например, большинство нервных клеток доживают с нами до старости. Однако, хотя мембраны клеток мозга содержат повышенное количество легко окисляемых липидов, антиоксидантная защита мозга недостаточна; в частности, в нем практически полностью отсутствует каталаза.
Глутатион пероксидаза (ГП) в крови
Референтные величины активности глутатион пероксидазы (ГП) в эритроцитах составляют 29,6-82,9 ЕД/г Hb.
ГП — один из важнейших элементов антиоксидантной системы организма. Она превращает перекись водорода и липидные пероксиды в безвредные молекулы до того, как они образуют свободные радикалы. Это селензависимый фермент. Изменения концентрации селена в крови хорошо коррелируют с уровнем активности ГП. Дефицит селена в организме снижает активность ГП, а введение селена повышает её. Снижение активности ГП при некоторых заболеваниях во многом определяет динамику патологического процесса.
Активность ГП определяют в следующих случаях.
; У пациентов, страдающих заболеваниями, связанными с недостаточностью ГП и селена.
; У лиц с повышенным риском дефицита селена: в старческом возрасте, при плохом питании, курении, алкоголизме, стрессе, почечной недостаточности, болезни Крона, муковисцидозе, аутоиммунных заболеваниях, химиотерапии.
; Для определения антиоксидантного потенциала и оценки эффективности лечения.
Активность ГП снижена у больных алкоголизмом, в результате чего нарушается защита печёночных клеток от повреждающего действия алкоголя. Активность ГП и концентрация селена в крови у таких больных возвращается к норме после прекращения приёма алкоголя.
Снижение активности ГП значительно повышает риск возникновения раковых заболеваний. У больных муковисцидозом плохо абсорбируется селен, что приводит к снижению активности ГП. Мониторинг активности ГП у таких больных позволяет вовремя принять решение о проведении заместительной терапии.
Низкая активность ГП и низкий уровень селена могут быть причиной бесплодия.
Свободные радикалы участвуют в патогенезе ревматоидного артрита, поэтому при этом заболевании часто снижена активность ГП и концентрация селена.
Активность ГП понижена у больных, находящихся на программном гемодиализе. Это вызвано связанным с гемодиализом недостатком микроэлементов, в частности селена.
Нарушение равновесия процессов генерации и нейтрализации свободных радикалов приводит к нарушениям структуры биологических мембран, развитию процессов переокисления липидов, нарушениям формулы крови, нарушениям снабжения тканей кислородом и питательными веществами (трофики) и интоксикации клеток.
Одним из основных видов поражения клеток свободными радикалами является разрушение жирных кислот, входящих в состав клеточных мембран (перекисное окисление липидов, или ПОЛ). В результате в клеточной оболочке возникают сквозные каналы, что приводит к нарушению жизнедеятельности клетки и ее гибели.
Перекиси липидов, в свою очередь, представляют собой реакционно-активные молекулы, которые включаются в цепочку свободнорадикальных превращений. "Укушенные" свободными радикалами молекулы становятся "вампирами", которые заражают оксидантным вирусом здоровые молекулы белков и липидов.
Окисление липидных структур лежит в основе развития многих заболеваний, в том числе атеросклероза, ишемической болезни сердца, диабетической ангиопатии. Жирные кислоты легко поддаются окислению (вспомните, например, как прогоркает растительное масло в стеклянной бутылке), поэтому оболочки клеток содержат большое количество жирорастворимых антиоксидантов, таких как витамины Е и А, задействованных в механизме защиты от ПОЛ.
ГПО: "скорая помощь" для клетки
Но существует и специфическая "скорая помощь" окисленным жировым молекулам - глутатион-ферментный автономный комплекс, в который входят трипептид глутатион и антиоксидантные ферменты глутатионпероксидаза, глутатион-S-трансфераза и глутатион-редуктаза.
Глутатионпероксидаза служит катализатором реакции восстановления перекисных липидов с помощью глутатиона и в огромной степени ускоряет этот процесс. Глутатион же является центральной фигурой в этой реакции, но при этом сам переходит в окисленную форму.
Окисленный глутатион практически сразу же восстанавливается под действием фермента глутатионредуктазы и вступает в реакцию с новыми молекулами пероксидов. В результате такого процесса окисленные липиды полностью восстанавливаются или превращаются в менее токсичные соединения. Весь глутатион-ферментный комплекс предотвращает поврежде-ние клеточных оболочек вследствие разрушения липидных молекул свободными радикалами.
Глутатионпероксидаза, так же, как и СОД, является по своей структуре белком-металлоферментом. Для ее выработки необходим селен, причем в достаточно больших количествах, так как каждая молекула ГПО содержит 4 атома селена. При недостаточном количестве селена вместо ГПО образуется глутатион-S-трансфераза, которая разрушает только перекись водорода. Тоже нужная штука, но ГПО она не заменит.
При дефиците селена у нас нет и глутатионпероксидазы, а значит, открывается громадная брешь в обороне от оксидативного стресса и связанных с ним болезней - атеросклероза, сердечно-сосудистых заболеваний, ревматоид-ного артрита и катаракты.
Так же, как и СОД, глутатионпероксидаза - это не один фермент, а целое семейство (у человека установлено наличие 8 видов глутатионпероксидаз). Важнейшие из них работают в цитоплазме и клеточных митохондриях, другие - в крови и кишечнике.
ГПО является одним из важнейших звеньев антиоксидантной защиты организма. Для клетки в целом активность глутатионпероксидазы значительно важнее, чем других антиоксидантных ферментов. Так же, как и каталаза, ГПО способна разрушать и перекись водорода, но она более чувствительна к низким концентрациям H2O2, которые возникают чаще. В некоторых тканях (клетки мозга, сердце) каталазы почти нет, поэтому глутатионпероксидаза играет там роль основного антиоксидантного фермента.
Наибольшее количество глутатионпероксидазы сосредоточено в печени, эритроцитах, надпочечниках. Значительное ее количество содержится в нижних дыхательных путях, где она нейтрализует поступающие из внешней среды озон, окись азота и другие активные вещества.
Активность глутатионпероксидазы в организме во многом определяет динамику патологических процессов. При снижении активности ГПО нарушается защита клеток печени от алкоголя и опасных химических веществ, значительно повышается риск возникновения онкологических заболеваний. В настоящее время глутатионпероксидаза рассматривается как перспективное средство предотвращения рака.
При низкой активности ГПО и низком уровне селена возможно возникновение бесплодия, развитие ревматоидного артрита и других заболеваний. Помимо селена, активность глутатионпероксидазы зависит также от содержания в организме витаминов А, С и Е, серосодержащих аминокислот и, естественно, глутатиона. По некоторым данным, необходимы также витамины группы В - ниацин (никотинамид) и рибофлавин.
Необходимо также учитывать роль микробиоты (полезной кишечной микрофлоры) в метаболизме всех металлозависимых ферментов: каталазы, супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы. Кишечная микрофлора или напрямую участвует в их производстве, или подготавливает процессы ферментирования. Так, например, никто иной, как кишечные микробы, присоединяет к молекуле глутатиона четыре атома селена, которые образуют молекулу ГПО.
Общая антиоксидантная активность плазмы крови
Референтные величины общей антиоксидантной активности плазмы — 1,301,77 ммоль/л.
При недостаточности одного или нескольких звеньев антиоксидантной системы ткани утрачивают защиту от действия свободных радикалов, что приводит к повреждению тканей и органов и развитию заболевания. Для оценки состояния антиоксидантной системы или общего антиоксидант-ного статуса организма используют определение общей антиоксидантной активности плазмы крови, что помогает клиницисту решать следующие задачи.
; Выявлять лиц с повышенным риском таких заболеваний, как рак, заболевания сердца, ревматоидный артрит, сахарный диабет, ретинопатия и старение. У таких людей обычно выявляют снижение общей анти-оксидантной активности плазмы крови. Профилактическое длительное применение антиоксидантов у таких лиц приводит к значительному снижению риска заболеваний. В частности, применение в течение 2 лет витамина Е в профилактических целях приводит к снижению риска развития заболеваний сердечно-сосудистой системы у мужчин на 37%, у женщин — на 41%.
; Обосновать применение в комплексном лечении больного антиокси-дантов. Снижение общей антиоксидантной активности плазмы крови служит прямым показанием к назначению больному витамина Е, бета-каротина и др. У недоношенных детей общая антиоксидантная активность плазмы крови снижена по сравнению с нормальными новорождёнными, из-за чего они более чувствительны к повреждениям свободными радикалами. Это обуславливает развитие у них такой патологии, как ретинопатия, бронхопульмональная дисплазия, некроти-зирующий энтероколит. Назначение таким детям антиоксидантов позволяет предотвратить развитие многих из перечисленных осложнений, при этом следует по возможности воздерживаться от оксигенотерапии, способствующей образованию свободных радикалов.
; Проводить мониторинг течения заболевания и эффективности терапии. Общая антиоксидантная активность плазмы крови снижена у больных с заболеваниями печени, бронхиальной астмой, хронической обструк-тивной болезнью лёгких, ИБС, онкологическими заболеваниями и др. Эффективное лечение приводит к повышению или нормализации этого показателя.
; Оценивать эффективность лечебного диетического, парентерального и зондового питания для выяснения того, какая пища наиболее полезна для повышения антиоксидантного статуса больного.
Антиоксидантный статус
Образование свободных радикалов — постоянно происходящий в организме процесс, физиологически сбалансированный за счёт активности эндогенных антиоксидантных систем. При чрезмерном увеличении продукции свободных радикалов вследствие прооксидантных воздействий и/или несостоятельности антиоксидантной защиты развивается окислительный стресс, сопровождающийся повреждением белков, липидов и ДНК. Эти процессы значительно усиливаются на фоне снижения активности анти-оксидантных систем организма (супероксиддисмутаза, глутатион перокси-даза (ГП), витамин Е, витамин А, селен), защищающих клетки и ткани от губительного действия свободных радикалов. В дальнейшем это приводит к развитию главных болезней человечества: атеросклероза, ИБС, сахарного диабета, артериальной гипертензии, иммунодефицитных состояний, злокачественных новообразований и к преждевременному старению Современные лабораторные тесты позволяют оценить как активность свободнорадикальных процессов, так и состояние систем антиоксидант-ной защиты.СОД представляет собой металлофермент, вернее, семейство ферментов, в состав которых входят атомы металлов. В человеческом организме присутствуют три типа СОД: СОД-1 и СОД-3 содержат атомы меди и цинка, а в молекулу СОД-2 входит марганец. Цинк, медь и марганец относятся к числу незаменимых для организма микроэлементов, притом дефицитных.