Концепция развития патохимических реакций при гипоксических состояниях Докладчик

Концепция развития патохимических реакций при гипоксических состояниях. Докладчик: Разин А. Ю.

ТРИ «КИТА» , СПОСОБСТВУЮЩИЕ «НЕОБРАТИМОСТИ» ПАТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПРИ ГИПОКСИИ. МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ДИСБАЛАНС ГИПОКСИЧЕСКИЙ НЕКРОБИОЗ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЙ ДИСБАЛАНС СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЙ НЕКРОБИОЗ МЕДИАТОРНЫЙ ДИСБАЛАНС ЭКСАЙТОТОКСИЧЕСКИЙ НЕКРОБИОЗ

Последствия патохимических реакций гипоксии. 1. МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ДИСБАЛАНС (дефицит энергии) -снижение скорости окислительного фосфорилирования -сдвиг равновесия НАД+/НАДН вправо (изменение поляризации клеточных мембран ). -несостоятельность альтернативных путей образования АТФ - внутриклеточный ацидоз (МК, С 02, протоны) 2. ОКСИДАТИВНЫЙ ДИСБАЛАНС (образование АФК): -нарушение композиции клеточных мембран 3. МЕДИАТОРНЫЙ ДИСБАЛАНС (эксайтотоксичность). 4. Цитокиновый дисбаланс 5. Транскрипционный дисбаланс. -нарушение кальциевого гомеостаза клетки. -эксайтотоксичность Нарушение гомеостаза клеточного кластера

СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫЙ НЕКРОБИОЗ (ОКСИДАТИВНЫЙ ДИСБАЛАНС).

Реакции с участием О 2 в живой клетке протекают в активных центрах оксидаз или оксигеназ (два пути окисления) 1. оксидазный 2. оксигеназный

ОКСИДАЗНЫЙ ПУТЬ. 80% кислорода потребляемого клеткой, используется в митохондриях с участием цитохромоксидазы- дающий клетке энергию в виде АТФ. Оксидазы ФМН и ФАД –зависимые катализируют реакции окисления веществ с образованием перекиси водорода.

Процесс полного восстановления О 2 до Н 2 О более энергозависимый, чем процессы неполного восстановления, и осуществляется конечным ферментом дыхательной цепи митохондрий - цитохромоксидазой.

Оксигеназный путь окисления. 1. Не дает клетке энергии. 2. Происходит на мембранах эндоплазматического ретикулума(микросомах). 3. Микросомальным окислением осуществляется альфа-гамма окисление ЖК, синтез ненасыщенных ЖК, стероидов, обезвреживание ксенобиотиков. 4. О 2 включается в субстрат с образованием гидроксильной или карбоксильной групп.

-Выделяют 2 вида оксигеназ. 1. диоксигеназы –включающие в молекулу субстрата два атома молекулы О 2. монооксигеназы(гидроксилазы)один атом молекулы О 2 включается в субстрат, а второй атом восстанавливается до воды. (гидроксилирование ксенобиотиков). Активатором О 2 при этом является цитохром Р 450

Свободные радикалы - это атомы или группы химически связанных атомов или молекулы которые имеют неспаренные электроны на внешний валентной орбитали, то есть свободные валентности, наличие которых определяет их высокую химическую реакционную способность и магнитный момент(магнетизм). Процессы, в которых участвуют эти свободные радикалы, являются обязательным атрибутом нормального аэробного метаболизма.

- О 2 - - супероксидный радикал - НО 2 - - гидроперекисный радикал - ОН - - гидроксильный радикал - Н 2 О 2 - пероксид водорода Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название активных форм кислорода (АФК).

АФК образуются 1. Внутриклеточно (в митохондриях , микросомах, перосисомах). 2. Внеклеточно (в процессе фагоцитоза).

АФК - нестабильные соединения. Известно, что время жизни АФК в биологических системах очень коротко. Соответственно времени жизни изменяется и величина диффузии каждого из них в живых организмах.

Кроме продуктов восстановления кислорода, к АФК относят также: - молекулы кислорода в синглетном состоянии (1 О 2) - окисел азота (NО) - пероксинитрит (ОNОО) - гипогалогениты (НОСl, НОВг, НОJ) - а также продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) - перекисные (RО 2 -) и алкоксильные (RО) радикалы.

Свободнорадикальные реакции, которые происходят в организме, непосредственно ведут к образованию эндогенного кислорода. Такой механизм ведёт к постоянному поддержанию в клетках высокого напряжения кислорода, что стимулирует работу митохондрий, поддерживает кислородный гомеостаз и обеспечивает высокую интенсивность аэробного метаболизма.

В условиях нормально функционирующего организма ПОЛ является физиологическим процессом, способствующим обновлению клеточных мембран и внутриклеточных структур. Поддержание оптимального уровня перекисных процессов осуществляется с помощью ферментативного и неферментативного компонентов антиоксидантной системы.

Ферментативная защита клеток. 1. Супероксиддисмутазыпревращение супероксидного радикала в перекись водорода. 2. Каталазы(разложение перекиси водорода на Н 2 О и О 2).

3. Глутатионпероксидазы – главная система защиты эритроцитов от разрушительного действия Н 2 О 2. В качестве кофермента – глутатионпероксидазы выступает трипептид-глутатион.

Неферментативная защита. 1. Вит. Е – защита ненасыщенных ЖК клеточных мембран от перекисного окисления , SH-групп мембранных белков, двойных связей кротинов и Вит. А

2. Вит Е – (с Вит. С) способствует включению селена в состав активного центра глутатионпероксидазы – контролирующей синтез гема и цитохромов, стабилизирующей биологические мембраны.

При глубоких дистрофических энергодефицитных состояниях эти процессы угнетаются, что ведёт к появлению токсических концентраций недоокисленных метаболитов.

Кислородные свободные радикалы принимают участие: - в метаболизме ксенобиотиков в организме; - при повреждениях, вызванных ишемией и реперфузией; - в онтогенезе и в клеточной пролиферации; - в регуляции тонуса сосудов; - при воспалении; - при бактериальных и вирусных инфекциях; - в регуляции метаболических процессов как внутриклеточные мессенджеры; - в канцерогенезе; - в атерогенезе; - при старении и т. д.

В человеческом организме выявлено много систем, которые продуцируют активные формы кислорода, как в физиологических условиях, так и в патологических. Это образование кислородных свободных радикалов: - в дыхательной цепи митохондрий; - в электронно-транспортной цепи микросом; - путём перехода оксигемоглобина в метгемоглобин; - во время метаболизма арахидоновой кислоты; - в реакции гипоксантин-ксантиноксидаза; - при биосинтезе и окислении катехоламинов; - под воздействием ионизирующего излучения, озона, NO 2; - при фотолизе и функциональной активности фагоцитирующих клеток крови (нейтрофилов, моноцитов, макрофагов.

Са++ К Na Са++ Na К Сl- Na Сl- К Сl-

ЭНДОГЕННЫЕ ЛИГАНДЫ и ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕЦЕПТОРОВ Рецепторы ферментных комплексов Рецепторы мембранных носителей Рецепторы вольтажконтролиру емых ионных каналов Рецепторы лигандконтролиру емых ионных каналов Рецепторы с внутриклеточно й ферментной активностью Рецепторы, связанные с. G белками Gs Изменение кинетики биохимическ их реакций Переносвеществ не зависимо от градиентов концентраций Изменение поляризации клеточных и внутриклеточных мембран. Метаболотропное действие Рецепторы цитоплазм ы и ядра Gi Контроль заряда мембран, транскрипции и трансляции. Изменение химических синтезов, функции клетки, ткани, органа Лечебные эффекты препаратов

Стержневая компонента гомеостаза – промежуточный обмен ГЛЮКОЗА ПВК МК ЦТК

Сопряжение окисления и фосфорилирования

ОКИСЛЕНИЕ Н+ О 2 ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ Н+ НРО 3

4 реакции окислительного фосфорилирования. 1 N A D F A D 2 Убихинон 3 Цитохром 4

Гипоксия снижает активность цитохромов дыхательной цепи митохондрий, происходит неполное электронное восстановление О 2 с образованием Н 2 О 2 – ключевого момента автоматического запуска перекисных процессов.

Развивается неконтролируемый рост концентрации АФК. Этот процесс поддерживается одновременным ингибированием ферментативного компонента антиоксидантной системы.

Снижение выхода АТФ НАРУШЕНИЕ РАБОТЫ БЕЛКОВПЕРЕНОСЧИКОВ КАТИОННЫХ КАНАЛОВ. 1. К-Na АТФ-азы 2. Са –зависимой АТФ-азы 3. Протонной помпы

Са внутри клетки 10(-7) Са в межклеточном пространстве 10(-3) ВЫРАВНИВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВВИДУ НЕХВАТКИ ЭНЕРГИИ И ОБРАЗОВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ПУТЕМ ПРОСТОЙ ДИФФУЗИИ, ПО ГРАДИЕНТУ КОНЦЕНТРАЦИИ.

Са внутриклеточно связываясь в избытке со специфическим белком – кальмодулином блокирует внутриклеточный метаболизм + вызывает вазоконстрикцию.

Наростание внутриклеточно ионов Са и ионов Сl приводит к образованию хлорида кальция – обладающегодополнительным некротическим действием.

Н 2 О 2 – ЗЛЕЙШИЙ ВРАГ ЭРИТРОЦИТТОВ. Ввиду переменной валентности железа. Fe 2+ + H 2 O 2 = OH- +. OH + Fe 3+

Следовательно, активация окислительновосстановительных процессов, с одной стороны, обеспечивает кислородный обмен и высокий субстратный потенциал, а с другой - эффективную утилизацию недоокисленных субстратов и мобилизацию их в окислительных процессах, что ведёт к высокой интенсивности окислительновосстановительных реакций, к синтезу макроэргических интермедиатов и активности анаболического обмена, который, собственно, и поддерживает высокую эффективность ферментативной антиоксидантной защиты.

Принципиальный поход к цитопротекции ЛЮБОГО ГЕНЕЗА Мембраны клеток: нарушение композиции липидного слоя мембран Цитоскелет: бимолеклярного ↑Н+ ацидоз, отек, ишемия, эксайтотоксичность, накопление МНи. СММ образование АФК ↑ свободных радикалов сдвиг НАД+/НАДН 1 Лечение метаболических нарушений 2 Лечение цитокинового дисбаланса Лечение оксидативного стресса 4 Лечение эксайтотоксичности Лечение транскрипционных нарушений 5 3

ИДЕАЛЬНЫЙ ЦИТОПРОТЕКТОР ДОЛЖНЕН ОКАЗЫВАТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ВИДЫ ДЕЙСТВИЯ: Ш СНИЖАТЬ КИСЛОРОДНЫЙ ЗАПРОС КЛЕТОК И ТКАНЕЙ, УВЕЛИЧИВАТЬ КПД ТКАНЕВОГО ДЫХАНИЯ Ш ПОДДЕРЖИВАТЬ И «РАСТОРМАЖИВАТЬ» ГЛИКОЛИЗ «НА ВЫХОДЕ» Ш АКТИВИРОВАТЬ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ (В АСТРОЦИТАХ) Ш СНИЖАТЬ ЛАКТАТ-АЦИДОЗ Ш ЗАМЕДЛЯТЬ НЕФОСФОРИЛИРУЮЩИЕ ВИДЫ ОКИСЛЕНИЯ (свободно-радикальное окисдение) Ш ЛИМИТИРОВАТЬ ЭКСАЙТОТОКСИЧНОСТЬ И «ВТОРИЧНЫЕ КАСКАДЫ» ИШЕМИИ Ш СОХРАНЯТЬ ХИМИЧЕСКИЕ СИНТЕЗЫ РНК

ВЫВОД : АНТИГИПОКСАНТ ДОЛЖЕН ПРЕПЯТСТВОВАТЬ РАЗВИТИЮ: – ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО АЦИДОЗА И ЛЮБЫМ ПУТЕМ АКТИВИРОВАТЬ ГЛИКОЛИЗ – ОКСИДАТИВНОГО СТРЕССА – МЕДИАТОРНОГО СДВИГА – ЦИТОКИНОВОГО ДИСБАЛАНСА ЭТО ОЗНАЧАЕТ, ЧТО ЭФФЕКТИВНЫЙ «АНТИГИПОКСАНТ» ДОЛЖЕН ВОЗДЕЙСТВОВАТЬ КАК МИНИМУМ НА 4 КАСКАДА ГИПОКСИИ, Т. Е. БЫТЬ КОМБИНАЦИЕЙ ВЕЩЕСТВ, ингредиенты которой должны назначаться в определенной последовательности