Окислительный стресс: причины, последствия и болезни

Окислительный стресс – это состояние, при котором в организме наблюдается избыточное количество свободных радикалов или реактивных форм кислорода при недостаточном уровне антиоксидантной защиты. Эти свободные радикалы могут повреждать белки, ДНК и мембраны клеток, что приводит к негативным последствиям для здоровья.

Почему свободные радикалы опасны?

• Повреждённая ДНК не может корректно выполнять свои функции, что может привести к мутациям и развитию опухоли. ДНК является хранилищем генетической информации. Когда свободные радикалы атакуют ДНК, они могут вызывать разрывы в цепочках, модификацию оснований или образование аддуктов. Эти изменения, если они не исправлены системами репарации ДНК, могут привести к ошибкам при репликации, вызывая мутации. Накопление мутаций в генах, контролирующих клеточный цикл и апоптоз (программируемую клеточную гибель), является одним из ключевых факторов в развитии рака. Например, повреждение генов-супрессоров опухолей или онкогенов может привести к бесконтрольному делению клеток и образованию злокачественных новообразований.
• Разрушение клеточных мембран. Липиды, из которых состоят мембраны клеток, уязвимы для атаки свободных радикалов. В итоге, клетка может погибнуть. Клеточные мембраны, состоящие преимущественно из липидов, играют критическую роль в поддержании целостности клетки, регуляции транспорта веществ и межклеточных взаимодействий. Свободные радикалы, особенно перекисные радикалы, инициируют процесс перекисного окисления липидов. Этот процесс разрушает структуру липидов, нарушает барьерную функцию мембраны, увеличивает ее проницаемость и приводит к утечке внутриклеточного содержимого. Поврежденная мембрана теряет свою способность поддерживать электрохимический градиент, необходимый для многих клеточных процессов, и в конечном итоге может привести к гибели клетки (некрозу или апоптозу).
• Нарушение работы ферментов и белков. Белки выполняют огромное количество функций в организме: от катализа биохимических реакций (ферменты) до транспортировки веществ, поддержания структуры клеток и участия в иммунных реакциях. Свободные радикалы могут модифицировать аминокислотные остатки в белках, вызывая изменение их конформации (трехмерной структуры). Такая конформационная изменчивость часто приводит к потере биологической активности белка. Например, ферменты могут перестать выполнять свои каталитические функции, белки-рецепторы могут потерять способность связываться с лигандами, а структурные белки могут стать менее устойчивыми. Накопление поврежденных белков также может быть токсичным для клетки.

Окислительный стресс – это не просто клеточное повреждение, но и фундаментальный фактор, лежащий в основе развития многих хронических заболеваний.

Окислительный стресс – причина многих болезней

• Сердечно-сосудистые заболевания. Окислительный стресс играет ключевую роль в патогенезе атеросклероза. Перекисное окисление липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), или “плохого холестерина”, приводит к образованию окисленных ЛПНП. Эти окисленные частицы легче проникают в стенку артерий, где они поглощаются макрофагами, превращая их в пенистые клетки. Это является начальным этапом формирования атеросклеротических бляшек. Кроме того, окислительный стресс способствует дисфункции эндотелия (внутренней выстилки сосудов), что ведет к снижению выработки оксида азота – важного вазодилататора, и повышению адгезии лейкоцитов к стенке сосуда. Все это увеличивает риск тромбообразования, инфарктов и инсультов.
• Воспалительные процессы, которые лежат в основе заболевания суставов, печени, почек и других органов. Хроническое воспаление часто сопровождается повышенным образованием активных форм кислорода, вырабатываемых иммунными клетками в процессе борьбы с патогенами. Однако при хронических воспалительных заболеваниях этот процесс выходит из-под контроля, и свободные радикалы начинают повреждать собственные ткани организма. Например, при ревматоидном артрите окислительный стресс способствует разрушению хрящевой ткани и синовиальной оболочки суставов. При заболеваниях печени, таких как неалкогольная жировая болезнь печени, окислительный стресс усугубляет воспаление и фиброз. В почках окислительный стресс может приводить к гломерулосклерозу и развитию хронической почечной недостаточности.
• Неврологические расстройства. Нервная ткань, особенно мозг, обладает высокой метаболической активностью и потребляет большое количество кислорода, что делает ее особенно уязвимой к окислительному стрессу. Свободные радикалы могут повреждать нейроны, нарушать передачу нервных импульсов и вызывать нейродегенеративные процессы. Окислительный стресс ассоциируется с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и боковой амиотрофический склероз. Например, при болезни Альцгеймера окислительное повреждение ДНК и белков, а также накопление аномальных белковых агрегатов (амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков) способствуют гибели нейронов.
• Сахарный диабет. У пациентов с сахарным диабетом наблюдается повышенный уровень глюкозы в крови, что само по себе может стимулировать образование свободных радикалов через процессы гликирования белков и аутоксидации глюкозы. Высокий уровень глюкозы приводит к активации фермента протеинкиназы С (ПКС) и пути гексозамина, которые увеличивают продукцию активных форм кислорода. Этот повышенный окислительный стресс является одной из основных причин диабетических осложнений, таких как диабетическая ретинопатия, нефропатия и нейропатия.
• Процессы старения и др. Старение организма во многом связано с накоплением повреждений, вызванных окислительным стрессом. С течением времени снижается эффективность антиоксидантной защиты, и свободные радикалы постепенно повреждают клеточные компоненты, что приводит к снижению функциональной активности клеток и тканей, потере эластичности кожи, ухудшению зрения, ослаблению иммунной системы и увеличению риска развития возрастных заболеваний. Кроме того, окислительный стресс может быть связан с развитием катаракты, респираторных заболеваний, а также играть роль в метаболических нарушениях, таких как ожирение. Комплексная антиоксидантная система организма, включающая как ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза), так и низкомолекулярные антиоксиданты (витамин С, витамин Е, глутатион), призвана нейтрализовать избыток свободных радикалов. Однако при дисбалансе между производством и нейтрализацией свободных радикалов возникает окислительный стресс, требующий внимания и коррекции.