Оксидантный стресс при экспрессии гутамат-кальциевого каскада

Метаболизм АК сопряжен с образованием простагландинов (ПГ), тромбоксанов (Tx), гидроксижирных кислот и гидропероксижирных кислот, лейкотриенов (ЛТР), липоперекисей и реактивных свободных радикалов, т.е. значительно интенсифицирует процессы СРО и ПОЛ. Резкое усиление окислительных процессов при недостаточности системы антиоксидантной защиты приводит к развитию оксидантного стресса, являющегося одним из универсальных механизмов повреждения тканей организма. Особая опасность развития оксидантного стресса в ЦНС определяется значительной интенсивностью окислительного метаболизма мозга, составляющего 2% от общей массы человека, но утилизирующего до 50% всего потребляемого O₂. Интенсивность потребления O₂ нейронами в десятки раз превышает потребности других клеток и тканей (350-450 мкл О2/г в 1 мин по сравнению с 70-90 мкл для сердца, 1,6-2,4 мкл для скелетных мышц, 9-24 мкл для фагоцитирующих лейкоцитов).

Дополнительными факторами развития оксидантного стресса в ткани мозга являются высокое содержание в ней липидов (около 50% сухого вещества), ненасыщенные связи которых являются субстратом для ПОЛ; аскорбата (в 100 раз больше, чем в периферической крови), участвующего в качестве прооксиданта в неферментативных процессах ПОЛ. Активность ферментативных антиоксидантных систем (каталазы, глутатион-пероксидазы (ГПО)) в мозге значительно ниже, чем в других тканях, что еще больше повышает риск развития оксидантного стресса.

В физиологических условиях О₂ радикалы вырабатываются во всех клетках как звено аэробного метаболизма. Полное восстановление молекулы О₂ до H₂O требует 4 электрона: во время переноса первого формируется Ō₂-радикал, при переносе второго - H₂O₂, наиболее токсичный и реактивный ОН-радикал является результатом третьего переноса, а вследствие четвертого переноса образуется молекула H₂O. Акцепторами свободных радикалов в основном являются вещества с низкой молекулярной массой, расположенные в цитоплазме или на клеточных мембранах. В естественных условиях в качестве антиоксидантов действуют супероксиддисмутаза (СОДМ), глутатион, ГПО, каталаза, церулоплазмин, витамин A, витамин Е, витамин С, витамин К, флавоноиды, кумарины.

При снижении МК и развитии церебральной ишемии основным источником интермедиатов О₂ являются нарушенные процессы митохондриального окислительного фосфорилирования. Снижение поступления в нейроны О₂ и повышение уровня восстановленности компонентов дыхательной цепи стимулируют восстановление О₂ по одноэлектронному пути с образованием свободных радикалов, а также оксидантов нерадикальной природы (H₂O₂ и аниона гипохлорита), поскольку О₂ легко реагирует с промежуточными компонентами дыхательной цепи в восстановленном состоянии.

Основные интермедиаты кислорода (Ō₂ - супероксид-радикал; НО^¯ - пергидроксил-радикал; H₂O₂ - перекись водорода; ОН^¯ - гидроксил-радикал) образуются в последовательных реакциях Haber-Weiss.

СОДМ катализирует 3-ю реакцию при физиологическом рН с очень быстрой и постоянной скоростью, образуя H₂O₂, которая потом распадается на H₂O и О₂ с помощью каталазы а в ткани мозга - с помощью ГПО за счет сниженного глутатиона (4-я реакция). Окисленный глутатион может вновь перейти в глутатион с помощью глутатион-редуктазы при наличии NADP.

Гидроксил-радикалы (ОН)-особенно активные оксиданты, инициирующие ПОЛ, вызывающие окисление белков и повреждение ДНК клеток. Супероксид-радикалы (Ō₂) значительно менее реактивны, но имеют более длительную жизнь и могут образовывать ОН^¯ в 5-й реакции Haber-Weiss, которая протекает только в присутствии ионов Fe²⁺ (Fenton реакция).

Другой путь образования ОН^¯ представлен реакцией (6-й) между Ō₂ и радикалом оксида азота (NO^¯), продуктом которой является пероксинитрит (ONOO).

Помимо дыхательной митохондриальной цепи, свободнорадикальные интермедиаты О₂ образуются в ферментативных реакциях, при аутоокислении моноаминов, синтезе ПГ и ЛТР. В связи с тем что большинство этих реакций являются Са²⁺-зависимыми, характерна их значительная активация на фоне ишемии, сопровождающейся увеличением концентрации внутриклеточных ионов Са²⁺.

Высокореакционноспособные радикалы О₂ вызывают окисление биомакромолекул, а также инициируют цепные процессы ПОЛ в мембранах, прямое окислительное повреждение нуклеиновых кислот и белков.

Образующиеся в процессе ПОЛ гидроперекиси неустойчивы, их распад приводит к появлению разнообразных вторичных и конечных продуктов ПОЛ, представляющих собой высокотоксичные соединения (диеновые конъюгаты, шиффовы основания и др.), которые оказывают повреждающее действие на мембраны и клеточные структуры. Как следствие образуются сшивки биополимеров, определяются набухание митохондрий и разобщение окислительного фосфорилирования, инактивация тиоловых ферментов, участвующих в дыхании и гликолизе, дальнейшее разрушение липидной основы мембран.