Фармакология и биохимия гипоксии

КЛИНИЧЕСКИЕ И МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ
ПРОЯВЛЕНИЯ ГИПОКСИИ
Характерными симптомами острой гипоксии яв­ ляются одышка, тахикардия, головные боли, тошнота, рвота, психические расстройства, нарушения коор­ динации движений, цианоз, иногда расстройства зрения и слуха. Из всех функциональных систем орга­ низма к действию острой гипоксии наиболее чув­
ствительны центральная нервная система (ЦНС), системы дыхания и кровообращения.
В ЦНС наиболее чувствительны к гипоксии фи­ логенетически молодые образования (кора головного мозга) и значительно менее чувствительны более древние отделы: ствол мозга, продолговатый и спин­ ной мозг. При полном прекращении снабжения кис­ лородом в коре головного мозга и в мозжечке уже через 2-3 минуты возникают очаги некроза, а в про­ долговатом мозге даже через 10-15 минут погиба­ ют лишь единичные клетки. Вместе с тем показано, что у людей, умерших от гипоксической комы, и у ла­ бораторных животных при гипобарической оксиге­ нации (рО2 25 мм рт. ст. в течение 15 минут) очаги некроза в коре мозга не обнаружены в отличие от случаев клинической или экспериментальной ише­ мии мозга [135].
При гипоксии головного мозга сначала возника­ ет возбуждение ЦНС. Основными проявлениями по­ вышенной нервно-рефлекторной возбудимости яв­ ляются усиление спонтанной двигательной активно­ сти, удлинение периода активного бодрствования, оживление безусловных врожденных рефлексов, мы­ шечная дистония, тремор конечностей [14].
Схематически основные звенья патогенеза гипоксии можно представить следующим образом (рисунок) [82].
Гипоксия приводит к нарушению окислительных процессов, развитию ацидоза, снижению энергети­ ческого баланса клетки, избытку нейромедиаторов, нарушению метаболизма глии и нейронов. Далее ацидоз увеличивает проницаемость сосудистой стен­ ки с развитием межклеточного отека и нарушением центральной гемодинамики. В условиях гипоксии
повышается перекисное окисление липидов с накоп­ лением агрессивных радикалов, й гидроперекисей, которые оказывают деструктивное действие на мем­ браны нейронов [112, 129]. Возбуждение сменяется торможением, наступает сонливость, появляется го­ ловная боль, нарушаются координация движений и двигательная функция (атаксия).
Характерными нарушениями дыхательной функ­ ции при гипоксии являются следующие: дыханиес- тановится частым, поверхностным, с явлениями ги- повентилляции. Может возникать .периодическое дыхание типа Чейн-Стокса.
При гипоксии происходит изменение обмена ве­ ществ в организме. Основной обмен вначале повы­ шается, затем при выраженной гипоксии понижает­ ся. Уменьшается и дыхательный коэффициент. В первую очередь это связано с нарушением процес­ сов энергообразо.вания на молекулярно'м и клеточ­ ном уровне [57]. В их основе лежат нарушения функ­ ций энергетического аппарата, связанного с после-, доватёльно развивающейся в условиях гипоксии инактивацией комплексов митохондриальных фер­ ментов, что приводит к нарушению аэробного синте­ за энергии, энергозависимых функций, метаболизма и клеточной структуры. - - - Л. Д. Лукьянова [67] предполагает два пути реа­ лизации эффектов гипоксии:
1. Путем прямого воздействия на биоэнергети­ ческий аппарат клетки с последующим нарушением его функций (биоэнергетическая гипоксия). 2. Опосредованно, через стрессорную активацию нейрогуморального звена, приводящего к запуску каскада неспецифических функционально-метаболи­ ческих реакций, нарушению кровоснабжения и дос­ тавки кислорода к клетке. Это провоцирует в конеч­ ном итоге биоэнергетическую гипоксию.
Гипоксия тесно сопряжена с изменениями внут­ риклеточной концентрации АТФ. В ответ на сниже­ ние кислорода в среде в клетке активируется НАД- зависимое окисление и аэробный этап биосинтеза АТФ, что приводит к увеличению концентрации мак­ роэргов в клетке и усилению энергозависимых внут­ риклеточных реакций. Снижение внутриклеточной кон­ центрации кислорода, означает начало второй фазы компенсаторной стадии, при этом идет подавление активности I ферментного комплекса в митохондриях с перераспределением сопутствующих метаболичес­ких потоков. В результате клетка обеспечивает себя субстратами дыхательной цепи. Далее происходит инактивация митохондриального ферментного комп­ лекса III и подавление многих АТФ — зависимых спе­цифических функций, в частности импульсной актив­ ности нейронов, синтеза мочевины в гепатоцитах и др. На стадии декомпенсации, несмотря на резкую активизацию гликолиза, отмечается линейное паде­ ние концентрации АТФ, сопровождающееся появле­ нием продуктов деградации адениловых нуклеотидов, усиливаются свободнорадикальные процессы и ПОЛ.
Недостаток макроэргов в тканях запускает комп­ лекс компенсаторных надмолекулярных механизмов, подробно описанных на примере гипоксии от ост­ рой кровопотери [8, 35].
Дефицит кислорода приводит к нарушению про­ цессов взаимного окисления.— восстановления пе­ реносчиков электронов в дыхательной цепи в мито­ хондриях. Катализаторы дыхательной цепи находят­ ся в восстановленном состоянии и не могут выпол­ нять роль акцепторов электронов от восстановленных коферментов. В результате снижается или полнос­ тью блокируется процесс переноса электронов по системе цитохромов, что в свою очередь усиливает химическое восстановление ферментов и кофермен­ тов дыхания [117]. Как результат, возрастает соот­ ношение НАД • Н/НАД и НАДФ Н/НАДФ.
Нарушение окислительно-восстановительного по­ тенциала переносчиков электронов ведет к дальней­ шему снижению окислительного фосфорилирования и концентрации АТФ и креатинфосфата в тканях и увеличению концентрации АМФ и Фн. Эксперимен­ тальная гипобарическая гипоксия (PVO2 < 5 мм рт. ст.) вызывает гиперпродукцию оксида азота в тканях мозга и резкое падение концентрации в них АТФ до J 10% от контрольного уровня [128].. Описанные из­ менения выявлены у животных различных видов при различных типах гипоксии [45, 136].
В крови увеличивается концентрация остаточного азота и, в частности, аминного азота в результате рас­ стройства дезаминирования аминокислот. В голов­ ном мозге, печени и других органах процессы катабо­ лизма белков преобладают над ресинтезом, в крови регистрируется отрицательный азотистый баланс, снижается концентрация фибриногена, протромбина и прокрвертина, а в моче растет концентрация моче­ вины, мочевой кислоты, таурина и аминокислот.
Показана тесная связь между выраженностью гипок­ сии при острых заболеваниях бронхо-легочной систе­ мы и ПОЛ и концентрацией мочевой кислоты, как пока­ зателя острого нарушения пуринового обмена [72].
При гипоксии нарушается окисление жиров и выделение с мочой промежуточных продуктов жи­ рового обмена (ацетон, ацетоуксусная кислота, ₽-ок- симасляная кислота), а количество фосфолипидов и их метаболизм в организме животных снижают­ ся. Кроме того, на добровольцах показано, что в ус­ ловиях барокамеры при гипобарической гипоксии водная нагрузка усиливает мочеотделение, как и при нормальных атмосферных условиях, однако количе­ ство метаболитов в такой моче увеличено, а токсич­ ность снижена [101].
На уровне минерального обмена показано, что ос­ трая дыхательная недостаточность, вызываемая со­ держанием крыс в барокамере на высоте 8000 м в течение 6 часов, приводит к накоплению Са2+ в ми­ окарде и потере Мд2+ всеми тканями, при этом на ЭКГ отмечаются аритмии у 38% животных [92]. На культуре хромаффинных клеток надпочечников крыс показано, что уже через 3. минуты после гипокси­ ческой стимуляции (5% раствор О2) в более чем в 50% клеток повышается концентрация внутрикле­ точного Са2+, которая зависит от содержания вне­ клеточного Са2+. При этом происходит деполяри­ зация клеточных мембран, которая восстанавлива­ ется после обработки клеточной культуры раство­ ром с физиологическим содержанием кислорода (20% 0 2). При этом в условиях гипоксии из клеток надпочечников высвобождаются катехоламины [132]..
Гипоксия вызывает уменьшение содержания гли­ когена в печени, гликогенолиз при этом усиливается, однако ресинтез гликогена снижается. Это связано в первую очередь с активацией ферментов глико­ лиза, что позволяет организму частично восполнить энергию, потерянную в результате нарушения окис­ лительного фосфорилирования субстратов. У экспе­ риментальных животных в крови при гипоксии уве­ личивается активность гексокиназы, глюкозо-6-фос- фатазы, лактатдегидрогеназы, фруктозодифосфа- тальдолазы [68]. Активность этих ферментов повышается в головном мозге, печени, почках и дру­ гих органах.
Гликогенолиз сопровождается ростом концентра­ ции молочной и пировиноградной кислот в крови, го­ ловном мозге, печени и других органах эксперимен­ тальных животных [68, 131, 147]. В результате нарас­ тания молочной кислоты (МК) и пировиноградной кислоты (ПВК) в тканях и крови развивается ацидоз.
На экспериментальных животных показано, что ком­ пенсированная гипоксемия плода при рождении быстро декомпенсируется и такие биохимические маркеры как pH, концентрация лактата и насыщение кислородом околоплодных вод могут отражать перс­ пективу гипоксии мозга у новорожденных сразу пос­ ле рождения [137].
Следует отметить, что печень достаточно быстро реагирует на гипоксию. В эксперименте показана ведущая роль нарушения гепатопортальной регуля­ ции в развитии острого панкреатита [49]. Отмеча­ ется редукция портального кровотока: объем проте­ кающей через печень крови в динамике острого пан­ креатита уменьшался вдвое (482,2 мл/мин в контро­ ле и 201,7 мл/мин в опыте). При этом оксигенация крови воротной вены в контроле составила 512% НЬО2, а при остром панкреатите она равнялась 312% НЬО2 (р < 0,001). Высоко информативным тестом, отражающим метаболическое и функциональное со­ стояние печени, является определение ферментов переаминированйя.
В ответ на недостаточное снабжение организма кислородом закономерно усиливается эритропоэз. В периферической крови человека и животных увели­ чивается концентрация ретикулоцитов, эритроцитов и гемоглобина, а также повышается кислородная ем­ кость крови. Активация эритропоэза связана с ком­ пенсаторным выбросом в кровь эндогенных стимуля­ торов кроветворения— эритропоэтинов [143].
При гипоксической гипоксии, работах в кессоне, гипербарической оксигенации, воспалениях и дру­ гих состояниях в организме увеличивается концент­ рация активных форм кислорода (АФК) и оксида азота [134], а также продуктов перекисного окисле­ ния липидов (ПОЛ) в первую очередь в легких [88].
Перечисленные выше соединения представляют со­ бой свободные радикалы, т. е. имеют на внешней орбитали не спаренный электрон. Присоединение одного электрона к молекуле кислорода с помощью фермента HADPH-оксидазы приводит к образованию супероксидного анион-радикала-О2. Радикал обладает амфотерными окислительно-восстановительны­ ми свойствами и участвует во многих биохимичес­ ких реакциях в клетке. Роль его в значительной мере регуляторная.
Присоединение второго электрона к молекуле кислорода ведет к образованию пероксида водоро­ да— Н2О2, синтез которого осуществляется главным образом ферментом супероксиддисмутазой (СОД).
Пероксид водорода не является радикалом. Это со­ единение достаточно стабильно, не имеет заряда и может путем диффузии мигрировать в клетки и тка­ ни. Поэтому пероксид водорода осуществляет роль «дальнобойного оружия», вызывающего окислитель­ ную модификацию отдаленно расположенных фер­ ментов и макромолекул [20].
Пероксид водорода образуется не только фер­ ментом СОД, но и некоторыми другими фермента­ ми. Таким свойством’ обладает, например, фермент циклоокригеназа, который избытком образующего­ ся пероксида водорода вызывает собственную дес­ трукцию, «выключая» тем самым синтез простаглан­ динов, когда влияние этих физиологически активных соединений организму больше не требуется [141].
Таким образом, инактивация ряда ферментов перок­ сидом водорода представляет собой физиологичес­ кий механизм регуляции их активности. В органах дыхания под влиянием факторов окружающей сре­ ды образование Н2О2 может оказаться чрезмерным.
В таком случае инактивация фермента и/или его ингибитора становится звеном патогенеза того или другого хронического неспецифического заболева­ ния легких.
Продукт третьей стадии восстановления молеку­ лы кислорода представляет собой гидроксильный радикал — НО’. Он отличается наиболее высоким окислительным потенциалом и вступает в химичес­ кие реакции с биосубстратом практически на мес­ те и в момент своего образования. Чрезвычайная химическая активность гидроксильного радикала делает невозможной ферментативную регулировку его образования. В связи с этим предотвращение его «несанкционированного» возникновения осуще­ ствляется на предыдущем этапе. В организме сразу три фермента — каталаза, пероксидаза и глутатион­ пероксидаза — восстанавливают пероксид водоро­ да до воды и молекулярного кислорода без образо­ вания свободных радикалов. Именно с гидроксиль­ ным радикалом связана прежде всего опасность ток­ сического воздействия кислорода на организм.
Превращение пероксида водорода в гидроксильный радикал происходит под влиянием ионов металлов переменной валентности, чаще всего иона железа Fe2+ (реакция Фентона). Гипохлорит под влиянием двухвалентного иона железа также превращается в гидроксильный радикал (реакция Осипова А. Н.).
Встреча пероксида водорода или гипохлорита с ионом двухвалентного железа происходит обычно в очаге воспаления. Выход гидроксильных радикалов в расчете на 1 моль Fe2+ в реакции Осипова в 20 раз выше, чем в реакции Фентона [25, 27]. Все продукты, образующиеся в ходе одноэлектронного восстановле­ ния кислорода, получили название «активные формы

кислорода» (АФК), а состояние длительного избы­ точного образования АФК — «окислительного или оксидативного стресса». Гипервентиляция легких вызывает повышение, а гиповентиляция, напротив, снижение генерации АФК лейкоцитами. При про­ хождении крови через сосудистое русло других ор­ ганов — селезенки,’ почек, печени — в отличие от лег­ ких, происходит не повышение, а снижение способ­ ности лейкоцитов образовывать АФК [70].

Если гидроксильный радикал взаимодействует не с ДНК и белками, а с липидами клеточной мембраны, то запускается цепная реакция ПОЛ. Химическая ак­ тивность липидных радикалов ниже, чем гидроксиль­ ного радикала. Поэтому запуск процесса ПОЛ в оп­ ределенной мере выступает в роли защитного меха­ низма от воздействия гидроксильного радикала.
В основе ПОЛ лежит саморазвивающаяся цепная реакция, а не ферментативный процесс, как, например, при активации бактерицидной системы фагоцитов.
Это различие указывает на то, что генерация АФК не­ обходима организму периодически, при определен­ ных условиях. Процесс ПОЛ, напротив, должен проте­ кать в Организме постоянно. Если бы в основе ПОЛ лежала ферментативная реакция, её пришлось бы ак­ тивировать непрерывно. В ходе эволюции для ПОЛ стал использоваться гораздо более экономный хи­ мический процесс — цепная реакция. По Ю. А. Вла­ димирову- [25] для коррекции ПОЛ требуется не ку­ пирование, а регуляция скорости процесса. Регуля­ ция интенсивности ПОЛ осуществляется не только, возможно, даже не столько с помощью антиоксидан­ тов, сколько путем изменения состава жирных кислот, входящих в липидный бислой клеточных мембран. Это происходит потому, что пОд влиянием АФК стимули­ руется как ПОЛ, так и фосфолиполиз. К тому же изме­ нения ГрОЛ наступают всегда позднее и обычно пред­ ставляют собой итоговую фазу, результирующую вли­ яние многих факторов.
В настоящее время все больше утверждается концепция, согласно которой в процессе эволюции биологические системы, столкнувшись с неизбежно­ стью образования свободных радикалов, выработа­ ли некоторые механизмы их конструктивного приме­ нения. Не вызывает сомнений, что наличие свобод­ ных радикалов в организме имеет определенное физиологически полезное значение [26, 130]. Обра­ зование О2 и других активных кислородных форм обеспечивает цитотоксическое действие фагоцитов, является механизмом регуляции процесса деления клеток, Обеспечивает предупреждение злокачествен­ ной трансформации клеток, модуляцию «программи­ руемой» гибели клеток (апоптоза), ротацию липид­ ного и белкового компонентов биомембраны, синте­ за ряда1 биологически активных веществ.
Показано, что уровень О2, Н2О2 контролирует у эука­ риотов [экспрессию антиоксидантных генов [122].
Образуемые в реакциях перекисного окисления ара­ хидоновой кислоты изомерные простагландинам продукты — изопростаны — являются не только на­ дежным маркером процессов перекисного окисле­ ния липидов (ПОЛ), но и обладают мощным биоло- гйческимдействием [140]. Установлено, что при эк­
стремальных воздействиях в организме активируют­ ся окислительно-восстановительные процессы, веду­ щие к образованию липо- и гидроперекисей, даль­ нейшее разложение которых способствует образо­ ванию эндогенного кислорода, необходимого для жизнедеятельности [96]. Активные формы кислоро­ да играют важную роль в индуцировании многих белков, процессах дифференцировки [71]. Такая дву- ликость свойств активизированных кислородных ме­ таболитов, особенности их природы предполагает, что в физиологических условиях существует некое ди­ намическое равновесие между выработкой свобод­ ных радикалов и их нейтрализацией [130], а также различные по организации механизмы его поддер­ жания. В связи с чем в последние годы все чаще используют термин — прооксидантно-антиоксидан- тное равновесие организма (в зарубежной печати — p rooxidant-antioxidant (a n ti-/oxida tive, oxidative/ antioxidative, oxidant-antioxidant balance).
Важными условиями, определяющими протекание процессов ПОЛ в организме, являются наличие суб­ страта и достаточное количество кислорода. После­ дний необходим для образования активных форм кис­ лорода и прежде всего инициации ПОЛ, а также ре­ акций продолжения и разветвления цепей. Актива­ ция процессов ПОЛ может осуществляться за счет изменения кислородного обеспечения организма: при гипоксии — вследствие избытка доноров электронов, при гипероксии — в результате избытка их акцепто­ ров (кислород) [121]. При ишемии наблюдается фе­ номен «кислородного парадокса», заключающийся в том, что окислительные процессы зависят от концент­ рации О2, и при низких его значениях активность про­ цессов ПОЛ сравнительно невелика [103].
Установлен достаточно парадоксальный факт: не­ которое снижение рО2 в опытах с реперфузией ише­ мизированных органов обладает выраженным за­ щитным действием [9]. В постишемический период чувствительность органов' к физиологическому или избыточному содержанию О2 повышена, отмечается активация ПОЛ, несколько снижающаяся при введе­ нии различных антиоксидантов [39]. Избыточная ве­ личина содержания кислорода в раннем реперфу­ зионном периоде участвует в развитии феномена «по-reflow» (неполного восстановления органного кровотока). В ишемизированных органах животных ингаляция газовой смесью, обогащенной кислоро­ дом, усиливает процессы ПОЛ, в то время как гипок­ сическая газовая смесь снижает их активность [9].
Ступенчатая постйшемическая реоксигенация у кро­ ликов значимо понижает продукцию ПОЛ И облада­ ет выраженным нейропротекторным действием в ранний и отдаленный периоды [114].
Предложены различные классификации меха­ низмов антиоксидантной защиты. По мнению ряда авторов [42, 44], в организме существует несколько уровней защиты от свободных радикалов: высокая степень упорядоченности и структурированности ферментативных систем мембраны, утилизирующих кислород как универсальный акцептор электрона; относительно низкое значение рО2 в тканях; нали­ чие биоантиоксидантов. Другие авторы выделяют
трехступенчатый уровень организации системы ан­ тиоксидантной протекции: антикислородный, анти- радикальный, антиперекисный [51,56]. Среди раз­ личных компонентов антиоксидантной системы (АС) различают непосредственно ингибиторы активи­ зированных кислородных метаболитов, т. е. веще­ ства, ассоциирующие с инициируемыми и обра­ зующимися радикалами, и таким образом, преры­ вающие цепные реакции ПОЛ, и превентивные, ос­ нованные на изменении структурной организации окисляемого субстрата, снижении концентрации кислорода, связывании ионов металлов, перевод перекисей в стабильные продукты окисления [61].
В предлагаемых подходах к пониманию структур­ но-функциональной организации АС важная роль отводится поддержанию оптимального уровня рО2 в клетках. Это указывает на необходимость иссле­ дования проблемы транспорта кислорода в орга­ низме не только с позиций удовлетворения потреб­ ностей энергообмена в акцепторе электронов, но и как физиологического механизма антиоксидантной защиты, и в целом как механизма, участвующего в поддержании прооксидантно-антиоксидантного равновесия.
Наличие широкого разнообразия источников об­ разования свободных радикалов обусловливает не­ обходимость существования различных механизмов антиоксидантной защиты. Организм при окисли­ тельном стрессе имеет сложную иерархию защит­ ных механизмов в различных клеточных компартмен- тах, функционирование которых регулируется защит­ ными генами с участием теплошоковых и окисли­ тельно-стрессовых белков [119]. Полноценность АС обеспечивается определенной ее внутриклеточной организацией и, в частности, пероксисомами, для ко­ торых характерно наличие специфических метаболи­ ческих путей, протекающих с участием значительной доли потребляемого кислорода и образованием ак­ тивных форм кислорода [124].
В 1990-е годы на страницах ряда изданий была развернута широкая дискуссия о некоторых парадок­ сальных аспектах свободнорадикальных процессов [13, 46, 58, 125, 130]. Известна широкая индивидуаль-. ная вариабельность содержания различных продук­ тов ПОЛ у животных, обусловленная большим чис­ лом различных факторов, лимитирующих активность этого процесса [13]. Выявлен, казалось бы, парадок­ сальный факт: емкость внутритканевых механизмов антиоксидантной защиты не всегда определяет ус­ тойчивость к окислительному стрессу, и, более того, ингибирование свободнорадикальных процессов повышает летальность животных с эксперименталь­ ными нарушениями кровообращения мозга [116].
Адаптация к периодической гипоксии эффективно предупреждает активацию ПОЛ и опосредованного им повреждения, но не путем роста мощности АС, которая в ряде случаев не может компенсировать чрезмерную активность свободнорадикальных про­ цессов [6].
Сравнение показателей ПОЛ у. крыс с различной устойчивостью к гипоксии выявило более высокое содержание диеновых и кетотриеновых конъюгатов
в сердечной ткани у высокоустойчивых, чем у бес­ породных и низкоустойчивых животных [103]. Вве­ дение СОД в высоких дозах не обладает способно­ стью защищать ишемически поврежденное изоли­ рованное сердце и, более того, усиливает степень его повреждения [130]. Существует тесная взаи­ мосвязь между антиоксидантными ферментами эритроцитов и модуляцией гипоксической легоч­ ной вазоконстрикции [146]. В клинических иссле­ дованиях при терапии инфаркта миокарда приме­ нение антиоксидантов далеко не всегда было оп­ равдано [142]. В ряде исследований был показан слабый защитный эффект антиоксидантов при ос­ трой гипоксии мозга [112]. У трансгенных живот­ ных с чрезмерной экспрессией Си, Zn — СОД не наблюдалась защита.нейронов при перманентной очаговой ишемии в сравнении с нетрансгенными [111]. «Нулевые мутанты» с отсутствием гена, от­ ветственного за экспрессию внеклеточной СОД, в обычных условиях нормально развиваются, но в ус­ ловиях стресса погибают, поскольку другие анти­ оксидантные механизмы не могут обеспечить адек­ ватную защиту организма [110]. В то же время ус­ тановлено, что в тканях аскарид, существующих в условиях крайне низкого содержания кислорода, высокие уровни активности СОД, каталазы и глю- татионпероксидазы практически не отличаются от таковых у белой крысы [39], т. е. уровень антиок­ сидантных ферментов в тканях этой нематоды не соответствует содержанию кислорода в среде оби­ тания, что может иметь функциональный смысл лишь в экстремальных условиях. Попытка увели­ чить антиоксидантную защиту с помощью гипоба­ рической гипоксии приводила к значительному уве­ личению активности таких ферментов, как СОД и каталаза (более чем в два раза), которая, однако, сопровождалась не снижением уровня ПОЛ, а су­ щественной его активацией [6].
В тканях [126] и даже внутри клетки существует некоторая гетерогенность кислородного обеспече­ ния. По данным К. П. Иванова [47], в тканях мозга, скелетных мышц на участки с рО2 от 0 до 5-10 мм рт. ст. приходится до 10% и около 8-11% с рО2 свыше 50 мм рт. ст., что обусловлено различными коэффициентами диффузии и проницаемостью для кислорода, а также интенсивностью его потребле­ ния. В тканях мозга животных градиент рО2 на про­ тяжении 10 мкм в 11% случаев находился в диапа­ зоне от 10 до 24 мм рт. ст. [129]. Эти отклонения тканевого рО2, по-видимому, можно объяснить раз­ личием проницаемости кислорода через сосудистую стенку на уровне артериол и венул [47]. Молекуляр­ ный кислород неравномерно распространяется по всему объему клетки путем диффузии. Многие орга­ низмы испытывают широкие колебания доступа кис­ лорода к тканям в связи с такими факторами, как нехватка О2 в среде, задержка дыхания, апноэйный характер дыхания и т. д. [142]. Существование внут­ риклеточной неоднородности распределения миог­ лобина, митохондрий и их дыхательных свойств мо­ жет вносить весомый вклад в ограничение доставки кислорода при гипоксии путем диффузии [123].
Предполагается существование кислородзависимо- го механизма ауторегуляции проницаемости цито­ плазматической мембраны, позволяющего реализо­ вать быструю адаптацию клеток к резким, перепа­ дам рО2 [46].
Биохимические механизмы антиоксидантной за­ щиты представляют собой сложную систему, в кото­ рой могут быть выделены четыре главных звена: 1. Антиоксидантные ферменты (СОД, каталаза, ероксидаза, глутатионпероксидаза и др.). 2. Низкомолекулярные антиоксиданты, синтези­ руемые в организме (глутатион, мочевая кислота, ами­ нокислоты, содержащие сульфгидрильную группу — цистеин и цистин и др.; особого упоминания заслу­ живают низкомолекулярные белки — металлотионе- ины, содержащие до 30% цистеина, который в со­ ставе этих белков в 770 раз более эффективен в инак­ тивации свободных радикалов, чем цистеин глута­ тиона). 3. Естественные антиоксиданты, поступающие в организм с пищей (аскорбиновая кислота — вита­ мин С, альфа-токоферол — витамин Е, рутин — вита­ мин Р и другие флавоноиды, бета-каротин и другие, каротиноиды, предшественники группы витаминов А.'
Кроме витаминов и их предшественников, в эту же группу могут быть отнесены химические элементы, входящие в состав активных центров антиоксидант­ ных ферментов — селен, четыре атома которого вхо­ дят в состав глутатионпероксидазы, цинк, входящий, в состав СОД и др.). 4. Специфические белки и пептиды, связываю­ щие ионы переходных металлов, катализирующие реакции свободнорадикального окисления (ферри­ тин — в клетках, трансферин — в.плазме, церулоплаз­ мин — IB плазме, карнозин — в мышцах и др.)..
Существующая в организме система антиокси­ дантной защиты поддерживает концентрацию АФК,, оксида азота, а также продуктов ПОЛ в легких на ста­ ционарном, безопасном уровне. Это и делает воз­ можным существование здорового организма в те-, чение определенного времени в условиях значитель­ но более высокой их продукции: при вдыхании за­ пыленного воздуха, курении-, работе в кессоне, гипербарической оксигенации, гипоксической гипок­ сии, воспалении и др. [19, 20, 9.7].