Система перекисное окисление липидов — антиоксидантная защита и роль ее нарушений в патогенезе сахарного диабета и ангиопатий

Диабетическая кома является причиной смерти не более 1—2 % больных, в то 'время как частота летальных исходов от сосудистых нарушений достигает 65—80 %. Распространенность диабетических ангиопатий, по мнению ряда авторов, составляет 90—97 % [35, 37, 39, 47].

Актуальность проблемы диабетических ангиопатий наглядно подтверждается тем, что среди больных инсулинзависимым сахарным диабетом (ИЗСД) в возрасте до 20 лет смертность в 7 раз превышает среднюю смертность среди населения в целом, а после достижения 20-летнего возраста среднегодовой риск смертности в 20 раз превышает таковой по сравнению с общей популяцией [44].

Диабетические ангиопатии — генерализованное поражение кровеносных сосудов; изменения в мелких сосудах (артериолах, капиллярах, венулах) носят специфический для диабета характер, а поражение крупных сосудов расценивается как ранний и распространенный атеросклероз [12].

В последнее время при изучении многих патологических состояний значительное внимание уделяется структурнофункциональным изменениям клеточных мембран. Выраженность и продолжительность мембраноповреждающих процессов в организме определяют клиническую тяжесть и особенности течения многих заболеваний. Мембранодеструкция как патологическое явление обусловлена в первую очередь вовлечением липидов клеточных мембран в процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), что приводит к изменению липид-белковых связей, прочности комплекса ферментов и других макромолекул мембран, повреждению нуклеиновых кислот, нарушению клеточного метаболизма [13, 76].

Система ПОЛ — антиоксидант в норме хорошо сбалансирована и работает по принципу обратной связи. Увеличение активности антиоксидантов приводит к торможению свободнорадикальных реакций, а это в свою очередь изменяет свойства липидов: в них появляются более легкоокисляемые фракции, что ускоряет процессы ПОЛ. При этом усиливается расход эндогенных антиоксидантов, и система возвращается к исходному состоянию. Постоянный уровень естественной антиокислительной активности — один из основных показателей нормального гомеостаза [10].

Ферментная антиокислительная система представлена су- пероксиддисмутазой (СОД), каталазой, пероксидазой. Эта система «гасит» свободные радикалы с помощью потока протонов, источниками которых служит фонд НАДФ-Н [5, 55, 56, 78].

К основным ферментным факторам защиты внутри клетки относится СОД [63], основная роль которой сводится к удалению супероксид-аниона. Этот металлопротеин встречается в двух основных вариантах: марганецсодержащий фермент, располагающийся в матриксе митохондрий, и медь-цинк- содержащий, находящийся в цитоплазме [56]. Количество марганецсодержащей СОД меньше, чем медь-цинксодержа- щей СОД, а так как Си²⁺ является более сильным восстановителем, чем другие металлы, то активность медь- цинксодержащей СОД превышает таковую марганецсодержащей СОД в 1,5—2 раза [3]. Медь-цинксодержащая СОД присутствует в относительно высоких концентрациях в р-клетках островков поджелудочной железы, что, вероятно, обеспечивает гомеостаз. В экспериментах на мышах доказано,/ что кислородные радикалы играют важную роль в повреждении р-клеток при сахарном диабете (СД), вызванном аллоксаном и стрептозотоцином, поэтому развитие диабета предупреждается или тормозится специфическими антиоксидантами. С другой стороны, диабетогенные препараты предположительно могут давать цитотоксический эффект, отчасти ингибируя СОД в р-клетках. Дефицит СОД занимает не последнее место в патогенезе ИЗСД [21, 46, 65, 71]. По современным представлениям, снижение активности СОД менее чем на 50 % от нормального уровня уже создает условия для неконтролируемого увеличения концентрации супероксидных анион-радикалов, что может привести к необратимым изменениям в клетках [36, 66]. R. Pottathil и соавт. [74] показали, что внутриклеточная СОД связана с интерфероновой противовирусной защитой. Кроме того, Т-клетки, образующие лимфокины, возможно, вызывают кислородно-радикальную защиту в клетках-мишенях [58]. D. Harman [50] предполагает, что СОД требуется для активности супрессорных Т-лимфоцитов. А. Н. Окороковым [29] выявлена обратная коррелятивная связь между ПОЛ и количеством Т-лимфоцитов-супрессоров при тяжелой форме ИЗСД. Накопление продуктов ПОЛ в организме способствует формированию аутоиммунных процессов и подавлению ответной реакции организма на Т-зависимые антигены [28, 71, 80].

В. Hagglof и соавт. [49] в своих исследованиях не получили подтверждения концепции о роли наследственной недостаточности СОД, каталазы, глутатионпероксидазы в патогенезе ИЗСД у детей.

По данным Л. К. Старосельцевой и соавт. [32], у больных ИЗСД I типа на фоне повышения интенсивности ПОЛ и дефицита а-токоферола имеется увеличение активности СОД, что, по-видимому, носит защитный характер и отражает адаптационные возможности организма.

При экспериментальной гиперинсулинемии и гипоинсулине- мии физико-химическое состояние мембран изменяется однонаправленно в сторону увеличения их жесткости. Это позволяет предположить, что на степень активации процесса ПОЛ влияет не столько уровень инсулина, сколько сам по себе стрессорный фактор [22].

По данным Л. А. Сальниковой и Н. В. Мусатова [30], инсулин в физиологических концентрациях in vitro активирует каталазу и не влияет на активность СОД в эритроцитах. Содержание продуктов ПОЛ с конъюгированным типом связи и диенкетоновой конфигурацией не изменяется после инкубации эритроцитов с инсулином в физиологических концентрациях и повышается при высокой концентрации гормона. Прооксидантное действие инсулина определяется величиной его концентрации.

В развитии гипоинсулинемии определенную роль играет активация ПОЛ. Развивающаяся при стрессе транзиторная гипергликемия носит компенсаторный характер. Однако при длительных и сильных воздействиях чрезмерная активация ПОЛ, интермедиаты которого вызывают повреждение ДНК 0-клеток, приводит к нарушению синтеза проинсулина и может явиться фактором риска развития СД. Предварительное введение животным антиоксиданта предотвращает увеличение содержания продуктов ПОЛ в поджелудочное железе и в значительной степени — снижение уровня инсулина в крови [14].

Накоплению радикалов и перекисей в 0-клетках способствует низкая активность ферментов антиперекисной защиты. В активации процессов ПОЛ особую роль может играть дефицит инсулина, что подтверждается наблюдениями о повышении уровня малонового диальдегида (МДА) в плазме крови больных СД. Таким образом, активацию ПОЛ можно рассматривать как одно из звеньев в патогенезе СД [15, 53, 71].

Продукты поэтапного восстановления кислорода в силу своей реакционной способности являются необходимыми компонентами поддержания гомеостаза. Образовавшиеся при этом перекиси вовлекаются в механизм действия инсулина. Кроме того, сами перекиси оказывают инсулиноподобное действие, стимулируя транспорт глюкозы внутрь клетки и синтез из нее гликогена и липидов. Однако по мере увеличения длительности и тяжести заболевания процессы ПОЛ при СД выходят из-под контроля системы антиоксидантной защиты. Накопление продуктов ПОЛ сопровождается инактивацией мембраносвязанных ферментов, нарушением проницаемости биологических мембран, что приводит к выходу лизосомных ферментов и в конечном итоге к деструктивным изменениям в клетке и ее гибели. Таким образом, повышение уровня МДА, метаболита ПОЛ, является показателем нарушения барьерной функции мембран при СД [4, 60, 69, 70, 78]. Наибольший уровень липидной пероксидации в обеих системах пере- окисления (МДА в аскорбат- и НАДФ • Н-зависимых системах) обнаруживается у больных в возрасте старше 50 лет с тяжелой формой СД при давности заболевания более 10 лет. Относительно низкая концентрация продуктов ПОЛ отмечается у пациентов более молодого возраста, у лиц, страдающих легкой или среднетяжелой формами заболевания (по старой классификации) в течение сравнительно короткого времени [33]. При СД компенсация обменных процессов не нормализует реакции ПОЛ, но благоприятно влияет на систему противоперекисной защиты [20, 31].

По данным других авторов, высокий уровень диеновых конъюгатов не зависел от тяжести заболевания, степени компенсации углеводного обмена, уровня сывороточных липидов, но коррелировал с выраженностью сосудистой патологии у больных СД [24, 27, 51].

Сосудоповреждающее действие перекисей липидов реализуется многими путями: ПОЛ, изменяя липидный матрикс липопротеидов низкой плотности, нарушает исходное строение и топографию апопротеинов, что может быть причиной изменения их антигенных свойств и ведет к повреждению сосудистой стенки [75]. Усиление процессов ПОЛ приводит к глубоким нарушениям спектра липидов и вязкоэластических свойств мембран эндотелия, увеличению их жесткости, структурной и функциональной дестабилизации. В конечном счете повреждающее воздействие продуктов свободнорадикального окисления липидов на сосуды обусловлено разрушением клеточных мембран эритроцитов [43, 52].

Вторичные продукты ПОЛ — альдегиды и кетоны — образуют с аминогруппами белков прочные белково-липидные комплексы, что на фоне повреждения эндотелия и изменения проницаемости сосудистой стенки приводит к накоплению в ней атерогенных липопротеидов [34, 61 [.

Антиоксидантная защита неклеточного вещества является менее надежной (не дублированной), чем клеток, и в большей мере зависящей от поступления экзогенных антиоксидантов. Особенно уязвимы эластические волокна артериальной стенки, содержащие во внутреннем гидрофобном пространстве легкоокисляемые фосфолипиды и контактирующие с высокими концентрациями кислорода. Это демонстрируется ранним развитием деструкции эластических волокон. Экзо- и эндогенные периоды срыва ингибирования свободнорадикального окисления включают перекисные механизмы атерогенеза. Каждый такой период оставляет «след» в стенке артерий. Фибропластические процессы и накопление коллагена являются следствием индуцируемого продуктами свободнорадикального окисления образования «сшивок» и клеточной реакции на накопление перекисей липидов [6].

Изменение состава и вязкости липидов мембран при развитии ПОЛ и действии антиоксидантов важно в связи с тем, что чувствительность нейрогормональных рецепторов, а также активность ферментов существенно зависят от состояния липидной фазы мембран [73]. Работа таких ферментов, как аденилатциклаза, ДНК-полимераза, К, Na-зависимая АТФаза, кислая фосфатаза, Са, Mg-зависимая АТФаза, холинэстераза, фосфолипаза Аг, находится в зависимости от количества того или другого липида — эффектора, общей текучести липидов, активности ПОЛ [28, 59, 62]. В результате развивающихся нарушений изменяется проницаемость клеточных мембран для ионов кальция, а накопление их внутри клеток ведет к повреждению последних. При этом в мембранах формируются кальциевые каналы двух типов: в бислойных участках образуются «пассивные» каналы (так называемые «перекисные кластеры»), а в липопротеидном комплексе Са²⁺-насоса — «активные» каналы, зависящие от функционального состояния Са²⁺-АТФазы [16,               19, 79].

Состояние мембран определяет не только скорость тех или иных ферментных реакций, но и чувствительность клеток к гормональной и нервной регуляции. Эти данные позволяют предположить, что продукты ПОЛ способны в значительной степени изменять функциональное состояние возбудимых тканей, в том числе и гладких мышц сосудистой стенки [1].

Действительно, М. В. Биленко и Т. Д. Чуракова [2] в опытах на сосудах изолированного уха кролика установили, что первичные и вторичные продукты перекисного окисления фосфолипидов оказывают выраженное вазоконстрикторное действие. Авторы высказывают предположение, что действие продуктов ПОЛ на гладкие мышцы сосудистой стенки опосредуется или их влиянием на рецепторный аппарат гладкомышечных клеток, или прямым действием на структуру и барьерные свойства клеточных и субклеточных мембран, ответственных за транспорт кальция, от концентрации которого в саркоплазме зависят процессы сокращения — расслабления мышечного волокна.

В высоких концентрациях продукты ПОЛ оказывают вазоконстрикторное действие, ингибируют способность эндотелия кровеносных капилляров синтезировать простагландины (простациклин 1₂), в результате чего нарушается равновесие между эндотелиальной выстилкой кровеносных капилляров, плазмой и форменными элементами крови [11, 17]. Перекиси жирных кислот, особенно полученные из арахидоновой кислоты (простагландины, простациклины, тромбоксаны и лейкотриены), чрезвычайно важны при многих патологических процессах, в том числе при СД [17, 41, 72], так как активация процессов ПОЛ и снижение антиокислительной активности способствует нарушению сосудисто-тромбоцитарного, коагуляционного, фибринолитического звеньев гемостаза и повышению агрегации форменных элементов крови [8, И, 45, 48, 54].

Накопление продуктов ПОЛ приводит к уменьшению деформируемости и ускоренному старению эритроцитов, увеличению вязкости крови, что в совокупности способствует утолщению базальной мембраны сосудистой стенки, замедлению кровотока на уровне мелких и средних сосудов, нарушению реологических свойств крови, ухудшению микроциркуляции [18, 40, 48, 67, 68, 77].

Возникновение необратимых агрегатов эритроцитов ведет к нарастанию выведения углекислого газа, что способствует разрушению эритроцитов и выбросу в кровоток факторов свертываемости, которые наряду с тромбоцитарным звеном гемостаза усиливают коагуляционную способность крови при СД [23, 26, 38, 57].

Увеличение перекисного гемолиза эритроцитов у больных инсулиннезависимым СД, с одной стороны, нарушает транспортную функцию эритроцитов, вызывает гипоксию тканей и таким образом усиливает повреждение сосудистой стенки, с другой стороны, при гемолизе образуются вазоактивные вещества, способствующие спазму сосудов [25].

Повышенное содержание липидов сыворотки крови, изменение вязкоэластических свойсте) эритроцитов, уменьшение их проницаемости приводят к изменению диссоциации оксигемоглобина, что вместе с отложением гликопротеидов в базальной мембране обусловливает затруднение диффузии кислорода на участке мембрана эритроцита — плазма — стенка капилляра — ткань и развитие тканевой гипоксии [9]; последняя является одним из важнейших механизмов формирования сосудистых поражений [7, 42, 64].

Приведенные доказательства отрицательного влияния повышенной интенсивности ПОЛ на состояние сосудистой системы больных СД определяют необходимость поиска путей усиления антиоксидантной защиты организма.