Правда о свободных радикалах

«Антиоксиданты – добро, свободные радикалы – зло» (Д. Оруэлл «Скотный двор», цитата немного изменена)

Вступление:

Глобальная Помойка – интернет, средства массовой информации и реклама полны предостережений по отношению к свободным радикалам, которые находятся в нездоровой пище, загрязненной воде, воздухе и т. д. Поглощая их, мы рискуем спровоцировать развитие многих заболеваний, во главе с  злокачественными новообразованиями и заболевания сердечно-сосудистой системы. Рекомендацией являются  акцепторы свободных радикалов («мусорщики») и антиоксиданты. В то же время, свободные радикалы производятся, прежде всего, собственным организмом и играют важную роль, как в возникновении заболеваний, так и в защите от них. Тот факт, что в развитии многих заболеваний мы признаем важность «свободных радикалов» – не значит, что их можно избежать при помощи веществ, называемых «мусорщиками» и антиоксидантами.

До сих пор исследования не показали определенных преимуществ от их использования, впрочем, можно усомниться, действительно ли они имеют такое свойство внутри живых клеток, так как процессы обмена веществ легко инактивируют подобные вещества. Преимущества «здоровой» диеты и «здорового» образа жизни не подлежат никакому обсуждению, но действие веществ, которые считаются благоприятно воздействующими на здоровье (например, флавоноидов, полиненасыщенных жиров, витаминов) основано на различных механизмах, которые не обязательно связаны с антиоксидантным воздействием и мусорщиками.

Не знаю, есть ли термин из области химии или биологии, который имеет худшую славу, чем свободные радикалы. Введите эти зловещие слова в одну из популярных поисковых систем и почитайте. Там будет много о том, как «тихий враг» разрушает наш организм, как много причин возникновения свободных радикалов: стресс, консервированная пища, радиация, загрязнение окружающей среды… Бррр. Не знаю, как Вы можете сохранить душевное равновесие, читая все это, может быть, только с помощью бумажника.

Так как интернет – это Глобальная помойка, для борьбы со свободными радикалами некоторые авторы советуют даже морковь (в буквальном и переносном смыслах). Чтобы выжить, необходимо употреблять огромное количество антиоксидантов  и «мусорщиков» свободных радикалов. Хорошо, если эти рекомендации ограничиваются диетой и здоровым образом жизни, но, как правило, где-то внизу, сверху или сбоку читатели практически всегда видят рекламу недешевого препарата, который эти зловещие свободные радикалы устраняет особенно активно.

Или все это правда? Чтобы понять, «что поэт имеет в виду», бросая зловещие заклинания на свободные радикалы, необходимо будет ознакомиться с некоторыми нюансами в области химии и объяснить некоторые неточности терминов. Радикал – это атом или химическая молекула, имеющая в своей структурной сетке «одинокий» свободный (не имеющий пары) электрон, который таким образом, склонный к химической реакции, что вызвано необходимостью закрыть (заполнить) свою свободную орбиталь. Химики стремятся к ограничению использования термина «Свободный радикал», о чем подробнее в литературе (1).

Однако так принято, что не очень хорошее понятие «свободный радикал» имеет в биологии несколько другое значение – связанное только с некоторыми видами радикалов: прежде всего, радикалы кислорода O2•− и радикалы, содержащие данный элемент в своей химической структуре (например, радикалы с гидроксильной группой OH•−). Учитывая подобное значение и превращение одного вещества в другое на одном дыхании, есть и другие химические структуры, которые называют «свободными радикалами», но на самом деле они не радикалы:

  • реактивные формы кислорода (РФК, ROS – reactive oxygen species) – группа, которая включает в себя синглетный кислород, то есть один атом кислорода (общее название для двух метастабильных состояний молекулярного кислорода), пероксиды (соединения, содержащие связи О-О, например H2O2) и другие. К реактивным формам кислорода в литературе относятся также упомянутые выше радикалы кислорода;
  • реактивные формы азота (РФА, RNS – reactive nitrogen species) – например, оксид азота (NO• – nitric oxide) и различные другие соединения азота с кислородом.

В соответствии с вышеизложенным, понятие «свободные радикалы», в принципе, должно выйти из употребления, и заменено более широким понятием реактивные формы кислорода (РФК). Так  часто и есть в современной биологической литературе, хотя сила традиций приводит к тому, что «свободные радикалы» и дальше встречаются.

Общим знаменателем всех этих веществ является их способность к окислению. Реактивные формы кислорода можно всегда найти в живых организмах, они являются нормальными составляющими метаболизма, постоянно производятся и потребляются в процессе нормальной жизнедеятельности всех клеток. Без них не было бы жизни в том виде, в каком мы ее знаем (2). С другой стороны, нет никаких сомнений в том, что многие заболевания связаны с нарушением обмена веществ путем окисления. Например, центральную роль в патогенезе атеросклероза играет образование омЛПНП – окислительно модифицированных липопротеидов низкой плотности – образований, являющихся конвейерами холестерина в крови, неправильно измененными путем окисления (3). Второй пример – это ионизирующее излучение – его вредные последствия, связанны именно с производством реактивных форм кислорода.

Уже в 50-х годах появилась теория старения, которая связывала патогенетические механизмы с отсутствием баланса между образованием свободных радикалов и их утилизацией (4). В последующие годы была сформулирована концепция «окислительного стресса», то есть развитие дисбаланса между образованием и утилизацией реактивных форм кислорода и азота. Сложно еще лучше представить этот процесс, чем на схеме под №3 (кликнув на миниатюру рядом, вы можете перейти по ссылке).

Активные формы кислорода модулируют функцию холестерина HDL

Drug Discov Today Ther Strateg. 2008 March; 5(1): 5-13

Окислительный стресс возникает при различных обстоятельствах и может стать причиной многих заболеваний. К группе заболеваний, предположительно вызванных окислительным стрессом, присоединились нейродегенеративные патологические состояния (болезнь Паркинсона, Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз), рак, сахарный диабет и многие другие (5). Медицинский мир уделяет много внимания подобным исследованиям. Для этого были созданы специализированные научные ассоциации, такие как Society for Free Radical Biology and Medicine (Общество свободнорадикальной биологии и медицины) и Society for Free Radical Research (Общество изучения свободных радикалов), специализированные журналы, например Free Radical Biology & Medicine (Биология и медицина свободных радикалов) или Antioxidants and Redox Signaling (Антиоксиданты и Редокс-системы), которые являются значимыми в мире науки Импакт-Фактором.

Появилась, конечно, идея предпринять попытку вмешательства в описанные механизмы. Например, бороться со свободными радикалами путем введения «мусорщиков» свободных радикалов, то есть веществ, имеющих способности к их утилизации, и антиоксидантов. Идея в искаженном виде попала в Глобальную Помойку средств массовой информации, коммерциализации и интернета, которая особенно полюбила витамины E, C и бета-каротин. Сегодня уже трудно найти текст, касающийся здоровья, где не было бы ничего о свободных радикалах, окислителях и противодействующих им антиоксидантах. Например, фельетонистка одного из интернет-журналов с ником » Bosa «, написав о хлебе, не могла не добавить: « Корочка имеет наибольшее количество антиоксидантов, защищающих нас от рака и старения.» (пример взят из блога «Чашка для молока«)

Какие из этих концепций сохранились до сегодняшних времен? Понятие окислительного стресса, или, проще говоря, окислительно-восстановительного дисбаланса, в патогенезе заболеваний имеет несомненные основания, что показывают приведенные примеры в литературе. Не удалась ни одна из крупных научно-исследовательских программ с использованием пищевых добавок и фармакологических препаратов с содержанием чисто «мусорщиков свободных радикалов» или «антиоксидантов».

Например, не было никакой пользы от приема витаминов с целью антиоксидантного воздействия в дозах, гораздо превышающих рекомендуемые требования. Подобные исследования проводились с условием, что такая методика подтвердит не только давно известное влияние на предотвращение заболеваний, но и выявит дополнительные преимущества антиоксидантной активности. Этого, однако, не произошло.

Если мы тщательно посмотрим на процессы обмена веществ внутри клетки, то это не вызывает удивления. Как написано в первой статье о вреде антиоксидантов – живая клетка имеет свои собственные механизмы, поддерживающие потенциал окислительно-восстановительного баланса, которые несравненно сильнее в сравнении с действием антиоксидантных веществ. В дополнение, антиоксиданты прежде, чем они достигнут места потенциального действия, уже давно могут быть инактивированными посредством ферментативной активности путем связывания свободной гидроксильной группы с активными сульфатными, метильными и глюкуроновыми остатками.

Кроме того, многие исследования патологических механизмов заболеваний не вписываются в оруэлловскую схему «четыре ноги хорошо, две ноги – плохо». Например, ключевую роль в защите сосудов от атеросклеротических поражений играет оксид азота (NO•), позволю себе напомнить, что это один из представителей группы реактивных форм азота, а зловещая точка в химической формуле говорит сама за себя. Не верите – тогда почему журнал Nitric Oxide является аффилированным Society for Free Radical Biology and Medicine (Общество свободнорадикальной биологии и медицины)?

Не следует объяснять о неблагоприятных побочных эффектах от переедания животных жиров, и полезных – от растительных. Положительные эффекты также наблюдались в случае применения средиземноморской диеты с большим количеством рыбы и морепродуктов. Хотя растительные и морские жиры содержат ненасыщенные жирные кислоты, которые весьма легко образуют отвратительные пероксиды, а значит они должны быть хуже животных жиров. Физическая нагрузка провоцирует выработку повышенного количества свободных радикалов, таким образом, это также должно приносить больше вреда, чем отсутствие физической активности, а ведь это не так.

Также гормоны стресса — катехоламины можно отнести к «мусорщикам» свободных радикалов, но почему стресс – это плохо, и он способствует развитию инфаркта? Наиболее ярким примером бессмысленного воздействия на «свободные радикалы» оказалась история с селеном. Этот элемент входит в состав многих антиоксидантных ферментов. Употребление его должно было снизить риск развития нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС), или метаболических, например, сахарный диабет. Вся блогосфера уже успела разрекламировать селен, когда было показано, что его применение увеличивает частоту вышеуказанных заболеваний.

С другой стороны, нет сомнений в том, что «здоровый» образ жизни и «здоровая» диета снижает отношение показателей заболеваемости и продлевает жизнь. Не нужно далеко ходить – именно такую причину улучшения статистики смертности указал в предыдущем посте проф. Затонский. Почему так происходит? Дело в том, что не обязательно «убирать» свободные радикалы. В случае флавоноидов, ведущих компонентов здорового питания – представлено много альтернативных механизмов, например, инактивация веществ, которые могут быть провокаторами развития опухолевых заболеваний, происходит уже в желудочно-кишечном тракте при исследованиях in vitro, кроме того, представленная здесь литература приводит несколько десятков различных механизмов их действия (6). Кажется, что они вообще не оказывают подобного действия in vivo, то есть на самом деле их трудно отнести к «мусорщикам свободных радикалов» (7). Ограничение в питании жиров и калорий снижает уровень ЛПНП холестерина и, следовательно, уменьшается уровень субстрата и эффект окисления ЛПНП. Примеры можно приводить и приводить.

Значит ли это, что концепция окислительного стресса, является неверной, а свободные радикалы помогают, вместо того, чтобы вредить? Конечно нет, это можно сравнить с тем, если бы мы под взглядом «Скотного двора» сменили кредо «Четыре ноги хорошо, две ноги — плохо» на «четыре ноги хорошо, две ноги – лучше». В конце концов, оказалось, что каждая болезнь имеет свои конкретные механизмы патогенеза, в их список также могут входить описанные механизмы окислительного стресса или окислительно-восстановительного дисбаланса. Дело в том, что предотвращение их не может быть сведено к бессмысленному потреблению «мусорщиков» свободных радикалов или пичканья своего организма антиоксидантами. Это не мешает и дальше интернету – Глобальной помойке продолжать дублировать упрощенные схемы и рекламы все более специфических, оказывающих антиоксидантное воздействие препаратов. Ну что ж – как говорят Русские «с жиру бесятся»…

P.S.

В качестве антидота на доминирующие в СМИ темы для отчетности, вы можете взглянуть на еще один аффилированный журнал группой Society for Free Radical Research, под названием Redox Report.

Литература:

Приведенный выше текст является в основном итогом обсужюений с Януарием и Телемахом по предыдущим записям в блоге. Там также можно найти ссылки на литературу по некоторым поднятым вопросам, в частности это касается клинических исследований антиоксидантов, витаминов и селена и демографических данных. В первую очередь стоит ознакомиться с найденной через Януария короткой статьей:

Sies H (2007). Total antioxidant capacity: appraisal-of a concept. The Journal of nutrition, 137 (6), 1493-5 PMID: 17513413

Для лиц, имеющих доступ к ресурсам библиотеки (или таких, для которых трата в 55$ не имеет значения) рекомендую статью Б. Холливела об истории 40-летних исследований антиоксидантов. Работа была опубликована в сборнике обсуждений свободных радикалов — журнале Free Radical Biology & Medicine. Halliwell, B. (2009). The wanderings of a free radical Free Radical Biology and Medicine, 46 (5), 531-542 DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2008.11.008

Остальные использованные источники:

  1. IUPAC. Сборник химической терминологии, 2 — е изд. ( «Золотая книга»). Составитель А. Д. Макнот и А. Уилкинсона. Blackwell Scientific Publications, Оксфорд (1997). XML Интернет исправленный вариант: http://goldbook.iupac.org (2006-) , созданный М. Ничего Jirat J., Б. Košata;Обновления составитель А. Дженкинс. ISBN 0-9678550-9-8. DOI: 10,1351 / goldbook .
  2. Мерфи, М. (2009). Как митохондрии производят активные формы кислорода биохимический журнал, 417 (1), DOI: 10,1042 / BJ20081386
  3. Леопольд I, J & Loscalzo (2008). Окислительные механизмы и атеротромботические сердечно — сосудистые заболевания. Открытие Drug сегодня. Терапевтические стратегии, 5 (1), 5-13 PMID: 21048889
  4. Санс, A. & Stefanatos, R. (2010). Митохондриальной Free Radical теория старения: Критический взгляд Текущий Старение Наука, 1 (1), 10-21 DOI: 10,2174 / 1874609810801010010
  5. Джемма С, Вила — J, Bachstetter А, Бикфорд PC & Риддл DR (2007). Окислительный стресс и старение мозга: от теории является профилактика старения мозга. Модели, методы и механизмы Frontiers в Neuroscience PMID: 21204345
  6. Halliwell, B. (2007). Диетические полифенолы: Хорошие, плохие, или безразличные для вашего здоровья? Сердечно — сосудистые Исследования, 73 (2), 341-347 DOI: 10.1016 / j.cardiores.2006.10.004
  7. Halliwell, B. (2008). Полифенолы являются антиоксидантами или про-оксиданты? Что мы узнаем из клеточной культуры и в естественных условиях исследования? Архивы биохимии и биофизики, 476 (2), 107-112 DOI: 10.1016 / j.abb.2008.01.028

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *