Окислительный стресс и пародонтит. Антиоксидантная терапия

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЛЕКЦИИ Что называют активным формам кислорода (АФК)? Какие полезные для клетки функции могут выполнять АФК? К развитию каких заболеваний приводит окислительный (оксидативный) стресс? Какие соединения являются низкомолекулярным антиоксидантам? Изменение каких факторов, связанных с состоянием баланса АФК/антиоксиданты, способствует развитию пародонтита? Какие антиоксидантные препараты могут использоваться для лечения пародонтита?

Проблема свободных радикалов в последнее десятилетие произвела настоящую революцию в понимании многих процессов, происходящем в организме человека. Сегодня свободные радикалы рассматриваются в качестве источника многочисленных нарушений, приводящих к возникновению целого ряда болезней. В основе образования этих агрессивных радикалов, которые окрестили «молекулярными акулами», обладающими неутолимым аппетитом в результате потери одного электрона, как ни удивительно, лежит один из самых значительных элементов для жизни человека – кислород. Окислительные процессы являются необходимой, и в большей мере естественной частью нашей жизни. Опасность возникает в ситуации, когда поток свободных радикалов значительно усиливается, нарушая необходимое внутреннее равновесие процессов окисления и восстановления.

Свободные радикалы это высокоактивные молекулы или атомы, имеющие один или несколько неспаренных электронов на внешней орбитали, что делает их особенно активными и «агрессивными». Свободные радикалы стремятся вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул.

ФормулаНазвание O ·– Оксид O 2 ·– Супероксид °O 3 ·– Озонид HO · Гидроксил HO 2 · Гидродиоксид NO · Окись азота LO · L · LOO · Липидные радикалы ClO – Гипохлорит RO · Алкоксил C2H5O·C2H5O· Этоксил RО 2 · Алкилдиоксил

Для биологических систем наиболее важны кислородные свободные радикалы, которые включены в группу активных форм кислорода – АФК. Поэтапное одноэлектронное восстановление кислорода протекает с образованием промежуточных свободнорадикальных состояний кислорода, в частности супероксид-аниона и гидроксильного радикала: O 2 + ē O 2 ·– + ē Н 2 О 2 + ē ОН + ē Н 2 O супероксид-анион радикал гидроксильный радикал время полужизни с

в результате «утечки» ē в электронтранспортной системе мембран эндоплазматического ретикулума и ядра, включающие в себя цитохромы Р- 450 и b 5, а также НАДФН- и НАДН-зависимые редуктазы (в том числе НАДФН- цитохром Р-450-зависимую редуктазу в микросомах). 3) за счет активности ферментов: НАДФН-оксидазы, ксантиноксидазы, циклооксигеназы, липоксигеназы, NO-синтазы, моноаминооксидазы, оксидазы АМК и др. Около 95% всего потребляемого кислорода в клетке восстанавливается в митохондриях до Н 2 O в процессе окислительного фосфорилирования. Остальные 5% процентов в результате различных реакций превращаются в АФК: в результате «утечки» ē в электронтранспортной цепи митохондрий (I и III комплексы - НАДН:убихинол-оксидоредуктаза и убихинол-цитохром с- оксидоредуктаза соответственно) с участием КоQ.

5) ионы Fe 2+ (а также ионы других металлов переменной валентности Cu 2+, Co 2+ ) способствуют образованию ОН радикалов посредством реакции Фентона 6) автоокисление гемоглобина Hb(Fe 2+ ) 7) УФ, радиация НАДФН (Н + ) Н2О2Н2О2 миелопероксидаза Cl –, H + HOCl гипохлорид Fe 2+ ОН 4) фагоциты (гранулоциты и моноциты крови) и тканевые макрофаги для борьбы с бактериями образуют O 2 ·– при активации НАДФН-оксидазного комплекса на цитоплазматической мембране Hb(Fe 2+ ) ē Hb(Fe 3+ ) +

Таким образом, ряд биохимических процессов, протекающих в аэробных организмах, сопряжен с образованием активных интермедиатов кислорода, таких как супероксидный анион-радикал (O 2 ·– ), гидроксильный радикал ( ОН ), перекись водорода (H 2 O 2 ), синглетный кислород ( 1 O 2 ), гипохлорная кислота (HOCl), получивших название активных форм кислорода (АФК). Ряд авторов к АФК относят также такие активные формы азота как окись азота (NO. ) и пероксинитрит ( ), обладающий высокой реакционной способностью.

Свободные радикалы разделяют на первичные, вторичные и третичные. Первичные свободные радикалы постоянно образуются в процессе жизнедеятельности организма в качестве средств защиты против бактерий, вирусов, чужеродных и опухолевых клеток. Так, фагоциты выделяют и используют свободные радикалы в качестве оружия против микроорганизмов и раковых клеток. При этом фагоциты сначала быстро поглощают большое количество О 2 (дыхательный взрыв), а затем используют его для образования активных форм кислорода. Вторичные радикалы, в отличие от первичных, не выполняют физиологически полезных функций. Напротив, они оказывают разрушительное действие на клеточные структуры, стремясь отнять электроны у «полноценных» молекул, вследствие чего «пострадавшая» молекула сама становится свободным радикалом (третичным), но чаще всего слабым, не способным к разрушающему действию..

Образующиеся АФК могут выполнять полезные для клетки функции: участвуют (через АФК-зависимый сигналинг) в регуляции клеточных процессов (клеточное деление, дыхание и др.) бактерицидное действие активируют иммунные реакции лейкоцитов Однако это возможно при низком уровне АФК в клетке. При высоком уровне АФК развивается окислительный (оксидативный) стресс, который приводит к нарушению функций клетки, развитию ряда заболеваний (атеросклероз, ИБС, диабет, ХОБЛ, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, злокачественные образования и др.), гибели клеток путем апоптоза или некроза.

O 2 ·–

Свободные радикалы в организме способны вступать в процессы, разрушающие клетку. Однако, оксиданты или свободные радикалы совершенно необходимы, так как они участвуют во многих физиологических процессах организма. Свободные радикалы в организме могут причинять вред, когда их количество непомерно возрастает и значительно превосходит, необходимое для осуществления окислительных процессов. Где та норма, при которой свободные радикалы полезны? Как контролировать свободные радикалы в организме?

Живые клетки имеют систему защиты от повышенной продукции свободных радикалов - антиоксидантную систему, механизм действия которой направлен на блокирование действия свободных радикалов. Антиоксидантная система образована низкомолекулярными антиоксидантами и антиоксидантными ферментами. Антиоксиданты «ловят» радикалы, отдавая им свои электроны, таким образом, обезвреживая их. При этом структура антиоксидантов остается стабильной.

Низкомолекулярные антиоксиданты: Токоферол (вит. Е) Ретинол (вит. А) Аскорбиновая кислота (вит. С) Глутатион восстановленный N-ацетилцистеин Мочевина, мочевая кислота,билирубин Карнозин и другие гистидинсодержащие дипептиды

Ключевыми антиоксидантными ферментами являются супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, глутатионпероксидаза. Они катализируют реакции, в результате которых свободные радикалы и перекиси превращаются в неактивные соединения Супероксиддисмутаза (разные формы содержат Cu/Zn и Mn): О О Н + Н 2 О 2 + О 2 Каталаза (гемсодержащий фермент): 2 Н 2 О 2 2 Н 2 О + О 2 Глутатионпероксидаза (содержит остаток селеноцистеина): 2GSH + Н 2 О 2 GSSG + 2Н 2 O

БАЛАНС АФК В ЖИВЫХ КЛЕТКАХ ТУШЕНИЕ АФК ТУШЕНИЕ АФК ГЕНЕРАЦИЯ АФК ГЕНЕРАЦИЯ АФК Дыхательная цепь митохондрий, NADPH-оксидаза нейтрофилов, микросомальное окисление, неферментативное окисление биогенных аминов СОД, Каталаза, Пероксидазы, Низкомолек. антиоксиданты (мочевая кислота, таурин, витамины A, C, E, карнозин, N- ацетилцистеин, глутатион), xелаторы ионов железа СОД, Каталаза, Пероксидазы, Низкомолек. антиоксиданты (мочевая кислота, таурин, витамины A, C, E, карнозин, N- ацетилцистеин, глутатион), xелаторы ионов железа

Нейроденеративные процессы Старение АФК AO система AO система ДЕФИЦИТ антиокси- дантов Метаболические нарушения Токсиканты Тяжелые металлы ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ С Т Р Е С С

Нарушение баланса АФК/антиоксиданты приводит к развитию окислительного стресса, который сопровождается активацией перекисного (пероксидного) окисления липидов (ПОЛ). Наиболее чувствительные к ПОЛ полиненасыщенные ВЖК липидного бислоя клеточных мембран

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ Малоновый диальдегид Перекисное окисление липидов (ПОЛ) является важной причиной накопления клеточных дефектов. Основным субстратом ПОЛ являются полиненасыщенные жирные кислоты, входящих в состав клеточных мембран, а также липопротеинов. Атака кислородными радикалами приводит к образованию гидрофобных радикалов. Образующиеся липидные радикалы, а также 4-гидроксиноненаль и малоновый диальдегид могут атаковать молекулы белков и нуклеиновых кислот. Альдегидные группы этих соединений образуют межмолекулярные сшивки, что сопровождается нарушением структуры макромолекул и их функций.

СТАДИИ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ 1. Инициация образование свободного липидного радикала 2. Развитие цепи

3. Разрушение структуры липидов 4. Обрыв цепи – взаимодействие радикалов между собой

ПОЛ изменяет свойства мембран: нарушается микровязкость () образуются мега поры растет проницаемость мембран набухание изменяется ионная проницаемость (разрушение ионных каналов и ионных насосов, например, Nа,К-АТФазы) В Мх повреждаются как компоненты дыхательной цепи, так и ферменты матрикса. Оксид азота взаимодействует с O 2 ·–, образуя пероксинитрит (ONOO – ). Пероксинитрит индуцирует ПОЛ в мембранах клеток, а также в липопротеинах сыворотки крови, что лежит в основе атерогенеза (Bult и др., 1990).

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС И ДЕСТРУКЦИЯ КЛЕТКИ

Факторы, вызывающие оксидативный стресс ( нарушение окислительно- восстановительного равновесия в сторону окисления и образования вторичных свободных радикалов), многочисленны и напрямую связаны с нашим образом жизни. Это радиация, курение, напитки с высокой окислительной способностью, хлорированная вода, загрязнение окружающей среды, антибиотики и ксенобиотики. Реакции с участием свободных радикалов могут являться причиной или осложнять течение многих опасных заболеваний, таких как астма, артрит, рак, диабет, атеросклероз, болезни сердца, флебиты, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, эпилепсия, рассеянный склероз, депрессии, пародонтит и др.

Пародонтоз характеризуется отсутствием воспаления и медленным непрерывным развитием, иногда с периодами стабилизации, возможно даже, на длительный период времени. При этом так же развивается некоторая подвижность зуба. При пародонтозе десна имеет бледную окраску, обнажается шейка, а затем и корень зуба. На рентгенограмме отсутствуют признаки воспалительной деструкции костной ткани межзубной перегородки и наблюдается уменьшения высоты перегородок (очагов остеопороза нет). Расширяется периодонтальная щель. В конечном итоге происходит полное разрушение зубного ложа и выпадение зубов. Нарушается прикус. Различают три степени тяжести заболевания: легкую, среднюю и тяжелую. Пародонтоз и пародонтит поражают всю область пародонта. Однако их следует различать. В первую очередь, пародонтоз – это дистрофический процесс, а пародонтит – это воспалительный процесс.

Пародонтит возникает на деснах и после перебрасывается на другие ткани пародонта, поражает периодонт альвеолярной кости и зуба. При пародонтите всегда наблюдается воспаление десны. В отличие от пародонтоза, это заболевание может иметь острое течение, но так же может переходить в хроническую фазу. Выделяют пародонтит локализованный и генерализованный. Диагностируют заболевание по ярко выраженным признакам: воспаление десны, кровоточение десен, десенных или пародонтальных карманов, острые боли, возникающие самопроизвольно. На рентгенограмме заметно деструктивное изменение костной ткани межзубных перегородок. Так же выделяют три степени развития и течения заболевания.

В многочисленных исследованиях было показано, что при пародонтите происходит усиление окислительного стресса в пародонте, в слюнной железе и в целом в ротовой полости. Возникает дисбаланс в системе свободнорадикального окисления / антиоксидантной защиты со сдвигом в сторону первого. При срыве антиоксидантной защиты свободнорадикальное окисление в пародонте развивается лавинообразно. Повышается уровень перекисного окисления фосфолипидов клеточных мембран с деструкцией последних и гибелью клеток пародонта с высвобождением эндогенных токсинов. Нарушается клеточное деление, и накапливаются инертные продукты перекисной деструкции липидов и белков. Активация свободнорадикального окисления в покровно-эпителиальном пласте и более глубоких структурах пародонта создаёт условия для практически беспрепятственного распространения воспалительного процесса. В десне при пародонтите снижена активность супероксиддисмутазы и часто уменьшается активность каталазы, глутатионпероксидазы. Содержание малонового диальдегида в крови десны возрастает соответственно тяжести заболевания, что также указывает на активацию свободнорадикального окисления при пародонтите и служит обоснованием использования антиоксидантной терапии.

Антиоксидантная терапия при пародонтите

Широкий спектр действия мексидола позволяет рекомендовать включение мексидола в новые зубные пасты, зубные эликсиры, гели и другие композиции с целью профилактики и комплексного лечения воспалительных заболеваний полости рта, в том числе и такого распространенного и труднолечимого, как пародонтит Мексидол (3-гидрокси-6-метил-2-этилпиридин сукцинат) синтезирован проф. Смирновым Л.Д. в ИБХФ РАН, изучен и разработан в НИИ Фармакологии РАМН и Всесоюзном научном центре по безопасности биологически активных веществ. Мексидол относится к гетероароматическим антиоксидантам и имеет широкий спектр фармакологической активности Антиоксидантное действие мексидола проявляется в повышении активности супероксиддисмутазы, каталазы, ферментов системы глутатиона, ингибировании перекисного окисления липидов.

После терапии парондотита с местным применением мексидола (5% раствор мексидола в виде полосканий и аппликаций) отмечены снижение в смешанной слюне концентрации малонового диальдегида и увеличение активности супероксиддисмутазы малоновый диальдегид супероксиддисмутаза Использование зубной пасты "MEXIDOL dent" с содержанием мексидола укрепляет десны, уменьшает кровоточивость и воспаление десен, способствует заживлению ран в полости рта, воздействует на скрытые очаги инфекции.

Лечение генерализованного пародонтита с использованием нового отечественного препарата цитофлавина с антиоксидантным действием является инновационным и показало высокую эффективность по сравнению с традиционным методом лечения пациентов. Фармакологические эффекты обусловлены комплексным воздействием входящих в состав препарата цитофлавин компонентов: янтарной кислоты, рибоксина (инозина), рибофлавина, никотинамида. Обоснованием к применению цитофлавина в комплексной терапии хронического генерализованного пародонтита послужила его способность стимулировать дыхание и энергообразование в клетках, улучшать процессы утилизации кислорода тканями, восстанавливать активность ферментов антиоксидантной защиты и активировать внутриклеточный синтез белка.

Вопрос Варианты ответа 1. К активным формам кислорода не относятся А. супероксид-анион Б. гидроксильный радикал В. монооксид углерода Г. пероксид водорода Д. синглетный кислород 2. Активные формы кислорода могут выполнять полезные для клетки функции А. регуляция клеточного сигналинга Б. бактерицидное действие В. активация иммунных реакций лейкоцитов Г. синтез углеводов Д. синтез мочевины 3. Окислительный (оксидативный) стресс приводит к развитию ряда заболеваний А. атеросклероз Б. ИБС В. пародонтит Г. болезнь Паркинсона Д. всех вышеперечисленных 4. К низкомолекулярным антиоксидантам не относится А. витамин С Б. глутатион В. карнитин Г. билирубин Д. карнозин 5. Развитию пародонтита способствует А. снижение активности СОД и каталазы Б. активация перекисного окисления липидов В. развитие окислительного стресса Г. нарушение равновесия АФК/антиоксиданты Д. повышение содержания токоферола 6. В терапии пародонтита используются антиоксидантные препараты А. мексидол Б. ремантадин В. спазмалгон Г. нистатин Д. цитофлавин