УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2013, том 133, № 5, с. 469-480
УДК 616-036.83-097.3
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ АНАЛИЗА КИСЛОРОДНОГО МЕТАБОЛИЗМА ФАГОЦИТАРНЫХ КЛЕТОК
© 2013 г. В. М. Земсков, А. А. Барсуков, Д. А. Гнатенко, Н. С. Шишкина,
А. Н. Куликова, М. Н. Козлова
Институт хирургии им. А.В. Вишневского, Москва
Представлены общие сведения о кислородном метаболизме фагоцитарных клеток, роли активных форм кислорода в жизнедеятельности организма, функционировании различных типов клеток и развитии патологических процессов. Описана новая методика анализа кислородного метаболизма фагоцитарных клеток с помощью хемилюминесценции на мультиплетном детекторном анализаторе Synergy 2 SLAD, приведены примеры кинетики хемилюминесценции у пациентов с различной хирургической патологией.
Ключевые слова: хемилюминесценция, фагоциты, кислородный метаболизм, хирургическая патология.
РОЛЬ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА
(АФК) НА МИКРОУРОВНЕ ОРГАНИЗМА.
"КИСЛОРОДНЫЙ (МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ) ВЗРЫВ" В КЛЕТКАХ
В статье представлена общая информация об одной из очень важных проблем медицины, которая бурно развивается: роль активных форм кислорода (АФК) на микроуровнях нашего организма.
Речь идет не столько о том кислороде, которым мы дышим, который поступает в наши легкие, давая нам жизнь, а о тех его чрезвычайно высокореакционных формах, которые после поглощения кислорода клетками образуются в результате сложных физико-химических реакций, накапливаются в клетках или выделяются из них и позволяют выполнять клеткам важнейшие функции и слаженно взаимодействовать друг с другом.
Для того, чтобы такой процесс произошел, клетка должна быть обязательно активирована различными агентами: микроорганизмами, метаболитами, активаторами, медиаторами, лекарствами и т.д., иными словами нужная клеточная функция должна быть востребована при необходимости обеспечить, например, противомикроб-ную защиту, иммунную реакцию, восстановление поврежденных тканей, воспаление и т.д.
Подобная активация вызывает в клетках (особенно фагоцитарных) так называемый "дыхатель-
ный взрыв", который сопровождается сильнейшей активацией ее метаболизма, более чем 50-ти кратным усилением потребления кислорода и образованием АФК, к которым относятся перекись водорода, гидроксильные радикалы, супероксидные анионы, синглетный кислород, активные формы азота, хлора, липидные радикалы, гидроперокси-ды и др.
Вместе с тем, в результате такого усиленного дыхательного взрыва в тканях может развиться оксидативный стресс, представляющий собой нарушение баланса про и антиоксидантов, причем превалирование прооксидантов может вызвать тканевое повреждение. Проявлением оксида-тивного стресса является накопление в тканях поврежденных оснований ДНК, продуктов окисления белков и пероксидации липидов, снижение уровня антиоксидантов, что сопровождается нарушением липидов мембран и липопротеинов под влиянием прооксидантов; нередко оксидатив-ным стрессом именуют повреждение клеток АФК (Владимиров, Проскурнина, 2009).
РОЛЬ АФК В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ КЛЕТОК В ОРГАНИЗМЕ
АФК обеспечивают клеткам возможность выполнять многие ключевые функции.
1. Функционирование антимикробных систем защиты против бактерий, вирусов и простейших
паразитов. Различные кислородные продукты (АФК, окислы азота и др.) обеспечивают возникновение брешей и дефектов в стенке микробов, проникают внутрь последних, разрушают их нук-леопротеидные комплексы генетического аппарата, вызывая гибель патогенов.
2. В принципе подобное действие они оказывают и на злокачественные клетки и клетки, инфицированные патогенными возбудителями, оберегая генетическое постоянство организма, причем это действие кислородных метаболитов фагоцитарных клеток намного превосходит по интенсивности работу предназначенных для этого специализированных клеток - естественных киллеров и естественных Т-киллеров, цитотокси-ческих Т-лимфоцитов.
3. Эти же кислородные продукты действуют на клетки с нарушенной жизнеспособностью, стареющие или те, которые, выполнив свою основную функцию, должны быть ликвидированы, и запускают генетически запрограммированную клеточную гибель - апоптоз, который и убивает их.
4. АФК вызывают активацию основных Т-лим-фоцитов клеточного иммунитета, представленность на них важнейших маркерных молекул, и таким образом участвуют в осуществлении важнейших иммунных реакций в организме, в поддержании системы иммунитета.
5. АФК принимают самое непосредственное участие в метаболизме тканей, инактивации, активации и удалении продуктов тканевого метаболизма, межклеточных медиаторов.
Например установлено, что АФК способны проникать через ядерную мембрану клетки и вызывать непосредственно активацию тех или иных генов и, как следствие, образование важнейших веществ регуляции клеточных функций.
Предположительно, основными мишенями для АФК могут являться липиды и белки мембраны, ферменты, ДНК клеток, сигнальные и метаболические пути.
РОЛЬ АФК В РАЗВИТИИ ПАТОЛОГИИ (ПАТОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ТКАНЕВОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ)
В силу того, что АФК являются высокореакционными продуктами, обладают колоссальной окислительной и восстановительной активностью, они могут вызывать различные, в том числе и тяжелейшие патологические нарушения в организме.
1. Они инактивируют хемоаттрактанты (например, субкомпонент комплемента С5а), вызывая их дефицит, способствующий возникновению тяжелых рецидивирующих бактериальных инфекций.
2. Инактивируют а1-антитрипсин, который разрушает ферменты протеиназы, деградирующие ткани, и поэтому накопление и активация последних вызывает тяжелые тканевые повреждения.
3. Огромная роль принадлежит АФК в повреждении тканей при ишемии, например, инфаркте миокарда, когда зона его окружена фагоцитами, выделяющими большое количество АФК, усугубляющих и вызывающих ишемию за счет повреждения клеток эндотелия, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Именно АФК могут быть причиной внезапной "коронарной" смерти, поскольку могут вызвать мгновенную и быстро преходящую ишемию миокарда.
4. Повреждение АФК клеток эндотелия также лежит в основе возникновения воспалительных заболеваний роговицы глаз, в том числе и ее трансплантатов, которые мутнеют и в последующем отторгаются, вызывая слепоту, а также вас-кулитов и другой патологии.
5. Показано участие АФК в возникновении аутоиммунных заболеваний, например таких, как ревматоидный артрит и др.
6. АФК также играют немалую роль в развитии нейро-дегенеративной патологии, в том числе эпилепсии, болезни Альцгеймера.
7. АФК обладают мутагенным и канцерогенным действием и поэтому могут быть причиной возникновения онкопатологии.
8. Описаны и другие "вредные" свойства АФК в организме.
Следует заметить, что несмотря на сильные разрушительные способности АФК, образующие их клетки имеют мощную антиоксидантную систему защиты от них - каталазу, миелопероксида-зу (МПО), глутатионпероксидазу, восстановленный глутатион. Поэтому здоровые и полноценные клетки остаются совершенно неповрежденными, но саморазрушаются, если их свойства нарушены.
КИСЛОРОДНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ КЛЕТОК, ОТРАЖАЮЩИЙ ИХ ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ, ПОЛНОЦЕННОСТЬ ИЛИ ДЕФЕКТ
Образование АФК, как показано многочисленными исследованиями (Барсуков и др., 1985; Яр-кова и др., 1986; Барсуков и др. 1986; Земсков и др., 1988), полностью отражает функциональное состояние различных, в особенности, фагоци-
тарных клеток организма, и, в конечном итоге, практически их полноценность или дефектность, состояние иммунитета и наличие различных видов патологии (Земсков и др. 2007; Zemskov et а1., 1989).
Важно, что именно состояние кислородного взрыва фагоцитов отражает цепь молекулярных событий, обеспечивающих реакции любых клеток.
В ее основе лежит принцип, который просматривается на всех уровнях организации живой материи и определяет саморегуляцию любых биологических процессов.
ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КАК МЕТОД АНАЛИЗА КИСЛОРОДНОГО МЕТАБОЛИЗМА КЛЕТОК ПО ОБРАЗОВАНИЮ АФК
Сегодня вопрос оценки кислородного взрыва, количественного определения АФК, решается разными методическими приемами.
Нас конкретно интересует метод анализа хеми-люминесценции - световой эмиссии, испускаемой клетками, находящимися в электронно-возбужденном состоянии, когда электроны перескакивают с энергетически наинизшей орбитали на более энергетически высокую орбиталь, что сопровождается выделением ее излишней энергии, кроме прочих процессов, в виде эмиссии фотона (света).
Эта реакция резко усиливается добавлением легко окисляемых веществ, например, люминола, люцигенина и других, которые используют в различных лабораториях.
МЕХАНИЗМ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ, В ТОМ ЧИСЛЕ УСИЛЕННОЙ ЛЮМИНОЛОМ
Этот механизм обусловлен целым рядом физико-химических процессов: 1) системой МПО+Н2О2+галоид, генерирующей синглетный кислород (дельта форму), который в конечном счете дает световую эмиссию; 2) супероксидным радикалом, окисляющим люминол, вызывая световую эмиссию за счет образования синглетного кислорода в ходе его спонтанной дисмутации, реакции с гидроксильными радикалами и с пероксидом водорода; 3) за счет непосредственного окисления люминола со световой эмиссией без образования синглетного кислорода, при котором образуется метастабильный промежуточный продукт, который и распадается со световой эмиссией.
ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛИЗА ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В МЕДИЦИНЕ
Этот анализ является в настоящее время критерием оценки различных состояний.
1. Объективным критерием оценки функционального состояния клетки, ее дефектов или полноценности.
2. Критерием оценки киллерной функции фагоцитов.
3. Критерием выявления в организме инфекционных или воспалительных процессов.
4. Критерием выявления дефицитов фагоцитарной системы.
5. Критерием оценки активности лекарственных препаратов in vitro ("нагрузочный тест").
6. Критерием оценки аллергии в организме: а) общая аллергия; б) лекарственная аллергия; в) пищевая аллергия; г) пищевая непереносимость, интолерантность, или неаллергическая гиперчувствительность.
Говоря о лабораторном использовании анализа хемилюминесценции отметим, что она стала одним из важнейших методических подхо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.