Защита эритроцитов от окислительного стресса

Из О₂ постоянно возникают в небольших количествах токсичные вещества, так называемые активные формы кислорода [АФК (от англ. reactive oxygen species)]. Эти соединения являются сильными окислителями или крайне реакционноспособными свободными радикалами, которые разрушают клеточные структуры и функциональные молекулы (рис.5).

Молекула кислорода (О₂) содержит два неспаренных электрона и. таким образом, является бирадикалом.Однако неспаренные электроны расположены так, что молекула О₂ остается относительно стабильной (рис.5). Тем не менее, если молекула присоединяет дополнительный электрон (стадия а), образуется высоко реакционноспособный супероксид-радикал (•О₂^-) Следующая стадия восстановления (стадия б) приводит к пероксид-аниону (•О₂^2-), который легко связывает протоны и вследствие этого переходит в пероксид водорода (Н₂О₂). Присоединение третьего электрона (стадия в) ведет к расщеплению молекулы на ионы О^2- и О^- . В то время как О₂^- путем присоединения двух протонов образует воду, протонирование О^- приводит к особо опасному гидроксил-радикалу (•ОН). Присоединение четвертого электрона и заключительное протонирование О^- заканчивается образованием воды.

Особенно подвержены АФК-повреждению эритроциты, для которых из-за их транспортной функции характерна высокая концентрация кислорода. Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина: Hb(Fe²⁺)+O₂ ® MeтHЬ(Fe³⁺)+0₂^-

Активные формы кислорода могут вызвать гемолиз эритроцитов. Эритроциты содержат ферментную систему, предотвращающую токсическое действие радикалов кислорода и разрушение мембран эритроцитов.

Для защиты от АФК и других радикалов все клетки содержат антиоксиданты. Последние являются восстановителями, которые легко реагируют с окисляющими веществами и вследствие этого защищают более важные молекулы от окисления. К биологическим антиоксидантам принадлежат витамины С и Ε, кофермент Q и некоторые каротиноиды. Образующийся при разрушении гема билирубин также служит защитой от окисления.

Особенно важен глутатион, трипептид Glu-Cys-Gly, находящийся почти во всех клетках в высокой концентрации. Восстановителем здесь является тиольная группа цистеинового остатка. Две молекулы восстановленной формы (GSH, на схеме вверху) при окислении образуют дисульфид (GSSG, рис.5).

Эритроциты также обладают системой (супероксиддисмутаза, каталаза, GSH), способной инактивировать АФК и ликвидировать нанесенные ими повреждения.

Для этого необходимы вещества, обеспечивающие поддержание в эритроцитах нормального обмена веществ. Метаболизм в эритроцитах, в сущности, ограничен анаэробным гликолизом и пентозофосфатным путем.

Образующийся при гликолизе АТФ служит прежде всего субстратом Na⁺, К⁺-АТФ-азы,которая поддерживает мембранный потенциал эритроцитов.. В пентозофосфатном пути образуется НАДФН+Н⁺, который поставляет Н⁺ для регенерации восстановленного глутатиона (GSH) из глутатион-дисульфида (GSSG) с помощью глутатион-редуктазы [3]. Восстановленный глутатион — самый важный антиоксидант эритроцитов, он служит коферментом при восстановлении метгемоглобина в функционально активный гемоглобин [4]. Важным защитным ферментом является также селенсодержащая глутатион-пероксидаза [5].(рис.5,6)

С помощью восстановленного глутатиона осуществляется детоксикация Н₂О₂, а также гидропероксидов, которые возникают при реакции АФК с ненасыщенными жирными кислотами мембраны эритроцитов (рис.6).

При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и приеме некоторых лекарств, являющихся сильными окислителями, потенциала глутатионовой защиты может оказаться недостаточно.

Это приводит к увеличению содержания в клетках активных форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп молекул гемоглобина. Образование дисульфидных связей между протомерами гемогло­бина и метгемоглобина приводит к их агрегации — образованию телец Хайнца (рис.6). Последние способствуют разрушению эритроцитов при попа­дании их в мелкие капилляры.

Рисунок 5

Рисунок 6

Гемолиз эритроцитов

Разрушение эритроцитов происходит несколькими путями. Во-первых, вследствие механического травмирования при циркуляции по сосудам, при этом чаще разрушаются молодые эритроциты. Во-вторых, посредством клеток мононуклеарной фагоцитарной системы, которых особенно много в печени и селезенке, фагоцитирующих часть эритроцитов. В-третьих, в результате их гемолиза. При старении эритроциты становятся сферичнее и гемолизируются прямо в циркулирующей крови.

Процесс разрушения оболочки эритроцитов, вследствие которого происходит выход гемоглобина в плазму, называется гемолизом. Различают несколько видов гемолиза.

Осмотический гемолиз возникает в гипотонической среде, при этом кровь становится прозрачной ("лаковая кровь"). Мерой осмотической стойкости (резистентности) эритроцитов является концентрация раствора хлористого натрия, при которой начинается гемолиз. У человека границы стойкости эритроцитов находятся в пределах от 0,4% до 0,34% (в растворе такой концентрации разрушаются все эритроциты). При некоторых заболеваниях осмотическая стойкость эритроцитов снижается, т. е. гемолиз начинается при более высоких концентрациях раствора хлористого натрия.

Химический гемолиз происходит под воздействием веществ, разрушающих белково-липидную оболочку эритроцитов (эфир, хлороформ и др.).

Механический гемолиз возникает при сильных механических воздействиях на кровь (например, встряхивание ампулы с донорской кровью) .

Термический гемолиз наблюдается при замораживании и размораживании крови. Разрушение оболочки эритроцитов при этом происходит кристалликами льда.

Биологический гемолиз возникает при попадании в кровь химических веществ, образующихся в живых организмах (при переливании несовместимой крови, под влиянием иммунных гемолизинов, при действии биологических ядов, например, при укусе змей, пчел и т. д.).

Обмен железа

Источниками железа при биосинтезе белков, содержащих железо, являются пищевые продукты. но всасывается не более 10% железа пищи. Железо, освобождающееся при постоянном распаде эритроцитов в клетках печени и селезенки, может повторно использоваться для синтеза железосодержащих белков.

Кислая среда желудка и присутствие в пище аскорбиновой кислоты способствуют высвобождению из органических солей пищи.

Поступление железа из энтероцитов в кровь зависит скорости синтеза в них белка апоферритина. Апоферритин улавливает железо в клетках сли­зистой оболочки кишечника и превращается в ферритин, который остается в энтероцитах. Это снижа­ет поступление железа в капилляры крови из клеток кишечника. Когда потребности в железе невелики, скорость синтеза апоферритина повышается. Слущивание клеток слизистой оболочки кишечника освобождает организм от излишков железа. При не­достатке железа в организме апоферритин в энтеро­цитах почти не синтезируется.

Фермент крови ферроксидаза (церулоплазмин) окисляет железо, оно связывается с гликопротеином крови трансферрином и транспортируется кровью.

Трансферрин взаимодействует со специфичес­кими рецепторами и поступает в клетки. Количество рецепторов трансферрина зависит от содержания железа в клетках и регулируется на уровне транс­крипции гена белка-рецептора. При снижении со­держания железа в клетках скорость синтеза рецеп­торов повышается, и наоборот.

Белок ферритин играет роль депо железа в клет­ках печени, селезенки и костного мозга.

Избыток железа аккумулируется в печени и дру­гих тканях в составе гранул гемосидерина. Гемосидерин представляет собой комплекс белков, полисахарида и Ре³⁺, который плохо растворим и содержит до 3% железа.

Накопление гранул гемосидерина в ретикуло-эндотелиоцитах печени и селезенки (гемохроматоз) может привести к повреждению функций этих ор­ганов.

При недостаточном поступлении или наруше­нии утилизации железа развивается железодефицитная анемия.

Медицинское значение

Нормальные величины содержания гемоглобина: у мужчин 130-160 г/л; у женщин; 120-140 г/л.

Повышениеконцентрации гемоглобина: полицитемия, гемоконцентрация при дегитратации, ожогах, кишечной непроходимости, упорной рвоте; пребывание на больших высотах, чрезмерная физическая нагрузка или возбуждение; сердечно-сосудистая патология, обычно врожденная; некоторые заболевания легких, хроническое химическое воздействие нитритов, сульфонамидов, вызывающих образование мет- и сульфогемоглобина.

Повышениеконцентрации гемоглобина: - анемия