Текст книги "Полная энциклопедия омоложения"

Глава 7 Свободные радикалы и не только

Суть человеческого естества – в движении. Полный покой означает смерть.

Блез Паскаль

Осколки молекул и процесс старения

Одно из свойств человеческого организма, отличающее его от неживой природы, состоит в том, что его клетки постоянно обновляются: в частности, клетки слизистой оболочки кишечника – через каждые четыре дня, а эритроцитная масса – через каждые четыре месяца. В сложной системе нашего организма, пожалуй, трудно найти такую «деталь», которая, подобно деталям машины, изнашивалась бы без самовосстановления. Ближе всех к таким «деталям» суставы, испытывающие значительную нагрузку при ходьбе, беге и даже в тот момент, когда мы опускаемся на любимый диван. По теории износа, постоянные нагрузки на суставы могут привести к развитию болезненного процесса – остеоартрита, воспалительного заболевания суставов.

Остеоартрит поражает почти каждого человека после 60 лет. Даже самые обычные движения, сопровождаемые небольшими толчками и сотрясениями, влияют на наши кости и суставы. Заболевание может развиваться постепенно, без ярко выраженных симптомов. Иногда, наоборот, даже незначительное движение вызывает резкую боль, На некоторых участках, особенно на больших пальцах стоп и на мелких суставах кистей, образуются болезненные утолщения.

При избыточности массы тела, что может быть обусловлено нерациональным питанием, изменяется и характер движений. Лишние килограммы веса требуют дополнительных усилий при ходьбе и беге. Нездоровый образ жизни способствует развитию остеоартрита, который может рассматриваться как реальный признак того, что организм начинает изнашиваться.

Исследуя причины развития артрита во всей их сложности и многообразии, ученые пришли к выводу, что прочность и эластичность хрящевой ткани, покрывающей суставные поверхности костей, зависят от наследственных факторов. При высокой плотности хрящевой ткани, состоящей из коллагеновых волокон, вероятность развития артрита снижается, а при низкой, наоборот, повышается. Таким образом, наследственность и стиль жизни определяют степень поражения наших суставов – один из многих признаков постепенной изнашиваемости организма.

Как бороться с поражением суставов? Как всегда, можно предложить два пути: лекарственный и традиционный. В первом случае необходимы систематические инъекции стекловидного тела (внутримышечно) наряду с лечебным массажем и гимнастикой. Во втором случае: на первом месте будут стоять опять упражнения, способные полностью восстановить поврежденную ткань хряща, а на втором – прием препаратов на основе корня девясила высокого, который в течение 40 дней приема способен снять болевые ощущения и способствовать быстрому восстановлению хрящевой ткани.

Развитие атеросклероза – хронического заболевания артерий, при котором обычно поражаются сосуды сердца, мозга, конечностей, также как и развитие артрита, прежде всего обусловлено наследственностью, а также неправильным образом жизни: избыточным потреблением животного жира, малой физической активностью, психоэмоциональным перенапряжением, курением. Атеросклероз иногда начинается очень рано, еще в детском возрасте. Подобно тому, как недостаток движения приводит к развитию остеоартрита, нерациональное питание, не обеспечивающее восполнения энергетических затрат организма, ведет к развитию атеросклероза. Это заболевание характеризуется образованием на внутренних стенках артерий бляшек, состоящих в основном из холестерина, сужением просвета сосудов и ухудшением кровоснабжения органов. Таким образом, за прожитые годы всем нам неизбежно приходится расплачиваться атеросклерозом.

Изменение кожи по мере старения, количество образующихся на ней морщин в определенной степени также зависят от образа жизни. Значительное воздействие на кожу оказывают факторы окружающей среды – физические и химические раздражители.

С возрастом серьезно ухудшается работоспособность легких. Каким воздухом дышим мы, жители крупных промышленных городов? Развитие промышленности и транспорта привело к резкому загрязнению атмосферы, к повышенному содержанию в ней углекислого и других вредных газов, выбрасываемых предприятиями.

Все перечисленные факторы действительно способствуют изнашиваемости организма, вследствие чего скорость его старения повышается. Однако, как мы убедились, теория старения организма вследствие его изнашиваемости имеет немало слабых мест.

В 1950-х появилась новая теория, согласно которой скорость старения зависит от активности свободных радикалов. Чтобы лучше понять суть этой теории, придется обратиться ко времени зарождения жизни и начала развития биосферы на нашей планете.

Контролируемое окисление

Первые одноклеточные растительные и животные организмы появились на Земле около трех биллионов лет назад, то есть в период, когда, согласно современным космогоническим представлениям, в ее первичной атмосфере еще не было кислорода. Первым организмам приходилось выживать в суровых условиях, так как от смертельной солнечной радиации их защищали только газы, выделяемые вулканами при извержении. Первые зеленые растения, оказавшись под надежной защитой вулканических газов, обнаружили способность к фотосинтезу – единственному биологическому процессу, дающему в качестве первичных продуктов углеводы, обеспечивающие все живые клетки энергией, а в качестве побочного продукта – кислород.

Образование большого количества кислорода, способного вступать в реакцию со многими химическими элементами, привело чуть ли не к катастрофе. Взаимодействие кислорода с химическими элементами, как правило, сопровождается выделением тепловой энергии, при повышении температуры и выделении значительного количества тепла может начаться горение, уничтожающее не только хрупкие внутриклеточные мембраны, но даже структуру ДНК. Жизнь, зародившаяся на Земле, нуждалась в надежной защите от кислорода.

Одни микроорганизмы пошли по пути усиления собственных внутриклеточных мембран, хотя такая мера могла рассматриваться лишь как временная. Другие пытались использовать кислород для получения энергии, необходимой для жизнедеятельности их клеток. И, наконец, третьи создавали собственные антитела, так называемые антиоксиданты (антиокислители), замедляющие или подавляющие процесс окисления, при котором с повышением температуры начинается горение.

Такое «перемирие» с кислородом было достигнуто нелегким путем – ведь механизм защиты от кислорода разрушается уже при падении яблока с дерева и повреждении его кожицы. Появляющееся на поверхности яблока коричневатое пятно постепенно увеличивается и разъедает весь плод точно так же, как ржавчина разъедает железо.

В процессе эволюции живого мира возникли новые виды, клеткам и тканям которых для обеспечения их жизнедеятельности был необходим кислород. Человек как биологический вид появился в результате длительных и необратимых изменений живой природы.

При вдохе молекулы кислорода через легкие вместе с кровотоком поступают в клетки, где за счет биологического окисления освобождается необходимая для жизни энергия и образуются протеины (белки). Кислород, участвующий в процессе окисления, обладает высокой реактивной способностью. В результате реакции молекул кислорода с молекулами других веществ равновесие одной или нескольких из них нарушается. Появляются молекулы с большим или меньшим числом электронов. Так образуются свободные радикалы – независимые частицы с неспаренными электронами. Они легко вступают в реакции и обладают большой разрушительной силой.

Свободный радикал отбирает недостающий электрон у соседней молекулы, которая сама превращается в свободный радикал. Он отбирает недостающий электрон у другой молекулы, и процесс продолжается.

Свободный радикал в течение 24 часов наносит клетке не менее 10 тыс. разрушительных ударов, то есть каждая клетка нашего организма может стать мишенью. Когда молекула, превратившись в свободный радикал, с силой отбирает электрон у другой, возможны разные ситуации. Если, например, «перепалка» двух молекул происходит в тот момент, когда должна быть точно воспроизведена структура ДНК при делении клеток, то вследствие возможных нарушений и ошибок, возникающих в ходе этого процесса, могут образоваться клетки с неточно воспроизведенной ДНК. Это приводит к раковым заболеваниям. Свободные радикалы, объединяясь в группы, способствуют образованию непредусмотренных природой перекрестных связей между клетками. Жизнеспособность таких клеток понижается, а их восприимчивость к раку повышается. Под влиянием перекрестных связей мышечная ткань уплотняется, а кожа покрывается морщинами.

К счастью, в процессе эволюции живой природы был не только налажен газообмен между организмом и внешней средой, но и созданы антиокислительные ферменты с такими звучными названиями, как гидроксилаза, каталаза, троксидаза, оксидаза. Они «разоружают» свободные радикалы и «под конвоем» осторожно выводят из клеток.

По теории влияния свободных радикалов на скорость старения организма, не каждую «мародерствующую» молекулу можно вовремя обнаружить. Став свободным радикалом, она в течение дня может нанести множество ударов по клетке. С помощью соответствующих ферментов клетка восстанавливает разрушенное, однако с возрастом ее способность к быстрому и качественному «ремонту» снижается. Число же свободных радикалов, напротив, увеличивается. Вероятность повреждения клеток резко повышается при концентрации ударов свободных радикалов в определенном направлении, в частности, при воздействии на постоянные специализированные структуры клеток – митохондрии, где протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. В таких случаях образуется избыток свободных радикалов, а поврежденные митохондрии не восстанавливаются. Более того, они даже способствуют собственному разрушению, создавая новые свободные радикалы.

При очень сильном воздействии свободных радикалов на митохондрии, то есть на источник энергии клетки, он может быть настолько разрушен, что уже не подлежит восстановлению, и клетка погибает. При гибели большого числа клеток функция органа может быть частично или полностью нарушена. Чаще всего от ударов свободных радикалов страдают клетки органов с наиболее высокой потребностью в энергии – сердца, головного мозга и почек.

Раньше ученые считали, что вероятность поражения митохондрии сердечных клеток людей до 40 лет очень мала и только после этого рубежа начинает постепенно повышаться. Более поздние исследования показали, что при поражении коронарной артерии степень повреждения митохондрий сердечных клеток возрастает в 200 раз, а при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, затрагивающих ткани головного мозга (подкорковые ядра), степень повреждения митохондрий повышается в семь раз. Изнашиваемость организма на клеточном уровне приводит к нарушению функций наших органов и систем.

Не только свободные радикалы

Ученые пришли к выводу, что бороться со свободными радикалами можно, лишь исключив возможность их образования в организме. Кроме того, большие надежды возлагаются на антиокислители с их высокой оборонительной силой, позволяющей нейтрализовать действие свободных радикалов.

Полагая, что с увеличением количества поглощаемого организмом кислорода увеличивается вероятность поражения клеток свободными радикалами, один из ученых-исследователей решил провести эксперимент. В качестве испытуемых он использовал обычных мух. Согласно рассматриваемой теории, у активных мух должна быть и самая высокая вероятность поражения клеток, поэтому первую группу мух экспериментатор ограничил очень узким пространством, где они практически не могли перемещаться. Вторая группа мух свободно летала в воздушной среде, третья – в среде чистого кислорода.

Мухи, обитавшие в узком пространстве выделенного им лабиринта, отличались крайней вялостью и медлительностью, хотя продолжительность жизни у них была наибольшей. В воздушной среде пассивные мухи жили в два раза дольше активных. Быстрее всех погибали мухи, обитавшие в среде чистого кислорода. Дальнейшее исследование, и в частности опыты, проводившиеся на крысах, еще раз подтвердили, что продолжительность жизни находится в прямой зависимости от степени повреждения структуры ДНК свободными радикалами, образующимися при окислительно-восстановительных реакциях.

Во время опытов на животных изучалось также влияние уровня антиокислителей в организме на степень воздействия свободных радикалов. Известно, что, например, абрикосы, капуста спаржевая, морковь, помидоры являются естественными антиоксидантами. В результате экспериментов оказалось, что у лабораторных животных, которых кормили этими овощами и фруктами, уровень антиокислителей в организме был выше, чем у животных, не получавших их. Следовательно, у животных первой группы более эффективно проходили «ремонтно-восстановительные работы» при повреждении структуры клетки на уровне ДНК и, соответственно, выше была продолжительность жизни.

Таким образом, свободные радикалы, ускоряя изнашиваемость организма, приближают и наступление старости. Нашим клеткам угрожают не только свободные радикалы. Клеточные системы представляют собой высокоорганизованные структуры, в которых все процессы по преобразованию кислорода и питательных веществ в необходимую для клеток энергию протекают в строго заданной последовательности. Однако физики хорошо знают, что состояние упорядоченности не есть нечто незыблемое и вечное. Изменение этого состояния на противоположное может привести к разрушению и гибели клеток. Чем выше внутренняя организация митохондрий, преобразующих энергию химических связей в энергию жизни, тем больше она содержит элементов, работоспособность которых может быть нарушена вследствие различных причин. Ведь вероятность отказов любой системы возрастает с повышением сложности ее конструкции. Вероятность поражения клеток также находится в прямой зависимости от уровня их организации, и чем он выше, тем больше вероятность их поражений.

Кроме свободных радикалов, на клетку воздействуют токсины, радионуклиды и много других вредных веществ, провоцирующих раковые заболевания, артриты, артрозы, преждевременное старение организма. Губительное действие на структуру клетки оказывают побочные продукты, образующиеся при химических реакциях.

Нарушения возможны также при дупликащии клеток и клеточных структур. При дупликации на уровне ДНК ее хрупкие полинуклеотидные цепи могут быть разорваны, объединены или скручены в ложном направлении. К счастью, у клеток есть собственные «ремонтно-восстановительные бригады», которые внимательно следят за возможными нарушениями в структуре ДНК, фиксируют и устраняют их.

Подведем итог. Итак, с возрастом, как известно, кожа покрывается сеткой морщин. Воспаляются и начинают болеть суставы (остеоартрит). Все эти и другие видимые признаки старения не ведут к смертельному исходу. Чтобы предупредить их преждевременное появление, необходимо вести здоровый образ жизни и соблюдать рациональный режим питания.

Гораздо опаснее возрастные изменения на более глубоком, клеточном уровне. С годами, как уже говорилось, в организме при окислительно-восстановительных процессах образуется большое число свободных радикалов – неустойчивых, агрессивных молекул, оказывающих разрушительное действие на структуру клетки. Кроме того, деление клеток с неточным воспроизведением ДНК может привести к смертельно опасным заболеваниям.

Активные формы кислорода приближают старость

Как известно, воспаление – защитная реакция, однако оно может вызывать повреждение клеток, окружающих очаг воспаления тканей. Несмотря на то, что образование этих АФК при воспалительной реакции направлено на защиту от чужеродных частиц, патогенных микроорганизмов, сами активные радикалы могут вызвать повреждение ДНК, ферментов и других белков, а также прочих жизненно важных молекул клетки-хозяина. Причем некоторые короткоживущие кислородные радикалы, например гидроксильный, могут быть преобразованы в более стабильные липоперекисные радикалы, которые транспортируются на большие расстояния в организме и могут накапливаться в органах, богатых липидами.

Известно, что при многих заболеваниях отмечается развитие окислительного стресса. В некоторых случаях окислительные реакции с участием АФК становятся основным патогенетическим фактором в развитии заболевания. Заболевания, патогенетические механизмы которых связаны с участием АФК, активацией свободнорадикального и перекисного окисления, в последнее время все чаще относят к категории так называемых радикальных болезней или болезней свободных радикалов (Free Radical Diseases). К числу таких патологий, список которых постоянно пополняется, относят следующие:

· артериосклероз (коронарные, церебральные, ренальные, кишечные, периферические);

· гипертоническая болезнь;

· ишемическая болезнь сердца;

· инфаркт миокарда;

· алкогольная кардиомиопатия;

· действие кардиотоксикантов (адриамицин);

· болезнь Альцгеймера;

· болезнь Паркинсона;

· воздействие нейротоксинов (в том числе избыток поступления алюминия);

· эпилепсия;

· шизофрения;

· травмы головного и спинного мозга (потенцирование травмирующего повреждения);

· невральный сероид-липофусцин;

· боковой амиотрофический склероз;

· болезнь Дауна;

· прогерия;

· мышечная дистрофия;

· миастения в тяжелой форме;

· гипертензивное цереброваскулярное повреждение;

· аллергический энцефаломиелит (демиелинизирующие болезни);

· церебральный паралич;

· панкреатит;

· сахарный диабет и диабетическая ангиопатия;

· язвенная болезнь;

· токсические поражения печени (в том числе алкогольный цирроз);

· хронический обструктивный бронхит;

· бронхиальная астма;

· эмфизема;

· пневмокониозы;

· поражения пульмонотоксикантами (озоном, оксидами азота и другими окислителями);

· респираторный дистресс-синдром;

· катаракта;

· дегенеративные изменения сетчатки;

· ретинопатии (в том числе диабетическая ретинопатия);

· внутриглазное кровоизлияние;

· гломерулонефрит и другие аутоиммунные нефротические синдромы;

· порфирия;

· ультрафиолетовые и тепловые ожоги;

· контактный дерматит;

· спонтанный панникулит;

· узловая эритема;

· серповидноклеточная анемия;

· талассемия;

· идиопатический гемохроматоз;

· ревматоидный артрит;

· вирусный гепатит В;

· грипп;

· нейротропные, пневмотропные и кардиотропные вирусные инфекции;

· цитомегаловирусная инфекция;

· инфицирование вирусом простого герпеса типа 1;

· инфицирование вирусом иммунодефицита человека;

· бактериальные инфекции;

· протозойные инфекции;

· канцерогенез, в частности виды рака, возникшие из-за экзогенных факторов.

Многочисленные исследования свидетельствуют, что с возрастом в органах и тканях человека и животных накапливаются продукты окислительного повреждения субклеточных компонентов – ДНК, липидов, белков и других (Гродзинский и др., 1987; Фролькис, Мурадян, 1988; Matsuo et al., 1993; Stadtman, Berlett, 1997).

Продукты этих реакций могут по размеру в несколько раз превосходить исходные биомолекулы. Такие биополимеры, как липофусцин и липофусциноподобные соединения, образовавшиеся в результате «сшивания» макромолекул, в частности продуктов взаимодействия окисленных ЛПНП и белков, с большим трудом поддаются биодеградации в лизосомах и накапливаются с возрастом, что послужило основанием называть их пигментами старости (Yamada et al., 2001).

Продукты окисления ДНК нужно выводить эффективно!

Еще не так давно не было достаточно убедительных доказательств того, что ДНК необратимо повреждается с течением времени. Это в значительной степени связано с весьма эффективной работой системы антиоксидантной защиты и репарации окислительных повреждений. У человека большинство изученных ядерных генов обеспечивает синтез белков с правильной аминокислотной последовательностью даже тогда, когда ДНК в каждой клетке организма ежедневно подвергается воздействию 10 тыс. окислительных «ударов». В работе В. П. Скулачева (1997) приводятся данные о том, что в клетке у крысы может возникать до 100 тысяч вызванных активными формами кислорода повреждений ДНК в день. Подавляющее большинство из них восстанавливается благодаря существующим механизмам репарации окислительных повреждений ДНК. Однако исследования последнего десятилетия показывают, что необратимое повреждение генов при этом все же происходит, по крайней мере, в митохондриях, выполняющих в клетке роль энергетических станций.

Известно, что способность митохондрий генерировать энергию снижается с возрастом. Этот факт привлек внимание исследователей к изучению содержащейся в митохондриях ДНК, которая кодирует около десятка белков, необходимых для их функционирования. Результаты исследований явились свидетельством важной роли необратимых окислительных повреждений мтДНК в процессах старения (Ames et al., 1995). Митохондриальная ДНК в наибольшей степени подвергается атаке свободных радикалов, поскольку именно эти органеллы являются основным источником АФК в организме, а их ДНК особенно чувствительна к окислению. Поэтому скорость окисления ДНК в митохондриях значительно выше, чем в ядре.

Интенсивная окислительная атака на мтДНК может медленно нарушать функционирование митохондрий в стареющем организме. Когда в клетке значительное количество митохондрий оказывается серьезно повреждено, она начинает испытывать недостаток энергии. А когда в органе выходит из строя значительное число клеток, его деятельность окончательно дезинтегрируется. У престарелых людей митохондриальная ДНК в клетках сердца и мозга имеет дефекты, которые не обнаруживаются в эмбриональных тканях. Весьма вероятно, что у стариков окислительные дефекты имеет значительное число молекул митохондриальной ДНК и в других тканях. Некоторые обычные для пожилого возраста хронические заболевания, включая старческий диабет, болезни Паркинсона и Альцгеймера, также связывают с повреждением митохондрий.

Наиболее веские свидетельства роли свободных радикалов в механизмах старения заключаются в основном в наличии корреляций, нежели в прямых данных о причинно-следственных связях между ними. Так, убедительным аргументом в поддержку свободнорадикальной теории старения является доказательство существования обратной зависимости между максимальной продолжительностью жизни и интенсивностью аэробных окислительных процессов у животных разных видов. Причем эта корреляционная связь справедлива как для позвоночных животных, так и для беспозвоночных (Гродзинский и др., 1987; Кольтовер, 1998). Логика объяснения этого явления представляется следующей: если накопление вызванных свободными радикалами необратимых повреждений действительно служит причиной старения, то чем выше у животных интенсивность метаболизма (и, соответственно, выше скорость потребления кислорода), тем меньше должна быть их продолжительность жизни, поскольку при высокоинтенсивном обмене веществ образуется больше свободных радикалов.

Ключевую роль при этом могут играть митохондрии, в которых образуется около 75 % общего потока супероксидных радикалов в клетке (Boveris, 1977). Установлено, что митохондрии у видов с низкой продолжительностью жизни, например у комнатных мух, генерируют в 6-300 раз больше оксидантов, чем митохондрии млекопитающих (Sohal et al., 1990). При старении животных скорость генерации супероксидных радикалов и водорода пероксида митохондриями увеличивается как у насекомых, так и в мозгу, сердце и печени млекопитающих (Sohal et al., 1990; Sohal, Sohal, 1991). Предполагается, что причина этого связана с окислительным повреждением мембран самих митохондрий.

Известны многие попытки связать содержание свободных радикалов в разных органах различных классов животных (млекопитающих, птиц, рыб, земноводных и рептилий) с максимально возможной длительностью их жизни. Существуют данные о корреляции между средней концентрацией свободных радикалов в мозгу и продолжительностью жизни у млекопитающих и птиц. Для других органов этих животных и других классов животных никакой зависимости обнаружить не удалось (цит. по: Эмануэль, 1982).

Согласно теории, сформулированной Р. Катлером, существует положительная корреляция между продолжительностью жизни и уровнем антиокислительной активности в органах и тканях у животных различных видов (Cutler, 1995). Им, в частности, показано, что видовая продолжительность жизни прямо коррелирует с активностью супероксиддисмутазы, содержанием р-каротина, а-токоферола и мочевой кислоты в сыворотке крови (Cutler, 1979, 1984). Благодаря введению поправки на обеспеченность тканей организма ключевым ферментом антиокислительной защиты – супероксиддисмутазой – была установлена полная корреляция между уровнем потребления кислорода на единицу массы и продолжительностью жизни 13 видов млекопитающих, включая человека (Tolmasoff, 1980). Накопленный к настоящему времени огромный фактический материал позволяет заключить, что усиление свободно-радикальных процессов и перекисного окисления липидов являются одной из универсальных ответных клеточных реакций при воздействии на организм различных по своей природе стрессовых факторов (Меерсон, 1986; Меерсон, Пшенникова, 1988; Айрапетянц, Гуляева, 1988; Соколовский, 1993).

Избыточное образование свободных радикалов возникает в результате интенсификации биохимических реакций, обеспечивающих сохранение гомеостаза при прямом или опосредованном (например, через нейроэндокринные регуляторные механизмы) действии на организм разнообразных экстремальных факторов. Это позволяет говорить о неспецифическом характере активации свободнорадикальных процессов.

Существуют многочисленные данные, свидетельствующие об интенсивном образовании свободных радикалов, активных форм кислорода и перекисей липидов при действии на организм человека и животных различных чужеродных химических веществ – ксенобиотиков (от греческих слов xenos – «чужой» и bios – «жизнь»). Не случайно в обзорах, посвященных актуальным проблемам токсикологии, указывается, что характерной чертой исследований в этой области является пристальное внимание к проблемам пероксидации (Kappus, 1987; Тиунов, 1995).

Проникая в организм человека и животных через легкие, кожные покровы или желудочно-кишечный тракт, подавляющее большинство ксенобиотиков подвергается целому ряду биохимических превращений, результатом которых является обезвреживание токсичных химических веществ и их выведение из организма. Пути биохимической детоксикации могут быть различными и во многом определяются химической структурой, физико-химическими свойствами токсического вещества, условиями воздействия и состоянием организма. Следует отметить, что многие детоксицирующие биохимические системы имеют двойное назначение. Помимо чужеродных веществ, они обезвреживают эндогенно образующиеся токсичные метаболиты, а также участвуют в превращениях ряда важных образующихся в организме физиологически активных веществ, таких как насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, стероидные гормоны, холестерин, желчные кислоты, гормоны щитовидной железы, катехоламины, простагландины и некоторые витамины.

Излучения, которые приближают старость

Ультрафиолет. Это неионизирующее излучение электромагнитного спектра в диапазоне 100–400 нм, занимающее на энергетической шкале электромагнитных излучений промежуточное положение между ионизирующей радиацией (длина волны меньше 100 нм) и видимым светом (400–760 нм). Ультрафиолет имеет непрерывный спектр, в котором выделяют три зоны (А, В, С), различающиеся по биологическому действию: соответственно 400–315 нм, 315–280 и 280–100 нм. Длинноволновый ультрафиолет способен проникать через ткани и действовать на кровь. Он является активным генератором АФК, образующихся как при непосредственном воздействии, так и в результате индуцирования в биологических системах свободнорадикальных и перекисных реакций. Образующиеся при действии этого излучения на клетки АФК (синглетный кислород, супероксидный анион, перекись водорода, гидроксильный радикал) приводят к деструкции биомолекул и мембранных структур.

Исследование защитных эндогенных антиоксидантных систем при воздействии длинноволнового ультрафиолета выявило их угнетение. Например, в эпителиальных клетках хрусталика глаза, в эпидермальном и дермальном слоях кожи обнаружено снижение содержания восстановленного глутатиона, угнетение активности глутатионредуктазы, снижение интенсивности функционирования пентозофосфатного пути окисления глюкозы, то есть системы, обеспечивающей восстановление глутатиона. Под влиянием ультрафиолетового излучения индуцируется окислительный стресс во многих внутренних органах.

Лазерное излучение. Это неионизирующее электромагнитное излучение оптического диапазона, его биологическое действие зависит от режима облучения и функционального состояния объекта: лазерное облучение может быть как безвредным, так и оказывать выраженное неблагоприятное влияние. Причем позитивное стимулирующее действие лазерного излучения проявляется, как правило, в узком интервале доз облучения, а затем исчезает или даже сменяется угнетающим действием (Чичук и др., 1999). Считается, что в основе действия лазерного излучения лежат структурно-функциональные перестройки мембран клеток и внутриклеточных органелл. При этом в зависимости от степени активации ПОЛ при лазерном облучении последствия этого могут иметь двоякий характер: оказывать стимулирующее действие на обменные и регенерационные процессы или проявлять мембранотоксический эффект.

Гипер– и гипотермия

Теплокровные организмы способны существовать в определенном температурном диапазоне. При изменении температуры окружающей среды происходят структурно-функциональные перестройки на уровне клеток, тканей, отдельных органов, систем и организма в целом. При этом, несмотря на различие физиологических механизмов адаптации к гипер– и гипотермии, биохимические процессы на клеточном уровне в принципе однотипны. Они в значительной степени заключаются в следующем:

· энергетическое истощение клеток вследствие повышенных энергозатрат при низкой продукции макроэргов, которое проявляется в активации и перестройке катаболических путей метаболизма углеводов и липидов;

· преобладание катаболизма белков над биосинтезом;

· нарушение восстановления кислорода с накоплением промежуточных высокоактивных метаболитов, стимулирующих окисление биомолекул и, в том числе, ПОЛ.

Именно активные формы кислорода являются теми повреждающими агентами при воздействии на организм экстремальных температур, которые приводят к развитию осмотического шока, повреждению клеточных мембран, протоплазмы клеток, коллоидного состояния белка (Чудаков и др., 1999).