Оксидативный стресс представляет собой дисбаланс между продукцией активных форм кислорода (АФК) и возможностями биологической системы по их детоксикации. АФК включают радикальные и нерадикальные формы кислорода, такие как супероксид-анион (O₂⁻·), гидроксильный радикал (·OH), пероксид водорода (H₂O₂) и синглетный кислород (¹O₂). Эти молекулы обладают высокой химической реактивностью и способны индуцировать повреждение липидов, белков и нуклеиновых кислот, что приводит к нарушению клеточных функций и развитию патологий.
Основными источниками АФК являются митохондриальный дыхательный цепевой комплекс, цитохромы P450, фагоцитарный NADPH-оксидазный комплекс, а также ферменты перекисного окисления липидов. В нормальных условиях образование АФК строго регулируется, и клетки способны нейтрализовать их с помощью антиоксидантных систем. При нарушении этого баланса развивается оксидативный стресс, который служит ключевым фактором старения и патогенеза многочисленных заболеваний, включая сердечно-сосудистые, нейродегенеративные и онкологические процессы.
Липиды. Свободные радикалы инициируют перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот в мембранных липидах, что приводит к нарушению структурной целостности мембран, изменению проницаемости и функциональных свойств мембранных белков.
Белки. АФК способны окислять аминокислотные остатки, особенно цистеин и метионин, формируя дисульфидные мостики, карбонильные группы и сульфоксида. Это вызывает потерю каталитической активности ферментов и изменение структуры рецепторных и транспортных белков.
Нуклеиновые кислоты. Окисление ДНК приводит к образованию 8-оксодезоксигуанозина, одноцепочечным и двухцепочечным разрывам, мутациям и хромосомным аномалиям, что может инициировать канцерогенез.
Антиоксиданты — это молекулы, способные замедлять или предотвращать окислительные повреждения, нейтрализуя АФК либо участвуя в регенерации повреждённых биомолекул.
Эндогенные ферментные антиоксиданты:
Неферментные эндогенные антиоксиданты:
Экзогенные антиоксиданты: поступают с пищей и включают витамины C, E, каротиноиды, полифенолы, флавоноиды и селенсодержащие соединения. Они способны напрямую нейтрализовать радикалы или восстанавливать эндогенные антиоксиданты, поддерживая их активную форму.
Для количественной и качественной оценки состояния клеток и организма используют несколько подходов:
Клетки обладают адаптивными механизмами, включающими индуцируемую экспрессию антиоксидантных ферментов через транскрипционные факторы, такие как Nrf2. Активация Nrf2 приводит к усиленной экспрессии генов, кодирующих фазовые II детоксификационные ферменты, что способствует устойчивости к окислительному повреждению. Кроме того, митохондриальный биогенез и аутофагия играют важную роль в удалении повреждённых органелл и поддержании красочного баланса.
Оксидативный стресс участвует в развитии атеросклероза через окисление липопротеинов низкой плотности, способствует нейродегенеративным процессам при болезни Альцгеймера и Паркинсона, участвует в канцерогенезе через мутации ДНК и активацию сигнальных путей пролиферации. При воспалительных состояниях АФК служат медиаторами клеточной сигнализации, усиливая выработку цитокинов и хемокинов.
Применение антиоксидантов направлено на восстановление окислительно-восстановительного баланса, снижение липидной пероксидации и повреждения белков и ДНК. Ключевое значение имеет сочетание эндогенных и экзогенных антиоксидантных систем. Клинико-биохимические исследования показывают, что рациональное использование полифенолов, витаминов C и E, каротиноидов и селенсодержащих препаратов способствует снижению риска сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных нарушений и канцерогенеза.
Эффективность терапии определяется не только дозой и химической формой антиоксиданта, но и его способностью к регенерации в клеточных системах, биодоступностью и взаимодействием с другими компонентами антиоксидантного щита организма.