Роль дисфункции эндотелия и окислительного стресса в механизмах развития ангиопатий при сахарном диабете 2-го типа
М. И. Балаболкин  В. М. Креминская  Е. М. Клебанова

Сахарный диабет (СД) является фактором риска развития ангиопатий (микро- и макроангиопатий), являющихся причиной повышенной инвалидизации и летальности при этом заболевании. Эпидемиологические исследования показывают, что при СД 2-го типа риск развития ИБС увеличивается в 3—6 раз по сравнению с популяцией без СД [1]. Сердечно-сосудистые заболевания служат причиной смерти у 50—60% всех больных, страдающих СД. Большая распространенность СД 2-го типа выявляется и у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Так, по данным A. Tenerz и соавт. [2], у 25% больных с первичным инфарктом миокарда определяется вновь выявленный СД 2-го типа. При СД 2-го типа сердечно-сосудистые заболевания длительно протекают в субклинической форме, а первая их клиническая манифестация проявляется в виде инфаркта миокарда, инсульта или диабетической гангрены [3]. Предрасположенность к ИБС у больных СД 2-го типа гетерогенна. При изучении частоты ИБС в семьях больных СД установлено, что риск развития инфаркта миокарда у родственников первой степени родства почти в 7 раз выше, чем у лиц с не отягощенной по СД 2-го типа наследственностью. Исследования по идентификации генетической предрасположенности к СД 2-го типа показывают, что имеется несколько генов-кандидатов, полиморфизм которых сочетается с повышением риска развития ИБС и других атеротромботических состояний.К таким генам-кандидатам относится ген ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), имеющий полиморфизм аллелей I и D и их комбинации. При этом его аллель D сочетается с повышением содержания АПФ в сыворотке крови и риска развития инфаркта миокарда. Идентифицирован также полиморфизм (Met45Leu) гена параоксоназы, его аллель Leu45 сочетается с повышением уровня параоксоназы в плазме крови и риска развития ИБС. У больных СД 2-го типа установлено наличие полиморфизма (4G/5G) гена ИАП-1 (PAI-1). При этом аллель 4G сочетается с повышением уровня ИАП-1 в плазме крови и развитием ИБС. Кроме того, у больных СД 2-го типа идентифицирован также полиморфизм (–455 G/A) гена фибриногена, а его аллель А имеет прямую корреляцию с повышением уровня фибриногена в крови, что сочетается, хотя и непостоянно, с возможностью развития ИБС.Если полиморфизм (Arg353Glu ) гена VII фактора крови и наличие аллеля Arg сочетаются с повышением содержания этого фактора в плазме крови и возможностью развития инфаркта миокарда, то полиморфизм (Val34Leu) гена XIII фактора и его аллель Leu являются протективной по отношению к развитию инфаркта миокарда и тромбоза глубоких вен. Тем не менее наличие указанного аллеля гена XIII фактора может быть фактором риска развития интракраниального кровоизлияния. Полиморфизм (G20210A) гена протромбина и его аллель А сочетаются с повышенным содержанием протромбина и возможностью развития тромбоза глубоких вен и ИБС, особенно при наличии других факторов риска. Идентифицирован полиморфизм (Arg506Gln) гена V фактора, а его аллель Gln сочетается с ИБС. Кроме того, полиморфизм (Leu33Pro) гена гликопротеина IIIa типа тромбоцитов и его аллель Pro сочетаются с ИБС, ишемическим инсультом и коронарным тромбозом у больных СД 2-го типа.Следует также указать, что полиморфизм (Е2, Е3, Е4) гена АроЕ и его аллель Е4 сочетаются с увеличением содержания холестерина в сыворотке крови и развитием ИБС.Несмотря на установленную взаимосвязь между наличием дислипидемии и гипертензии и сосудистыми осложнениями СД, влиянием только этих нарушений нельзя объяснить повышенную частоту сердечно-сосудистых заболеваний при СД 2-го типа [4]. К другим не менее, а вероятно, более важным факторам риска развития сосудистых осложнений СД относятся гипергликемия, гиперинсулинемия и инсулинорезистентность. Широкомасштабные проспективные исследования английских диабетологов UKPDS (The United Kingdom Prospective Diabetes Study) по изучению влияния различной сахарпонижающей терапии (препараты сульфонилмочевины, метформин и инсулинотерапия) на развитие сосудистых осложнений у больных, страдающих СД 2-го типа, показали, что имеются большие трудности в поддержании длительной компенсации углеводного обмена у таких больных по сравнению с больными, страдающими СД 1-го типа. Так, хороший метаболический контроль может быть достигнут лишь у незначительного количества больных СД 2-го типа [5]. На протяжении всего периода наблюдения происходило прогрессирующее уменьшение количества больных, у которых удавалось поддерживать содержание гликозилированного гемоглобина в крови в пределах 7%, что являлось целевым условием компенсации больных. Если в первые 3 года наблюдения хорошая компенсация отмечалась лишь у 55% больных, то через 9 лет количество таких больных уменьшилось до 30%. Более того, у больных наблюдалось ухудшение компенсации углеводного обмена, несмотря на значительные изменения (увеличение дозы принимаемых препаратов) медикаментозной терапии [6, 7]. Однако, как показывают результаты исследования UKPDS, хороший метаболический контроль у больных СД 2-го типа является достаточно эффективным средством лишь в профилактике микроангиопатий (ретино-, нефропатия). Что касается сердечно-сосудистых осложнений (макроангиопатии), то, по результатам исследования UKPDS, длительная компенсация углеводного обмена у этих больных практически не влияет ни на частоту осложнений, ни на степень выраженности клинических проявлений. Так, частота инфаркта миокарда в группе больных, находящихся на интенсивной сахарпонижающей терапии, снизилась, но это снижение заболеваемости инфарктом миокарда было статистически недостоверным. При этом не было отмечено снижения частоты инсульта у больных СД 2-го типа [6]. В том случае, если на протяжении всего периода наблюдения удавалось поддерживать снижение HbA1c на 1%, риск развития инфаркта миокарда снижался на 14% [8]. Это свидетельствует о том, что, помимо гипергликемии, в механизмах сосудистой патологии при СД 1-го и 2-го типов участвуют и другие факторы. Несмотря на то что в патогенезе ангиопатий при СД 1-го и 2-го типов имеются общие механизмы их развития, различная их частота и специфичность поражения мелких сосудов и сосудов среднего калибра, свидетельствуют о наличии дополнительных факторов при СД 1-го и 2-го типов, обеспечивающих эту специфичность. В табл. 1 ((Таблица 1. Частота ангиопатий при СД 1-го и 2-го типов)) представлены данные о частоте ангиопатий при СД 1-го и 2-го типов.Таким образом, сахарный диабет 1-го и 2-го типов характеризуется как различной частотой и распространенностью, так и локализацией патологического процесса в разных частях сосудистой системы. В соответствии с современными данными в патогенезе сосудистых осложнений при СД 2-го типа, помимо гипергликемии, инсулинорезистентности и гиперинсулинемии, участвуют дополнительные группы факторов риска, которые представлены на рис. 1 ((Рис. 1. Механизмы, участвующие в патогенезе развития сосудистых осложнений.)).Дислипидемия при СД характеризуется повышением содержания общего холестерина, холестерина липопротеидов низкой плотности, в частности наиболее их атерогенной фракции, так называемых «малых липопротеидов», триглицеридов и снижением уровня холестерина липопротеидов высокой плотности.Нарушения коагуляции проявляются снижением фибринолиза, повышением содержания фибриногена, а также увеличением экспрессии активатора тканевого плазминогена и ингибитора активатора плазминогена 1-го типа (ИАП-1, или PAI-1).Воспаление, которое постоянно встречается при многих хронических системных заболеваниях, включая СД, проявляется повышением экспрессии его специфических маркеров — фибриногена, С-реактивного белка, амилоида-1, а также повышением уровня цитокинов (интерлейкины, фактор некроза опухолей α и др.).Окислительный стресс как следствие усиленного аутоокисления глюкозы проявляется повышением продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), окисленных липопротеидов низкой плотности и производных арахидоновой кислоты (F2-изопростаны).Повышение гликирования белков сопровождается увеличением продуктов конечного гликозилирования, которые инициируют экспрессию генов коллагена и других белков капиллярной мембраны, обладающих проатерогенными свойствами.Дисфункция эндотелия сопровождается повышением экспрессии генов клеточных адгезивных молекул и ИАП-1 (PAI-1), а также снижением образования оксида азота (NO), оказывающего вазодилатирующее действие.Необходимо отметить, что фактором высокого риска развития сердечно-сосудистой патологии является также курение. Показано, что прекращение курения сопровождается снижением риска повторного острого развития синдрома ИБС или смерти от ИБС у больных СД 2-го типа на 40—50%, а через 5 лет после прекращения курения этот дополнительный риск развития ИБС вследствие курения снижается до нуля [9].Таким образом, в патогенезе сосудистых осложнений СД участвуют несколько факторов, но их значимость в становлении ангиопатий неодинакова. Более того, реализация каждого из перечисленных факторов будет зависеть не только от его наличия, но и от генетической предрасположенности, имеющейся у конкретного больного. Дисфункция эндотелия. Доказано, что независимо от типа СД в инициации ангиопатий (микро- или макроангиопатий) основная роль принадлежит нарушению нормальной функции эндотелия и развитию его дисфункции [10]. Наличие дисфункции эндотелия выявляется не только в случае манифестного СД, но и у больных, страдающих ожирением при нарушенной толерантности к глюкозе или без нее, при инсулинорезистентности (метаболический синдром), и у больных, имевших в анамнезе гестационный диабет. При рассмотрении сложного «многоступенчатого и многокомпонентного» процесса, каким является ангиопатия, считаем целесообразным вначале осветить дисфункцию эндотелия и лишь затем — другие компоненты, участвующие в механизмах развития ангиопатий при СД. Эндотелий, являющийся внутренним слоем всех сосудов, выполняет многочисленные функции, а не только барьерную, как считалось до последнего времени. Посредством различных пептидов и других биологически активных соединений эндотелий участвует в поддержании нормальной микроциркуляции на периферии, обеспечивая скорость продвижения крови по капиллярам и предупреждая возможность развития кровотечения в случае травматизации сосудистой стенки. Эти и другие влияния эндотелия на изменение функции сосудов приведены в табл. 2((Таблица 2. Функция эндотелия и его влияние на изменение сосудов)).Одним из ключевых биологически активных соединений, генерирующихся в клетках эндотелия, является оксид азота (NO), который вовлечен в процессы вазодилатации сосудов, поддержания тонуса сосудистой стенки посредством релаксации ее гладкомышечных клеток. Участие эндотелия в образовании NO и вазодилатации сосуда представлено на рис. 2 ((Рис. 2. Участие эндотелиальной клетки в вазодилатации (релаксации гладкомышечных клеток).NO — оксид азота; NOS—NO-синтетаза; ГТФ — гуанинтрифосфат; ГЦ — гуанилатциклаза; цГМФ — циклический гуанидинфосфат.)). Образование NO происходит вследствие превращения аминокислоты L-аргинина в аминокислоту L-цитрулина, которая контролируется ферментом NO-синтетазой. Идентифицированы три изоформы NO-синтетазы (эндотелиальная, нейрональная и индуцированная), гены которых экспрессируются в разных тканях. Так, эндотелиальная NO-синтетаза, имеющая молекулярную массу 160 kD, образуется в эндотелиальных клетках и осуществляет релаксацию гладкомышечных клеток, а также принимает участие в агрегации тромбоцитов и ингибирует рост гладкомышечных клеток. Ген нейрональной NO-синтетазы экспрессируется в нервных клетках. Нейрональная NO-синтетаза имеет молекулярную массу 130 kD. Образующийся в этом случае NO осуществляет сигнальные функции и участвует в модуляции болевого раздражения, обеспечении памяти, а также в синхронизации сосудистого тонуса с состоянием активности нервной системы. Эндотелиальная и нейрональная NO-синтетазы являются конституциональными ферментами. Индуцированная NO-синтетаза экспрессируется в лейкоцитах и впервые была идентифицирована из активированных лейкоцитов. Она имеет молекулярную массу 135 kD и обладает цитотоксическими и цитостатическими свойствами. Индукторами экспрессии гена NO-синтетазы являются цитокины, эндотоксины и липополисахариды, содержащиеся в различных бактериях. Следствием повышения активности NO-синтетазы является усиление кровотока в очагах воспаления. Доказано участие индуцированной NO-синтетазы в усилении выработки инсулина и ускорении апоптоза β-клеток островка поджелудочной железы, что приводит к аутоиммунной деструкции инсулинпродуцирующих клеток и развитию СД 1-го типа.Эндотелиальная NO-синтетаза является мембраносвязанным белком, в то время как ее цитозольные формы биологически неактивны. Активность эндотелиальной NO-синтетазы, вероятнее всего, обусловлена ее комплексированием с кавеолами плазматической мембраны, которые содержат большое количество холестерина, сфинголипидов, инозитол-3-фосфата, протеинкиназ и пострецепторных сигнальных G-белков. Кавеолы локализуются преимущественно в эндотелиальных клетках, хотя в некоторых исследованиях они были выявлены в адипоцитах, кардиомиоцитах и других клетках. Эдотелийзависимый NO совместно с ангиотензином II обеспечивает многочисленные влияния на структуру сосудистых стенок (рис. 3)((Рис. 3. Влияние ангиотензина II и NO на гладкомышечные клетки сосудов.)). Эндотелиальный NO оказывает релаксирующее влияние на мелкие кровеносные сосуды (артериолы, капилляры), участвуя в сохранении микроциркуляции на оптимальном уровне. Кроме того, ему свойственны антипролиферативное, фибринолитическое влияние и антиагрегационное действие. Перечисленные эффекты NO необходимы для нормальной функции микроциркуляторного русла. При СД вследствие дисфункции эндотелия образование NO снижается, что облегчает функционирование механизмов, следствием чего и является ускоренное образование всех структурных изменений в сосудистой стенке, характерных для ангиопатий, в том числе и для атеросклероза. Ангиотензин II опосредует рост и сокращение сосудов, как и их дифференцировку и пролиферацию. Нарушение количественного образования этих двух биологически активных соединений, оказывающих разнонаправленное действие на сосудистую систему, приводит к дисбалансу их влияния на функциональное и структурное состояние сосудистой стенки, что находит выражение в процессах развития ангиопатий. Медикаментозное воздействие на процессы образования указанных биологически активных веществ и восстановление их качественного и количественного баланса способствует стабилизации скорости развития ангиопатий, а в некоторых случаях и их обратному развитию.Помимо этого, NO модулирует высвобождение нескольких вазоактивных пептидов и совместно с последними участвует в ингибировании адгезии лейкоцитов путем влияния на экспрессию молекул адгезии (внутриклеточные молекулы адгезии — ICAM-1, адгезивные молекулы сосудистых клеток — VCAM-1), а также Е-селектины. NO угнетает миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток, подавляет экспрессию провоспалительных генов, в частности транскрипционного фактора NF-kB, который инициирует и обеспечивает различные механизмы, участвующие в патогенезе СД и его сосудистых осложнений. При СД содержание эндотелиального NO снижено, что, несомненно, может оказывать отрицательное влияние на уже имеющуюся дисфункцию эндотелия и способствовать ускоренному развитию атеросклеротических процессов, что особенно характерно для СД 2-го типа. Указанное диктует необходимость применения препаратов, в частности L-аргинина, восстанавливающих образование эндотелиального NO. Окислительный стресс и активирование процессов ПОЛ, в том числе липопротеидов низкой плотности, сопровождаются ингибированием синтеза эндотелиального NO. Устранение окислительного стресса у больных СД и применение антиоксидантов будут сопровождаться повышением уровня NO в сыворотке крови, снижением степени выраженности клинических симптомов, обусловленных дисфункцией эндотелия.Выше отмечалось, что нормальная функция эндотелия необходима для поддержания нормальной микроциркуляции и уменьшения проявлений синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания, который в той или иной степени выражен у больных СД. Механизмы участия эндотелиальных клеток в процессах коагуляции и фибринолиза представлены на рис. 4 ((Рис. 4. Участие эндотелиальных клеток в процессах коагуляции и фибринолиза.)). Важную роль в процессах тромбообразования и фибринолиза отводят плазмину, неактивным предшественником которого является плазминоген. Под влиянием активатора плазминогена тканевого и урокиназного типов плазминоген превращается в плазмин, растворяя фиксированный фибрин. Активаторы плазминогена находятся под влиянием специфических ингибиторов, главным из которых является ИАП-1 (PAI-1), уровень которого значительно повышен при СД, особенно 2-го типа. Гиперинсулинемия и высокий уровень триглицеридов стимулируют синтез ИАП-1 в разных тканях (гепатоциты, адипоциты, эндотелиоциты). Для уменьшения влияния повышенного уровня ИАП-1 на механизмы развития ангиопатий при СД желательно применение таких сахарпонижающих препаратов, которые, помимо своего основного действия, оказывали бы дополнительное влияние на снижение и нормализацию содержания ИАП-1. Оказалось, что таким препаратом является метформин. Основной механизм действия метформина на повышение фибринолиза — снижение уровня ИАП-1, что оказывает положительное влияние на стабилизацию развития и течения ангиопатий. Помимо снижения активности ИАП-1, метформин уменьшает пролиферацию гладкомышечных клеток в сосудистой стенке in vitro и скорость атерогенеза in vivo у животных.Указанным не ограничивается количество биологически активных веществ и различных механизмов, участвующих в нарушении функции эндотелия при СД. В табл. 3 ((Таблица 3. Механизмы, вовлеченные в нарушение функции эндотелия)22_3.JPG)) представлены известные в настоящее время механизмы, вовлеченные прямо или опосредованно в нарушение функции эндотелия при СД.Окислительный стресс. Особое значение в механизмах развития ангиопатий придается окислительному стрессу, который принимает участие в патогенезе не только СД и его сосудистых осложнений, но и других заболеваний. Еще в 1987 г. S. Wolff и соавт. одними из первых показали, что основная роль в развитии сосудистых осложнений СД принадлежит неферментативному аутоокислительному гликозилированию и окислительному стрессу, вызванному нарушением углеводного обмена. Указанные нарушения способствуют усилению процессов пероксидации липидов и изменению качественных характеристик липопротеидов с их накоплением в пенистых клетках, являющихся основой атеросклеротического поражения крупных сосудов. Модифицированные липопротеиды также принимают участие в повреждении эндотелиальных клеток, способствуя развитию микроангиопатии. К сожалению, до настоящего времени отсутствуют методы, позволяющие непосредственно определять уровень окислительного стресса в организме. В связи с этим состояние окислительного стресса и вызванные им нарушения и различные повреждения белков организма определяются косвенно по содержанию различных гликоокисленных продуктов, к которым относятся белковые карбонилы, липидные пероксиды и различные вещества, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой. Свободнорадикальное окисление липидов является неотъемлемой частью многих жизненно важных процессов, таких как перенос электрона флавиновыми элементами, обновление состава липидов биомембран, окислительное фосфорилирование в митохондриях, митогенез, проведение нервного импульса и др. Продуктами ПОЛ являются предшественники простагландинов и их производных — тромбоксанов и простациклина. Постоянно протекающие в клеточных мембранах реакции пероксидации способствуют обновлению их липидного состава и поддержанию соответствующей активности всех липидзависимых мембранно-связанных ферментов, к которым относятся практически все ферментные системы организма. Процессы ПОЛ представляют собой цепную реакцию и включают инициирование, удлинение, разветвление, обрыв цепей окисления. Основная роль в инициировании перекисных реакций принадлежит активным формам кислорода, таким как супероксид-радикал, синглетный кислород, гидроксил-радикал. Избыточное образование продуктов ПОЛ оказывает повреждающее действие на уровне клеток, их цитотоксичность связана с накоплением перекисей липидов в липопротеидах высокой плотности. При этом свободные радикалы участвуют в деструкции многих клеток, включая эндотелий. Как известно, окислительные процессы в организме связаны с использованием кислорода по двум путям: 1) оксидазному, или основному, сопряженному с образованием АТФ, который и является главным источником энергии; 2) оксигеназному, характеризующемуся включением кислорода в молекулу окисляемого субстрата. При втором пути отсутствует полное восстановление кислорода до воды и образуются активные формы кислорода, такие как супероксидный анион, перекись водорода, гидроксильный радикал. Последние активно реагируют с фосфолипидами и прежде всего с арахидоновой и докозогексаеновой кислотами мембран с образованием продуктов перекисного окисления. При распаде образовавшихся гидроперекисей появляется избыток свободных радикалов (RO’), несущих неспаренный электрон. Соединяясь с молекулой кислорода, они образуют новый радикал (RO2), который и называется перекисным.Затем перекисные радикалы вступают во взаимодействие с молекулами жирных кислот, образуя высокотоксичные гидроперекиси (ROOH) и новый свободный радикал. Этот процесс протекает лавинообразно с увеличением концентрации свободных радикалов, которые затем снова формируют цепи окисления. Эта практически цепная реакция прерывается лишь взаимодействием с антиоксидантами.Обладая высокой реактогенной способностью, свободные радикалы вступают в реакции с ненасыщенными жирными кислотами, являющимися компонентом мембранных фосфолипидов, в результате чего возникают новые цепи окисления, а в зонах наибольшей активности липопероксидации появляются каналы пассивной проницаемости, через которые свободно проходят ионы и вода. Диеновые конъюгаты, являющиеся первичными продуктами ПОЛ, относятся к токсическим метаболитам, которые оказывают повреждающее действие на липопротеиды, белки, ферменты и нуклеиновые кислоты. Дальнейшими продуктами ПОЛ являются альдегиды и кетоны (малоновый диальдегид и др.), которым принадлежит важная роль в синтезе простагландинов, прогестерона и других стероидов. В результате взаимодействия диальдегидов со свободными группами мембранных соединений образуются конечные продукты ПОЛ (основание Шиффа и др.), непрерывное накопление которых приводит к дестабилизации мембраны и способствует деструкции клеток. Беспредельное увеличение количества свободных радикалов и гидроперекисей липидов должно было бы привести к быстрому разрушению клеточных структур, но в естественных условиях этого не происходит благодаря наличию в организме сложной и многокомпонентной системы биоантиокислителей и естественных антиоксидантов, способных при химическом воздействии ингибировать свободнорадикальное окисление липидов. При нормальных условиях в организме сохраняется равновесие между скоростью ПОЛ и активностью антиоксидантной системы (витамины Е, С, В, супероксиддисмутаза, каталаза, глютатионтрансфераза, глютатионпероксидаза, глютатионредуктаза и др.), что является одним из основных показателей гомеостаза.Избыточное образование продуктов ПОЛ, как отмечалось выше, оказывает цитотоксическое действие, что проявляется повреждением мембран эритроцитов, лизосом. При этом изменяется структура мембран клеток вплоть до их разрыва, ингибируется активность цитохромоксидазы. Считается, что свободные радикалы участвуют в патогенезе многих заболеваний (по данных некоторых авторов, этот перечень включает 100 различных болезней), в том числе ревматоидного артрита, геморрагического шока, язвенного колита, атеросклероза, синдрома приобретенного иммунодефицита и др. Более того, свободные радикалы прямо или опосредованно участвуют в механизмах некроза и апоптоза, т.е. в процессах, регулирующих деятельность тканей, органов и систем организма, в процессах старения организма и в конечном итоге, в контроле длительности жизни организма. Можно без преувеличения считать, что в настоящее время формируется новая область науки — свободнорадикальная биология и медицина.Многие свободные радикалы являются цитотоксическими и приводят к развитию патологических состояний. Однако свободнорадикальные реакции необходимы для образования многих жизненно необходимых ферментов, а также для нормальной функции иммунной системы и ее компонентов (нейтрофилы, макрофаги и другие иммунокомпетентные клетки), т.е. для формирования адекватного иммунного ответа. Установлено, что при воспалении фагоцитами и Т-лимфоцитами (Т-киллерами) активно образуются такие свободнорадикальные соединения, как О2·–, HOCl и NO ·–, которые оказывают выраженное бактерицидное и противоопухолевое действие. Этот цитотоксический эффект свободнорадикальных соединений, который в норме выполняет защитную функцию (ликвидация патогенных микроорганизмов и мутантных клеток), при определенных состояниях (например, избыточном образовании свободных радикалов, дефектах антиоксидантной системы) вследствие неконтролируемой их “утечки” может приводить к необратимым повреждениям молекул белков, липидов и нуклеиновых кислот.Свободные радикалы облигатны (абсолютно необходимы) для активации многих транскриптационных факторов, участвующих в экспрессии генов, они осуществляют также трансдукцию гормональных и клеточных сигналов. Многие свободные радикалы проявляют цитотоксические свойства в том случае, если они образуются в избытке, повреждая при этом как одиночные молекулы, так и мембраны клеток, клетки, ткани и органы. Развиваются окислительный стресс и последующее лавинообразное образование свободных радикалов, приводящих к дальнейшей деструкции на клеточном и органном уровнях.В физиологических условиях в организме имеется постоянный баланс между уровнем свободных радикалов (оксидантов) и активностью системы антиоксидантной защиты. Окислительный стресс сопровождается нарушением равновесия между указанными системами с увеличением количества оксидантов, которые ведут к повреждению биологических молекул в клетках, что сопровождается повышением их содержания в биологических средах и тканях организма. Соединения или вещества, представляющие собой такие поврежденные биологические молекулы (белки, липиды и др.), являются маркерами окислительного стресса.Свободные радикалы — это гетерогенная группа, но наибольшее их количество относится к соединениям реактивного кислорода, которые являются как кислородными радикалами, так и нерадикальными соединениями. Все представители этих соединений — окислительные и легко превращаются в радикалы. Молекулярный кислород является наиболее распространенным и наиболее важным электронным акцептором. Обычно в митохондриях кислород восстанавливается 4 электронами до воды. В физиологических условиях лишь 5—6% потребляемого кислорода восстанавливается до супероксидных радикалов. При определенных условиях супероксидный радикал может восстанавливаться до гидроксильного радикала, который хотя и считается более слабым окислительным агентом, но в биологических системах обладает даже более выраженной реакционной способностью по сравнению с О2.Все свободные радикалы имеют на внешней орбите неспаренный электрон, а для устойчивого состояния каждая молекула должна содержать на наружной орбите два электрона, поэтому второй недостающий электрон свободные радикалы захватывают из других молекул. Именно этим объясняется повышенная реакционная способность свободных радикалов. Супероксидные радикалы активируют ПОЛ. При взаимодействии с полиненасыщенными жирными кислотами супероксидный радикал в результате цепной реакции вызывает разрушение мембранных структур.Таким образом, определенное количество свободных радикалов постоянно образуется в физиологических условиях. Однако при определенных условиях образование реактивных радикальных соединений увеличивается, что и приводит к окислительному стрессу. Причины, приводящие к окислительному стрессу, многочисленны. Это различные повреждения (травмы и др.), инфекции, избыточное ультрафиолетовое облучение, повышение уровня экзогенных и эндогенных токсинов, перегревание и резкое охлаждение организма, ишемическая реперфузия и др. Перечисленные состояния сопровождаются активированием различных ферментных систем (циклооксигеназы, превращение ксантиндегидрогеназы в оксидазу и др.), высвобождением гем-белков (миоглобин, гемоглобин, цитохромы), которые реагируют с пероксидами и стимулируют свободнорадикальные повреждения различных клеток. Повреждения митохондрий сопровождаются повышенной утечкой электронов и образованием О2–, Н2 О2–. Повышается внутриклеточный уровень ионизированного кальция, что в свою очередь стимулирует Са2+-зависимые нуклеазы и Са2+-кальмодулинзависимую NO-синтетазу с повышением образования NO, что создает возможность ускоренного образования ONOO. Таким образом, активирование всех перечисленных процессов способствует развитию окислительного стресса. Супероксидные радикалы активируют ПОЛ. Фосфолипиды, которые являются основными соединениями клеточной мембраны, вследствие их высокой ненасыщенности легко подвергаются повреждающему действию свободных радикалов. При их взаимодействии с полиненасыщенными жирными кислотами (свободные радикалы: супероксидный, гидроксильный и гидропероксидный) в результате цепной реакции происходит разрушение мембранных структур. В процессе ПОЛ образуются вторичные соединения (липидные гидропероксиды, диеновые альдегиды — соединения альдегидной природы, к которым относится малоновый диальдегид и 4-гидроксиноненаль). Альдегидные группы этих соединений вступают в реакцию с аминогруппами белков и нуклеотидов, что приводит к нарушению структуры и функции таких молекул.Окислительный стресс, сопровождающийся значительным увеличением уровня свободных радикалов и приводящий к повышению ПОЛ, блокирует синтез белка и нуклеиновых кислот, подавляет гликолиз и способствует разобщению окислительного фосфорилирования, ингибирует активность некоторых ферментов (глюкозо-6-фосфатазы, аденилатциклазы и др.), что приводит к нарушению функции многих тканей. Указанные изменения могут возникать в организме в тех случаях, когда скорость образования свободных радикалов превышает нейтрализующую способность ферментов антиоксидантной системы организма.Антиоксидантная система организма представлена несколькими группами соединений это: 1) ферменты: супероксиддисмутаза, глютатионпероксидаза, каталаза, селензависимый глютатион, тиоредоксингидропероксидаза, метионинсульфоксидредуктаза, пероксиддисмутаза; 2) фитонутриенты: витамины С и А, семейство токоферола(4 соединения токоферола — α-, β-, g- и d-токоферолы и 4 соединения токотриенолов), каротены (около 500 соединений), флавониды и полифенолы (около 4000—5000 соединений), селений и различные микроэлементы, тиоктовая или липоевая кислота и ее восстановленная форма липоат(в восстановлении липоевой кислоты участвует несколько ферментов — глютатионредуктаза, тиоредоксинредуктаза и липамиддегидрогеназа); 3) секвестранты металлов (альбумин, трансферрин, ферритин, гемопексин; 4) другие антиоксиданты: билирубин, глютатион, таурин, убихинон (убиквинол, убифенол), ураты (табл. 4))((Таблица 4. Распространение важнейших природных антиоксидантов в организме)). Важным является тот факт, что α-липоевая, или тиоктовая, кислота локализуется во всех средах организма: клеточных мембранах, цитоплазме и внеклеточной жидкости.Наиболее активными из группы ферментов являются металлопротеины, обладающие активностью супероксиддисмутазы (СОД). В зависимости от содержания металлов СОД делятся на: СОД, содержащие медь и цинк (Cu- и Zn-Cu/Zn-СОД); СОД, содержащие марганец (Mn-Mn-СОД); СОД, содержащие железо (Fe-Fe-СОД). СОД, содержащая медь и цинк, локализуется в растворимой фракции клеток, а содержащая марганец — в митохондриях. Функция СОД заключается в восстановлении О2·– до Н2 О2–. Указанная реакция является своего рода «первой линией» защиты от избытка свободных радикалов и, как правило, обеспечивает обезвреживание свободных радикалов в клетке. В случае, когда эта защитная мера бывает недостаточной и происходит образование НО•, который осуществляет окисление полиненасыщенных жирных кислот (PUFA), такие липидные радикалы вступают во взаимодействие с естественным антиоксидантом — витамином Е. Адекватная функция антиоксидантной системы поддерживается согласованной активностью цикла витамина Е, цикла витамина С и цикла α-липоевой (тиоктовой) кислоты или тиоловым циклом.К настоящему времени почти полностью установлен механизм образования и участия свободных радикалов в патогенезе сосудистых осложнений. Схематически это представлено на рис. 5 ((Рис. 5. Образование и участие свободных радикалов в патогенезе сосудистых осложнений (по P. Rosen и соавт. в модификации).)). Свободнорадикальные соединения ( О2–– и ONOO–) активируют скорость апоптоза, окисление липопротеидов низкой плотности и образование ядерного транскрипционного фактора NF-kb. Последний с участием нескольких белков (фактор некроза опухолей α, интерлейкин, Il-1b, молекулы адгезии) опосредует механизмы, способствующие тромбогенной трансформации сосудистой стенки.Дефицит инсулина или инсулинорезистентность, являющиеся причиной СД, способствуют развитию окислительного стресса, который в свою очередь прямо и опосредованно приводит к развитию сосудистых осложнений (рис.6)((Рис. 6. Роль гипергликемии при дефиците инсулина или инсулинорезистентности в инициации окислительного стресса и других механизмов развития сосудистых осложнений при СД.)). Гипергликемия, повышение аутоокисления глюкозы и окислительный стресс активируют неферментативное гликирование или гликозилирование, которое обусловлено способностью глюкозы образовывать с аминогруппами различных белков, возможно, и с ДНК, разные соединения (интермедиаты), участвующие в обмене и являющиеся исходным материалом для образования необратимых в химических реакциях веществ, получивших название конечных продуктов гликозилирования, активирующих экспрессию различных генов, белковые производные которых являются морфологической основой сосудистых изменений при СД. Период полураспада этих продуктов более длительный, чем обычных белков (от нескольких месяцев до лет). Скорость образования конечных продуктов гликозилирования зависит от уровня и длительности экспозиции глюкозы.В организме активность ПОЛ и активность системы антиоксидантной защиты находятся в постоянном равновесии, которое у больных СД нарушено, и скорость ПОЛ превышает способность антиоксидантной системы “гасить” избыточное количество свободных радикалов. Это обстоятельство диктует необходимость применения антиоксидантов в комплексной терапии СД. Наши исследования и данные других авторов показывают, что применение различных антиоксидантов (витамина Е, С, никотинамида, диквертина и др.) снижает содержание продуктов ПОЛ (диеновые конъюгаты и малоновый диальдегид), повышает активность ферментов антиоксидантной защиты, это в свою очередь оказывает положительное воздействие на стабилизацию сосудистых осложнений СД, сохраняя работоспособность и качество жизни больных с этим заболеванием, что в итоге отдаляет время инвалидизации и снижает летальность. Литература1. Stamler J., Vaccaro O., Neaton J. D., Wentworth D. Diabetes, other risk factors, and 12-year cardiovascular mortality for men screened in the multiple risk factor intervention trial. Diab Care 1993;16:434—444.2. Tenerz A., Lonnberg I., Berne C. et al. Myocardial infarction and prevalence of diabetes mellitus. Is increased casual blood glucose at admission a reliable criterion for the diagnosis of diabetes? Eur Heart Dis 2001;22:1102—1110.3. Kuller L.H., Velentgas P., Barzilay L. et al. Diabetes mellitus: subclinical cardiovascular disease and risk of incident cardiovascular disease and all cause mortality. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2000;20:823—829.4. Hayden J.M., Reaven P.D. Cardiovascular disease in diabetes mellitus type 2: a potential role for novel cardiovascular risk factors. Curr Opin Lipidol 2000;11:519—528.5. Turner R.C., Cull C.A., Frighi V., Holman R.R. The UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Glycemic control with diet, sulfonylurea, metformin or insulin in patients with type 2 diabetes mellitus. Progressive requirement for multiple therapies (UKPDS 49). JAMA 1999;281:2005—2012.6. UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet 1998;352:837—853.7. UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Effect of intensive blood-glucose control with metformin on complications in overweight patients with type 2 diabetes (UKPDS 34). Lancet 1998;352:854—865.8. Stratton I.M., Adler A.L., Neil H.A. et al. Association of glycaemia with macrovascular and microvascular complications of type 2 diabetes (UKPDS 35): prospective observational study. BMJ 2000;321:405—412.9. Julien J. Cardiac complications in non-insulin dependent diabetes. J Diab Compl 1997;11:123—130.10. Stern M.P. Diabetes and cardiovascular disease. The “common soil” hypothesis. Diabetes 1995;44:369—374.Поступила 10.12.03