Кислород – кто ты, друг или враг?
Казалось бы вопрос простой и ответ будет однозначным – конечно, друг! Без кислорода невозможна жизнь ничего живого на Земле, и человека в том числе! Это вам подтвердит любой любой школьник после седьмого класса. Но только если ученик не добрался по программе до понятия «синглетный кислород» и «свободные радикалы». А вот тут и проявляются некоторые неприятные свойства чудесного химического элемента, действительно дарящего жизнь всем нам.
Немного химии за девятый класс
Молекула кислорода состоит из двух атомов, каждый из которых имеет по восемь электронов на внешней орбите. Однако существование молекулы обеспечивает то, что одна пара общая. Она связывает два атома в молекулу (О2). При некоторых условиях связь общих электронов может разрываться, и тогда мы имеем два атома, у каждого из которых по семь электронов на внешней орбите. То есть, один электрон непарный. Но в природе устроено так, что долго выдержать одиночество этот электрон не в силах, он жадно ищет – с кем бы соединиться? И в выборе своём совершенно неразборчив!
Вот тогда и говорят о синглетном кислороде или свободном радикале. Радикал буквально рыщет в поисках объекта, у которого можно отхватить недостающий электрон себе в пару. В этом отношении он сродни разбойнику с большой дороги, способному ограбить любого, кто попадётся на пути. Свободный радикал разрывает связи других молекул. При этом те, в свою очередь, лишившись своего законного электрона, сами превращаются в свободные радикалы, разделяясь при этом на две-три новые молекулы. И охота продолжается, только охотников становится вдвое, а то и втрое больше. Так формируется цепная реакция свободно-радикального окисления, называемая ещё перекисным окислением.
Натиск агрессора
Нетрудно себе представить, что волна радикалов, обрушившаяся на клетку, наносит ей массу повреждений. А ведь из клеток, как из кирпичиков, сложен весь наш организм! И так мы устроены, что каждая клеточка начинается с мембраны, ограничивающей её содержимое – цитоплазму и особые включения, органеллы, – от окружающей среды. В число органелл входит и ядро, хранитель генетической информации, основа продления рода. Органеллы также имеют мембраны, можно сказать, что весь организм на тонком уровне состоит из мембран. И всё это оказывается под угрозой!
В строении мембраны существенную роль играют жиры – липиды – в связке с углеводами. Для свободного радикала кислорода липиды являются желанной целью. Здесь наиболее легко происходят разрывы связей, образуются новые, уже липидные радикалы. Мембрана теряет свою целостность, нарушается процесс обмена воды и ионов между клеткой и межклеточным пространством, а затем и обмен веществ и энергии в самой клетке. Разрушаются органеллы, в частности митохондрии, а именно они ответственны за выработку энергии для организма. Волна радикалов накрывает и ядро, атаке подвергается ДНК, её цепочки разрываются. В конечном итоге клетка гибнет. Процесс разрушения жиров в мембранах называется перекисным окислением липидов (ПОЛ). Процессу этому сегодня медики придают большое значение.
Печальные последствия
Отрицательными результатами действия свободных радикалов могут быть:
- Повреждение клеточной мембраны способствует развитию сердечных заболеваний;
- Повреждение внутриклеточных механизмов вызывают генетические поломки и обусловливают предрасположенность к раку;
- Снижение функции иммунной системы ведет к увеличению восприимчивости к инфекциям, повышенному риску рака и неспецифических воспалительных заболеваний, таких, как ревматоидный артрит;
- Повреждение белков кожи, снижают ее эластичность и ускоряют появление морщин.
Свободные радикалы провоцируют в организме основное большинство процессов, похожих на настоящее ржавление или гниение — это разложение, которое с годами, буквально в полном смысле слова, «разъедает» нас изнутри. Свободные радикалы образует не только кислород, но и азот, хлор, липидные радикалы..
Первичные, вторичные и третичные свободные радикалы
Первичные свободные радикалы постоянно образуются в процессе жизнедеятельности организма в качестве средств защиты против бактерий, вирусов, чужеродных и переродившихся (раковых) клеток. Так, фагоциты выделяют и используют свободные радикалы в качестве оружия против микроорганизмов и раковых клеток. При этом фагоциты сначала быстро поглощают большое количество О2 (дыхательный взрыв), а затем используют его для образования активных форм кислорода. По мнению ученых, считается нормальным, если примерно 5% веществ, образовавшихся в ходе химических реакций, — это свободные радикалы. В малом количестве они необходимы нашему организму, потому что только при их участии иммунная система может бороться с болезнетворными микроорганизмами. Но избыток их губителен.
Вторичные радикалы, в отличие от первичных, не выполняют физиологически полезных функций. Напротив, они оказывают разрушительное действие на клеточные структуры, стремясь отнять электроны у «полноценных» молекул, вследствие чего «пострадавшая» молекула сама становится свободным радикалом (третичным). Именно образование вторичных радикалов (а не радикалов вообще) вызывает так называемый кислородный стресс, ведущий к развитию патологических состояний и лежащий в основе канцерогенеза, атеросклероза, хронических воспалений и нервных дегенеративных болезней. Факторы, вызывающие оксидативный стресс, — нарушение окислительно-восстановительного равновесия в сторону окисления и образования вторичных свободных радикалов — многочисленны и напрямую связаны с нашим образом жизни.
Источники свободных радикалов из окружающей среды: радиация, курение, напитки с высокой окислительной способностью, хлорированная вода, загрязнение окружающей среды, окисление почвы и кислотные дожди, непомерное количество консервантов и полуфабрикатов, антибиотики, компьютеры, телевизоры, мобильники.сигаретный дым. Кроме всего этого свободные радикалы могут также образовываться в нормальных процессах метаболизма, под влиянием солнечных лучей (фотолиз), радиоактивного облучения (радиолиз) и даже ультразвука.
Например, казалось бы, полезное для загара, но однако мощное ультрафиолетовое излучение солнца способно «выбивать» электроны из молекул клеток кожи и как результат «родные» молекулы превращаются в свободные радикалы. Основной белок кожи — коллаген, при столкновении со свободными радикалами кислорода, становится химически активным настолько, что способен связаться с другой молекулой коллагена. Образовавшиеся в результате такого процесса молекулы, обладая всеми свойствами обычной молекулы коллагена, тем не менее, в силу размеров менее эластичны, а их накопление ведет к появлению морщин.
Внутренние источники свободных радикалов. В процессах образования энергии в митохондриях, например из углеводов; В процессе распада вредных жиров в организме при сжигании много насыщенных жирных кислот; В воспалительных процессах, при нарушениях метаболизма – диабет; В продуктах обмена веществ в толстом кишечнике.
Стресс (психо-эмоциональный) также способствуют окислительному стрессу. Состояние стресса заставляет организм вырабатывать адреналин и кортизол. В больших количествах эти гормоны нарушают нормальное протекание обменных процессов и способствуют появлению свободных радикалов во всем организме.
Многие из вышеперечисленных факторов нам неподвластны, что-то мы и не хотим менять, но многое мы все же в силах изменить. Во всяком случае знать своих «врагов» в лицо мы просто обязаны. Реакции с участием свободных радикалов могут являться причиной или осложнять течение многих опасных заболеваний, таких как астма, артрит, рак, диабет, атеросклероз, болезни сердца, флебиты, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, эпилепсия, рассеянный склероз, депрессии и другие.
Несколько утешительных слов в заключение
Конечно, создав систему свободно-радикального окисления, природа озаботилась, чтобы разбушевавшимся радикалам был некий противовес, сдерживающее начало. И действительно, существует целый ряд веществ, прерывающих каскад изменений, гасящих волну цепной реакции образования свободных радикалов. При этом сами эти вещества в радикалы не превращаются, остаются инертными. Это и есть антиоксидантная защита. Она может быть своей собственной, внутриклеточной, предусмотренной природой для контроля свободно-радикального окисления, она может осуществляться веществами, поступающими извне, чаще всего с пищей. Очень полезны пробиотические продукты с живыми бифидобактериями и лактобактериями, такие как бифилакт БИОТА. Живые пробиотические микроорганизмы эффективно борются со свободными радикалами. Но вопрос этот обширен и требует ещё одной статьи и отдельного рассмотрения.
