
Цялото съдържание на iLive е медицински прегледано или е проверено, за да се гарантира възможно най-голяма точност.
Имаме строги насоки за снабдяване и само свързваме реномирани медийни сайтове, академични изследователски институции и, когато е възможно, медицински проучвания, които се разглеждат от специалисти. Имайте предвид, че номерата в скоби ([1], [2] и т.н.) са линкове към тези проучвания.
Ако смятате, че някое от съдържанието ни е неточно, остаряло или под съмнение, моля, изберете го и натиснете Ctrl + Enter.
Свободни радикали и антиоксиданти
Медицински експерт на статията
Последно прегледани: 04.07.2025

Откриването на свободните радикали и антиоксидантите беше също толкова важен етап за медицинската наука, колкото и откриването на микроорганизми и антибиотици, тъй като лекарите получиха не само обяснение за много патологични процеси, включително стареенето, но и ефективни методи за борба с тях.
Последното десетилетие е белязано от напредък в изучаването на свободните радикали в биологичните обекти. Тези процеси са се доказали като необходимо метаболитно звено за нормалното функциониране на организма. Те участват в реакциите на окислително фосфорилиране, в биосинтеза на простагландини и нуклеинови киселини, в регулирането на липотичната активност, в процесите на клетъчно делене. В организма свободните радикали най-често се образуват по време на окислението на ненаситени мастни киселини и този процес е тясно свързан с липидната пероксидация (ПОЛ).
Какво представляват свободните радикали?
Свободният радикал е молекула или атом, който има несдвоен електрон във външната си орбита, което го прави агресивен и способен не само да реагира с молекулите на клетъчната мембрана, но и да ги превръща в свободни радикали (самоподдържаща се лавинна реакция).
Въглеродният радикал реагира с молекулярен кислород, за да образува свободния пероксиден радикал COO.
Пероксидният радикал извлича водород от страничната верига на ненаситените мастни киселини, образувайки липиден хидропероксид и друг въглерод-съдържащ радикал.
Липидните хидропероксиди повишават концентрацията на цитотоксични алдехиди, а въглеродсъдържащият радикал подпомага реакцията на образуване на пероксидни радикали и др. (във верига).
Съществуват различни механизми, чрез които се образуват свободните радикали. Един от тях е ефектът на йонизиращото лъчение. В някои ситуации, по време на процеса на молекулярна редукция на кислорода, се добавя един електрон вместо два и се образува силно реактивен супероксиден анион (O). Образуването на супероксид е един от защитните механизми срещу бактериална инфекция: без кислородни свободни радикали, неутрофилите и макрофагите не могат да унищожат бактериите.
Наличието на антиоксиданти както в клетката, така и в извънклетъчното пространство показва, че образуването на свободни радикали не е епизодично явление, причинено от ефектите на йонизиращо лъчение или токсини, а постоянно явление, което съпътства окислителните реакции при нормални условия. Основните антиоксиданти включват ензими от групата на супероксид дисмутазата (SOD), чиято функция е каталитично да превръщат пероксидния анион във водороден пероксид и молекулен кислород. Тъй като супероксид дисмутазите са повсеместни, разумно е да се предположи, че супероксидният анион е един от основните странични продукти на всички окислителни процеси. Каталазите и пероксидазите превръщат водородния пероксид, образуван по време на дисмутацията, във вода.
Основната характеристика на свободните радикали е тяхната изключителна химическа активност. Сякаш усещайки своята малоценност, те се опитват да си възвърнат загубения електрон, като агресивно го отнемат от други молекули. На свой ред „обидените“ молекули също се превръщат в радикали и започват да се самоограбват, отнемайки електрони от съседите си. Всякакви промени в молекулата – било то загуба или добавяне на електрон, поява на нови атоми или групи атоми – влияят на нейните свойства. Следователно, реакциите на свободните радикали, протичащи във всяко вещество, променят физичните и химичните свойства на това вещество.
Най-известният пример за процес, свързан със свободнорадикалите, е разваляне (гранясване) на маслото. Гранясвалото масло има специфичен вкус и мирис, което се обяснява с появата на нови вещества в него, образувани по време на реакции със свободнорадикалите. Най-важното е, че протеините, мазнините и ДНК-то на живите тъкани могат да станат участници в реакции със свободнорадикалите. Това води до развитие на различни патологични процеси, които увреждат тъканите, стареене и развитие на злокачествени тумори.
Най-агресивните от всички свободни радикали са свободните кислородни радикали. Те могат да провокират лавина от реакции на свободните радикали в живата тъкан, чиито последици могат да бъдат катастрофални. Свободните кислородни радикали и техните активни форми (например липидни пероксиди) могат да се образуват в кожата и всяка друга тъкан под въздействието на UV лъчение, някои токсични вещества, съдържащи се във водата и въздуха. Но най-важното е, че активните форми на кислород се образуват при всяко възпаление, всеки инфекциозен процес, протичащ в кожата или друг орган, тъй като те са основното оръжие на имунната система, с което тя унищожава патогенните микроорганизми.
Невъзможно е да се скрием от свободните радикали (точно както е невъзможно да се скрием от бактериите, но е възможно да се предпазим от тях). Има вещества, които се отличават с това, че техните свободни радикали са по-малко агресивни от радикалите на други вещества. След като е отдал своя електрон на агресора, антиоксидантът не се стреми да компенсира загубата за сметка на други молекули, или по-скоро прави това само в редки случаи. Следователно, когато свободният радикал реагира с антиоксидант, той се превръща в пълноценна молекула, а антиоксидантът става слаб и неактивен радикал. Такива радикали вече не са опасни и не създават химичен хаос.
Какво представляват антиоксидантите?
„Антиоксиданти“ е събирателен термин и подобно на термини като „антинеопластични средства“ и „имуномодулатори“, не предполага принадлежност към някоя специфична химическа група вещества. Тяхната специфичност е най-тясната връзка със свободнорадикалното окисление на липидите като цяло и със свободнорадикалната патология в частност. Това свойство обединява различни антиоксиданти, всеки от които има свои специфични характеристики на действие.
Процесите на свободнорадикалово окисление на липидите са от общобиологичен характер и според много автори са универсален механизъм за увреждане на клетките на мембранно ниво при рязко активиране. В този случай, в липидната фаза на биологичните мембрани, процесите на липидна пероксидация причиняват повишаване на вискозитета и подредеността на мембранния бислой, променят фазовите свойства на мембраните и намаляват тяхното електрическо съпротивление, а също така улесняват обмена на фосфолипиди между два монослоя (т.нар. фосфолипиден флип-флоп). Под влияние на процесите на пероксидация се инхибира и мобилността на мембранните протеини. На клетъчно ниво липидната пероксидация е съпроводена с подуване на митохондриите, разединяване на окислителното фосфорилиране (а при напреднали процеси - солюбилизация на мембранните структури), което на нивото на целия организъм се проявява в развитието на т.нар. патологии на свободнорадикалите.
Свободни радикали и увреждане на клетките
Днес стана очевидно, че образуването на свободни радикали е един от универсалните патогенетични механизми при различни видове клетъчни увреждания, включително следните:
- реперфузия на клетките след период на исхемия;
- някои лекарствено-индуцирани форми на хемолитична анемия;
- отравяне от някои хербициди;
- управление на тетрахлорметан;
- йонизиращо лъчение;
- някои механизми на стареене на клетките (например натрупването на липидни продукти в клетката - цероиди и липофусцини);
- кислородна токсичност;
- атерогенеза, дължаща се на окисление на липопротеини с ниска плътност в клетките на артериалната стена.
Свободните радикали участват в процесите:
- стареене;
- канцерогенеза;
- химическо и лекарствено увреждане на клетките;
- възпаление;
- радиоактивно увреждане;
- атерогенеза;
- кислородна и озонова токсичност.
Ефекти на свободните радикали
Окислението на ненаситените мастни киселини в клетъчните мембрани е един от основните ефекти на свободните радикали. Свободните радикали също увреждат протеините (особено тиол-съдържащите протеини) и ДНК. Морфологичният резултат от окислението на липидите в клетъчната стена е образуването на полярни канали за пропускливост, което увеличава пасивната пропускливост на мембраната за Ca2+ йони, излишъкът от които се отлага в митохондриите. Окислителните реакции обикновено се потискат от хидрофобни антиоксиданти като витамин Е и глутатион пероксидаза. Антиоксиданти, подобни на витамин Е, които разкъсват окислителните вериги, се намират в пресни зеленчуци и плодове.
Свободните радикали реагират и с молекули в йонната и водната среда на клетъчните компартменти. В йонната среда молекули на вещества като редуциран глутатион, аскорбинова киселина и цистеин запазват антиоксидантен потенциал. Защитните свойства на антиоксидантите стават очевидни, когато при изчерпване на техните резерви в изолирана клетка се наблюдават характерни морфологични и функционални промени, дължащи се на окисление на липидите в клетъчната мембрана.
Видовете увреждания, причинени от свободните радикали, се определят не само от агресивността на произведените радикали, но и от структурните и биохимични характеристики на целта. Например, в извънклетъчното пространство свободните радикали разрушават гликозаминогликаните на основното вещество на съединителната тъкан, което може да бъде един от механизмите за разрушаване на ставите (например при ревматоиден артрит). Свободните радикали променят пропускливостта (и следователно бариерната функция) на цитоплазмените мембрани поради образуването на канали с повишена пропускливост, което води до нарушаване на водно-йонната хомеостаза на клетката. Смята се, че е необходимо да се осигуряват на пациентите с ревматоиден артрит витамини и микроелементи, по-специално коригиране на витаминния дефицит и дефицита на микроелементи с олигогал Е. Това се дължи на факта, че е доказано забележимо активиране на процесите на пероксидация и потискане на антиоксидантната активност, така че е много важно в комплексната терапия да се включат биоантиоксиданти с висока антирадикалова активност, които включват антиоксидантни витамини (Е, С и А) и микроелементи селен (Se). Доказано е също, че използването на синтетична доза витамин Е, която се абсорбира по-зле от естествената, е от полза. Например, дози витамин Е до 800 и 400 IU/ден водят до намаляване на сърдечно-съдовите заболявания (с 53%). Отговорът на ефективността на антиоксидантите обаче ще бъде получен в големи контролирани проучвания (от 8 000 до 40 000 пациенти), които са проведени през 1997 г.
Защитните сили, които поддържат скоростта на липидна пероксидация на определено ниво, включват ензимни системи, които инхибират пероксидацията, и естествени антиоксиданти. Съществуват 3 нива на регулиране на скоростта на окисление на свободните радикали. Първият етап е антикислороден, той поддържа сравнително ниско парциално налягане на кислорода в клетката. Това включва предимно дихателни ензими, които се конкурират за кислород. Въпреки широката вариабилност на абсорбцията на O3 в организма и освобождаването на CO2 от него, pO2 и pCO2 в артериалната кръв обикновено остават сравнително постоянни. Вторият етап на защита е антирадикален. Той се състои от различни вещества, присъстващи в организма (витамин Е, аскорбинова киселина, някои стероидни хормони и др.), които прекъсват процесите на липидна пероксидация чрез взаимодействие със свободните радикали. Третият етап е антипероксиден, който разрушава вече образуваните пероксиди с помощта на подходящи ензими или неензимно. Все още обаче няма единна класификация и единни възгледи за механизмите, регулиращи скоростта на реакциите на свободните радикали и действието на защитните сили, които осигуряват утилизирането на крайните продукти на липидната пероксидация.
Смята се, че в зависимост от интензивността и продължителността, промените в регулацията на реакциите на LPO могат: първо, да бъдат обратими с последващо връщане към нормалното, второ, да доведат до преход към друго ниво на авторегулация и трето, някои от ефектите разединяват този механизъм на саморегулация и следователно да доведат до невъзможност за осъществяване на регулаторни функции. Ето защо разбирането на регулаторната роля на реакциите на LPO при условия на излагане на екстремни фактори, по-специално студ, е необходим етап от изследванията, насочени към разработване на научно обосновани методи за управление на процесите на адаптация и комплексна терапия, превенция и рехабилитация на най-често срещаните заболявания.
Един от най-често използваните и ефективни е комплекс от антиоксиданти, който включва токоферол, аскорбат и метионин. Анализирайки механизма на действие на всеки от използваните антиоксиданти, беше отбелязано следното. Микрозомите са едно от основните места за натрупване на екзогенно въведен токоферол в чернодробните клетки. Аскорбиновата киселина, която се окислява до дехидроаскорбинова киселина, може да действа като възможен донор на протони. Освен това е доказана способността на аскорбиновата киселина директно да взаимодейства със синглетния кислород, хидроксилен радикал и супероксиден анионен радикал, както и да разрушава водородния пероксид. Има също така доказателства, че токоферолът в микрозомите може да се регенерира от тиоли и по-специално от редуциран глутатион.
По този начин, в организма съществуват редица взаимосвързани антиоксидантни системи, чиято основна роля е да поддържат ензимните и неензимните окислителни реакции на стационарно ниво. На всеки етап от развитието на пероксидните реакции съществува специализирана система, която изпълнява тези функции. Някои от тези системи са строго специфични, други, като глутатион пероксидаза, токоферол, имат по-голяма широта на действие и по-малка субстратна специфичност. Адитивността на взаимодействието на ензимните и неензимните антиоксидантни системи помежду си осигурява устойчивостта на организма към екстремни фактори, които имат прооксидантни свойства, т.е. способността да създават условия в организма, които предразполагат към производството на активирани кислородни форми и активирането на реакциите на липидна пероксидация. Няма съмнение, че активирането на реакциите на липидна пероксидация се наблюдава под влиянието на редица фактори на околната среда върху организма и при патологични процеси от различно естество. Според В. Ю. Куликов и др. (1988), в зависимост от механизмите на активиране на реакциите на липидна пероксидация, всички фактори, влияещи върху организма, могат да бъдат разделени с известна степен на вероятност на следните групи.
Фактори от физикохимичен характер, които допринасят за увеличаване на тъканните прекурсори и директните активатори на LPO реакции:
- кислород под налягане;
- озон;
- азотен оксид;
- йонизиращо лъчение и др.
Фактори от биологично естество:
- процеси на фагоцитоза;
- разрушаване на клетки и клетъчни мембрани;
- системи за генериране на активирани кислородни форми.
Фактори, които определят активността на антиоксидантните системи на организма с ензимен и неензимен характер:
- активност на процесите, свързани с индуцирането на антиоксидантни системи с ензимен характер;
- генетични фактори, свързани с потискането на един или друг ензим, регулиращ реакциите на липидна пероксидация (дефицит на глутатион пероксидаза, каталаза и др.);
- хранителни фактори (липса на токоферол, селен, други микроелементи и др. в храната);
- структура на клетъчните мембрани;
- естеството на връзката между антиоксидантите с ензимен и неензимен характер.
Рискови фактори, които потенцират активирането на LPO реакции:
- активиране на кислородния режим на организма;
- състояние на стрес (студ, висока температура, хипоксия, емоционално и болезнено въздействие);
- хиперлипидемия.
По този начин, активирането на реакциите на LPO в организма е тясно свързано с функционирането на системите за транспорт и утилизация на кислород. Адаптогените заслужават специално внимание, включително широко използвания елеутерокок. Препаратът от корена на това растение има общоукрепващи, адаптогенни, антистресови, антиатеросклеротични, антидиабетни и други свойства, намалява общата заболеваемост, включително грип. При изучаване на биохимичните механизми на действие на антиоксидантите при хора, животни и растения, значително се е разширил кръгът от патологични състояния, за лечението на които се използват антиоксиданти. Антиоксидантите се използват успешно като адаптогени за защита от радиационни увреждания, лечение на рани и изгаряния, туберкулоза, сърдечно-съдови заболявания, невропсихиатрични разстройства, неоплазми, диабет и др. Естествено, интересът към механизмите, лежащи в основата на такова универсално действие на антиоксидантите, се е увеличил.
Понастоящем експериментално е установено, че ефективността на антиоксидантите се определя от тяхната активност в инхибирането на липидната пероксидация поради взаимодействие с пероксид и други радикали, иницииращи липидна пероксидация, както и поради ефектите на антиоксидантите върху мембранната структура, улеснявайки достъпа на кислород до липидите. Липидната пероксидация може да се променя и чрез медиирана система от антиоксидантно действие чрез неврохормонални механизми. Доказано е, че антиоксидантите влияят върху освобождаването на невротрансмитери и хормони, чувствителността на рецепторите и тяхното свързване. От своя страна, промяната в концентрацията на хормони и невротрансмитери променя интензивността на липидната пероксидация в целевите клетки, което води до промяна в скоростта на липиден катаболизъм и, като следствие, до промяна в техния състав. Връзката между скоростта на липидна пероксидация и промяната в спектъра на мембранните фосфолипиди играе регулаторна роля. Подобна регулаторна система е открита в клетъчните мембрани на животни, растения и микробни организми. Както е известно, съставът и флуидността на мембранните липиди влияят върху активността на мембранните протеини, ензими и рецептори. Чрез тази регулаторна система, антиоксидантите действат върху възстановяването на мембраната, променена при патологично състояние на организма, нормализират нейния състав, структура и функционална активност. Промените в активността на ензимите, синтезиращи макромолекули, и състава на ядрената матрица, при промяна в състава на мембранните липиди, причинени от действието на антиоксидантите, могат да се обяснят с тяхното влияние върху синтеза на ДНК, РНК, протеини. Същевременно в литературата се появяват данни за директното взаимодействие на антиоксидантите с макромолекули.
Тези данни, както и наскоро откритите данни за ефективността на антиоксидантите в пикомоларни концентрации, подчертават ролята на рецепторните пътища в техния ефект върху клетъчния метаболизъм. В работата на В. Е. Каган (1981) върху механизмите на структурна и функционална модификация на биомембраните е показано, че зависимостта на скоростта на LPO реакциите в биомембраните зависи не само от техния състав на мастни киселини (степен на ненаситеност), но и от структурната организация на липидната фаза на мембраните (молекулярна мобилност на липидите, сила на протеин-липидните и липид-липидните взаимодействия). Установено е, че в резултат на натрупването на LPO продукти, в мембраната се наблюдава преразпределение на липидите: количеството течни липиди в биослоя намалява, количеството липиди, имобилизирани от мембранните протеини, намалява и количеството на подредените липиди в биослоя (клъстери) се увеличава. В.
При изучаване на природата, състава и механизма на хомеостазата на антиоксидантната система е показано, че проявата на вредното действие на свободните радикали и пероксидните съединения се предотвратява от сложна многокомпонентна антиоксидантна система (АОС), която осигурява свързване и модифициране на радикали, предотвратявайки образуването или разрушаването на пероксиди. Тя включва: хидрофилни и хидрофобни органични вещества с редуциращи свойства; ензими, които поддържат хомеостазата на тези вещества; антипероксидни ензими. Сред естествените антиоксиданти има липидни (стероидни хормони, витамини Е, А, К, флавоноиди и полифеноли витамин Р, убихинон) и водоразтворими (нискомолекулни тиоли, аскорбинова киселина) вещества. Тези вещества или улавят свободните радикали, или разрушават пероксидните съединения.
Едната част от тъканните антиоксиданти има хидрофилен характер, другата - хидрофобен, което прави възможна едновременната защита на функционално важни молекули от окислители както във водната, така и в липидната фаза.
Общото количество биоантиоксиданти създава „буферна антиоксидантна система“ в тъканите, която има определен капацитет, а съотношението на прооксидантната и антиоксидантната системи определя така наречения „антиоксидантен статус“ на организма. Има всички основания да се смята, че тиолите заемат специално място сред тъканните антиоксиданти. Това се потвърждава от следните факти: висока реактивност на сулфхидрилните групи, поради която някои тиоли се окисляват с много висока скорост, зависимост на скоростта на окислителна модификация на SH групите от радикаловата им среда в молекулата. Това обстоятелство ни позволява да отделим специална група лесно окисляеми вещества от разнообразието от тиолови съединения, които изпълняват специфични функции на антиоксиданти: обратимост на окислителната реакция на сулфхидрилните групи в дисулфидни групи, което по принцип прави възможно енергичното поддържане на хомеостазата на тиоловите антиоксиданти в клетката, без да се активира техният биосинтез; способността на тиолите да проявяват както антирадикалови, така и антипероксидни ефекти. Хидрофилните свойства на тиолите определят високото им съдържание във водната фаза на клетката и възможността за защита от окислително увреждане на биологично важни молекули ензими, нуклеинови киселини, хемоглобин и др. Същевременно наличието на неполярни групи в тиоловите съединения осигурява възможността за тяхната антиоксидантна активност в липидната фаза на клетката. По този начин, наред с веществата с липидна природа, тиоловите съединения вземат широко участие в защитата на клетъчните структури от действието на окислителни фактори.
Аскорбиновата киселина също е подложена на окисление в тъканите на тялото. Подобно на тиолите, тя е част от AOS, участвайки в свързването на свободните радикали и разрушаването на пероксидите. Аскорбиновата киселина, чиято молекула съдържа както полярни, така и неполярни групи, проявява тясно функционално взаимодействие с SH-глутатион и липидни антиоксиданти, като засилва ефекта на последните и предотвратява липидната пероксидация. Очевидно тиоловите антиоксиданти играят водеща роля в защитата на основните структурни компоненти на биологичните мембрани, като фосфолипиди или протеини, потопени в липидния слой.
От своя страна, водоразтворимите антиоксиданти - тиолови съединения и аскорбинова киселина - проявяват своето защитно действие предимно във водна среда - клетъчната цитоплазма или кръвната плазма. Трябва да се има предвид, че кръвоносната система е вътрешна среда, която играе решаваща роля в неспецифичните и специфичните реакции на защитата на организма, влияейки върху неговата устойчивост и реактивност.
[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]
Свободни радикали в патологията
Въпросът за причинно-следствените връзки в промените в интензивността на липидната пероксидация в динамиката на развитието на заболяванията все още се обсъжда в литературата. Според някои автори именно нарушаването на стационарността на този процес е основната причина за посочените заболявания, докато други смятат, че промяната в интензивността на липидната пероксидация е следствие от тези патологични процеси, инициирани от напълно различни механизми.
Изследвания, проведени през последните години, показват, че промените в интензивността на окислението на свободните радикали съпътстват заболявания с различен генезис, което потвърждава тезата за общобиологичния характер на увреждането на клетките от свободните радикали. Натрупани са достатъчно доказателства за патогенетичното участие на увреждането на молекули, клетки, органи и тялото като цяло от свободните радикали и успешното лечение с фармакологични препарати, притежаващи антиоксидантни свойства.
Использованная литература