Тиоловые группы, SH-группы органических соединений обладают высокой и разнообразной реакционной способностью: легко окисляются с образованием дисульфидов, сульфеновых, сульфиновых или сульфокислот; легко вступают в реакции алкилирования, ацилирования, тиол-дисульфидного обмена, образуют меркаптиды (при реакции с ионами тяжёлых металлов), меркаптали, меркаптолы (при реакции с альдегидами и кетонами). Они играют важную роль в биохимических процессах. Сульфгидрильные группы кофермента, липоевой кислоты и 4-фосфопантетеина участвуют в ферментативных реакциях образования и переноса ацильных остатков, связанных с метаболизмом липидов и углеводов; у глутатиона играют роль в обезвреживании чужеродных органических соединений, восстановлении перекисей и в осуществлении его коферментных функций. В белках эти группы принадлежат остаткам аминокислоты цистеина. В составе активных центров ряда ферментов сульфгидрильные группы участвуют в их каталитическом действии, в связывании субстратов, коферментов и ионов металлов. Каталитическая роль этих групп ферментов заключается в образовании промежуточных соединений с субстратами (или их остатками) или в переносе электронов и протонов от субстратов к акцепторам (в некоторых окислительных ферментах). Блокирование сульфгидрильных групп при помощи специфичных реагентов вызывает частичное или полное торможение активности многих ферментов. Расщепление дисульфидных связей приводит к нарушению нативной структуры белков и утрате ими биологической активности [24].

Существует феномен высвобождения небелковых сульфгидрильных групп (SH-групп) в результате образования иммунных комплексов в реакциях антиген-антитело. По количеству образовавшихся небелковых SH-групп можно оценивать функциональное состояние специфических белков, например, иммуноглобулинов.Свободные небелковые SH-группы в основном находятся в депонированном состоянии, образуя смешанные дисульфидные связи с белками. Появление небелковых SH-групп можно использовать в диагностических целях - для оценки функционального состояния белков острой фазы [12].

Высокая дегенерация в дофаминергических нигростриатных нейроных взрослых самцов WV / WV мышей сопровождается значительными изменениями (тиоловых редокс-состояниях) -TRS и увеличение перекисного окисления липидов в среднем мозге, предполагая участие окислительного стресса в дегенерации дофаминергических нейронов. Они также подтверждают возможности использования тиоловых антиоксидантов для разработки новых нейропротекторных терапевтических стратегий для нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона [41].

1.3 Рабдомиолиз

Рабдомиолиз - это распад мышечных волокон, который приводит к высвобождению содержимого мышечного волокна, миоглобина, в кровь. Освободившиесь продукты распада миоцитов вредны для почек и часто приводят к их повреждению. Когда мышца повреждена, миоглобин поступает в кровоток и фильтруется из организма через почки. Миоглобин распадается на потенциально опасные соединения. Он может блокировать структуры почки, вызывая повреждения, такие как острый тубулярный некроз или почечную недостаточность. Мертвые ткани мышц могут вызвать поступление большого количества жидкости из крови в мышцы, уменьшая объем жидкости в организме и приводя к сотрясению и уменьшению притока крови к почкам. Болезнь может быть вызвана любым условием, которое приводит к повреждению скелетных мышц.

Факторы риска: алкоголизм (с последующими тремором мышц), некоторые наследственные или генетические синдромы, аварии, непереносимость жары, тепловой удар, ишемия или некроз мышц (которые могут произойти с артериальной окклюзией, глубокий тромбоз вен, или другие условия), низкий уровень фосфатов, судороги, тяжелые напряжения, такие как марафон или гимнастика, озноб, травмы, использование или передозировка наркотиков, особенно кокаина, амфетаминов, статинов, героина, относящиеся к медицинским состояниям, таких как диабет или заболевание щитовидной железы, нарушение обмена веществ, таких как кетоацидоз.

Симптомы: Ненормальный цвет мочи (темная, красная), общая слабость, скованность мышц или боль (миалгия), слабость пораженных мышц. Дополнительные симптомы: усталость, боли в суставах, судороги, увеличение массы тела (непреднамеренно) [32].

1.3.1 Биохимия

Первичным диагностическим показателем рабдомиолиза является повышенный уровень креатинфосфокиназы (КФК), по крайней мере в пять раз от нормального значения [43]. Это увеличение, как правило, до такой степени, что инфаркт миокарда и другие причины увеличения КФK исключены. Кроме того, изофермент КФК-ММ преобладает при рабдомиолизе, его содержание составляет по меньшей мере 98% от общего объема [37]. Другое важное открытие, которое часто можно увидеть при рабдомиолизе, - это миоглобинурия. Миоглобин обнаруживается в моче при сывороточной концентрации от 300ng/ml до 2 г / мл и производит видимую пигментурию в концентрациях, превышающих 250 г / мл [42]. Это изменение цвета вызвано миоглобином плюс метмиоглобином в моче. Другие важные биохимические результаты в рабдомиолизе включают гиперкалиемию, гипокальциемию, гиперфосфатемию, гиперурикемию, и повышенный уровень других ферментов мышц, в том числе актатдегидрогеназы, альдолазы, аминотрансферазы и карбоангидразы III (которая является очень специфическим маркером для травм скелетных мышц) [43]. Метаболического ацидоз может возникнуть в результате высвобождения фосфатов, сульфатов, мочевой кислоты и молочной кислоты из мышечной клетки [37].

1.3.2 Этиология

Причинами могут быть: синдром длительного сдавления, электролитные нарушения (гипокалиемия, гипофосфатемия, гипокальциемия, гипонатриемия и в особенности гипернатриемия в сочетании с гиперосмолярностью плазмы), миопатии, полимиозит, дерматомиозит, злокачественная гипертермия, злокачественный синдром при приёме некоторых ЛС (анестетики, фенотиазины, ингибиторы MAO), мышечное напряжение (физическое, вторичное при спастичности или тепловом ударе), травмы, ишемия мышц при окклюзии артерий или сердечно-сосудистой недостаточности, ожоги, повторные повреждения мышц, длительное давление на мышцы, эпилептический статус, инфекционные заболевания, вирусы, бактерии, токсические повреждения мышц, алкоголь, яд змей и некоторых сколопендр (при укусах), монооксид углерода (угарный газ), кокаин, героин, амфетамин, передозировка ЛС, злокачественные новообразования (острая некротическая миопатия опухолей), сахарный диабет.

Причины рабдомиолиза в целом можно разделить на наследственные и приобретенные. Наследственные причины состоят в основном из дефектов ферментов, вызывающих нарушения углеводного обмена, митохондриального липидного обмена [30], и других наследственных заболеваний. Приобретенные причины могут быть разделены на травматические, ишемические, метаболические, инфекционные, воспалительные и токсические [35], а также тренировка и вызванные теплом причины. Токсические - это алкоголь, медикаменты и токсины.

1.3.3 Патогенез

Каким бы ни было повреждение, конечным результатом является повышение клеточной проницаемости для ионов натрия в результате либо нарушения плазматической мембраны или снижение производства клеточной энергии (АТФ) [37]. Внутриклеточный электролитный состав миоцита поддерживается, в основном, за счет активности Na-K-аденозин трифосфатазы (АТФ-азы). Ацетилхолиновые натриевые каналы открываются в ответ на нейрональную стимуляцию в результате инициации деполяризации и развития потенциала действия. При распространении деполяризации по всей длине миоцита внутриклеточный кальций высвобождается из саркоплазматического ретикулума, и ослабляется тропонин-тропомицин-индуцированное подавление соединения актина с миозином. Высвобожденный кальций активно транспортируется обратно в ЭПР, тем самым восстанавливая механизм тропонин-тропомицин-индуцированного подавления актин-миозинового комплекса. В результате такого повторяющегося механизма формируется ответ мышечного волокна в виде сокращений и расслаблений. Так как оксидантный метаболизм является основным источником генерирования АТФ в мышцах, нарушение оксидантно-гликолитических реакций представляет собой важный механизм мышечного повреждения [3].

Накопление натрия в цитоплазме приводит к увеличению внутриклеточной концентрации кальция (который, как правило, очень низкий по сравнению с внеклеточной концентрацией) [43]. Это накопление кальция связано как с прямым повреждением клеток и с увеличением активности Na + / Ca2 + белка транспортера, который приносит больше кальция в клетку, пытаясь удалить избыток натрия. Истощение АТФ также напрямую способствует накоплению кальция в связи с сокращением активности Ca2 + АТФ-азы, которая обычно перекачивает кальций из клетки и изолирует его в ЭПР. Таким образом, общая черта всех патогенетических процессов, вызывающих заболевания рабдомиолиза является резкое увеличение концентрации кальция в цитоплазме и митохондриях в пораженных клетках мышц, который запускает цепь событий, которые в конечном итоге приводият к некрозу клеток мышц. Это включает активацию деградации ферментов, таких как фосфолипаза А2 и нейтральные протеазы, что приводит к повреждениям фосфолипидных мембран и миофибрилл [50]. Джексон и соавт. [34] показывают, что наиболее значимым из них является активация фосфолипазы и что большая часть мембран и митохондриальных повреждений при рабдомиолизе может быть связано с этим. Опосредованный фосфолипазой А аттака фосфолипидов мембран митохондрий и сарколлем приводит к образованию лизофосфолипидов и свободных жирных кислот, которые в дальнейшем могут потенцировать травмы, вызывая прямое повреждение собвстенных мембран и измененяя ионный транспорт, что приводит к дальнейшему притоку ионов натрия и кальция. Таким образом, реакция становится самовоспроизводящейся. Исчерпание АТФ и повреждение митохондрий может быть основным событием, которое запускает этот каскад (как в большинстве наследственных причинах рабдомиолиза) или это можетпроизойти вторично с ростом концентрации кальция. Митохондриальные повреждения и истощения АТФ вносит свой вклад в патогенез через следующее:

1) Повреждение Ca2 + АТФ-азы ведущее к выходу из строя секвестрации кальция и снижению оттока кальция из клетки.

2) Повреждение Na + / K + АТФазы приводящее к увеличению внутриклеточного натрия и увеличению Na +-Ca 2 + обменника, что дает дополнительный вклад в увеличение внутриклеточного кальция.

3) образования токсичных свободных радикалов кислорода, таких как супероксид вызывает дальнейшее повреждение клеток [50].

Локально, накопление этих продуктов может привести к микрососудистым повреждениям, увеличению внутрикомпартментного давления, а также снижению тканевой перфузии и ишемии, которая может еще больше усиливать повреждение мышц. Одной из главных составляющих мышц является предшественник креатинина -- креатин, участвующий в доставке энергии клеткам. Он в больших количествах высвобождается из нежизнеспособных мышечных клеток и трансформируется в креатинин [49].

Деградация миоглобина в канальцах сопровождается высвобождением свободного железа, которое катализирует образование радикалов и тем самым усугубляет почечное повреждение. Даже без высвобождения железа гемоглобина может инициировать перекисное окисление липидов и повреждение почек [33].

1.4 Оксидативный стресс

В организме человека в нормальных условиях 98--99 % молекулярного кислорода подвергается тетравалентному восстановлению в цитохромной системе без образования стабильных промежуточных продуктов: 02+4е" + 4Н+ => 2Н20. Лишь 1--2 % общего количества потребляемого в организме кислорода подвергается одновалентному восстановлению с образованием активных форм кислорода (АФК), т. е. соединений, имеющих неспаренный электрон. К АФК относят супероксидный анион (0~), пероксид водорода (Н202), гидроксильный ион (ОН-) и синглетный (атомарный) кислород.

1.4.1 Основные источники АФК

Это нейтрофилы и другие фагоциты (моноциты, макрофаги, эозинофилы) в процессе активации их функционального состояния. Мембраны названных клеток содержат фермент НАДФ-оксидазу, который способен катализировать процесс восстановления молекулярного кислорода в супероксидный анион (0~), используя в качестве донора электрона НАДФ. В обычном состоянии этот фермент находится в неактивной форме, но при адгезии фагоцитирующих клеток к бактериям или другим поглощаемым субстратам происходит его активация. Образующийся супероксидный радикал переходит в фагосому, формирующуюся при инвагинации мембраны фагоцитирующей клетки, и воздействует на чужеродный объект; к образованию АФК приводит гипоксантин, накапливающийся при гипоксии и утилизируемый при реоксигенации. Процессы образования метаболитов арахидоновой кислоты, в частности простагландинов G, и Н2 (эндопероксидов) и лейкотриенов (ЛтВ4 и др.), а также процессы образования катехоламинов, для которых АФК являются обязательными продуктами реакций. Еще один источник АФК в организме -- это аутоокисление гемоглобина до метгемоглобина с образованием супероксидного аниона; повышает количество АФК, в частности, их неферментативное образование в реакции Хабера--Вейса при взаимодействии супероксидного радикала с пероксидом водорода в присутствии ионов металла с переменной валентностью (железа или меди) или в реакции Фентона при взаимодействии пероксида водорода с двухвалентным железом. В обоих случаях образуется гидроксильный ион.

АФК могут повреждать структуру различных белков и ферментов, что нарушает биокаталитические процессы и оказывать влияние на генетический аппарат клетки, которое заключается в деструктурировании ДНК и нарушении ее синтеза. Однако одними из самых чувствительных к действию свободнорадикальных форм компонентов клетки являются входящие в состав фосфолипидов клеточных и субклеточных мембран ненасыщенные жирные кислоты. Взаимодействие свободных радикалов с полиненасыщенными жирными кислотами приводит к цепным реакциям, известным как реакции ПОЛ. чрезмерная активация ПОЛ приводит к модификации мембранных липидов, уменьшению текучести мембран и мембранного потенциала, к увеличению проницаемости мембран для различных ионов, в частности для Са2+, активирующего многие протеолитические и липолитические ферменты, что существенно нарушает функции клетки и даже может привести к ее гибели. образующиеся при ПОЛ гидропероксиды и продукты их распада обладают цитотоксичностью. Различные химические реакции, с или без ферментативного катализа, генерируют АФК. Антиоксидантная система выступает в качестве «мусорщиков» АФК поддерживая внутриклеточный окислительно-восстановительный статус.

Для защиты клеток от повреждающего действия АФК в них существуют ферментные и неферментные системы инактивации АФК: супероксиддисмутаза; каталаза; глутатионпероксидаза и другие типы пероксидаз; аскорбиновая и мочевая кислоты (восстанавливают водорастворимые свободные радикалы); а-токоферол и (3-каротин (связывают жирорастворимые свободные радикалы); мелатонин (связывает жиро- и водорастворимые радикалы); хелатные агенты -- трансферрин, лактоферрин, церулоплазмин и альбумин (предотвращают катализ свободнорадикальных реакций с помощью металлов переменной валентности) [5].

Ферментные антиоксиданты катализируют реакции, в которых активные формы кислорода и некоторые другие окислители восстанавливаются до стабильных и нетоксичных продуктов.

Супероксиддисмутаза (СОД) катализирует реакцию дисмутации супероксидного аниона: О2- + О2- + 2Н+ --> Н2О2 + О2

Образующиеся в супероксиддисмутазной реакции гидропероксид сам является сильнейшим окислителем. Каталаза клетки, локализованная в пероксисомах, не позволяет накапливаться перекиси водорода: Н2О2 --> 2Н2О + О2

Глутатионпероксидаза - использует глютатион для восстановления перекиси водорода и липидных гидроперекисей до нейтральных и малотоксичных соединений.

H2O2 + 2GSH --> GSSG + 2H2O

-LOOH + 2GSH --> GSSG + -LOH + H2O

Разрушая гидроперекиси липидов, глютатионпероксидаза регулирует тем самым продукцию арахидоновой кислоты и уменьшает воспаление. Окисленный глютатион (GSSG) снова восстанавливается глутатионредуктазой: GSSG + НАДФН --> 2GSH - НАДФ+ [28]

Хинон-редуктаза (QR) детоксифицирует соединения хинона, металлотионеины (MT) ловят (тяжелые) катионы металлов, а также витамины С и Е ловят свободные радикалы. Гем оксигеназа катаболизирует свободные структуры гема и ферритиновые молекулы ловят катионы Fe, что ограничивает вредную реакцию Фентона.

Глобальное ингибирование синтеза белка является распространенным ответом на стрессовые условия. Н2О2 вызывает ингибирование инициации трансляции зависимое от Gcn2 протеинкиназы, которая фосфорилирует субъединицы эукариотического фактора инициации-2. Н2О2 вызывает замедление скорости высвобождения рибосом, в соответствии с ингбириующим действием на элонгацию трансляции или терминацию. Высокая концентрация Н2О2 способствует ассоциации полирибосом, но не обязательно приводит к увеличению синтеза белка. Окислительный стресс вызывает комплекс трансляционного перепрограммирования, что имеет основополагающее значение для адаптации к стрессу. Тем не менее, все шире признается, что не вся трансляция подавляется и что трансляционный контроль специфических мРНК необходим для выживания в период роста в условиях стресса. Окислительный стресс в клетках млекопитающих вызывает заметное увеличение фосфорилирования eIF2 и окислительной модификации, которая, как полагают, способствует торможению трансляции. Аттеннюация элонгации рибосом в ответ на стрессовые условия, в отличие от рибосомной инициации, имеет то преимущество, что рибосомы остаются связанными с мРНК и могут быстро возобновить синтез белка при удалении стрессового воздействия или когда обезврежены. Ответная реакция на стресс окружающей среды включает 900 генов, которые транскрипционно активируются или репрессируются большим количеством стрессовых состояний, в том числе такие АФК, как Н2О2. Гены, которые транскрипционно индуцируются в рамках экологической стрессовой реакции кодируют продукты, которые, как считается, защищают от и/или обезвреживают стрессовые агенты, а также репарируют образующиеся клеточные повреждения. Увеличение уровней транскрипции в отсутствие активной трансляции может таким образом служить источником мРНК, которые могут быстро транслироваться как только снимается стресс. С этой точки зрения, мРНК, которые активно транслируются во время воздействия H2O2 могут обеспечить ключевые функции, которые необходимы для детоксикации и удаления Н2О2 и ее продуктов метаболизма. Обработка низким уровнем перекиси приводит к увеличению продукции стресс-защитных белков, в то время как высокие уровни перекиси увеличивают количество рибосом, связанных с определенными мРНК, но не приводит к увеличению продукции белка [45].

Рис.1. Химические реакции, которые генерируют АФК.

Окислительный стресс может изменить гормональную регуляцию. Окисление глюкокортикоидных рецепторов (ГР) in vitro тетратионатом привело к образованию дисульфидных мостиков в белке. Это окислительное ингибирование ГР было обратимо тиол-восстановительным агентом дитиотреитолом. Было показано, что Н2О2 вызывает образование дисульфидных связей между двумя близкими остатками цистеина расположеными в пределах ГР ДНК-связывающих доменов (DBD). Этот эффект был предотвращен предшественником глутатиона N-ацетилцистеином. Крысы, получавшие соединения, полученные из линолевой кислоты (вызывая эндогенный окислительный стресс печени) показали измененный гормональный ответ. В этих условиях гены ТАТ и триптофан-2,3-диоксигеназы показали низкий ответ на глюкокортикоиды. Окислительная модификация тиоловых фрагментов цистеина

Цистеин может претерпевать химические модификации своих тиоловых SH-групп. Атом серы может окисляться АФК или соединениями, содержащими дисульфидные мостики (RS-SR), такие как дисульфид глутатиона. SH ковалентная связь затем заменяется SO или SS ковалентной связью, что приводит к образованию сульфаниловой, сульфиниловой или сульфоновых групп, или дисульфидного мостика соответственно. Эти модификации обратимы при антиоксидантых реагентах, содержащих редуцированную тиоловую группу, такую как дитиотреитол, б-меркаптоэтанол, N-ацетилцистеин или глутатион.

Рис. 2. Окислительная модификация тиоловых фрагментов цистеина

Рис. 3. Защитные механизмы для реактивации окисленных транскрипционных факторов

Молекула Trx играет роль глутатиона и может уменшить окисленные тиоловые группы. Окисленный Trx регенирируется Trx-редуктазой. При окислительном стрессе Trx переносится в ядро, где может непосредственно взаимодействовать с транскрипционным фатором (TF) или участвовать в окислительно-восстановительном каскаде содержащим Ref. Этот механизм позволяет максимально эффективно опосредовать генную транскрипцию несколькими транскрипционными факторами [40].

ГЛАВА 2. ОХРАНА ТРУДА