Окислительный стресс — цепная реакция разрушения ДНК, липидов, белков

Окислительный стресс — это цепная реакция окислительного повреждения клеток и тканей, включая ДНК, липиды, белки. Приводит к нарушению их структуры и функции и, как следствие, к деградации органов и систем. Является причиной более 80 типов заболеваний: сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, диабета и других. А также приводит к преждевременному старению и ухудшению качества жизни — плохому настроению, упадку сил, нарушениям сна [1].

Причина ОС — повышенный уровень активных форм кислорода (АФК). Это свободные радикалы с самой сильной окислительной способностью. АФК образуются в каждой клетке в результате метаболизма кислорода.

Здоровье — баланс антиоксидантов и АФК

Организм вырабатывает оксиданты и антиоксиданты. Эти вещества участвуют в ряде функций — обмен веществ, дыхание, поддержание иммунитета и выделение энергии. Эти процессы нужны для переваривания пищи, сокращения мышц, передачи нервных импульсов, синтеза химических веществ. 

При этом:

• оксиданты (окислители) — неустойчивые молекулы, у которых есть один или несколько неспаренных электронов. Очень реакционноспособны и стремятся забрать электрон у соседних молекул. 
• антиоксиданты — вещества, которые могут вступать в реакцию с оксидантами. Они нейтрализуют их, в том числе, передавая электроны и восстанавливая недостающий электрон у окислителей.

Когда организм в равновесии, уровень окислителей настолько мал, что естественная антиоксидантная защита клетки своевременно нейтрализует АФК и восстанавливает причиненный ущерб [2] — регулирует и поддерживает количество окислителей на безопасном уровне.

Дисбаланс — окислительный стресс

В возникновении дисбаланса можно выделить три механизма:

1. Угнетение антиоксидантной защиты клеток.
2. Повышенная выработка АФК.
3. Одновременное угнетение антиоксидантной защиты и повышенная выработка АФК.

Снижение антиоксидантной активности и/или повышение уровня АФК происходит под действием негативных факторов. Их можно условно разделить на внешние (загрязненная окружающая среда, вредное питание, излучение) и внутренние — процессы, происходящие внутри организма. 

Внешние причины

Основные — ультрафиолетовое, радиационное излучение, чужеродные химические вещества ксенобиотики, которые могут накапливаться в организме [3]. Они содержатся в различных концентрациях:

1. В загрязненном воздухе и воде [4]. 
2. Вредной еде: с высоким содержанием жиров, сахара, соли, консервантов, искусственных добавок [5]. 
3. Лекарствах: антибиотики, противовирусные средства, препараты железа, некоторые антидепрессанты и другие [6].

Негативные факторы запускают цепь реакций, которые приводят к угнетению антиоксидантной системы и повышенной выработке АФК. Загрязнение окружающей среды, вызывающее окислительный стресс, одна из наиболее важных причин заболеваний и преждевременной смерти в мире [7].

Внутренние

Сюда можно отнести некоторые заболевания, тяжелый физический труд, эмоциональный стресс [8], [9], а также возраст, когда активность антиоксидантной защиты клетки снижается и организм становится более подвержен окислительным повреждениям.

Активные формы кислорода

АФК образуются в каждой клетке во время метаболизма кислорода — процесса, в котором организм использует кислород для выработки энергии [10]. При этом в АФК превращается около 1-2% всего кислорода, содержащегося в воздухе [11].

Средняя выработка АФК в час:

• 0,22 литра — в состоянии покоя.
• 14 литров — при высоких физических нагрузках (из-за повышенного потребления кислорода и ускоренного обмена веществ).

Умеренные нагрузки могут способствовать укреплению антиоксидантной защиты и уменьшению риска развития заболеваний, связанных с окислительным стрессом [8].

Процесс окисления

Молекулы клеток находятся в равновесии и имеют спаренные электроны — их количество всегда четное, например 2, 4, 6 и так далее. АФК — энергетически активные молекулы с неспаренным электроном. Они стремятся восстановить свой баланс — отбирая электроны у близлежащих молекул клеток, окисляя их.

Молекула, лишившись электрона, может:

1. Распасться на более мелкие части, утрачивая функции.
2. Стать свободным радикалом (окислителем) с непарным количеством электронов.

Свободный радикал — звено в цепной реакции окислительного стресса. Он стремиться восстановить равновесие, отняв электрон у соседних молекул и так далее по цепочке, что напоминает «принцип домино»: первый элемент инициирует реакцию, в результате которой повреждаются последующие элементы [12]. 

Последствия окислительного стресса 

Повреждающее действие АФК можно сравнить с коррозией металла. Кислород окисляет железо, что приводит к разрушению — изменению его структуры и свойств [13]. В организме повышенный уровень АФК вызывает повреждения ДНК, белков и липидов клеток, нарушая их функции [1].

Окислительный стресс — причина более 80 типов заболеваний, многие из которых могут приводить к преждевременному старению и даже смерти, а именно:

• Сердечно-сосудистой системы: атеросклероз, гипертония, инфаркт миокарда, инсульт.
• Дыхательной: хроническое обструктивное заболевание легких, бронхиальная астма и другие.
• Нервной: деменция, эпилепсия, болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
• Эндокринной: метаболические нарушения, диабет.
• Различных видов аутоиммунных, онкологических заболеваний.
• Снижения иммунитета: организм более уязвимым для инфекций и заболеваний.
• Психических расстройств: депрессия и биполярное расстройство.

Окисление может приводить ко многим другим заболеваниям, ускоренному старению и возрастным нарушениям. Кроме того, оно связано с воспалением, что еще больше усугубляет негативное воздействие на организм.

Подавление окислительного стресса продлевает жизнь

Автор обзора “Окислительный стресс, ограничение калорийности и старение” пришел к выводу, что нейтрализация окислительного стресса и активация антиоксидантной системы организма (ферментов, которые разрушают АФК) продлевает жизнь [14].

*Слайд обзора опубликован в журнале SCIENCE.

На графике:

Можно предположить, что оксиданты укорачивают жизнь, а снижение уровней окислительного стресса и окислительных повреждений потенциально может замедлить возрастные изменения и продлить максимальную продолжительность жизни.

Антиоксиданты

Вещества, которые нейтрализуют окислители, вырабатываются в организме, а также могут поступать извне.

Собственная антиоксидантная защита

Система антиоксидантных соединений есть в каждой клетке (ферменты, белки и другие вещества) [15]. В здоровом организме поддерживает необходимый физиологический уровень АФК, нейтрализуя избыток. Может угнетаться под действием негативных факторов и/или не справляться с повышенной выработкой АФК [10]. 

Из добавок и пищи

Содержатся в некоторых продуктах и пищевых добавках. Попадают в кровоток в сверхмалой концентрации, потому что плохо усваиваются в желудочно-кишечном тракте. Министерство сельского хозяйства США (USDA) не смогло найти убедительных доказательств в пользу того, что концентрация антиоксидантов в продуктах равноценна последующему антиоксидантному воздействию на организм [16].

Кроме того, большой размер молекулы известных антиоксидантов коэнзима Q10 и витамина С дополнительно ограничивает биодоступность и доставку к поврежденным тканям.

Избыточное потребление в попытке поднять концентрацию несет определенные риски для здоровья:

• Аллергические реакции, нарушения пищеварения, отравления и другое.
• Некоторые антиоксиданты, такие как витамин С, могут становиться свободными радикалами после передачи электрона свободному радикалу, участвующему в цепной реакции окислительного стресса.

Мнение эксперта

Г. Оменн

Доктор медицины, доктор философии, врач и исследователь. Университет Питтсбурга, США

“В среднем, после четырех лет приема добавок, комбинация бета-каротина и витамина А не принесла пользы и, возможно, оказала неблагоприятное влияние на заболеваемость раком легких и на риск смерти от рака легких, сердечно-сосудистых заболеваний…”

Источник: сайт Национальной медицинской библиотеки США PubMed “Влияние комбинации бета-каротина и витамина А на рак легких и сердечно-сосудистые заболевания”, 1996 г. [17]

Молекулярный водород — самый мощный антиоксидант, известный науке

Н2 — это два атома водорода, объединенные в одну молекулу, имеющую 2 электрона. Благодаря своим свойствам:

• останавливает цепную реакцию окислительного стресса — легко отдавая электроны свободным радикалам.
• нейтрализует причину окислительного стресса — вступая в реакцию с самой агрессивной формой АФК — гидроксильным радикалом (ОН), образуя воду, которая выводится естественным путем [18].

В отличие от других антиоксидантов, Н2:

• не имеет передозировки — безопасен, может доставляться в больших объемах и концентрациях. Например, газовая смесь водорода 97% и кислорода 3% применялась для глубоководных погружений. Токсических эффектов обнаружено не было [19].
• передавая электрон свободному радикалу, водород не становится свободным радикалом (прооксидантом) [20]. 
• из-за маленького размера молекулы легко проникает сквозь любые барьеры и мембраны — к ядру, митохондриям клеток [21].
• простые и доступные способы введения в организм. Доставляется адресно, в зависимости от метода: к органам ЖКТ, верхним слоям кожи, непосредственно в кровоток [22].
• может обеспечить высокую концентрацию антиоксидантов организме.

Антиоксидантные свойства Н2 были открыты в 2007 году. Уже опубликовано более 2000 статей и более 100 исследований на людях и животных. Водород используется в профилактике и лечении более 170 типов заболеваний и нашел применение в клиниках Европы, Азии, США. Лидером по изучению и применения Н2 является Китай.

Методы доставки H2

Водород легко вводится доступными способами, одни из них:

• ингаляции — газовая смесь водорода и кислорода поступает в легкие, откуда водород попадает в кровоток.
• насыщение водородом воды — для ванн и питья, Н2 усваивается из желудочно-кишечного тракта или проникает в организм через верхние слои кожи.

Газовая смесь для ингаляций и насыщения воды водородом вырабатывается генераторами. Они могут использоваться не только в медицинских учреждениях, но и в домашних условиях. Авторы исследований утверждают, что ингаляции могут поддерживать самую высокую концентрацию Н2 в крови.

Например, при сравнении разных методов доставки, повышенные концентрации Н2 сохранялись в течение 60 минут после ингаляции, а при других методах доставки (вода, физраствор) снижалась в течение нескольких минут [24]. Подробнее читайте в статье «Сравнение методов доставки водорода в организм«.

Заключение

Окислительный стресс — серьезная проблема для организма, приводящая к более 80 заболеваний и ускоренному старению. Стресс, плохая экология, неправильное питание, а также некоторые лекарства и жизненный образ могут быть причиной его возникновения. Однако есть способы борьбы с окислительным стрессом, такие как прием антиоксидантов, среди которых можно выделить молекулярный водород, а именно ингаляции.