Окислювальний стрес та антиоксидантні властивості шкіри

Продовження статті, початок тут

В організмі постійно виникають вільні радикали, концентрація яких залежить від активності клітинного метаболізму: підвищується зі збільшенням поглинання клітиною кисню, опромінення, активації фагоцитозу тощо, а в разі пригнічення обмінних процесів зменшується, відбиваючи адаптаційний характер вільнорадикальної реакції. За 70 років життя людини організм виробляє близько однієї тонни радикалів кисню, необхідної для життєдіяльності. У нормі до 10–15 % споживаного організмом кисню йде на вільнорадикальне окислення, ця цифра зростає до 30 % під впливом різних провокативних факторів. Здатність оксидантів ушкоджувати білки й жири біологічних мембран, структуру РНК і ДНК робить їх високоефективними в боротьбі з патогенними мікроорганізмами (бактеріями, вірусами), старими, пошкодженими або генетично чужорідними клітинами, що забезпечили оновлення клітинних мембран і життєздатність клітини. На сьогодні відомо, що антибактеріальні, антипаразитарні, противірусні та протипухлинні функції клітин, що  фагоцитують, забезпечуються активними формами кисню. 

Варто зазначити, що навіть в умовах норми в деяких біохімічних реакціях утворюються певна (хоч і незначна) кількість вільних радикалів і є імовірність активації ПОЛ у клітині. Однак цього не відбувається у природних умовах, оскільки клітина має в своєму розпорядженні механізми антиоксидантного захисту.  

Антиоксидантні системи

Зараз  до антиоксидантів відносять ширший клас сполук, які в той чи інший спосіб знижують інтенсивність вільнорадикальних процесів. За механізмом дії їх поділяють на ферментативні, неферментативні антиоксидантні системи і «структурний» антиоксидант. 

Рис. 4. Класифікація антиоксидантів

Серед ферментативних антиоксидантів найбільше значення мають:

• супероксиддисмутазна система. Вона складається з супероксиддисмутази (СОД) і каталази. Її призначенням є інактивація супероксидних радикалів; 
• глутатіонпероксидазна система. Її компонентами є глутатіон, глутатіонпероксидаза, глутатіонредуктаза. Ця система здійснює інактивацію й руйнування гідропероксидів ліпідів.

До неферментних антиоксидантів належать:

• «справжні» – токофероли, убіхінони, нафтохінони, флавоноїди, стероїдні гормони. Їх призначення – інактивація вільних радикалів жирних кислот;
• допоміжні антиоксиданти – аскорбінова кислота (вітамін С), цистин, цистеїн. За допомогою цих сполук здійснюється регенерація «справжніх» антиоксидантів.

«Структурний» антиоксидант: в умовах нормальної двошарової будови  мембрани «хвости» ненасичених жирних кислот заховані в товщі мембрани і недоступні для вільних радикалів.

З першого погляду, здається, все просто – є вільні радикали, у відповідь є антиоксиданти. Бракує – просто додай ззовні. Але глибше розуміння цього механізму з урахуванням останніх даних про редокс-сигналізації дало відповідь на питання, чому екзогенні, тобто додані ззовні, антиоксиданти часом не мають користі.

Редокс-чутлива сигнальна система

Тепер стало очевидним існування особливої, залежної від ВР регуляторної системи, що діє при фізіологічних і патологічних станах поряд з гормональною, імунною, нейромедіаторною тощо. Основна сигнальна роль ВР – це участь у передачі неспецифічного зовнішнього сигналу до клітинного ядра, особливого багатокомпонентного сигнального ланцюга, який отримав назву редокс-сигналізації по початковій ланці, чутливій до окисно-відновного стану. Одним з найважливіших наслідків ініціації редокс-сигналізації є активація ядерних факторів транскрипції. 

Рис. 5. Редокс-сигналізація

Сьогодні відомо близько 20 редокс-чутливих факторів транскрипції, багато з яких (p53, Nrf2, p21, FoxO тощо) тією чи іншою мірою залучені до механізмів антиоксидантного захисту. Серед цих особливе місце посідає Nrf2 (nuclear E2-related factor 2), що регулює експресію генів, які містять у своїх промоторах антиоксидант-респонсивний елемент ARE (antioxidant respons(iv)e element). При цьому Nrf2 не є антиоксидантом, а контролює експресію близько 500 генів, у разі своєї активації запускає одразу кілька шляхів захисту клітин від оксидативних і токсичних ушкоджень. Серед ефектів активації шляху NRF2:

• активація систем детоксикації ксенобіотиків;
• активація синтезу глутатіону й активація ферменту супероксиддисмутази;
• підвищення синтезу шаперонів і запобігання протеотоксичності;
• зниження запалення внаслідок інгібування шляху F-kB.

З віком транскрипційна активність Nrf2 знижується, що призводить до зменшення експресії контрольованих ним генів. На сьогодні механізми вікового зниження транскрипційної активності Nrf2 не зовсім зрозумілі. У будь-якому випадку такі процеси призводять до порушення редокс-регуляції в клітинах та їхнього старіння. Активатори й інгібітори Nrf2 широко застосовують під час терапії вік-асоційованих патологій. Як фармакологічна, так і біологічна стимуляція шляху NRF2 клітини призводить до підвищення резистентності клітини до стресу та перешкоджає оксидативному стресу на епігенетичному рівні завдяки активації цілої низки генів.

Вільні радикали у шкірі

ВР у шкірі виробляються в мітохондріях, пероксісомах, ендоплазматичному ретикулумі,  мембранах та в цитозолі. 

УФ-опромінення сприяє збільшенню продукції ВР мітохондріями. Це підвищене виробництво ВР призводить до збільшеного рівня пошкодження мтДНК і, таким чином, може запустити хибне коло:

• руйнування клітинного матриксу;
• інгібування ангіогенезу;
• зниження синтезу колагену;
• зниження репаративного потенціалу;
• хронічне запалення.

Серед безлічі ксенобіотиків і полютантів, здатних індукувати продукцію ВР у шкірі, особливий інтерес становлять поліциклічні ароматичні вуглеводи. Ці плоскі ароматичні сполуки містяться у вугіллі, нафті та смолі й особливо небезпечні після спалювання.

Антиоксидантні властивості шкіри

Щоб впоратися із цими численними джерелами ВР, шкіра розробила складні й частково специфічні для шкіри антиоксидантні механізми. 

• Більшість антиоксидантів виявляють вищу концентрацію в епідермісі, ніж у дермі.
• Присутні водорозчинні антиоксиданти, такі як глюкоза, піруват і білірубін, а також жиророзчинні антиоксиданти, такі як токоферол, убихинол-10, лікопен і каротин. 
• Цікаво, що найпоширеніші антиоксиданти, виявлені у клітинах шкіри, є неферментативними. Сюди входять L-аскорбінова кислота, GSH та сечова кислота. 
• На відміну від дерми, епідерміс має вищі рівні каталази, глутатіонпероксидази, глутатіонредуктази й аскорбінової кислоти.
• Крім того, роговий шар містить вітаміни С і Е, а також сечову кислоту. 
• Іншим захисним механізмом проти ВР є сімейство білків рогового конверта. Ці білки здатні ефективно пригнічувати ВР, утворюючи внутрішньомолекулярні дисульфідні зв’язки.

Антиоксиданти виконують важливу роль, захищаючи шкіру від пошкодження УФ-випромінюванням і вільними радикалами. Однак щоб отримати від антиоксидантів максимальний ефект, їх потрібно застосовувати в помірних кількостях і регулярно, трохи підвищуючи дозу в тих випадках, коли небезпека окисного стресу особливо велика. Найкраще зарекомендували себе рослинні екстракти, що містять антиоксидантні коктейлі.

Антиоксидантний парадокс

Підвищення рівня ВР з часом є загальною рисою всіх тканин людини, особливо шкіри. Тому було зроблено багато спроб придушити ці ВР шляхом місцевого лікування шкіри або додавання антиоксидантів у надії поліпшити або навіть омолодити шкіру, що старіє. Але результати дуже суперечливі та сильно заперечуються в літературі. Спираючись на дані досліджень, можна сказати, що було продемонстровано позитивні ефекти антиоксидантної терапії, водночас інші дослідження попереджають про можливі побічні ефекти. Попри те, що мільярди доларів щорічно витрачаються на антиоксидантні добавки, модифікація перебігу хронічного захворювання або подовження життя залишається недосяжною. Численні агенти продемонстрували хіміопрофілактичні ефекти на мишачих моделях, але вони ще не були застосовані до людини. 

Насамкінець, щоб звести до мінімуму пошкодження від хронічного окисно-відновного дисбалансу, найкраще дотримуватися збалансованої та різноманітної дієти, що передбачає багато злаків, бобових, фруктів та овочів різних кольорів. Крім того, слід виробити звички здорового способу життя, такі як регулярні фізичні вправи, щоб уникнути ожиріння, відмови від паління та зниження споживання алкогольних напоїв. Прийом антиоксидантних добавок має сенс лише в разі дефіциту, намагаючись нормалізувати їхній рівень, але не як звичайна практика.