Роль окисного стресу в патогенезі старіння шкіри

Існує безліч теорій, що пояснюють причини старіння: еволюція, мітохондріальна теорія, глікозилювання білків, ушкодження ДНК, накопичення помилок, межа Хейфліка й теорія теломер, онтогенетична теорія Дільмана, імунологічна теорія. Одну з основних – теорію оксидативного стресу (вільних радикалів – ВР) – вперше було сформульовано у 1950-х роках D. Harman, який висунув гіпотезу, за якою є деякі загальні механізми, що модифікуються генетичними й негенетичними факторами та призводять до акумуляції в організмі з віком ендогенних активних молекул – ВР кисню. Біологи вважали припущення американця надто простим для пояснення такого складного процесу, як старіння. На якийсь час теорія була забута, але до неї повернулися 1972 року, коли з’явилися нові дані. За наступні 50 років накопичено величезний експериментальний матеріал, що підтверджує участь вільних радикалів у старінні. З різних аспектів проблеми опубліковано безліч робіт, в тому числі й оглядового характеру. Разом з тим слід зазначити, що через  складність і багатогранність  хімії /біохімії активних форм і радикалів кисню система загальних і приватних уявлень про біохімічні механізми функціонування про- й антиоксидантних систем організму людини в умовах норми та патології досі перебуває в стадії формування. 

Окислення та формування окисного стресу  

Оксидативним стресом називають процес ушкодження клітини внаслідок окислення. У процесі життєдіяльності будь-якого організму в клітинах і міжклітинному просторі відбувається один із найуніверсальніших процесів – утворення ВР. Вільні радикали являють собою молекули (фрагменти молекул), що володіють одним (або більше) неспареним електроном. Вони становлять особливий клас хімічних речовин, що відрізняються за атомарним складом, але всі характеризуються наявністю у молекулі непарного електрона. ВР – неодмінні супутники кисню, які мають високу хімічну активність.

Вважається, що однією з перших глобальних екологічних катастроф, що відбулися на нашій планеті, було «забруднення» біосфери молекулярним киснем – продуктом життя синьо-зелених водоростей. Сталося вимирання більшої частини древніх анаеробних прокаріотів, а далі – поява величезної різноманітності тварин і рослинних організмів. В них з’явилися ефективний енергопродукувальний механізм (окисне фосфорилювання) й універсальний механізм біотрансформації ксенобіотиків. Багатоклітинні організми навчилися використовувати реакційні продукти неповного відновлення О2 для свого захисту від бактеріальних агресій, а також як ефективний механізм усередині та міжклітинній комунікації.

Кисень – один з найпоширеніших хімічних елементів планети та найпоширеніший елемент біосфери. Сполуки кисню входять до складу біомакромолекул усіх живих організмів. Але поряд з окисним фосфорилюванням в аеробних організмах постійно відбуваються реакції часткового відновлення кисню – утворення активних форм і радикалів цього окислювача. Кисневі радикали хімічно дуже активні, і деякі з них здатні ковалентно модифікувати структуру макромолекули. 

Рис. 1. Природа вільних радикалів у клітинах

При взаємодії вільного кисневого радикала з органічною сполукою може спостерігатися кілька типів реакцій, спрямованих на пошкодження білків, нуклеїнових кислот і ліпідів біологічних мембран клітин. 

Рис. 2. Типи реакцій

Окислення ненасичених жирних кислот у складі клітинних мембран – один із основних ефектів ВР. Пероксидне окиснення ліпідів (ПОЛ) – це вільнорадикальне окиснення ненасичених жирних кислот, що входять до складу фосфоліпідів клітинних мембран. 

Особливості перебігу реакцій:

• ланцюговий характер – не відбувається знищення ВР, і в процес залучаються все нові й нові молекули ненасичених жирних кислот;
• розгалуженість – у нестримної кількості з’являються ВР, джерелом яких є проміжні продукти ПОЛ.

Врешті решт неконтрольована пероксидація ліпідів проявляється зниженням плинності мембран, полегшенням переходу молекул фосфоліпідів з одного моношару мембран в інший, збільшенням проникності мембран для різних субстанцій (K+, Ca2+ тощо), ковалентною модифікацією і зміною функціональної активності мембранних протеїнів, рецепторів, ензимів й іонних каналів. 

Джерела вільних радикалів

Окисний стрес може бути пов’язаний з ендогенним стресом або екзогенними джерелами вільних радикалів. 

Рис. 3. Джерела вільних радикалів

Екзогенними джерелами, що індукують збільшення утворення радикалів, є:

• іонізаційне випромінювання;
• куріння;
• УФ-випромінювання;
• полютанти;
• побічні ефекти лікарських препаратів і токсичних хімічних речовин;
• надлишок кисню та збільшення концентрації кисню.

Ендогенні фактори, що призводять до окисного стресу та супроводжують патологічні стани, такі:

• постійне оновлення пулу імунокомпетентних клітин (фагоцитів) й активація на місце травми;
• блокування біохімічних процесів внаслідок порушень мітохондріального електронного ланцюга;
• зниження захисних функцій, зокрема зниження активності антиоксидантних ферментів;
• зниження рівня антиоксидантів;
• блокування біохімічних процесів у результаті мутації або «пошкодження» антиоксидантів.

У більшості соматичних клітин виділяють три основні джерела ВР: мітохондрії, пероксисоми  та мембранні NAD(P)H-оксидази.

В продовження матеріалу поговоримо про фізіологічну роль вільнорадикального окислення та антиоксидантні системи нашого організму.