Файл: Тарусов Б.Н. Сверхслабое свечение биологических систем.pdf

выясненным, причинам высокое содержание этих антиокси­ дантов, т. е. полное ингибирование реакций, вредно для су­ ществования клетки и необходимо некоторое равновесие между количеством естественных антиоксидантов и количе­ ством окисляющихся липидов. Сейчас выдвигается гипотеза о том, что функциональная целостность липидных структур клеток поддерживается двумя факторами: равновесием между антиоксидантами-токоферолами и анти-антиоксидантом, раз­ рушающим токоферолы — витамином А, который также пред­ ставляет собой липид. Всякое нарушение этого равновесия влечет за собой нарушения функций клеток.

Так как сверхслабое излучение отражает кинетические за­ кономерности протекания окислительных процессов в липи­ дах, регулируемые антиоксидантами, то встает вопрос — в какой мере при помощи измерения кинетических параметров реакции по сверхслабому свечению можно получить инфор­ мацию о состоянии системы антиоксидантов и нарушениях, там происходящих.

Физико-химические работы по анализу кинетики окисли­ тельных реакций в присутствии антиокислителей показали, что при определенных соотношениях окисляющегося вещества и антиокислителя цепная реакция будет медленно развиваться по закону самоускорения А * с постоянной скоростью, при которой концентрация всех продуктов, участвующих в реак­ ции, должна оставаться постоянной. В условиях же стационар­ ного режима антиокислитель постоянно расходуется, так как в каждом акте взаимодействия молекулы антиокислителя с радикалом происходит гибель и того и другого. В результа­ те реакции концентрация антиокислителя падает. Когда она снизится до критического порога, реакция сразу же перехо­ дит в нестационарный режим и начинает автоускоряться; это уже будет переход от нормы к патологии. Эти изменения скорости расходования антиоксиданта в зависимости от усло­ вий протекания реакции изучались химической кинетикой. На многочисленных примерах было показано, что реакция в мас­

однако после израсходования ингибитора начинается его бы­ строе разрушение.

Для длительного поддержания стационарного состояния необходимо, чтобы концентрация основных продуктов постоян­ но возобновлялась. Как известно, в животном организме антиоксиданты не синтезируются. С точки зрения термодина­ мики подобная система является открытой. В открытых си­ стемах должны существовать непрерывные компенсирующие потоки и только при их существовании возможно равновесие.

Основным условием постоянства протекания реакции слу-

32

поток распада, b — поток поступления вещества. Равновесие сохраняется только при равенстве потоков расхода антиокси­ дантов и поступления их извне. Естественно, что расход антиоксиданта, т. е. величина потока, будет зависеть от ско­ рости реакции, которая развивается при данном стационар­ ном равновесии. Чем выше скорость, тем больше должны быть потоки; наконец, наступает критическая величина рас­ ходования, которая уже не сможет компенсироваться прито­ ком. Содержание антиоксидантов в системе будет характери­ зовать возможности системы поддерживать стационарное со­ стояние, т. е. нормальное функционирование.

Для учета баланса антиоксидантов была сделана попыт­ ка оценивать суммарную антиоксидативную активность кле­ точных липидов с помощью сверхслабого свечения. Для этой цели была использована олеиновая кислота, окисляющаяся в присутствии воздуха. Реакция развивается в олеиновой кисло­ те по кинетике цепных разветвленных реакций, и в ходе ее возникают перекиси и перекисные радикалы:

R -+ 0 2^ ROO-, ROO- + R H - * ROOH + R-.

При введении антиоксидантов в эту окисляющуюся систе­ му через некоторое время реакция замедляется вследствие того, что антиоксидант, реагируя с радикалами или перекися­ ми, уменьшает их концентрацию:

R -+ А -> RH + А-

R ОО- + АН -+ R ООН + А-,

что отмечается по уменьшению интенсивности сверхслабого излучения олеиновой кислоты.

Это постоянно наблюдалось при действии таких ингиби­ торов окисления, как цистеин, бетамеркаптоэтиламина, тиомочевины и т. д. Замедление объясняется тем, что образовавший­ ся здесь радикал А■ менее активен, нежели перекисный, и не способен продолжать цепь. Нам во время прохождения реакции удалось обнаружить эффект несколько аномально­ го характера. Через короткий промежуток времени при до­ бавлении порции раствора антиокислителя начинается зна­ чительное усиление хемилюминесценции — «вспышка», про­ должающаяся от 10 до 30 мин при температуре около 50° С; затем начинается снижение свечения и уменьшение скорости окисления. Эта вспышка с различным временным течением наблюдалась при введении в окисляющуюся олеиновую кис­ лоту или окисляющиеся жиры животного и растительного происхождения различных ингибиторов окисления — цистеи­ на, меркаптоэтиламина, некоторых антибиотиков, не содер­ жащих серу, аминов и т. д.

При изучении реакции было установлено, что максималь­ ный выход хемилюминесценции наблюдается тогда, когда при реакции окисления имеется максимальное накопление пере­ кисей и перекисных радикалов (Тхор, 1965). Эти работы не­ сколько дополняют наши представления о механизме сверх­ слабого свечения биологических систем. Полученные данные говорят о том, что при наличии в липидах антиоксидантов, некоторая часть высвечивания приходится и на их долю. При­ ходится допустить, что при взаимодействии антиоксиданта с радикалами в окисляющемся субстрате происходит в пер­ вом приближении взаимодействие такого характера:

/? •+ АН - RH + Л « - * Я / / + А + Ь

ROO-+ АН -> R ООН + A *-* R ООН + А + ftv

Более глубокий анализ и сопоставление временных пара­ метров прохождения вспышки при действии антиоксидантов с химическим определением перекисного числа показали, что при возникновении вспышки и во время ее развития перекисное число не меняется, а падение количества перекисей на­ чинается позже. Это говорит о том, что излучательное взаи­ модействие происходит, вероятно, с радикалами типа R. Та­ кого же рода исследование проведено с липидными экстрак­ тами из тканей печени животных; было обнаружено, что эти экстракты (как спиртовые, так и эфирные) при прибавлении к окисляющейся олеиновой кислоте дают также вспышку та­ кого же временного характера.

При вспышке, которая происходила при прибавлении эфирного экстракта, мы наблюдали ту же картину, которая характерна для реакции с цистеином, бетамеркаптоэтиламином. Антиоксиданты эфирной вытяжки в данном случае инги­ бируют развитие окислительной реакции в олеиновой кисло­ те, реагируя с радикалами R'. При прибавлении к олеиновой кислоте спиртовой вытяжки из того же органа также наблю­ дается вспышка, которая развивается в несколько укорочен­ ные сроки, но при этом одновременно происходит падение перекисного числа.

Подобные факты говорят о том, что природа антиоксидан­ тов, извлекаемых из липидов эфиром и спиртом, несколько различна. При эфирной экстракции извлекаются ингибиторы радикального типа, при спиртовой вытяжки — ингибиторы перекисей. Необходимо учитывать, что при экстракции эфи­ ром извлекаются свободные липиды тканей, а при экстракции спиртом — связанные липиды, из которых построены липо­ протеиновые комплексы. Эти исследования позволяют сделать вывод, что антиоксиданты, извлекаемые экстракцией из тка­ невых липидов, могут быть обнаружены по эффекту вспыш­ ки.

1 А* — радикал в возбужденном состоянии.

34

В подкрепление этого положения можно еще отметить,

тельной жидкости корней пшеницы и ячменя антиоксиданты, содержащие серу, установил, что наблюдаемое сверхслабое излучение корней на некоторый промежуток времени усили­ вается и только после этого происходит эффект торможения излучения.

Это дало основание для того, чтобы применить эффект вспышки для обнаружения антиоксидантов в тканях живот­ ных и растений. С помощью такого метода произведено изу­ чение содержания антиоксидантов в различных органах жи­ вотных и изменение их при патологиях и изменении физиоло­ гических условий. Так, в работе А. И. Джофарова (1965) изучалось изменение интенсивности сверхслабого свечения при действии температуры на животные ткани (мышцы, пе­ чень, кожа). При этом были обнаружены в основном те же закономерности, как и при изменении температуры у расте­ ний (табл. 8).

Здесь при снижении температуры интенсивность свечения также снижалась, и практически ее нельзя было заметить уже при температуре 10° С. Далее при понижении темпера­ туры вплоть за замораживания свечение не появлялось. Вспышка закономерно возникала при оттаивании мышцы при

температуры приводило к более интенсивному возрастанию свечения, чем при снижении ее.

У мышц, обработанных глицерином по рецептуре, при­ меняемой при консервировании тканей, предназначенных для пересадки, интенсивность низкотемпературной вспышки при оттаивании значительно ниже, и кривая изменения свечения

при обратном ходе почти совпадает с кривой, полученной при снижении температуры. При обработке ткани цистеамином, являющимся, как известно, ингибитором окислительных реак­ ций, свечение почти полностью гасится.

низирующих излучений, происходящее усиление свечения сопровождается повышением расхода антиоксидантов, по­ следнее увеличивается также при росте и клеточном де­ лении.

На этом основании А. И. Журавлевым и В. П. Корженко (1963) была выдвинута концепция, что у тех животных, у ко­ торых происходит интенсивный рост и деление клеток, долж­ но быть повышенное содержание антиоксидантов в липидах. Интенсивность роста, согласно этому предположению, может повышаться только тогда, когда есть запас антиоксидантов, который может компенсировать их повышенный расход. Это вполне логично с точки зрения термодинамики открытых си­ стем. В любых физиологических условиях клетка будет функ­ ционировать нормально, если реакции в ней будут развивать­ ся стационарно. Способность клеток приспосабливаться к экстермальным условиям зависит от того, в какой мере и в каких пределах она сможет переходить на другие стационар­ ные уровни, особенно на высшие, когда стационарный уро­

36