АФК, АНТИОКСИДАНТЫ, ТРАВМА НЕРВОВ, ДЕНЕРВАЦИЯ МЫШЦ

[NEUROREANIMATOR]

АФК, антиоксиданты и роль процессов СРО в скелетных мышцах после травм периферических нервов (MiniReview)

На основе многочисленных клинических и экспериментальных исследований накоплен обширный материал по патогенезу, клинике, диагностике и хирургическому лечению травматических повреждений периферических нервов (Григорович К.А., 1981; Белоусов А.Е., 1998; Артыков К.П., 2002; Курбанов З.А., 2006). Однако, в последнее время, эти факты дополнились раскрытием нового механизма повреждения нейрональных клеток (Федин А.И., 2002; Klein J.A., 2003). Доказано, что факторы «оксидативного стресса» и снижение функциональной активности антиоксидантной системы (АОС), играют важную, если не ключевую роль в патогенезе повреждений периферических нервов (Белоусов А.Е., 1998; Kurtoglu Z., 2005). Увеличение генерации активных форм кислорода (АФК), главным источником для образования которых служит деятельность транспорта электронных цепочек в эндоплазматическом ретикулуме, а особенно в митохондриях способны инициировать реакции свободнорадикального окисления (СРО), в том числе перекисное окисление липидов (ПОЛ) (Владимиров Ю.А., 2000; Зайцев В.Г., 2001; Целинский И.В., 2001; Зенков Н.К., 2001). Воспаление и локальная эндоневральная ишемия, возникающие в ответ на травму нерва, активируют фагоцитоз и стимулируют запуск систем образования АФК, в нейтрофилах и макрофагах (Kurtoglu Z., 2005; Shokouhi G., 2005). При этом снижается текучесть и повышается проницаемость нейрональных мембран для ионов Са²+ (Архипенко Ю.В., 1987; Schulte L., 1994; Харьков А.Л., 2006), инактивируются мембраносвязанные ферменты (Белоусов А.Е., 1989; Cuzzocrea S., 2001), а также повреждаются белки миелина in situ (Konat G.W., 1985; Jackman R.W., 2004), что неизбежно приводит к авторазрушению травмированного нерва. Кроме того, накопление кислых продуктов обмена ведет к развитию метаболического лактационного ацидоза, тем самым драматично усиливая реакции ПОЛ в поврежденной нервной ткани (Биленко М.В., 1989; Bagdatoglu O.T., 2006).

[NEUROREANIMATOR]

КЛАССИФИКАЦИЯ АФК. АФК – общее понятие, включающее в себя свободные кислородные радикалы и определенные нерадикальные формы производных кислорода, которые являются окислительными реакционноспособными продуктами и легко превращаются в свободные радикалы. Другими словами: «Все кислородные радикалы являются АФК, но не все АФК являются свободными радикалами». К оксидантам, кроме АФК относятся также активные формы азота, хлора и брома, которые способны вступать в реакцию с молекулами клеточной мембраны и активно участвовать в процессах ПОЛ. Номенклатура свободных радикалов и других активных форм кислорода, азота, брома и хлора представлены в таблице №1 (cм. Zip).

[NEUROREANIMATOR]

Свободный радикал – это молекула или атом, способный к независимому существованию, имеющий один или более неспаренных электрона на внешней орбите, что обусловливает его агрессивность и способность не только вступать в реакцию с молекулами клеточной мембраны, но также превращать их в другие свободные радикалы и реакционноспособные химические соединения.
Ю.А. Владимиров выделяет три категории свободных радикалов: первичные, вторичные и третичные. Сильным токсическим и разрушающим действием обладает вторая категория свободных радикалов.
Главенствующую роль из различных АФК в патогенезе развития ПОЛ при травмах нервов связывают с образованием супероксид-анион радикала (O2 •¯) и свободнорадикальной окиси азота (NO•) (Зефиров А.Л., 2001; Cuzzocrea S., 2001; Bagdatoglu O.T., 2006). Супероксид- анион радикал переходит в более токсичные формы – гидроксильные радикалы, окислительное действие которых значительно усиливается в присутствии пероксида водорода. Активация NO – синтетазы в нейтрофилах и макрофагах ведёт к увеличению синтеза оксида азота в нервно-мышечных синапсах. Оксид азота довольно быстро вступает в реакцию с супероксидным радикалом, образуя мощные оксиданты, а именно пероксинитрит, гидроксил-радикал и другие реакционноспособные соединения. Однако некоторые авторы считают, что в условиях патологии NO• может фактически замедлять реакции ПОЛ, действуя как скавенджер кислородных радикалов и, что взаимодействие между O2 •¯ и NO• является биологически значимым путём детоксикации АФК (Laskin J.D., 1999; Крупаткин А.И., 2003).

[NEUROREANIMATOR]

В настоящее время выявлены некоторые механизмы действия отдельных групп химических соединений, проявляющих антиоксидантные эффекты, а также обнаружены структурные компоненты, наличие которых в молекуле вещества являются необходимым или существенным фактором для проявления препаратом антиоксидантных свойств.
Общие свойства АО, проявляющиеся на уровне клеток, включают в себя:
• нейтрализацию свободных радикалов или снижение их местной концентрации;
• удаление каталитических ионов металлов;
• дезактивируют «ключевые» реактивные метаболиты кислорода; прерывание разветвления цепей ПОЛ;
• предотвращение последующего образования свободных радикалов; устранение повреждения молекул клеток тканей и минимизация проявления их мутаций.

[NEUROREANIMATOR]

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТИОКСИДАНТОВ. Все антиоксидантные препараты могут быть разделены на АО косвенного действия и АО прямого действия (см. таблицу №2 – Zip – пост №2).
АО косвенного действия – способны снижать интенсивность свободнорадикального окисления от клеточных органелл до целого организма. Механизмы их действия могут быть различны: активация (реактивация) антиоксидантных ферментов, подавление в организме реакций, приводящих к образованию АФК, сдвиг реакций свободнорадикального окисления в сторону образования менее реакционноспособных соединений, селективная индукция генов, кодирующих белки систем АОС и репарации повреждений, нормализация обмена веществ.
АО прямого действия – «любая субстанция, которая присутствуя в среде, в низкой концентрации, сравнимой с концентрацией способного окисляться субстрата, достоверно снижает или предотвращает окисление этого субстрата». Другими словами АО прямого действия обладают непосредственными антирадикальными свойствами.

[NEUROREANIMATOR]

С различной степенью успеха для стимуляции регенерации и терапевтической коррекции процессов в системе ПОЛ/АОС после хирургического восстановления периферических нервов применяются естественные и различные группы синтетических антиоксидантов (АО). Доказано, что дефицит Вит. Е у моделей крыс после невротомии седалищных нервов негативно влияет на регенерацию миелиновых волокон и на число сенсорных волокон в поврежденном нерве, однако не было выявлено достоверной разницы в изменении числа немиелиновых волокон (Cecchini T., 1994; Enrione B.E., 1999). В другом исследовании как кратковременное (2 недели) так и долгосрочное (в течение 12 месяцев) введение Вит. Е взрослым крысам в результате показало более полное восстановление нейроваскулярных функций после реконструкции нервов (Khodr B., 2003).
На основе полученных данных установлено, что аскорбиновая кислота (АК) потенциально имеет существенное влияние на снижение уровня МДА после экспериментальной компрессии седалищных нервов крыс, а также в результате патологического воздействия холодового фактора (Teixeira F., 2002; Shokouhi G., 2005). У крыс, получавших АК немедленно после травмы седалищных нервов, в малой дозе (100 мг/кг) отмечалось снижение МДА на 26%; в высокой дозе (500 мг/кг) на 28%, однако уровень МДА все равно был в 2,6 раза выше по сравнению с интактными животными (Shokouhi G., 2005). J. Racek (Racek J., 2000) утверждает, что АК может проявлять и прооксидантные свойства и более эффективным является её применение в комбинации с другими группами препаратов.
Изучено терапевтическое действие эспа – липона и глиатилина на модели комерессионной невропатии седалищных нервов крыс (Живолупов С.А., 2002). В частности применение эспа - липона, в течение 1 месяца, улучшало морфофункциональную активность миелинообразующих леммоцитов, их пролиферацию и процесс ремиелинизации в поврежденных нервах, а глиатилин оказывал отчётливое действие на сохранность аксонов травмированных нервов. В другом исследовании после применения зелённого чая отмечено снижение явлений аллодинии и механической поведенческой гипералгезии на модели компрессионной невропатии седалищных нервов крыс (Renno W.N., 2006). Было проведено несколько исследований c использованием левокарнитина, на моделях с частичными анатомическими перерывами седалищных нервов крыс (Fernandez E., 1989; Mc Kay Hart, 2002; Wilson A.D., 2003). Препарат L-карнитин или ацетил L-карнитин (ALCAR) является левовращающим изомером отечественного препарата карнитина хлорида, который относится к синтетическим метаболическим веществам, проявляющим выраженные антиоксидантные свойства. Впервые был выделен из экстракта мышечной ткани В.С. Гулевичем в 1900 году. Он замедляет вступление нейронов в посттравматический апоптоз, ограничивает зону поражения нервной ткани, увеличивает число сенсорных волокон в поврежденном нерве. Двигательная функция восстанавливается, согласно эксперименту, на 56 день после травмы (Fernandez E., 1989). В дозировке 10 мг/кг и 50 мг/кг в день исключает потерю чувствительных нейрональных клеток в спинномозговых узлах L4-L5, а в малых 5 мг/кг в день- потеря клеток равна- 12%; 1 мг/кг- 19%; 0,5 мг/кг в день-23% соответственно (Mc Kay Hart, 2002; Wilson A.D., 2003).
Тем не менее, несмотря на обширный перечень существующих препаратов с антиокислительными механизмами действия, ни один из них не может рассматриваться как «универсальный» антиоксидант, вследствие относительно узкого спектра клинико-фармакологических воздействий, отсутствия убедительной доказательной базы клинической эффективности с позиций современных требований и наличия достаточного количества побочных действий.

[NEUROREANIMATOR]

Несмотря на то, что в литературе достаточно полно рассмотрены звенья патогенеза окислительного повреждения при травмах нервов и предприняты попытки восстановления баланса в системе ПОЛ/АОС после их реконструкции, однако в этих исследованиях не отражаются сведения о динамике протекания этих процессов в скелетных мышцах конечностей (Muller F.L., 2007; Bhattacharya A., 2009). Прекращение нервной проводимости также инициирует каскад биохимических сдвигов протекания реакций СРО в скелетных мышцах. Установлено патологическое воздействие оксидативного повреждения в течение старения, гиподинамии, иммобилизации конечностей и нейродегенеративных заболеваниях сопровождающихся в той или иной степени недостатком иннервации (Monani U.R., 2005; Mahoney D.J., 2006; Морозов В.И., 2006; Muller F.L., 2006). Однако литературные данные, констатирующие факты изменения стационарного состояния ПОЛ и уровня АОС при травмах периферических нервов малочисленны. Доказано, что усиление процессов ПОЛ является значимым патогенетическим фактором приводящим к атрофии скелетных мышц конечностей вследствие денервации, обусловленной травмами периферических нервов. В то же время, степень разветвления реакций СРО и механизмы, лежащие в основе необратимых изменений мышц при денервационной атрофии остаются слабо изученными.
Существуют мнения, что необратимые явления в денервированных мышцах в условиях активации ПОЛ связаны с рядом процессов. Во – первых происходит образование в липидном бислое мембран миоцитов перекисных кластеров (полярных сквозных каналов проницаемости), приводящих к накоплению внутриклеточной концентрации кальция, усилением активности калпаинов (нелизосомальных цистеиновых протеаз), что неизбежно заканчивается распадом интегральных белков (Jackman R.W., 2004). Во – вторых за дефицитом энергетического обмена следует нарушение деятельности металлозависимых антиоксидантных энзимов, что ведёт к развитию постденервационного апоптоза митохондрий мышечных волокон. Peter J. Adhihetty (2007) в своей работе утвеждает, что повышение свободных радикалов кислорода происходит в субсарколемальных митохондриях скелетных мышц через 7, 12 и 21 дня с момента денервации, в то время как в интромиофибриллярных снижается до 40 – 50%, а уровень MnСОД снижается до 40 – 55% с 14 по 21 день после полной экспериментальной денервации седалищных нервов крыс. Однако A. Bhattacharya не отмечал увеличения АФК в изолированных митохондриях камбаловидной и икроножной мышц крыс через 7 дней после трансекции седалищного нерва, а развитие необратимых нарушений связывал с действием цитозольной фосфолипазы А2 и выработкой гидроперокидов.
Все проведенные исследования были выполнены на модели изолированной денервации, однако отсутствуют работы рассматривающие сдвиги в системе ПОЛ/АОС в денервированных мышцах после комбинированных травм нервов и сочетанной с повреждениями сосудами денервацией. Экспериментально в ранние сроки выявлено, что при изолированной денервации скелетных мышц крыс в 3 раза отмечается повышение АФК, в 2 раза активируются процессы ПОЛ, а деятельность АОС (СОД, глутатион – редуктаза) повышается от 30 до 50% (Brazaluk A.Z., 1997). В других работах также отмечено повышение уровня ПОЛ, в изолированных митохондриях скелетных мышц, более чем на 100% и активизации АОС после 7 дней денервации, что сопровождалось с выраженным снижением массы мускула (Muller F.L., 2007). Также доказано, что дисбаланс СРО в мышечной ткани наиболее был выражен у 32 месячных крыс по сравнению с 10 и 28 месячными животными. В свою очередь, использование субстанций стимулирующих рост тканей (нейроболил, тироксин) увеличивало в 3 – 5 раз деятельность противоокислительных энзимов, за счет чего степень атрофии мышечных волокон снижалась, что еще раз подтверждает корреляционную зависимость между ПОЛ и АОС, а также доказывает повреждающее влияние индуцированных процессов ПОЛ в развитии денервационных атрофий (Brazaluk A.Z., 1997).

[NEUROREANIMATOR]

ЛИТЕРАТУРА:
• Архипенко Ю.В. Сравнительная оценка влияния недостаточности витамина Е на ПОЛ и транспорта Са в сердце и скелетных мышцах. / Ю.В. Архипенко, Л.М. Джанфидзе // Вопр. Мед. химии. – 1987. – №1. – С.122-126;
• Артыков К.П. Повреждение периферических нервов: учебно-методическое пособие. / К.П. Артыков; Таджикский ин-т последипломной подготовки медицинских кадров. – Душанбе, 2002. – 39с.;
• Белоусов А.Е. Пластическая, реконструктивная и эстетическая хирургия. / А.Е. Белоусов; СПб.: Гиппократ, 1998. – 774с.;
• Биленко М.В. Ишемические и реперфузионные повреждения органов (молекулярные механизмы, пути предупреждения и лечения). / М.В. Биленко; М.: Медицина, 1989. – 368 с.;
• Владимиров Ю.А. Биологические мембраны и незапрограмированная смерть клетки. // Ю.А. Владимиров // Соровский Образовательный Журнал. – 2000. – Т.6, №12. – С. 13-19;
• Влияние эндогенного оксида азота на функцию нервно-мышечного аппарата. // А.Л. Зефиров [и др.] // Рос. Физиол. Журн. им. И.М. Сеченова. – 2001. – Т.87, №4. – С.499-506;
• Григорович К.А. Хирургическое лечение повреждений нервов. / К.А. Григорович. – Л.: Медицина, 1981. – 304с.
• Зайцев В.Г. Модельные системы перекисного окисления липидов и их применение для оценки антиоксиданотного действия лекарственных препаратов: автореф. дисс….канд. биол. наук: 14.00.25, 14.00.04 // В.Г. Зайцев; Волгоградская ВМА. – Волгоград, 2001. – 23с.;
• Закономерности демиелинизации и ремиелинизации невральных волокон при лечении глиатилином и эспа-липоном экспериментальной компрессионной невропатии. / С.А. Живолупов [и др.] // Хирургия периферической нервной системы: материалы III съезда нейрохирургов России. – Санкт-Петербург, 2002. – С. 525;

[NEUROREANIMATOR]

• Зенков Н.К. Окислительный стресс. Биохимический и патофизиологический аспекты. / Н.К. Зенков, В.З. Ланкин, Е.Б. Меньщикова. – М., 2001. – 340с.;
• Крупаткин А.И. Клиническая ангиофизиология конечностей (переваскулярная иннервация и нервная трофика). / А.И. Крупаткин. – М.: Научный мир, 2003. – 328 с.;
• Курбанов З.А. Лечение последствий повреждения сосудисто – нервных пучков верхних конечностей: автореф. дисс….канд. мед. наук: 14.00.27/ З.А. Курбанов; ТГМУ им. Абуали ибн Сино. – Душанбе, 2006. – 27с.;
• Морозов В.И. Морфологические и биохимические аспекты повреждения и регенерации скелетных мышц при физических нагрузках и гиподинамии. (Обзор). / В.И. Морозов, Г.А. Сакута, М.И. Калинский // Морфология. – 2006. – Т. 129, № 3. – С. 88 -96;
• Нарушения в системе «перекисное окисление липидов – антиоксиданты» и пути их коррекции при трансплантации кровоснабжаемых комплексов тканей. / А.Е. Белоусов [и др.] // Вестн. хир. – 1989. – Т.143, №11. – С. 86-90;
• Федин А.И. Оксидантный стресс и применение антиоксидантов в неврологии. / А.И. Федин // Атмосфера. Нервные болезни. – 2002. - №1. – С. 15-18;
• Харьков А.Л. Показатели перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы после классических, мини-инвазивных и комбинированных пластических операций. / А.Л. Харьков // Украiнський медичний часопис. – 2006. – №3(53) – V/VI. – С. 102-105;
• Целинский И.В. Цепные процессы в органической химии и биологии. / И.В. Целинский, И.В. Шугалей, С.А. Лукогорская // Рос. хим. ж (Ж.Рос. хим. об-ва им. Д.Е. Менделеева. – 2001. – Т. XLV, №2. – С. 35-45;

[NEUROREANIMATOR]

• A vitamin E- deficient diet affects nerve regeneration in rats. / Enrione B.E. [et. al.] // Nutrition. – 1999. – Vol.15, №2. – P. 140-144;
• Absence of CuZn superoxide dismutase leads to elevated oxidative stress and acceleration of age-dependent skeletal muscle atrophy. / Muller F.L. [et.al.] // Free Radic. Biol. Med. – 2006. - № 40. – P. 1993–2004;
• Antioxidant therapy: a new pharmacological approach in shock, inflammation and ischemia / reperfusion injury. (Review) / S. Cuzzocrea [et.al.] // Pharmacological. Review. – 2001. – Vol.53, №1. – P. 135-159;
• Brazaluk A.Z. Possible mechanism of metabolic disturbance in gastrocnemicus muscle after denervation. / A.Z. Brazaluk // Ukr. Biokhim. Zh. – 1997. – Vol. 69, № 3. – P. 91 – 103;
• Denervation induced cytosolic phospholipase A2 mediated fatty acid hydroperoxide generation by muscle mitohondria. / A. Bhattacharya [et.al.] // J. Biol. Chem. – 2009. – Vol. 284, №1. – P.46-55;
• Denervation – induced skeletal muscle atrothy is associated with increased mitochondrial ROS production. / F.L. Muller [et.al.] // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. – 2007. – Vol. 293, № 3. – P. 1159 – 1168;
• Effect of denervation on mitochondrially mediated apoptosis in skeletal muscle. / P.J. Adhihetty [et.al] // J. Appl. Physiol. – 2007. – № 102. – Р.1143- 1151;
• Effect of L-carnitine, L-acetylcarnitine and gangliosides on the regeneration of the sciatic nerve in rats. / E. Fernandez [et.al] // Neurol. Res. – 1989. – Vol.11, №1. – P.57-62;
• Effect of short-term and long-term antioxidant therapy on primary and secondary ageing neurovascular processes. / B. Khodr [et.al] // J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. – 2003. – Vol.58, №8. – P. 698-708;
• Effect of trapidil after crush injury to a peripheral nerve. / Z. Kurtoglu [et. al] // Acta Med. Okayama. – 2005. – Vol. 59, № 2. – P. 37-44;
• Green tea pain modulating effect in sciatic nerve chronic constriction injury rat model. / Renno W.N. [et. al.] // Nutr. Neurosci. – 2006. – Vol.9, № 1-2. – P. 41-47;
• Halliwell B. Oxidative stress and neurodegeneration: where are we now? (Review) / B. Halliwell // J. Neurochem. – 2006. – № 97. – P. 1634-1658;
• Jackman R.W. The molecular basis of skeletal muscle atrophy. (Review) / R.W. Jackman, S.C. Kandarian // Am. J. Physiol. Cell Physiol. – 2004. – № 287. – Р. 834-843;
• Klein J.A. Oxidative stress, cell cycle, and neurodegeneration. / J.A. Klein, S.L. Ackerman // J. Clin. Invest. – 2003. - № 111. – P. 785-793;
• Konat G.W. Effect of reactive oxygen species on myelin membrane proteins. // G.W. Konat, R.C. Wiggins // J. Neurochem. – 1985. – № 45. – Р.1113-1118;

[NEUROREANIMATOR]

• Laskin J.D. Cellular and molecular biology of nitric oxide. / J.D. Laskin, D.L. Laskin; N.-Y., Basel 1999. – 388 p.;
• Monani U.R. Spinal muscular atrophy: a deficiency in a ubiquitous protein; a motor neuron-specific disease. / U.R. Monani // Neuron. – 2005. - № 48. – P. 885–896;
• Neuroprotective effect of ascorbic acid in experimental blunt sciatic nerve injury in rat. // Shokouhi G. [et. al.] // J. Nutrition and Wellness. – Vol.1, №2– 2005;
• Oxidative stress and antioxidant enzyme upregulation in SOD1-G93A mouse skeletal muscle. / D.J. Mahoney [et. al.] // Muscle Nerve. – 2006. – № 33. – Р. 809–816;
• Primary sensory neuronal rescue with systemic acetyl-L-carnitine following peripheral axotomy. A dose- response analysyis. / A.D. Wilson [et.al] // Br. J. Plast. Surg. – 2003. – Vol.56, №8 – P. 732-739.
• Racek J. Antioxidative properties of ascorbic acid. / J. Racek, V. Holecek, L. Trefil // Cas. Lek. Cesk. – 2000. – Vol. 139, №19. – P. 583-587;
• Regeneration of unmyelinated peripheral axons in vitamin E – deficient rats. / Cecchini T. [et. al.] // Ital. J. Anat. Embriol. – 1994. – Vol. 99, №2. – P.81-90;
• Roles of nitric oxide, malondialdehyde, and fibronectin in an experimental peripheral nerve ischemia-reperfusion model. / Bagdatoglu O.T. [et. al.] // Microsurgery. – 2006. – Vol.26, №3. – P. 207-211;
• Sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump expression in denervated skeletal muscle. / L. Schulte [et.al.] // Am. J. Physiol. Cell Physiol. – 1994. – № 267. – Р. 617-622;
• Systemic acetil-L-carnitine eliminates sensory neuronal loss after peripheral axotomy: a new clinical approach in the management of peripheral nerve trauma. / Mc Kay Hart [et.al] // Exp. Brain Res. – 2002. – № 145. – P. 182-189;
• Use of antioxidants for the prophylaxis of cold-induced peripheral nerve injury. / Teixeira F. [et. al.] // Mil. Med. – 2002. – Vol.167, №9. – P.753-755;

[Vlad34]

Коллега, скажите пожалуйста, а зачем Вы это здесь напечатали?