Журнал «Вокруг Света» №8 за 2004 год (2767)

Медпрактикум: Плохой хороший кислород

Поиск ответов на вечный вопрос о причинах возникновения болезней и старения живого организма привел исследователей к неожиданному открытию. Как это ни парадоксально, но в разрушении и гибели клеток был изобличен кислород. С одной стороны, без этого самого распространенного химического элемента жизнь человека немыслима, с другой– именно он является виновником образования агрессивных агентов, наносящих серьезный урон здоровью. Но противостоять этим новоиспеченным «терминаторам» все же возможно, было бы желание.

На протяжении всей жизни в организме человека происходит бесконечная череда окислительных и восстановительных химических реакций с участием кислорода. Но далеко не все из них протекают до конца. В результате образуются вещества с нестабильными, обладающими высокой реакционной способностью молекулами, имеющими на внешних электронных уровнях неспаренные электроны. Такие «свободные» от одной из своих частиц молекулы получили название «свободные радикалы». Для того чтобы восстановить свой структурный баланс, они действуют весьма агрессивно в стремлении захватить недостающий электрон у любой другой молекулы. После чего та, превратившись в свободный радикал, похищает электрон у следующей, и так до бесконечности. Возникает неуправляемая цепная реакция, разрушающая полноценные клетки, что в конечном итоге сбивает работу всего организма. Этот процесс сродни коррозии, которая при неблагоприятных условиях и при непосредственном участии кислорода поражает металл ржавчиной, а затем приводит к полной потере его прочности.

Впрочем, природа ничего не делает просто так – и определенное количество свободных радикалов, или оксидантов, все же необходимо организму. Прежде всего их присутствие нужно для борьбы с вредными микроорганизмами. Вступая в реакцию с хлористым натрием плазмы, свободные радикалы высвобождают ионы хлора, которые и используются иммунной системой в качестве «снарядов» против «интервентов». В норме в организме человека 5% образовавшихся в ходе химических реакций веществ становятся свободными радикалами. Однако при эмоциональных стрессах, тяжелых физических нагрузках, травмах и истощении на фоне таких «даров цивилизации», как загрязнение воздуха, употребление в пищу консервированных и технологически неправильно переработанных продуктов, овощей и фруктов, выращенных с помощью гербицидов и пестицидов, ультрафиолетового и радиационного облучения, их количество многократно возрастает. Организм не может самостоятельно нейтрализовать эту лавину кислородных радикалов. И биохимическое равновесие «окисление—восстановление» нарушается, смещаясь в сторону окисления.

Для живых клеток наибольшую опасность представляет окисление клеточных мембран молекул полиненасыщенных жирных кислот. Этот процесс известен как «перекисное окисление липидов». Чтобы наглядно его себе представить, достаточно вспомнить, что происходит с растительным или сливочным маслом, когда оно при неправильном хранении прогоркает. Точно так же изменяются и «прокисшие» мембраны: они становятся жесткими, теряяя способность избирательно пропускать в клетку молекулы нужные ей вещества и задерживать молекулы токсинов. Оставшиеся без защиты пострадавшие клетки начинают хуже выполнять свои функции, что в конце концов приводит к их разрушению и как следствие к развитию разнообразных патологических состояний. Степень разрушения зависит от многих факторов: места и длительности воздействия «противника», типа клеточного метаболизма (обмена веществ), генетической предрасположенности человека, возраста и эмоционального состояния. У одного, к примеру, свободными радикалами прежде всего повреждаются клетки кровеносных сосудов, и тогда быстрее развиваются атеросклероз и другие сердечно-сосудистые заболевания, у других – клетки поджелудочной железы, что может привести к диабету. Если оксиданты поражают нервные клетки, то слабеют мышление и память, если сетчатку глаза – провоцируется катаракта. Но самая большая опасность возникает в том случае, если свободные радикалы, атакуя ДНК и рибосомную РНК, добираются до генетического вещества клетки, контролирующего важнейшие процессы в организме. Отсюда берут начало истоки наследственных болезней и нарушения гормонального баланса, формируются предпосылки для аутоиммунных и онкологических заболеваний.

В процессе эволюции организм человека вооружился многоступенчатой системой антиоксидантных «приспособлений», способных создать барьер против разрушающего воздействия свободных радикалов кислорода. Роль главных защитников в борьбе со свободными радикалами взяли на себя витамины А, С, Е и микроэлемент селен, названные американскими исследователями «великолепной четверкой». Они-то и строят состоящую из нескольких линий оборону.

Первый бой принимают подвижные молекулы биоантиоксидантов, обладающих способностью легко вступать во взаимодействие со свободнорадикальными формами кислорода, лишая их опасной активности. Помощниками этих природных «ловушек», представленных витаминами А, С и Е, являются полезные кишечные бактерии, воздействующие на те биохимические вещества, которые потенциально могут превратиться в свободные радикалы.

На второй «линии обороны» вступают в действие более серьезные силы, которые перехватывают инициаторов образования свободных радикалов и прерывают начатые ими цепные реакции воспроизводства новых оксидантов. Эти силы представлены белками-ферментами, или энзимами. Наш организм производит миллионы энзимов, каждый из которых отвечает за какую-то одну биохимическую реакцию.

Действие многих энзимов возможно при участии коэнзимов, или кофакторов (приставка «ко» означает, что только в кооперации, в сотрудничестве с этими веществами энзим может выполнять свою задачу). К ним относятся селен, медь, цинк и ряд других природных элементов. Они выполняют роль защитников на третьей «линии обороны», устраняя нарушения, вызванные теми оксидантами, которых не удалось перехватить ранее.

Все антиоксиданты находятся друг с другом в состоянии тонкого химического равновесия. Малейшая нехватка одного вещества – и произойдет смещение баланса, возникнут сбои во всей системе.

Витамин А начал служить делу оздоровления человека очень давно – еще древние египтяне использовали для лечения ночной слепоты вареную печень, где содержится это питательное вещество. А когда в 1913 году этот витамин впервые был выделен в сетчатке млекопитающих и назван ретинолом (от лат. retina – «cетчатка»), то обнаружилось, что его дефицит приводит к ухудшению зрения в сумерках.

От витамина А зависит наш иммунитет, так как он повышает способность лейкоцитов к поглощению и уничтожению болезнетворных микробов. Кроме того, он поддерживает нормальное состояние эпителиальных клеток внутренних органов и кожи.

Прекрасной иммунной защитой является и провитамин А– каротин, который в кишечнике человека преобразуется в сам витамин. Его выделили из моркови (откуда и пошло название) задолго до открытия витамина А.

Для успешной «оборонной» деятельности против свободных радикалов витамин А нуждается в помощнике – цинке. Этот микроэлемент, входящий в качестве кофактора в состав 350 разных ферментов, необходим для функционирования практически всех клеток организма.

Витамин С давно известен как средство, препятствующее развитию цинги («аскорбиновая кислота» в переводе с латыни буквально означает «без цинги»). Считается, что первое удачное его применение состоялось в 1535 году, когда жители Квебека спасли французских моряков, гибнущих от цинги, дав им отвар из коры и хвои кедра. Именно благодаря этому экспедиция в заливе Святого Лаврентия была спасена.

И только через несколько столетий стало понятно, что подобное действие витамина С на цингу связано с нейтрализацией им свободных радикалов. Вообще спектр воздействия этого витамина очень широк – от участия в образовании соединительно-тканых белков коллагена и эластина, служащих основой костной ткани и стенок кровеносных сосудов, до влияния на процесс снижения веса и даже улучшения настроения.

Другой мощный антиоксидант, витамин Е, прерывает цепные реакции свободных радикалов в жирах, входящих в состав клеточных мембран. Чтобы самому не окислиться в этой борьбе, витамину Е требуется содействие аскорбиновой кислоты. Вообще-то, витамин Е – это своеобразная «семья» нескольких витаминов из групп токоферолов и токотриенолов. Токоферол регулирует репродуктивную функцию и работу половых желез, нормализует свертываемость крови и кровяное давление, предотвращает развитие катаракты, активирует иммунитет, особенно у пожилых людей. Токотриенол поддерживает нормальное состояние кожи, волос, нервной и мышечной ткани.

В «связке» с витамином Е действует микроэлемент селен, который, обезвреживая перекиси липидов, образующиеся в результате действия свободных радикалов, стимулирует работу иммунной системы, предотвращает развитие вирусных и онкологических заболеваний, участвует в нейтрализации солей тяжелых металлов.

Стоит упомянуть и еще об одном помощнике «великолепной четверки» – меди. Входя в состав многих ферментов, она защищает клеточные мембраны от окисления, нормализует обмен железа, служит для образования белков соединительной ткани, обеспечивая прочность кровеносных сосудов и костей скелета.

Так почему же при нынешнем ассортименте продуктов питания люди не в состоянии восполнять нехватку витаминов и минеральных веществ? Казалось бы, съев за день полкило свежих яблок, можно удовлетворить суточную потребность организма в витамине С. На самом же деле все не так просто. По данным японского Института питания, содержание витамина С и каротина в овощах и фруктах, выращенных с применением удобрений, в 10—20 раз ниже, чем в дикорастущих плодах. Известно также, что после 6-месячного хранения они теряют до половины количества витамина С. Многие животные и растительные продукты ныне обеднены микроэлементами из-за ухудшения минерального состава почв на фоне общего загрязнения окружающей среды. К примеру, по данным Института питания РАМН, более 80% россиян испытывают недостаток селена.

Так что же делать? Принимать супердозы витаминноминеральных комплексов? Время от времени такие рекомендации появляются. Даже дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг доказывал целесообразность приема высоких доз – до 10 г аскорбиновой кислоты в день для профилактики и лечения инфекционных заболеваний, поскольку при дефиците витамина С способность лейкоцитов к уничтожению патогенных микроорганизмов резко снижается. Несмотря на то что в рекомендациях Полинга есть рациональное зерно, панацеей их считать не следует. По мнению других ученых, проводящих исследования в этой же области, сверхдозы витаминов, и в частности аскорбиновой кислоты, сокращают частоту возникновения простудных заболеваний ровно настолько, насколько это делают обычные физиологичные дозы.

Серьезным нападкам был подвергнут и бета-каротин, который заподозрили в провоцировании онкологических заболеваний. Проводившиеся в разных странах мира многолетние исследования опровергли эти предположения. Бета-каротин даже в больших дозах не обнаружил своей токсичности. Но у людей с риском возникновения рака легких его применение может несколько усилить окислительный процесс. Поэтому Научный комитет по питанию Европейской комиссии по здоровью и защите потребителей обозначил безопасную норму бета-каротина, которая обеспечивает антиоксидантные свойства этого вещества, – от 3 до 7 мг в день. В России, где овощей и фруктов употребляют меньше, чем в Европе (среднее суточное поступление не превышает 1,5—2,5 мг), целесообразно применять такое же количество бета-каротина в виде препаратов или пищевых добавок, чтобы довести общее его поступление в организм до европейской нормы.

Владимир Борисович Спиричев, доктор биологических наук, профессор Института питания РАМН, заслуженный деятель науки РФ

Процесс биологического окисления подобен горению дров в печи, но только гораздо строже зарегулированный, разбитый на последовательные этапы и происходящий под контролем специальных систем, не дающих пламени «разгореться». И подобно тому как огонь, вырвавшийся из печи, может вызвать пожары, нарушения в работе систем биологического окисления ведут к тому, что окислительные процессы приобретают неуправляемый, так называемый цепной характер. Тогда вырвавшийся на свободу кислород начинает окислять не только специально предназначенное для этого «топливо», но и сами структуры живой клетки, что ведет к образованию излишнего количества разрушителей клеток – свободных радикалов. Одним из факторов стойкого поддержания дефицита антиоксидантов является плохая их усвояемость из-за различных болезней. Если у человека снижен уровень гормонов щитовидной железы, то поступление в его организм витамина А и синтез его из каротинов существенно ограничивается. Та же картина наблюдается и при употреблении пищи, обедненной жирами и белками. Почему морковь полезнее есть со сметаной? Потому что жирорастворимые витамин А и каротины требуют для своего усвоения жиров. Усвоение витамина С и биофлавоноидов ухудшается при наличии инфекций, травм, ожогов, а также стрессов и тяжелых физических нагрузок. Дефицит витамина Е может развиться у людей с заболеваниями поджелудочной железы, желчного пузыря, а также страдающих кистами и фибромами. А потому борьбу за здоровье нельзя сводить исключительно к поддержанию биохимического баланса, хотя и не следует этим пренебрегать.