Статья: Маркеры оксидативного и нитрозивного стресса при хронической обструктивной болезни легких и бронхиальной астме

Маркеры оксидативного и нитрозивного стресса при хронической обструктивной болезни легких и бронхиальной астме

Климанов И.А.¹,

Соодаева С.К.¹,

Попова Н.А.¹,

Татаурова Н.Н.¹,

Хорошаева А.В.¹

Аннотация

В обзоре показано, что в настоящее время большое внимание уделяется изучению прогностических и диагностических маркеров оксидативного и нитрозивного стресса (ОС и НС) при хронической обструктивной болезни легких и бронхиальной астме (ХОБЛ и БА). Представлены основные маркеры НС и ОС, определяемые в различных биологических средах. Обоснована значимость сайтспецифических неинвазивных маркеров ОС и НС в респираторном тракте (РТ) при ХОБЛ и БА. Произведена оценка сложности определения показателей высокореактивных активных форм кислорода и азота (АФА и АФК) в клинической практике. Показана значимая роль конденсата выдыхаемого воздуха (КВВ), как предпочтительной биологической среды для определения сайтспецифических маркеров ОС и НС при заболеваниях органов дыхания. Обоснована предпочтительность выбора в качестве объекта исследования стабильных метаболитов АФК и АФА, в частности стабильных метаболитов оксида азота (нитрат- и нитрит-анионы, 3-нитротирозин, нитрозотиолы). Подчеркнута важность одновременного определения нескольких маркеров ОС и НС. Отмечена необходимость дальнейшего поиска и изучения динамики изменения прогностических и диагностических маркеров ОС и НС при ХОБЛ и БА.

Ключевые слова: нитрозивный стресс, оксидативный стресс, маркеры, ХОБЛ, БА, АФК, АФА. маркер оксидативный астма

MARKERS OF OXIDATIVE AND NITROSIVE STRESS IN CHRONIC OBSTRUCTIVE PULMONARY DISEASE AND BRONCHIAL ASTHMA

Klimanov I.A.¹, Soodaeva S.K.¹, Popova N.A.¹, Tataurova N.N.¹, Khoroshaeva A.V.¹

The review shows that currently much attention is paid to the study of prognostic and diagnostic markers of oxidative and nitrosive stress (OS and NS) in chronic obstructive pulmonary disease and bronchial asthma (COPD and BA). The main markers of NS and OS, determined in various biological media, are presented. The significance of place-specific non-invasive markers of OS and NS in the respiratory tract in COPD and BA has been substantiated. The complexity of determining the parameters of highly reactive reactive oxygen and nitrogen species in clinical practice was assessed. The significant role of exhaled air condensate as a preferred biological medium for determining site-specific markers of OS and NS in diseases of the respiratory system is shown. The preference of choosing stable metabolites of ROS and AFA, in particular, stable nitric oxide metabolites (nitrate and nitrite anions, 3-nitrotyrosine, nitrosothiols) as an object of study, has been substantiated. The importance of simultaneous determination of several OS and NS markers is emphasized. The need for further search and study of the dynamics of changes in prognostic and diagnostic markers of OS and NS in COPD and BA was noted.

Keywords: nitrosive stress, oxidative stress, markers, COPD, BA, ROS, RNS.

Свободнорадикальное окисление и продукция активных форм кислорода и азота (АФК и АФА) является неотъемлемой частью метаболизма клеток. АФК и АФА образуются в ходе аэробного дыхания митохондрий, при "дыхательном взрыве" фагоцитирующих клеток, работе NO-синтаз, в процессе метаболизма арахидоновой кислоты, перекисного окисления липидов, аутоокисления катехоламинов и т.д. Однако избыточная продукция АФК и АФА, особенно в сочетании с недостаточностью компенсаторных возможностей систем антиоксидантной защиты, способна приводить к развитию новых и/или усугублению уже существующих патологических изменений в организме посредством оксидативного стресса (ОС) [1-3].

В настоящее время ОС рассматривается в качестве неспецифического патологического процесса, сопровождающего целый спектр заболеваний. Обычно ОС определяется как дисбаланс в системе "оксиданты - антиоксиданты", обусловленный чрезмерным повышением продукции АФК и АФА наряду со снижением активности антиоксидантных систем [4; 5].

Наиболее значимую роль ОС и НС играют в молекулярных механизмах патогенеза заболеваний респираторного тракта. Это связано с анатомо-физиологическими особенностями органов дыхания, а также экзо- и эндогенными факторами активации СРП в респираторных путях. Респираторная система занимает особое место с точки зрения возможности протекания процессов свободнорадикального окисления [5-7]. В легких непосредственно осуществляется контакт тканей с кислородом воздуха - инициатором и участником окисления, который проникает через мембраны альвеол. Интенсификации СРП способствуют также воздействие экологически неблагоприятных факторов окружающей среды (загрязнение воздуха выбросами транспорта и промышленных предприятий, радиационное и ультрафиолетовое излучение), ксенобиотики (лекарства, анестетики, промышленные растворители, пестициды, и др.), чрезмерная физическая нагрузка, стрессы и т.д. [5-7]. Большое значение придается микросомальному окислению, ксантиноксидазе, метаболизму арахидоновой кислоты, мутации генов ферментов микросомальной монооксигеназной системы - цитохрома P450 1А 1, 1А 2, 1А 6, 2Е 1, микросомальной эпоксидгидролазы; антиоксидантной системы - экстрацеллюлярной супероксиддисмутазы (СОД), глутатион-Б-трансферазы, глутаматтрансферазы, глутатионпероксидазы и др., а также гена NO-синтазы [5-7]. Установлено, что большинство заболеваний респираторного тракта (РТ) сопровождается интенсификацией свободнорадикальных процессов на разных уровнях биологической организации организма с одновременным напряжением и последующим угнетением различных звеньев антиоксидантной защиты [6-8].

В последнее десятилетие пристальное внимание уделяется изучению молекулярных механизмов развития ОС и НС при ХОБЛ и БА, выявлению прогностических и диагностических маркеров в различных биологических средах с целью выяснения возможностей терапевтического влияния на различные звенья ОС и НС. Известно, что как ОС, так и НС неотъемлемо связаны с развитием и течением воспалительных и других патофизиологических механизмов, являющихся патогенетическими звеньями развития заболевания [9-11].

Цель исследования. Целью исследования явилось изучение прогностических и диагностических маркеров оксидативного и нитрозивного стресса при хронической обструктивной болезни легких и бронхиальной астме.

Материалы и методы. В качестве основного источника медицинских данных при голографическом анализе литературных данных по исследуемой проблематике нами использовалась база PubMed. Глубина поиска составила 32 года (с 1990 по 2022 г.). В качестве ключевых слов использовались следующие: оксидативный стресс, нитрозивный стресс, оксид азота, активные формы кислорода, активные формы азота, маркеры оксидативного и нитрозивного стресса, неинвазивные маркеры, перекисное окисление липидов, конденсат выдыхаемого воздуха, легкие. Общее количество источников при различных сочетаниях ключевых слов - более 1500. Отмечено, что за указанный период поиска количество работ по запросу "markers of oxidative and nitrosive stress in lung" имеет тенденции к существенному росту. Также отмечено низкое число работ, посвященных нитрозивному стрессу, в сравнении с оксидативным стрессом при заболеваниях легких (18 против 1397 в 2021 году, соответственно).

Результаты исследования и их обсуждение. Основными типами свободнорадикальных частиц, генерируемых в клетках, являются активные формы кислорода (АФК), активные формы азота (АФА) и их производные. К АФК относятся супероксид-анион радикал (О 2^-), гидроксильный радикал (ОН.), пероксильный радикал (НО 2.) и алкоксильный радикал (RO.). В процессе реакций образуются и нерадикальные производные АФК, каковыми являются пероксид водорода (Н 2О 2) и липопероксиды (ROOH). АФА обычно представлены оксидом азота (NO) и пероксинитритом (ONOO^-) [12-14].

Большинство биомолекул имеют на электронных орбиталях по два электрона с противоположно направленными спинами. Именно упорядочение магнитных моментов этих парных электронов обеспечивает стабильность молекул и, соответственно, устойчивость химических соединений. Свободные радикалы имеют на внешней орбитали один или несколько неспаренных электронов. Такие молекулы или атомы легко вступают в химические реакции, поэтому для свободных радикалов характерна высокая реакционная способность. Образование радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или удалением одного электрона из электронной пары. Эти процессы обычно происходят в результате реакций окисления или восстановления, а также при разрыве химических связей, образованных электронами, принадлежащими разным атомам [12-14].

Наиболее убедительным способом определения вовлечения оксидантов в развитие заболеваний легких является их прямая регистрация в клетках, ткани легких или выдыхаемом воздухе. Но такое измерение затруднено, так как АФК и АФА в основном - это высокореактивные, короткоживущие молекулы, время жизни которых составляет сотые доли секунды и менее. Поэтому обычно регистрируют степень повреждения оксидантами различных биомолекул, чаще всего липидов, белков, ДНК, а также состояние антиоксидантных систем [13; 14]. Несмотря на то что многие хронические воспалительные заболевания легких, в частности БА и ХОБЛ, проявляют системный характер патофизиологических изменений, для изучения ОС и НС в респираторном тракте преимуществом обладают сайтспецифические методики и биосреды, в частности - неинвазивные, такие как конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ) и сам выдыхаемый воздух (табл. 1).

Таблица 1 Неинвазивные маркеры оксидативного и нитрозивного стресса в респираторном тракте

Конденсат выдыхаемого воздуха представляет собой жидкость, образующуюся в результате охлаждения и последующей конденсации выдыхаемого воздуха, поэтому ее состав определяется составом выдыхаемого воздуха. Исследование КВВ подразумевает использование неинвазивной методики сбора КВВ, которая проста и комфортна как для пациента, так и для медицинского персонала [15; 16].

Следует отметить, что для определения ОС и НС в РТ также используются показатели в крови, которые являются, как правило, отражением системного изменения редокс-статуса в организме на фоне течения этих заболеваний [17].

Маркеры как в КВВ, так и выдыхаемом воздухе отражают напряженность оксидативного и нитрозивного статуса непосредственно в РТ и жидкости, выстилающей эпителий РТ. Важно, что неинвазивные методы исследования ОС и НС позволяют оптимизировать диагностику и лечение [18; 19].

При БА и ХОБЛ наиболее изучаемыми неинвазивными маркерами являются соединения, представленные в таблице 2. Помимо показателей в выдыхаемом воздухе и в КВВ, также исследуются маркеры в индуцированной мокроте (ИМ). Хотя индукция мокроты является относительно безопасной, неинвазивной процедурой, она может занять много времени и требует стандартизации при сборе. Также сообщается о переменных показателях успеха получения ИМ - от 68% до 100%. В ряде случаев отмечается выраженный бронхоспазм, который возникает у 8% пациентов, несмотря на предварительное применение бронхолитиков [20].

Таблица 2

Наиболее изучаемые неинвазивные маркеры при ХОБЛ и БА

С учетом особенностей сбора конденсата, а именно продолжительности процедуры от 10 до 20 мин. и возможного в течение этого времени изменения концентрации определяемых молекул, наиболее перспективная роль отводится исследованиям стабильных метаболитов оксида азота (нитрат- и нитрит-анионы, 3-нитротирозин, нитрозотиолы) в КВВ. Как показали результаты исследований с применением радиоактивных изотопов, 85% от общего уровня NO-содержащих веществ в организме здорового человека составляют нитраты и нитриты, около 10% - мембраносвязанные соединения или S - нитрозосоединения [37]. Нитрат- и нитрит-анионы являются наиболее стабильными из указанных метаболитов. Выявлено, что уровень суммарной концентрации нитратов и нитритов в КВВ является интегральным показателем синтеза оксида азота в респираторном тракте [38].