Патологическое значение адаптивной физкультуры

РЕФЕРАТ

По физиологии спорта

На тему: Патологическое значение адаптивной физкультуры. Оксидативный стресс. Понятие и структура активных форм кислородаАктивные формы кислорода (АФК), как стало понятно в последнеевремя, составляют отдельную систему в организме, участвующую как в ряде физиологических функций, так и во многих патологических процессах. Главным системообразующим фактором здесь, видимо, является текущий уровень АФК в тканях. Система АФК самоорганизована за счет положительных и отрицательных связей: имеется множество механизмов контроля — уровня генерации АФК в митохондриях и микросомах, контроля активности оксидаз и антиоксидантных ферментов тканей, суммарного уровня антиоксидантной активности (АО) крови. В ходе естественного старения организма (эволюции всего организма как более высокой надсистемы) изменяются различные элементы системы АФК; изменяется состояние системы АФК и в ходе различных патологических процессов. Знание системы самоорганизации АФК и основных закономерностей ее функционирования важно как для понимания закономерностей физиологического функционирования тканей организма в норме, так и особенностей течения многих патологических процессов и выбора способов активного влияния на них.Процессы метаболизма кислорода в организме связаны с образованием АФК, обладающих выраженной реакционной способностью. «Активные формы кислорода» – это понятие собирательное, объединяющее такие соединения, как молекулы – перекись водорода (Н2О2), озон (О3) и синглетный кислород (1О2), гипохлорит (HOCI); ионы – НО2–, пероксинитрит (ONOO–); свободные радикалы – супероксидный (О2), гидроксильный (НО•), пергидроксильный (НО2•), пероксильный (RO2•), алкоксильный (RО•) и оксид азота (NО•). Электронные структуры некоторых из этих АФК приведены на рис. 1.Рис. 1. Электронные структуры некоторых активных форм кислорода; * – неспаренный электронОбщим для всех этих соединений является их высокая реакционная способность. АФК отличаются друг от друга реакционной способностью, временем жизни и выполняемыми функциями.АФК образуются в результате нормально протекающих процессов в организме и выполняют определенную биологическую функцию. Свободнорадикальное окисление – неотъемлемое звено таких важных биологических процессов, как транспорт электронов в дыхательной цепи, синтез простагландинов и лейкотриенов, пролиферация и дифференциация клеток, метаболизм и синтез катехоламинов, фагоцитоз, метаболизм разных ксенобиотиков. В нормально функционирующем организме они участвуют в метаболизме структурных компонентов клеточных мембран (белков, липидов, углеводов) и соответственно регулируют не только скорость их метаболизма, но и функциональное состояние самой мембраны клетки. С особенностями метаболизма АФК связывают изменение мембранной подвижности, текучести, деполяризацию мембран.Защитные системы организма – это системы, которые обеспечивают защиту от повреждений отдельных клеток и от гибели всего организма. В условиях напряженных физических упражнений максимальной или близкой к ней интенсивности, а также большой продолжительности (более двух часов) возрастает вероятность преобладания в организме человека отрицательных эффектов стресса. Основная часть этих отрицательных эффектов связана: 1) с повышенным образованием свободных радикалов, которые вызывают оксидативные повреждения клеток; 2) с угнетением иммунитета и ростом риска инфекционных заболеваний верхних дыхательных путей; 3) с активацией подострых воспалительных процессов, ведущих к нарушению иммунитета, белково-липидного метаболизма и высшей нервной деятельности; 4) с активацией свертывания крови и фибринообразования, что может приводить к нарушению кровотока и закупорке сосудов. Как правило, все эти реакции активируются, одновременно усиливая друг друга, и могут приводить к скрытым нарушениям различных систем и органов, проявляясь в синдромах перенапряжения и перетренировки. Для предупреждения отрицательных эффектов напряженных физических нагрузок в организме существуют так называемые «защитные системы». Фактически они являются не отдельными, самостоятельными системами, а подсистемами, противоположным «крылом» системы для обеспечения состояния равновесия (гомеостаза) в организме. Например, образование свободных радикалов и оксидантов уравновешивается антиоксидантной системой, активация провоспалительных процессов уравновешивается противовоспалительной системой, свертывание крови уравновешивается системой противосвертывания. По-видимому, именно нарушение равновесия и ведет к появлению различных расстройств в организме человека после напряженных физических нагрузок.В ходе срочной адаптации к максимальным физическим нагрузкам практически всегда возникает состояние стресса, связанное с образованием свободных радикалов, активацией вызванных ими оксидативных (окислительных) реакций и возникновением оксидативного (окислительного) стресса. Свободные радикалы - это молекулы, имеющие свободную валентность, то есть не спаренный электрон. Источником свободных радикалов в живых организмах является, главным образом, кислород, а также азот. Из молекулярного кислорода (О2) могут образовываться кислородные свободные радикалы, которые имеют название активные формы кислорода. Активные формы кислорода (АФК) образуются в результате одно-, двух- и трех-электронного восстановления кислорода. Одноэлектронное восстановление кислорода ведет к образованию АФК, называемой супероксиданион (O2*-): О2+e- = O2*- А также при участии атома водорода - гидропероксильного радикала (HOO*): O2+ e- + H+ = HOO* Двух-электронное восстановление кислорода при участии водорода ведет к образованию АФК, называемой пероксид водорода (H2O2): O2+ 2 e- + 2 H+ = H2O2 Хотя пероксид водорода менее реактивная форма свободного радикала, из нее может формироваться наиболее сильная окислительная форма – гидроксильный радикал. Этому способствуют металлы переменной валентности, например, ионы железа (Fe2+). Трех-электронное восстановления кислорода ведет к образованию сильной АФК - гидроксильного радикала (HO*): O2+ 3 e- + 3 H+ = HO* + H2O. Четырех-электронное восстановление кислорода ведет к образованию нерадикальной молекулы воды: Н2О. Из азота образуются свободные радикалы, называемые активные формы азота. Одина из них – оксид азота (*NO). Хотя оксид азота не обладает выраженным окислительным свойством и, даже более того, обладает антиоксидативными свойствами, из оксида азота может формироваться очень сильная окислительная форма азота – пероксинитрит (ONOO-) в реакции с супероксиданионом: *NO + О2*- = ONOOОбразование активных форм кислорода и активных форм азота ведет к активации цепного процесса свободно радикального окисления различных белков, липидов, полисахаридов и ДНК клеток. Оксидативные реакции – это биохимические реакции взаимодействия биоорганических молекул (белков, липидов, ДНК и РНК) с активными формами кислорода и другими свободными радикалами, ведущих к образованию гидроперекисей и перекисей этих молекул (нерадикальных продуктов) и затем вторично окисленных продуктов (спиртов, альдегидов). Механизм оксидативных реакцийповреждений связан с отнятием радикалом атома водорода (или электрона) от белка илиненасыщенной жирной кислоты (НЖК) липида, например, мембраны клетки. Как правило, оксидативному повреждению склонны НЖК, так как они имеют двойную связь, обеспечивающую нестабильность молекулы (связь углерода с атомом водорода) и высокую способность к оксидативным реакциям. Как результат оксидативных реакций происходит восстановление АФК и изменение структуры окисляемого липида - образуется свободный радикал липида, который легко взаимодействует с кислородом, образуя пероксидный радикал липида. В свою очередь, пероксидный радикал липида способен взаимодействовать с новыми НЖК липидов (или белками), образуя гидропероксиды липида - новые радикалы липида. В итоге разворачивается цепная реакция оксидативных повреждений липидов. В результате этих оксидативных реакций нарушается структура и функция клеток, ускоряется их гибель, и возникают различные заболевания. Оксидативный стресс – процесс резкого ускорение образование прооксидантов (активных форм кислорода) и вызванных ими оксидативных реакций. Образование активных форм кислорода (АФК) при интенсивных физических нагрузках происходит в результате следующих процессов. 1) Вследствие утечки части (около 2-5%) электронов из процессов дыхательной цепи митохондрий интенсивно сокращающихся мышц. Поскольку мышцы во время работы получают в 100-200 раз больше О2 – акцептора этих электронов, чем в покое, то количество образованных АФК в митохондриях при мышечной нагрузке многократно увеличивается. Эти электроны участвуют в одно- и трех-электронном восстановлении кислорода с образованием различных АФК: супероксид анион (О2-.), гидропероксильного радикала (ООН.), пероксида водорода (Н2О2), гидроксильного радикала (ОН*). Принципиально важным фактором в утечки электронов из процессов дыхательной цепи митохондрий является сброс е- с переносчиков по ходу цепи не достигнув конечного пути – цитохромокисдазы вследствие дефицита О2 при нагрузке. Образование АФК происходит крайне незначительно, если электроны проходят всю цепь и соединяются с О2 и Н+, образуя воду, что происходит при нормальном содержании кислорода в митохондриях мышц. В случае дефицита О2 происходит накопление электронов в цепи изза отсутствия их акцептора – О2, что ведет к их потери непосредственно с переносчиков, не достигнув конечного фермента, и образованию АФК. Еще более эти процессы ускоряются при восстановлении кровотока и доставки кислорода после его дефицита: избыток О2 в этом случае способствует приему скопившихся электронов с промежуточных переносчиков дыхательной цепи. 2) АФК образуются, как побочные продукты, в процессе расщепления богатых энергией фосфагенов при интенсивных физических нагрузках в ходе реакции: АТФ →АДФ → АМФ → Мочевая кислота. Дефицит АТФ восполняется не только за счет КФ и гликолиза, но и за счет миокиназной реакции: АДФ + АДФ = АТФ + АМФ. В ходе дальнейшего расщепления АМФ, точнее дезаминирования АМФ, образуется инозинмонофосфат – ИМФ и, затем, мочевая кислота; параллельно образуется АФК: Н2О2, ОН*. Расщепление АМФ необходимо для дальнейшего протекания миокиназной реакции и образования АТФ. 3) АФК образуются в результате повреждений в протеинах, содержащих железо и медь, например, гемоглобина. Утечка ионов железа, например из эритроцитарного гемоглобина, может взаимодействовать с пероксидом водорода, образуя гидроксильный радикал (ОН.) или супероксид анион (О2-.): Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH. или Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + 2H++ О2-.4) АФК, а также оксид азота (.NO), образуются сосудистым эндотелием при усилении скорости кровотока и увеличении механических воздействий на эндотелий со стороны текущей крови. При физической нагрузке многократно увеличивается скорость кровотока, что усиливает воздействие текущей крови на эндотелий и повышает выделение .NO необходимого для дилатации сосудов. Хотя оксид азота скорее проявляет антиоксидантные свойства, в определенных условиях (наличия АФК) он может быстро формировать активные формы азота, обладающие выраженными прооксидантными свойствами. 5) АФК выделяются в результате активации лейкоцитов при напряженной физической нагрузке. Активация лейкоцитов происходит вследствие действия самих АФК, продуктов распада миоцитов, действия высоких скоростей тока крови, образования простагландинов E и других факторов. 6) Избыток катехоламинов в крови при физическом стрессе ведет к активации процессов их автоокисления (самоокисления), так как это не устойчивые соединения, что приводит к образованию АФК (супероксиданиона) 7) Ацидоз – закисления мышц и крови избытком ионов водорода, в результате анаэробного энергообразования и нехватки кислорода способствует активации ксантиноксидазы и образованию супероксиданиона, а также способствует образованию более токсичного гидроксильного радикала (*ОН) и пероксида водорода (Н2О2) под влиянием супероксиданиона. Физиологическое и патофизиологическое значение активных форм кислорода, синтезируемых при мышечной деятельности АФК, всегда образуемые при напряженной мышечной деятельности, имеют массу физиологических значений, как для функционирования мышечной системы, так и для других систем организма, которые участвуют в обеспечении мышечной деятельности (аппараты дыхания и кровообращения) или которые прямо не связанны с мышечной деятельностью (пищеварение, иммунитет, печень и почки). Физиологическое значение АФК1. Умеренное образование АФК в миоцитах способствует мышечнымсокращениям, увеличивая силу мышечных сокращений. По-видимому, АФК формируют некоторое благоприятное микроокружение для скольжения миофиламентов, возможно, через стимуляцию входа ионов Са2+в миоциты. Следует заметить, что избыточные концентрации АФК, вызывающие оксидативный стресс, напротив, ингибировали рост силы в таких экспериментах, вероятно, за счет оксидативных повреждений структур, ответственных за транспорт ионов Са2+ в мышцы и из мышц или влияя на доступность ионов Са2+ для миофиламентов. 2. Образование АФК в миоцитах увеличивает скорость развития утомления работающих мышц. По-видимому, физиологическое значение этого явления обусловлено предохранением мышц от истощения. Механизм влияния АФК на ускорение утомления связан: а) с оксидативными микроповреждениями миофибрилл АФК и б) с угнетением активности многих гликолитических и митохондриальных ферментов, производящие АТФ для мышечныхсокращений. 3. Хотя АФК, образованные в митохондриях, ингибируют ресинтеза АТФ, установлено, что добавление супероксиданиона из вне организма может активировать дыхательную цепь митохондрий и способствовать ресинтезу АТФ. Однако условия при которых происходит активация дыхания митохондрий под влиянием супероксиданиона полностью не выяснены. 4. АФК способствуют образованию липопероксидов различных видов, например, простагландинов и лейкотриенов, которые осуществляют многие функции в организме: регуляцию иммунных реакций, суживание или расширение сосудов и другие. 5. АФК, образованные лейкоцитами, участвуют в иммунных реакциях, в повреждении бактерий и вирусов. 6. АФК играет важную роль в развитии долговременных адаптационных реакций в организме через прямое повреждение клеточных структур, а также через активацию программируемой гибели клеток, например, митохондрий, лейкоцитов, эритроцитов. Такие повреждения способствуют удалению клеток, особенно старых, нефункционирующих и, тем самым, подготавливают структуры организма к обновлению и образованию молодых жизнеспособных клеток.Патофизиологическое значение АФК (от патоген – вирус или организм, вызывающий болезнь) Отрицательное значение АФК обусловлено избыточной активацией оксидативных процессов в ходе оксидативного стресса, когда образование АФК часто является обширным по объему своего действия и затрагивает не только старые структуры, но и здоровые рабочие клетки. Это приводит к их оксидативному повреждению и активации их программируемой гибели – апоптозу. Появление АФК способствует образованию свободных радикалов из молекул клеточных структур, что вызывает лавинообразное свободнорадикальное окисление структур здоровых клеток, ведущее к их повреждению и снижению функциональных возможностей многих систем. Наиболее подвержены оксидативным повреждениям липиды и белки клеточных мембран. Патофизиологическое значение АФК: 1. АФК участвуют в механизмах мышечных повреждений, развитии микровоспалений и болезненных ощущений в мышцах и сухожилиях. Участие АФК в мышечных повреждениях подтверждается экспериментами с введением ферментов, которые разрушают АФК. Например, введение супероксид дисмутазы снижало выраженность микроповреждений миоцитов. 2. АФК участвуют в угнетении иммунитета спортсмена. Установлено, что АФК вызывают ускорение гибели лейкоцитов, например, лимфоцитов, а добавление антиоксидантного витамина С тормозило апоптоз лимфоцитов. 3. АФК участвуют в процессе развития микровоспалительных реакций в тканях и повышении общего уровня воспалительной активности в организме через вызванные ими микроповреждения. 4. АФК участвуют в угнетении ЦНС и высшей нервной деятельности спортсмена, что может проявляться в психической депрессии и фрустрации. 5. АФК снижают текучесть крови и деформируемость эритроцитов, нарушая кровоток в микрососудах тканей. Многократными исследованиями показано, что под влиянием АФК эритроциты становятся более жесткими. Такие ригидные эритроциты медленно проходят через тонкие микрососуды - капилляры и места ветвления микрососудов, снижая кровоток в тканях и доставку питательных веществ и кислорода. 6. Долговременные эффекты оксидативных стрессов включают оксидативные повреждения ЛПНП и белков плазмы, эндотелия сосудов, что содействует атеросклерозу сосудов сердца и мозга, крупных артерий. Установлено, что развитие атеросклероза ускоряется при появлении в крови окисленных липопротеидов низкой плотности, несущих холестерин от печени к клеткам тканей, а также модифицированных молекул фибриногена. Эти окисленные липопротеиды и фибриноген активно проникает в стенку сосудов, повышая жесткость артерий. Для предотвращения возникновения оксидативного стресса и предупреждения избыточной активации свободнорадикальных процессов под влиянием АФК в организме существует антиоксидантная система, которая имеет три уровня организации: 1. Антикислородный, предупреждающий избыточное поступление кислорода в ткани за счет снижения тканевого кровотока, снижения способности гемоглобина дезоксигенировать, т.е. отдавать кислород. 2. Антирадикальный, предупреждающий образование свободных радикалов и АФК в тканях с помощью действия специальных антиоксидантных ферментов – ингибиторов свободных радикалов, а также антиоксидантных веществ, ингибирующих развитие оксидативных процессов (витамины, белки, гормоны и др.). 3. Антиперекисный, предупреждающий появление перекисей клеточных структур за счет ингибирования лавинообразного перекисного окисления белков и липидов, а также с помощью замены менее устойчивых к окислению молекул липидов более устойчивыми липидами (холестерином). Наибольшее значение в антиоксидантной системе организма имеет антирадикальный уровень. По существу, говоря об антиоксидантной системе организма имеют в виду именно этот уровень защиты. Антиоксидантная система организма состоит из веществ, способных в сравнительно низких концентрациях тормозить (ингибировать) оксидативные реакции свободных радикалов и активных форм кислорода. К антиоксидантным веществам относятся: 1. ферментные антиоксиданты; 2. антиоксиданты, разрушающие цепь оксидативных процессов; 3. белки-антиоксиданты, связывающие ионы металлов переменной валентности.За последние годы взгляд на свободнорадикальное окисление и образование АФК существенно изменился. Сегодня принято выделять по крайней мере три основные роли их в организме. Во-первых, образование АФК — естественный физиологический процесс, постоянно протекающий в организме. Во-вторых, образующиеся в повышенных количествах АФК выступают уже как повреждающий фактор. Наконец, в-третьих, АФК рассматривается как сигнальная система, участвующая в ключевых регуляторных механизмах живой клетки. Являясь многокомпонентной системой, она обеспечивает передачу внешнего сигнала к клеточному ядру с последующей активацией трансляции и синтезом белков. Отсюда вытекает интерес к изучению роли АФК и свободнорадикального окисления в механизмах действия лечебных физических факторов с использованием их для коррекции свободнорадикальных процессов и нарушенных АФК-опосредованных метаболических путей, а также для стимуляции апоптоза и некроза патологически измененных тканей.
Список использованной литературы:
1. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. – М.: Слово, 2006. – 556 с.2. Рыбакова А.А., Платонова Н.М., Трошина Е.А. Оксидативный стресс и его роль в развитии аутоиммунных заболеваний. Проблемы Эндокринологии. 2019;65(6):451-457.3. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестн. РАМН, 1998 . – № 7. – С. 43–51. 2. Абрамова Ж. И., Оксенгендлер Г. И. Человек и проотивоокислительные вещества. – Л., 1985. – 230 с. 3. Дубинина Е. Е. Некоторые особенности функционирования ферментативной антиоксидантной защиты плазмы крови человека // Биохимия, 1993. – Т. 58, № 2. – С. 268–2734. Турпаев К.Т. Активные формы кислорода и регуляция экспрессии генов // Биохимия. – 2002. – Т. 67, вып. 3. – С. 339–3525. Болдырев А.А. Роль активных форм кислорода в жизнедеятельности нейрона // Успехи физиол. наук. – 2003. – № 3. – С. 21–34.6. Зинчук В.В., Максимович Н.А., Борисюк М.В. Функциональная система транспорта кислорода: фундаментальные и клинические аспекты. Гродно. 2003. 236 с. 7. Артюхов В.Г., Наквасина М.А. Биологические мембраны: структурная организация, функция, модификация физико-химическими агентами. Воронеж. ВГУ. 2000. 296 с.