Литературный обзор по магистерской диссертации Иконников

Литературный обзор по магистерскойдиссертации
Оценка влияния «Пещевых добавок» на метаболическую и функцианальную
активность нейтрофильных гранулоцитов и лимфоцитов.
Магистр 1курса
С.И.Иконников.
Оглавление
Основная часть .......................................................................................................................3
1 Литературный обзор ...........................................................................................................3
1.1 Характеристика нейтрофильных гранулоцитов в норме и при патологии ................3
1.2 Хемилюминесцентная реакция .......................................................................................5
Основная часть
1 Литературный обзор
1.1Характеристика нейтрофильных гранулоцитов в норме и при патологии
Кислород — один из самых распространенных (наряду с водородом, углеродом)
химических элемен- тов биосферы, его соединения входят в состав всех живых
организмов. Около 90% потребляемого человеком молекулярного кислорода вовлекается
в реакции окислительного фосфорилирования, вместе с тем во всех живых организмах
постоянно протекают реакции с образованием активированных кислородных метаболитов
(АКМ) — О2-, 1О2, Н2О2, НО., ОСl-, RO2 .,NО. - и др. Многие из этих соединений
являются радикалами, т. е. имеют неспаренный электрон, поэтому их называют
свободными радикалами. Связанные радикалы, такие как ком- поненты цепи транспорта
электронов в митохондриях, также широко представлены в клетках, однако их локализация в определенных структурах ограничивает "свободное" взаимодействие с
другими молекулами. Применительно к биологическим системам понятия "свободные
радикалы" и "АКМ" не совпадают — неспа- ренный электрон может быть расположен на
атомах углерода, серы, азота. С одной стороны, для живых орга- низмов большое
значение имеют тиильные радикалы глутатиона (GS.) или радикалы мочевой кислоты с
лока- лизацией электрона на атомах S и N. С другой стороны, такие кислородсодержащие
молекулы, как перекись водорода, синглетный кислород, гипогалоиды, не являются
радикалами, хотя и взаимодействуют с органиче- скими молекулами через радикальные
механизмы. Чтобы объединить данные соединения в одну группу с радикалами, вводят
понятие "активные формы кислорода", которым обозначают ферментативные продукты
активации кислорода. По аналогии с активными формами кислорода иногда говорят об
"активных метаболи- тах азота", подразумевая NO-радикал и продукты его
преобразования (NО2 ., ONO-, ONOOH и др.). Окислительные процессы с участием АКМ
крайне важны для защиты от патогенных микроорганизмов__
Нейтрофильные гранулоциты занимают одну из наиболее активных позиций в
системе гуморально-клеточной кооперации крови. Эти клетки составляют первую линию
неспецифической противомикробной защиты. Они первыми мобилизуются в очаг
воспаления и, от их фагоцитарной активности зависит элиминация возбудителя. Их
мобилизация из кровяного русла резко повышается под влиянием цитокинов
макрофагального происхождения (IL-8) или С5а – фракции активированной системы
комплемента. Другие продукты макрофагов активируют функциональную активность
нейтрофилов (TNF). В свою очередь, стимулированные нейтрофилы сами становятся
мощными эффекторами и одним из пусковых механизмов каскадных реакций,
обеспечивающих развитие воспаления. Следует также отметить, что цитопатогенное
действие нейтрофилов связано главным образом с генерацией активных форм кислорода
[8,14,15,33]. Все вышеперечисленное позволяет классифицировать данный тип клеток как
универсальную мишень и, соответственно, индикатор различных нарушений гомеостаза.
Гранулоциты продуцируются в костном мозге под влиянием IL-1, IL-3, GM-CSF и
G-CSF. Предшественники активно пролиферируют, а в резерв входят неделящиеся,
созревающие гранулоциты. Через стадию предшественника они проходят за 4 дня (3-5
делений), а морфологическое и функциональное созревание в резерве занимает еще 5
дней.
Уже в ранних работах было показано, что развитие клеток в пределах костного
мозга и их выход в ответ на специфический сигнал являются независимыми процессами.
Повышенное количество зрелых нейтрофилов в циркуляции, скорее является результатом
выброса клеток из пула постмитотических клеток костного мозга, нежели повышение
скорости гранулопоэза. Ежедневный выход из костного мозга может повышаться в
результате влияния воспалительных стимулов. Такой усиленный выход гранулоцитов
могут индуцировать бактериальныелипополисахариды или провоспалительные цитокины
(IL-1, TNF) или С3 – фракция активированного комплемента. Лишь около половины
нейтрофилов в крови циркулируют в свободном состоянии, остальные находятся в
маргинальном пуле и временно находятся в состоянии прилипания к поверхности
эндотелия венул. С этим пулом связано кратковременное физиологическое повышение в
крови нейтрофилов, как реакция на пищу, физическую нагрузку, суточные ритмы,
определенные гормональные сдвиги. Динамическое равновесие двух пулов регулируется:
агентами, усиливающими пристеночное стояние путем усиления экспрессии адгезионных
молекул (ICAM), к которым относятся хемокины, Il-1, TNF, IFN, а также агентами,
ингибирующими пристеночное стояние, к которым относятся кортикостероиды.
Поступившие из костного мозга нейтрофилы в крови находятся около 6 ч, после чего
переходят в ткани, где и функционируют 3-5 дней.
Нейтрофилы периферической крови здоровых людей представлены крупными
клетками (9-15 мкм в диаметре) с характерными сегментированными ядрами. В ядре
обнаруживается большое количество гетерохроматина, который плотным ободком
примыкает к ядерной мембране и прерывается только в области ядерных пор. Ядрышки
встречаются редко или отсутствуют. Как правило, нейтрофил имеет округлую или
несколько вытянутую форму, а цитоплазматическая мембрана образует небольшое
количество выростов и микроворсинок. Умеренно плотный цитоплазматический матрикс
содержит свободные рибосомы и полисомы. Гранулярный эндоплазматический ретикулум
представлен единичными короткими канальцами, на поверхности которых имеется
незначительное количество рибосом. Митохондрии небольшие округлые или овальные,
преимущественно с непрозрачным матриксом присутствуют в ограниченных количествах.
Комплекс Гольджи слабо развит и образует небольшую сферу в центре клетки, часто
располагается между сегментами ядра. Рядом находится центриоль с отходящими от нее
микротрубочками. При правильно выполненной покраске зернистость нейтрофилов
окрашивается в диапазоне от коричневатого до красновато-фиолетового цвета, а
цитоплазма в розовый цвет. Нейтрофил содержит в цитоплазме азурофильные и
специфические гранулы, соотношение которых непостоянно. Некоторые исследователи
описывают третичные гранулы. Тип гранул определяется с помощью цитохимических
методов. В цитоплазме нейтрофильных гранулоцитов в большом количестве выявляется
гликоген в виде отдельных частиц, а также небольшое количество фагоцитарных вакуолей
и пиноцитозных пузырьков.
1.2Хемилюминесцентная реакция
Исследование спонтанной и индуцирован- ной ХЛ лейкоцитов периферической крови
про-водили по методу Dе Sоlе et аl.
Энергично протекающие химические реакции сопровождаются, как правило,
выделением энергии в форме тепла; существуют, однако такие реакции, которые
сопровождаются излучением света, свечение, сопровождающее химические реакции,
называется хемилюминесценцией (ХЛ). В настоящее время известно довольно много
химических реакций, сопровождающихся свечением. В большинстве случаев - это
довольно сложные процессы со многими промежуточными стадиями. Но есть несколько
простых случаев, в которых механизм превращения энергии химической реакции в свет
вполне понятен. Один из них - это свечение, наблюдаемое при взаимодействии
органических радикалов, получаемых электрохимическим путем [20,26].С катода (-) на
молекулы люминесцирующего вещества (обозначим их как НА) переходят электроны и
образуются анион-радикалы (заряженные отрицательно). На аноде (+) электроны
отнимаются от молекул и образуются катион-радикалы (заряженные положительно). Если
теперь раствор перемешать, катион-радикалы будут взаимодействовать с анионрадикалами; при этом образуется две молекулы исходного углеводорода, одна из которых
может оказаться в электронно-возбужденном состоянии и переходит в основное состояние
с испусканием кванта света (фотона). В молекулах на верхнем заполненном электронном
уровне электроны расположены попарно. У катион-радикала на верхнем уровне остается
только один, неспаренный электрон. Уанион радикала появляется неспаренный электрон
на следующем (расположенном выше) энергетическом уровне [41]. При взаимодействии
радикалов (имеющих противоположный заряд и потому притягивающихся друг к другу)
произойти перенос электрона может произойти таким образом, что два электрона
окажутся на разных уровнях. Последнее означает, что один из ее внешних электронов
оказывается не на самом нижнем свободном электронном уровне, как у исходных
молекул, а на вышележащем электронном уровне. Такая молекула при переходе в
основное состояние испускает квант света. Мы видим, что весь процесс можно разделить
на три стадии:
1.
Восстановление одного из участников реакции (присоединение электрона) и
окисление второго (отрыв электрона). Это приводит к запасанию химической энергии в
системе, которая позднее выделится в виде фотона.
2.
Перенос электрона (окислительно-восстановительная реакция) не на самый
нижний, а на один из более высоких энергетических уровней и образование таким
образом продукта реакции в электронно-возбужденном состоянии.
3.
Высвечивание фотона при переходе молекулы из электронно-возбужденного
в основное состояние (люминесценция). Обычно химические реакции, сопровождающиеся
свечением, протекают через целый ряд промежуточных стадий, но основные этапы
запасания и высвечивания энергии в общем сходны.
Различают спонтанное свечение, возникающее без вмешательства извне, и
свечение искусственно вызванное - индуцированное различными воздействиями. По
интенсивности биохемилюминесценция может быть видимой глазом. Она, например,
свойственна некоторым насекомым, медузам. В основе этого явления лежат
окислительно-восстановительные реакции, которые протекают с участием молекулярного
кислорода, АТФ, специфических ферментов и субстратов, в частности, люциферинлюциферазы или ксантин-ксантиноксидазы Уровень спонтаннойбиохемилюминесценции
можно увеличить различными воздействиями, повышающими квантовый выход реакций
или ускоряющими процессы свободно-радикального окисления. К первым, в частности
относится люминол, ко вторым - соли двухвалентного железа. Исследование люминол
зависимой и железо-индуцированной ХЛ биологическогоматериала начинает широко
использоватся в экспериментальной и клинической медицине.
Исследование
хемилюминесценции
биологического
материала
является
перспективным способом изучения свободно-радикального окисления, которое лежит в
основе многих метаболических и физиологических процессов, протекающих в организме
Собственная хемилюминесценция, сопровождающая биохимические реакции в
клетках и тканях, обладает, как правило, очень низкой интенсивностью и не случайно
получила название "сверхслабого свечения" . Это оказалось главным и пока не
преодоленным препятствием на пути к широкому использованию собственной
хемилюминесценции в аналитических целях. Значительное распространение получило
однако измерение хемилюминесценции в присутствии определенных соединений,
получивших в отечественной литературе общее название "активаторов", а за рубежом "усилителей" (enhancer) хемилюминесценции. По механизму действия активаторы
распадаются на две четко различающиеся группы, которые можно соответственно назвать
химическими и физическими активаторами [22]. Химические активаторы ХЛ - это
соединения, вступающие в реакции с активными формами кислорода или органическими
свободными радикалами, в ходе которых образуются молекулы продуктов в
возбужденном электронном состоянии. Наблюдаемое при этом hemilum связано с
переходом молекул в основное состояние, что приводит к высвечиванию фотонов.
Хорошо известными представителями таких активаторов могут служить люминол
(3-аминофталевый гидразид), и люцигенин [Бис(N-метилакридиний)]. Под действием
окислителя, в нашем случае - радикала гидроксила, происходит образование радикала
люминола, который затем вступает в реакцию с супероксидным радикалом, образуя
внутреннюю перекись (диоксид). Ее разложение приводит к образованию возбужденной
молекулы 3-аминофталата. Переход этой молекулы в основное состояние сопровождается
испусканием кванта света. Физические активаторы не вступают в химические реакции и
не влияют на ход реакций, сопровождающихся hemilum, но тем не менее, многократно
усиливают интенсивность хемилюминесценции. В основе их действия лежит физический
процесс
процесса
переноса
(миграции)
энергии
с
молекулы
продукта
хемилюминесцентной реакции на активатор.
Одним из первых этапов при взаимодействии организма с чужеродным объектом
являются реакции так называемого «неспецифического иммунитета», в частности
«дыхательный взрыв». Под этим термином понимают резкое увеличение потребления
кислорода за счет преобразования его в активные формы кислорода (АФК) клеткамифагоцитами [2,4]. Поскольку фагоцитоз является одной из главных систем защиты
организма от чужеродных агентов и играет важную роль при гнойно-воспалительных
заболеваниях, особенно при бактериальной инфекции [1,6]. Несомненным преимуществом
является применение в качестве неспецифического индуктора дыхательного взрыва
зимозан, представляющий собой вещество бактериальной природы (полисахарид,
получаемый из культуры Saccharomycescerevisiae) [].
Выделение АФК направлено на обезвреживание чужеродного объекта, однако
чрезмерное их образование способно повредить собственные ткани организма. С другой
стороны, недостаточное образование АФК может свидетельствовать о слабости защитных
сил организма [2,5]. Таким образом, образование АФК может служить прогностическим
признаком для оценки дальнейшего хода взаимодействия организма с чужеродным
объектом или оценки «степени чужеродности» тестируемого объекта, а ответ на
стандартный стимул может характеризовать активность защитных сил организма [3].
Существуют различные способы оценки образования АФК. Одним из наиболее
чувствительных является хемилюминесцентный метод, особенно после открытия
активаторов хемилюминесценции (ХЛ), из которых наиболее широко используются
люминол и люцигенин. Известно, что люцигенин в физиологических условиях является
постоянным ионом и поэтому не проникает внутрь клетки, в то время как
люминолспособен переходить в незаряженную форму и внутрь клетки проникает. Кроме
того, существует химическая специфичность активаторов: люминол светится в
6
Определенным цветом выделены источники из соответствующей базы
данных:eLIBRARYEBSKOScienceDirect
присутствии большинства АФК, люцигенин – только в присутствии супероксидныханионрадикалов [1].23456
Список литературы
1
R Laptev1, M Nisnevitch1, G Siboni2, Z Malik2 and MA Firer / Intracellular
chemiluminescence activates targeted photodynamic destruction of leukaemic cells / R Laptev //
British Journal of Cancer (2006) 95, 189 – 196.
2
в. А. Краснов, н к. Зенков, а. Р. Колпаков, е. Б. Меньшикова / активированные
кислородные метаболиты при туберкулезе / журнал «проблемы туберкулеза» 2005г.
П.д. Артеменко1, А.В. Посохова2, Г.А. Тарасенко2/ Современные медико-биологические
проблемы использования минеральных и органических энтеросорбентов в качестве
компонентов биологически активных добавок к пище./ П.Д. Артеменко1// Тихоокеанский
медицинский журнал, 2009, № 1
3
Е.А. Шкапова, Л.М. Куртасова, А.А. Савченко./ Оценка клеточной чувствительности
лейкоцитов крови к интерферону in viтrо у больных почечно-клеточным раком./ А.А.
Савченко // бюллетень со рамн, №1 (119), 2006 г.
4
А.А. Чебуркин1, Е.С. Киселева2. / Новые данные о влиянии олигосахаридов продуктов
детского питания на иммунную систему ребенка / А.А. Чебуркин // Педиатрия 2008 том 87
№5
5
6 А.В.
Белкин, Н.А. Белкина./ Оценка деформабильности эритроцитов крыс при влиянии
пищевых добавок на основе природных цеолитов./ Экология и продукты питания 2009