Окислительный стресс при сахарном диабете это

Окислительный стресс при сахарном диабете это

Ишемия и гипоксия тканей, наблюдаемая при сахарном диабете, являются основными факторами, способствующими повышенно­му образованию реактивных оксидантов в различных органах и тканях. и участвую­щих в развитии патологически измененных структур тканей и органов, что приводит к нарушению их функции. Сахарный диабет характеризуется синдромом хронической гипергликемией, которая приводит к нару­шению всех видов обмена веществ, влияя непосредственно на развития сосудистых осложнений диабета. Если равновесие в ор­ганизме смещается в сторону окислитель­ных процессов, то это называется окисли­тельным стрессом. Кроме того, накопление большого количества активных форм кис­лорода (АФК), а также снижение концен­трации клеточного глутатиона (основного антиоксиданта, вырабатываемого нашим организмом) является причиной развития таких осложнений как синдром диабетиче­ской стопы при сахарном диабете.

Окислительный стресс — это нарушение в организме баланса между прооксиданта-ми и компонентами системы антиоксидантной защиты. Он сопровождается различной степенью выраженности дефицита инсули­на и инсулинрезистентности, являющихся обязательными компонентами патогенеза сосудистых осложнений диабета.Окисли-тельный стресс при сахарном диабете мо­жет быть следствием различных механиз­мов: повышенного образования реактивных оксидантов, образующихся при окислении как самих углеводов, так и углеводов, образующих комплексы с различными белками, а также в результате аутоокисления жирных кислот в триглицеридах, фосфолипидах и эфирах холестерина;

Ишемия и гипоксия тканей, наблюдаемая при сахарном диабете, являются дополни­тельными факторами, способствующими повышенному образованию реактивных оксидантов в различных органах и тканях. и участвующих в развитии патологически измененных структур тканей и органов, что приводит к нарушению их функции.

Беспредельное увеличение свободных ра­дикалов и гидроперекисей липидов должно было бы привести к быстрому разрушению клеточных структур, но в естественных условиях этого не происходит благодаря наличию в организме сложной и многоком­понентной системы биоантиокислителей и естественных антиоксидантов, способных при химическом воздействии ингибировать свободно-радикальное окисление липидов.

В норме сохраняется равновесие между ско­ростью ПОЛ и активностью антиоксидант-ной системы (витамины Е, С, В, супероксид-дисмутаза, каталаза, глютатионтрансфераза, глютатионпероксидаза, глютатионредуктаза и др.), что является одним из основных по­казателей гомеостаза. Конечным продуктом ПОЛ является малоновый диальдегид, кото­рый ингибирует простациклин, способствуя агрегации тромбоцитов и тромбообразова-нию. Усиление активности ПОЛ играет су­щественную роль в повреждении эритроци­тов и эндотелия сосудов и в формировании диабетических ангиопатий.

Однако уровень РФК, превышающий за­щитные возможности клетки, вызывает се­рьёзные клеточные нарушения (например, истощение АТФ) и как результат разруше­ние клетки. В зависимости от силы стресса клетки могут погибнуть в результате апоп-тоза, когда внутреннее содержимое клетки успевает деградировать до нетоксичных продуктов распада, или в результате не­кроза, когда сила оксидативного стресса слишком велика. При некрозе клеточная мембрана нарушается и содержимое клетки высвобождается в окружающую среду, что может в результате повредить окружающие клетки и ткани.

Нами проведен анализ показателей состо­яния антиоксидантной системы у больных со смешанной формой синдрома диабети­ческой стопы, находившихся на лечении в отделении гнойной хирургии Красноярско­го краевого гнойно-септического центра по поводу гнойно-некротических осложне­ний сахарного диабета. Всего обследовано 31 больной в возрасте от 24до 83лет. Сред­ний возраст пациентов составил 59,5 лет.

Мужчин было 10 (32,3%), женщин-21 (67,7%).

При поступлении у пациентов имелась смешанная форма синдрома диабетической стопы, осложненная остеомиелитом костей стопы, у 29,2% пациентов синдром диабети­ческой стопы осложнился гангреной паль­цев и дистальных отделов стопы, у 60,4% имелись гнойно-некротические язвы и раны. По классификации Wagner больные рас­пределились следующим образом: Wagner 2 — 60,4%; Wagner 3 — 10,4%; Wagner 4 — 22,9%; Wagner 5 — 6,2%. Бсе больные по­лучали стандартную терапию.

Быраженность окислительного стресса оценивали по уровню малонового диальде-гида — МДА. который — возникает в орга­низме при деградации полиненасыщенных жиров реактивными формами кислорода, служит маркером пероксидирования жиров и оксидативного стресса. Для оценки состоя­ния АОС у обследованных пациентов опре­деляли также активность внутриклеточных антиоксидантных ферментов: супероксид-дисмутазы (СОД) , глутатионпероксидазы (ГТП), глутатион-трансферазы и каталазы (КТ). Исследования проводили при посту­плении больного в клинику на 3, 7, 14-е сут­ки и при выписке. Результаты исследования: Согласно данным, у больных при поступлении наблюдается значительное повышение уровня МДА в 1,5 раза, а в случае высокой ампутации в 2,5-3 раза. Содержание МДА у больных во все сроки исследования выше нормы, у 50% больных высокие показатели МДА сохраняются и при выписке.

Супероксиддисмутаза (СОД) относит­ся к группе антиоксидантных ферментов. Бместе с каталазой и другими антиокси­дантными ферментами она защищает орга­низм человека от постоянно образующихся высокотоксичных кислородных радикалов. Супероксиддисмутаза катализирует дис-мутацию супероксида в кислород и перок-сид водорода. Таким образом, она играет важнейшую роль в антиоксидантной защи­те практически всех клеток, так или иначе находящихся в контакте с кислородом. По результатам исследования у 32,3% больных СОД в 2,5-3 раза выше нормы, но у пода­вляющего количества больных 67,7% СОД ближе к норме, а у 30% из них даже ниже показателей нормы. Показатели каталазы также были неоднозначны: в 45,2% каталаза выше нормы в 1,5 -2 раза, но в 34,8% ката-лаза в пределах нормы, в 20% случаев она ниже нормы. Показатели глутатионперокси-дазы в половине случаев выше нормы в 1,5 раза, у остальных пациентов она в пределах нормы 40% и ниже нормы в 60% случаев. Глутатион-трансфераза в 100% выше нор­мы, в половине случаев выше нормы в 10 и более раз. Стоит отметить на протяжении исследования данные показатели менялись от показателей ниже нормы до увеличения в 2-3 раза выше нормы и наоборот, что гово­рит о высокой чувствительности антиокси-дантных ферментов.

На основании этих результатов мы можем заключить, что развивающийся вследствие гипергликемии окислительный стресс, характеризующийся избыточной продукцией свободных радикалов (или активных форм кислорода — АФК) и, как следствие, сниже­нием активности антиоксидантной системы приводит к развитию таких осложнений са­харного диабета, как синдром диабетиче­ской стопы.

Источник

Окислительный стресс при сахарном диабете это

Мотивация к употреблению алкоголя на фоне сахарного диабета может иметь несколько оснований: стремление понизить уровень глюкозы крови за счет некоторого гипогликемического действия алкоголя при эпизодическом употреблении, получить антиоксидантное действие, благодаря свойствам самой молекулы этанола, и профилактировать атеросклероз, руководствуясь сведениями о способности алкоголя понижать уровень атерогенного холестерина крови. Однако при употреблении алкоголя на фоне окислительного стресса формируется этанол-зависимая оптимизация биохимических процессов [Фонякова О.Г., 1996; Аксенов А.В., 2004], т.е. появляется тяга к спиртным напиткам, и эпизодическое употребление перерастает в алкогольные запои, что приводит к развитию алкогольной интоксикации.

Цель исследования: оценить основные показатели окислительного стресса в ткани печени и сыворотке крови при алкоголизации в течение семи дней на фоне аллоксанового сахарного диабета.

Материалы и методы

Эксперимент выполнен на 37 самцах белых беспородных крыс. Сахарный диабет моделировали интраперитонеальным введением аллоксана (160мг/кг). Через 2 недели отбирали животных, имевших стойкую гипергликемию выше 11,1 ммоль/л, без кетонурии. Алкогольную интоксикацию вызывали ежедневным интраперитонеальным введением 25% этанола в дозе 2г/кг после кормления на протяжении 7 дней. Животные были разделены на 4 группы: 1 группа — крысы, получавшие инъекци 0,9% раствора NaCl (группа контроля — К, n=9), 2 группа — крысы с алкогольной интоксикацией (А, n=9), 3 группа — животные с сахарным диабетом (СД, n=10), которым также вводился 0,9% раствор NaCl вместо алкоголя, 4 группа — животные с алкогольной интоксикацией на фоне сахарного диабета (СДА, n=9). Через сутки после последнего воздействия животных декапитировали под общим эфирным наркозом. В надмитохондриальной фракции гомогенатов ткани печени исследовали активность антиоксидантных ферментов: глутатионпероксидазы (КФ 1.11.1.9) по методу D.E.Paligia, W.N.Valentine [1967], Cu,Zn-супероксиддисмутазы (КФ 1.15.1.1) [Т.В.Сирота, 1999], каталазы (КФ 1.11.1.6) [М.А.Королюк, 1988], глутатионредуктазы (КФ 1.6.4.2) по методу Racker [1955] с небольшой модификацией, глутатионтрансферазы (КФ 2.5.1.18) по W.H.Habig et al. [1974]; Fe 2+ — индуцированную хемилюминесценцию (ХЛ) по Ю.А.Владимирову [1989]. Оценивали светосумму ХЛ за 3 мин (S), латентный период от момента введения ионов железа до начала медленной вспышки (r) и амплитуду быстрой вспышки (h). В цельных гомогенатах ткани печени определяли концентрацию восстановленного глутатиона и количество доступных HS-групп на единицу белка по методу J.Sedlak, R.H.Lindsay [1968]. В сыворотке крови — активность глутатионпероксидазы, общее количество HS-групп на единицу белка и светосумму хемилюминесценции, индуцированной пероксидом водорода за 90 сек [А.К.Журавлев, М.П.Шерстнев, 1985]. Кинетику хемилюминесценции обрабатывали с помощью компьютерной системы Counter-2004. Концентрацию глюкозы в крови определяли глюкозооксидазным и гексокиназным методами, белок в пробах по методу O.H.Lowry et al. [1951]. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программ Biostat, SPSS 11.5 и StatSoft Statistica 6.0. Использовали непараметрический критерий Манна-Уитни (U), нормальность распределения исключали по критерию Шапиро-Уилкса.

Результаты исследований и обсуждение

В группе СД на момент проведения исследования (три недели течения диабета) отмечена тенденция к нормализации уровня гликемии крови и компенсации окислительного стресса: несмотря на низкий уровень восстановленного глутатиона (в 2,5 раза по сравнению с контролем), содержание общих HS-групп, активность глутатионпероксидазы (ГПО), глутатионредуктазы (ГР), каталазы ткани печени достоверно не отличалась от группы К, также как и все показатели хемилюминесценции печени; интенсивность хемилюминесценции сыворотки крови была ниже по сравнению с контрольной группой на 35,2% (р=0,009) и , соответственно, более низкая активность глутатионпероксидазы сыворотки — на 32,5% (р=0,028), тогда как содержание общих HS-групп достоверно не отличалось. Возможно, компенсация обусловлена активацией секреции инсулина, что нередко наблюдается при аллоксановом сахарном диабете. На возобновление продукции инсулина указывает и факт достоверного повышения активности супероксиддисмутазы (СОД) ткани печени в 2,2 раза по сравнению с контрольными животными (р

Источник

Окислительный стресс при сахарном диабете это

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию; ГОУ ДПО Российская медицинская академия последипломного образования, Москва

ГОУ ДПО Российская медицинская академия последипломного образования, Москва

Окислительный стресс при сахарном диабете 2-го типа и пути его коррекции

Журнал: Проблемы эндокринологии. 2011;57(6): 52-56

Аметов А. С., Соловьева О. Л. Окислительный стресс при сахарном диабете 2-го типа и пути его коррекции. Проблемы эндокринологии. 2011;57(6):52-56.

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию; ГОУ ДПО Российская медицинская академия последипломного образования, Москва

В последние годы среди механизмов развития поздних сосудистых осложнений сахарного диабета 2-го типа особое значение придается окислительному стрессу. Более того, окислительный стресс, индуцированный гипергликемией, рассматривается в качестве главного механизма повреждения β-клеток, ускоряющего прогрессирование сахарного диабета. Современные гипогликемические препараты должны обладать дополнительными свойствами, препятствующими развитию сосудистых осложнений. Одним из препаратов, обладающим антиатерогенными и антиоксидантными свойствами, увеличивающим выживаемость β-клеток в условиях окислительного стресса и резистентность ЛПНП к окислению, является гликлазид МВ.

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию; ГОУ ДПО Российская медицинская академия последипломного образования, Москва

ГОУ ДПО Российская медицинская академия последипломного образования, Москва

В последнее время сахарный диабет (СД) прочно занял лидирующую позицию среди заболеваний, обусловливающих инвалидизацию и смертность населения. По данным ВОЗ [1], на январь 2010 г. насчитывались 285 млн пациентов с СД, а по прогнозам, к 2030 г. это число достигнет 438 млн. При этом более 90% составят лица с cахарным диабетом 2-го типа (СД2). В России в 2010 г. зарегистрированы 2 822 634 пациента с СД2. Катастрофическое увеличение числа заболевших требует все более детального изучения патогенеза осложнений СД2 и разработки новых подходов к их профилактике и лечению.

Формирование окислительного стресса при сахарном диабете

При СД возникают «идеальные» условия для формирования окислительного стресса: увеличивается содержание субстратов окисления (глюкоза и липиды) и уменьшается образование и снижается активность естественных антиоксидантных систем — таких, как глутатион, супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионовая пероксидаза [2].

В настоящее время многие авторы [3] рассматривают окислительный стресс как «универсальную основу» развития всех осложнений при СД, обусловленных, в частности, нарушением эндотелиальной функции. Более того, окислительный стресс, индуцированный гипергликемией, запускает механизмы повреждения β-клеток и тем самым ускоряет прогрессирование СД [4, 5].

При окислительном стрессе образуются свободные радикалы — молекулы, имеющие на внешней орбите неспаренный электрон, что придает им повышенную реакционную способность. Свободные радикалы стремятся получить второй электрон от других молекул, приводя к нарушению их структуры и функции [6]. Свободные радикалы представляют собой гетерогенную группу, но наибольшее их количество относится к соединениям реактивного кислорода. Окисление глюкозы приводит к образованию частиц активного кислорода (ROS): супероксида (•O₂–), гидропероксила (•HRO₂–), радикала гидроксила (•OH), радикала пероксила (•RO₂). Также образуются частицы активного азота: окись азота (•NO), диоксид нитроген (•NO₂–), пероксинитрит (ONOO–).

На фоне гипергликемии активируются многие метаболические пути, ответственные за увеличение образования ROS и тем самым за формирование окислительного стресса (рис. 1): Рисунок 1. Влияние гипергликемии на продукцию супероксида в эндотелиальных клетках.

1. Активация полиолового пути окисления глюкозы, при котором глюкоза превращается в сорбитол, приводит к истощению NADPH. Этот коэнзим участвует в образовании глутатиона — важного антиоксиданта. Уменьшение уровня NADPH приводит к снижению активности глутатиона и увеличению окислительного стресса [7].

2. Усиленное превращение сорбитола во фруктозу под действием сорбитол-дегидрогеназы приводит к увеличению уровня диацилглицерола, который в свою очередь активирует протеинкиназу С (PKC) [8]. Под действием PKC происходит индукция фермента, образующего супероксид NADFH-оксидазы в эндотелиальных и гладкомышечных клетках.

3. В результате неферментного гликирования образуются конечные продукты AGEs, что само по себе или через рецептор AGEs (RAGEs) ведет к продукции ROS [9, 10]. Конечные продукты гликирования также являются важными активаторами фермента NADFH-оксидазы.

4. Активация NADFH-оксидазы в эндотелиальных и гладкомышечных клетках является одним из самых важных источников ROS. Этот фермент активируется под воздействием РКС, конечных продуктов гликирования, инсулина и антиотензина II [11].

5. Дыхательная цепь митохондрии также является важным местом гиперпродукции ROC. В нормальных условиях практически весь кислород используется в митохондриях для синтеза АТФ и только 1—2% идет на синтез активных форм кислорода. В условиях СД это соотношение смещается в сторону синтеза супероксида [12, 13].

Другой важной составляющей развития окислительного стресса является снижение антиоксидантной защиты. Все ткани способны образовывать активные формы кислорода и каждая ткань содержит определенное количество ферментов-антиоксидантов. Ключевыми ферментами катаболизма ROS являются супероксиддисмутаза (SOD), каталаза, глутатион (GSH) и глутатион-пероксидаза (GP×). SOD-1 и SOD-2 метаболизируют супероксидрадикал до перекиси водорода (H2O₂). Каталаза действует в пероксисомах и метаболизирует H2O₂ до кислорода и воды. Глутатион-пероксидаза, состоящая из 6 изоэнзимов, содержится в цитоплазме и митохондриях и метаболизирует перекисноокисленные липиды и перекись водорода до воды и кислорода. Гипергликемия вызывает гликозилирование и инактивацию антиоксидантов, а сниженная активность SOD и уменьшение доступности глютатиона являются индикаторами наличия хронического окислительного стресса [14]. В экспериментах in vitro при поддержании постоянной активности SOD и каталазы увеличения окислительного стресса и поражения эндотелиальной функции не происходило, даже в условиях гипергликемии.

Роль окислительного стресса в развитии эндотелиальной дисфункции и атеросклероза

Одной из патогенетических основ макрососудистых осложнений при СД является атеросклероз. Пусковым фактором развития атеросклероза в настоящее время считается эндотелиальная дисфункция, сопутствующая СД [15].

Среди множества веществ, вырабатываемых эндотелием, особенно важным является оксид азота (NO). NO не только поддерживает сосудистый тонус, являясь одним из самых мощных вазодилататоров, но и выполняет ряд других важных функций, участвуя в регуляции физиологических процессов в сердечно-сосудистой системе и препятствуя атерогенезу. Антиатерогенные свойства оксида азота реализуются за счет ингибирования миграции и пролиферации гладкомышечных клеток, т.е. образования неоинтимы и гипертрофии сосудов [16]. NO блокирует также экспрессию адгезивных молекул эндотелия — ICAM-1, VCAM-1, E-селектина и хемотаксических пептидов моноцитов; уменьшает агрегацию, прилипание и инфильтрацию сосудистой стенки нейтрофилами и моноцитами. Более того, NO тормозит агрегацию и адгезию тромбоцитов. Таким образом, оксид азота препятствует развитию воспаления и атеросклеротического процесса в сосудистой стенке [17, 18].

Усиленное образование ROS при СД приводит к развитию эндотелиальной дисфункции и атеросклероза (рис. 2). Рисунок 2. Роль активных форм кислорода в формировании атеросклероза. Первое, на что нужно обратить внимание, это то, что повышение уровня ROS (особенно супероксид-аниона) вызывает нарушение синтеза и активности NO. Супероксид-анион соединяется с NO, образуя сильный оксидант — пероксинитрит (ONOO–); в результате NO теряет свою биологическую активность и антипролиферативные свойства. Пероксинитрит повреждает клетки путем нитрирования белков. Нитрирование подавляет работу калиевых каналов, ответственных за вазорелаксацию. Пероксинитрит способен также повреждать ДНК, что является обязательным стимулом для активации ядерного фермента PARP [19]. Эта полимераза истощает внутриклеточную концентрацию NAD+, замедляя гликолиз, транспорт электронов и образование АТФ, блокирует активность глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (GAPDH), что приводит к эндотелиальной дисфункции и развитию диабетических осложнений.

Еще один механизм снижения синтеза NO — разобщение eNOS на фоне окислительного стресса. В физиологических условиях eNOS существует в виде димера и продуцирует NO. Для синтеза NO необходимо действие кофактора — тетрагидробиоптерина (BH4). При недостатке этого вещества действие фермента смещается в сторону синтеза супероксида. Пероксинитрит (ONOO–) окисляет BH4, что приводит к разобщению еNOS и продуцированию супероксид-аниона вместо NO [20—22].

Второй аспект действия ROS — индукция экспрессии ICAM-1, VCAM-1, что приводит к адгезии моноцитов, лимфоцитов на эндотелиальной стенке и к облегчению проникновения нагруженных липидами моноцитов, липидов и тромбоцитов в субэндотелиальное пространство [23]. Более того, избыточное образование супероксидных и гидроксильных радикалов инициирует окисление ЛПНП. Перекисно-модифицированные ЛПНП в силу своей токсичности повреждают эндотелиальный покров артерий и также накапливаются в субэндотелиальном пространстве [24]. Здесь они приобретают способность секретировать биологически активные соединения (факторы роста, хемотоксины, митогены). Эти соединения стимулируют миграцию из медии в интиму гладкомышечных клеток и фибробластов, их пролиферацию и синтез соединительной ткани. ROS регулируют также экспрессию различных факторов роста и ростовых протоонкогенов (c-Myc, c-Fos и c-Jun [25]. Это приводит к пролиферации и миграции в интиму артерий гладкомышечных клеток и усилению продукции ими коллагена и эластина [26, 27]. Все вышеперечисленные механизмы в конечном итоге и приводят к атеросклерозу и тромбозу.

Роль активных форм кислорода в прогрессировании β-клеточной дисфункции

Как отмечалось выше, гипергликемия при СД является главным инициатором развития окислительного стресса во многих тканях; β-клетки не являются исключением и, более того, могут особенно сильно испытывать окислительный стресс, поскольку содержат крайне низкий уровень антиоксидантов [28, 29]. В островках поджелудочной железы обнаружено снижение экспрессии генов антиоксидантов и практически полное отсутствие активности глутатион-пероксидазы [30]. В исследованиях H. Takahashi и соавт. было показано, что D-глицеральдегид (D-GLIC) двояко влияет на образование и секрецию инсулина в зависимости от концентрации внутри клетки [31]. В низких концентрациях (

Источник