Статья опубликована в №79 (март) 2020
Разделы: Медицина
Размещена 19.11.2019. Последняя правка: 16.02.2020.
Просмотров - 2469

Микросомальное окисление, применение и способы активации

Фоменко Андрей Владимирович

нет

нет

нет

УДК 577.125.33

Введение

Липофусцин считается красителем старения, так как образуется в старых, или патологических клетках (4 стр. 114). Накопление липофусцина может вызывать деменцию, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, сердечно сосудистые заболевания, бурую атрофию сердца и печени, старение кожи, двигательную дисфункцию, нейронный цероидный липофусциноз (9).

Наличие липофусцина в клетках особого вреда клетке не наносит, но свидетельствует о нарушении биологических процессов в клетке (4 стр. 113). В особых случаях, когда липофусцина становится слишком много, он занимает собой лизосомы - в результате клетка голодает и погибает. Пример таких заболеваний: нейронный цероидный липофусциноз, болезнь Альцгеймера.

На данный момент были определены препараты и вещества уменьшающие количество липофусцина, к ним относятся: пирацетам, креатин, метморфин, зеленый чай и чай улун, грибы вида монакус, флаваноиды красного вина и семян винограда, куркумин, центрофеноксин, меклофеноксат, активация аутофагии голоданием или рапамицин.

Актуальность

Взятие под контроль образование в клетках липофусцина позволит наладить нарушенные в клетках биологические процессы и продлить жизнь клетки, улучшить работу всего организма.

Возможность снижения выработки липофусцина и выведения из организма его излишков позволит лечить такие заболевания, как: нейронный цероидный липофусциноз, болезнь Альцгеймера и др.

Цели и задачи

Цель: проанализировать существующие способы снижения выработки липофусцина, найти дополнительные способы снижения выработки липофусцина.

Задачи:

1. Анализ препаратов и способов снижения липофусцина;

2. Рассмотрение микросомального окисления для снижения уровня липофусцина;

3. Стимулирование микросомального окисления.

Методы:

1. Анализ существующих препаратов и методов воздействия на уровень липофусцина;

2. Анализ микросомального окисления в метаболизме клетки;

3. Синтез существующих препаратов и методов;

4. Экспериментальная проверка активации микросомального окисления.

Материалы:

1. Водка 40 % содержания спирта;

2. Чача 55 % содержания спирта;

3. Концентратор кислорода 7f1l;

4. Алкотестер.

В качестве испытуемого выступал автор статьи.

Анализ существующих препаратов и методов.

1. Пирацетам. Применение пирацетама на мозжечковых клетках гипокама крыс значительно снижало образование липофусцина. Исследователи считают, что это вызвано защитным действием на интранейронную мембрану, или с антиоксидантным свойством этой молекулы (21). Пириацетам, связываясь с фосфолипидами, образует комплексы пирацетам-фосфолипид. В результате, 2-х слойная мембрана восстанавливает свою структуру и стабилизируется, и, как следствие, улучшается работа трансмембранных белков (13). Как известно, образование липофусцина происходит при разрушении мембранных комплексов, стабилизация мембраны способствует предотвращению разрушения мембран и тем самым предотвращает образование липофусцина. Стабилизация мембранных белков улучшает метаболизм окислительных реакций и работу ферментов, участвующих в этом, что так же может способствовать уменьшению образования липофусцина.

2.  Креатин. Применение креатина на модельных животных увеличило продолжительность жизни у модельных животных на 9%, однако на больных болезнью Паркинсона никакого влияния не оказало (9). Применение же креатина с Q10 показало эффективность при лечении болезни Паркинсона (9). Креатин - составная часть поперечной мускулатуры, который является источником быстро высвобождаемой энергии и способствует увеличению силы мышечных сокращений, и продлению анаэробной работы (2 стр. 36). Таким образом, при возникновении в клетке ситуации с недостатком кислорода, креатин компенсирует недостаток энергии и предотвращает образование липофусцина.
Коэнзим Q10 убихинон расположен в митохондриальных мембранах и участвует в реакциях окисления (1 стр. 195). Использование креатина как источника дополнительной энергии и Q10 может способствовать активации окислительных процессов в митохондриях, и, как следствие, снижению количества образующегося липофусцина. 

3. Метформин. Метформин увеличивает продолжительность жизни у модельных животных и уменьшает количество липофусцина (16). Метформин снижает уровень глюкозы в организме, блокирует 1 комплекс дыхательной цепи митохондрий (22 стр. 307). Тем самым, метформин стимулирует клетки в качестве энергии использовать жирные кислоты, стимулмруя метаболизм жиров. 

Снижение уровня глюкозы так же имеется при кетогенной диете. Кетогенная диета направлена на снижение уровня глюкозы, что приводит к увеличению кетонов, применяется для лечения эпилепсии и онкологических заболеваний, при кетогенной диете исключаются углеводы, а используются в основном жиры (8), поэтому кетогенная диета может быть применена и проверена на способность влияния на уровень липофусцина. Побочным эффектом метформина и кетогенной диеты может быть асцидоз, он может возникать при почечной недостаточности.

4. Чай. Зеленый чай и чай Улун применялись на мышах с ускоренным старением и показали положительные результаты. Причём уровень холестерина, триглицеридов, гемоглобина и железа не отличались от контрольных групп. Ученые считают, что это вызвано антиоксидантными свойствами чая (17).

Основной состав зеленых чаев: дубильные вещества 15-30 %, катехины 20-30%, кофеин 1-5% (3стр. 59-62). Дубильные вещества в медицине применяются как антисептические средства и на биохимию клетки не влияют. А вот катехины, в сочетании с аскорбиновой кислотой, снижают уровень холестерина (5стр. 26). Это означает, что катехины в сочетании с аскорбиновой кислотой оказывают влияние на обмен жиров.

Так же известно, что антиоксиданты витамин С и витамин Е являются не ферментативной защитой от активных форм кислорода (1 стр. 208).

Кофеин ингибирует фосфодиэстеразу Цамф и способствует накоплению цАМФ и цГМФ (10). ЦАМФ стимулирует фосфорилирование белков, что активирует все обменные поцессы в клетке (1 стр 136) - это означает, что кофеин активирует обменные процессы в клетках, фосфорилируя многие ферменты. Сочетание кофеина и катехинов возможно оказывает нужный эффект в исследованиях на мышах с ускоренным старением.

5. Красный дрожжевой рис. В составе красного дрожжевого риса активным ингридиентом является Монаколин (ловастатин). Применение монакус- ферментированных продуктов на мышах снижало количество липофусцина в гипокаме (9).

Монаколин, он же ловастатин, относится к статинам - препаратим ингибируюшим 3-гидрокси 3-метилглутарил-коэнзим а- редуктазу . Благодаря этому ограничивается синтез холестерина и увеличивается его катаболизм, угнетается синтез липопротеидов очень низкой плотности и триглицеридов (11). Таким образом, применение статинов на примере монаколина, ингибирующих синтез холестерина и липопротеидов способствует снижению уровня липофусцина в клетках.

6. Флавоноиды красного вина. Применение флавоноидов красного вина на лабораторных животных показали положительный результат. В состав флавоноидов красного вина входят слдующие составляющие: катехины, эпикатехины, олигомерные процианиды (14). Олигомерные процианиды имеют способность связывания с металлами в особенности с 3-х валентным железом (6 стр. 82-84). Как известно, состав липофусцина изобилует железом, связывание с которым процианидов, способствует приведению его в активное состояние для дальнейшего разложения. Катехины, как и в зеленом чае, обладая антиоксидантной активностью, способствуют связыванию с ядами и другими вредными веществами.

7. Куркумин. Применение куркумина на участках мозга крыс показало снижение уровня липофусцина, перикисного окисления липидов и увеличения активности супероксиддизмутазы глуатионпероксидазы аденозинтрифосфатазы Na Ka атфазы (15).

На кА атфаза способствует улучшению проникновения питательных веществ в клетку ( 1 стр. 311).

Супероксид мутаза и глутатионпероксидаза защищают клетку от активных форм кислорода (1 стр. 208).

Куркумин ингибирует hif-1 (18).

Куркумин активирует АМФК и подавляет экспрессию глюкогенных генов намного активней, чем метформин (19). Это означает, что куркумин схож по своим действиям с метформином, но имеет еще дополнительные антиоксидантные свойства, а блокировка hif-1 -фактора, индуцируемого при гипоксии, возможно на прямую отключает реакцию формирование липофусцина.

8. Меклофеноксат, он же Центрофеноксин, уменьшает количество липофусцина в эпителии сетчатки глаза и сердечной мышцы (9).

Меклофеноксат распадается на пара-хлорфеноуксусную кислоту и диметиламиноэтанол, последний является ингибитором свободных радикалов и основой для синтеза ацетил холина (12). Таким образом, мецлофеноксат действует как сильный антиоксидант, а ацетилхолин как нейромедиатор - улучшает работу нервной системы.

9. Активация аутофагии переодическим голоданием, или прием рапамицина, способствовали деградации липофусцина в эпителии сетчатки глаза (20). Рапамицин блокирует mTOR, который ответственен за рост и метаболизм клетки, что способствует созданию эффекта голодания. Однако рапамицин имеет много побочных эффектов, не позволяющих его использовать массово (7).

Вышеперечисленные способы можно разделить на следующие группы:

1 . Стабилизирующие мембраны (пирацетам);

2. Активирующих и улучщающих обмен жиров и белков (метформин, зеленый чай, монаколин, куркумин);

3. Защищающих от активных форм кислорода (зеленый чай, флавоноиды, меклоноксат, монаколин);

4. Способных связываться с липофусцином и активировать его окисление (флавоноиды, Меклоноксат);

5. Аутофагия - непосредственное удаление липофусцина с помощью аутофагасом.

Теперь их можно объединить, чтобы они могли взаимодополнять друг друга. Например: аутофагия, метформин, флавоноиды и пирацетам, или: пирацетам, куркумин, зеленый чай, меклоноксат.

Микросомальное окисление.

Микросомальное окисление осуществляет свободное окисление, при котором кислород активируется и переносится на субстрат. Микросомальное окисление играет важную роль в реакциях анаболизма, детоксикации организма, синтезе холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот (1 стр. 206-207). Это означает, что активирование и стимулирование микросомального окисления в клетках может способствовать улучшению метаболизма клетки, очищению ее от ксенобиотиков, снижению уровня липофусцина. Таким образом, стимулирование микросомального окисления, можно отнести ко 2-й группе способов воздействия на липофусцин-активирующих и улучщающих обмен жиров и белков.

Основным активатором микросомального окисления является кислород. Поэтому для активации микросомального окисления можно использовать вдыхание чистого кислорода и прием кислородных коктейлей, а так же препаратов, улучшающих усвоение кислорода, например - мельдоний.

Микросомальное окисление начинается с активации цитохрома Р-450. Основными индукторами этого цитохрома и всего микросомального окисления являются следующие лекарственные препараты: барбитураты, ноксирон, фторотан, метоксифуран, кордиамин, фенамин, мепробамат, сибазон,бутамид, букарбон, Бутадион, мебедрол (1 стр. 518-519). Применение этих препаратов в дозе, меньшей терапевтической, будет способствовать активации микросомального окисления и при этом не будут проявлять своих лекарственных свойств на организм.

Цитохром Р-450 так же содержится в митохондриях и по сравнению с микросомальными цитохромами они являются минорной группой. Митохондриальные цитохромы Р- 450, как правило, специализируются на метаболизме стероидов - это резко отличает их от микросомальных цитохромов, которые обладают более широкой субстратной специфичностью (23 стр. 38).

Для проверки способности активации микросомального окисления был проведен эксперимент. Так как микросомальное окисление способствует биотрансформации ксенобиотиков, то в качестве такого ксенобиотика использовался этиловый спирт, а именно водка 40 % спирта 100 мл. разовая доза.

Научная новизна.

На примере разложения спирта клетками организма были определены препараты и вещества активирующие микросомальное окисление. К таким веществам относятся: кислород и совместное с ним применение препаратов, улучшающих снабжение клеток кислородом (мельдоний), кофеин, дозы ниже терапевтических индукторов цитохрома Р450 - барбитураты, ноксирон, фторотан, метоксифуран, кордиамин, фенамин, мепробамат, сибазон,бутамид, букарбон, бутадион, мебедрол. 3 способа воздействия на микросомальное окисление оказавают на него свое влияние с разных сторон и тем самым они взаимно дополняют друг друга при применении совместно.

Методы воздействия на пути образования липофусцина можно разделить на 5 групп.

1 . Стабилизирующие мембраны (пирацетам).

2. Активирующих и улучшающих обмен жиров и белков (метформин, зеленый чай, монаколин, куркумин).

3. Защищающих от активных форм кислорода (зеленый чай, флавоноиды, меклоноксат, монаколин).

4. Способных связываться с липофусцином и активировать его окисление (флавоноиды, Меклоноксат).

5. Аутофагия - непосредственное удаление липофусцина с помощью аутофагасом.

К методам воздействия на липофусцин можно отнести ко 2-й группе Кетогенную диету и активирование микросомального окисления.

Объединяя несколько групп между собой можно увеличить эффект воздействия на образование и окисление липофусцина.

Результаты:

Была проверена скорость разложения организмом этилового спирта с применением следующих средств и препаратов: пирацетам, кофеин, кислород, кордиамин. В качестве источника спирта использовалась водка 40% спирта. Результаты представлены в таблице 1 и 2.

Таблица 1.

время	без препаратов	кислород	Мельдоний и кислород
19 45	0.0	0.0	0.0
20 00	0.3	0.2	0.5
20 15	0.4	0.2	0.3
20 30	0.4	0.2	0.2
20 45	0.4	0.18	0.16
21 10	0.3	0.18	0.12
21 30	0.2	0.15	0.0
22 05	0.12	0.0
22 40	0.0
время полного выведения алкоголя	3 час 55 мин	2час 20 мин	1час 50мин

 

На основании показаний 1-й таблицы видно, что кислород способствует активированию микросомального разложения спирта, а применение мельдония с кислородом ускоряет этот процесс, так как мельдоний улучшает снабжение кислородом клетки.

Таблица 2.

время	без препаратов	пирацетам	кофеин	кордиамин
20 10	0.0	0.0	0.0	0.0
20 30	0.4	0.2	0.3	0.11
20 45	0.3	0.2	0.2	0.1
21 00	0.2	0.2	0.15	0.0
21 15	0.2	0.2	0.12
21 30	0.19	0.2	0.1
21 45	0.19	0.2	0.0
22 00	0.12	0.16
22 15	0.1	0.12
22 30	0.0	0.0
время полного выведения алкоголя	2часа 20мин	2 часа 20 мин	1 час 35 мин	50 мин

 

На основании таблицы 2 можно увидеть, что пирацетам на разложение спирта влияния не оказывает, а вот кофеин и кордиамин значительно ускоряют разложение спирта.

Таким образом, кофеин, стимулируя фосфолирирование белков, активирует тем самым и микросомальное окисление. А кордиамин, являясь одним из препаратов индукторов цитохрома Р450, примененный в дозе ниже терапевтической, активирует микросомальное окисление.

Далее были проверены свойства одновременно всех 3-х способов воздействия на микросомальное окисление. Был использован кофеин, кислород, мельдоний и кордиамин. В качестве источника спирта использовалась виноградная чача 55 % спирта 100 мл.

Таблица 3.

время	без препаратов	Кофеин, кислород, мельдоний, кордиамин
20 10	0.0	0.0
20 30	0.7	0.18
20 45	0.5	0.18
21 00	0.5	0.14
21 15	0.4	0.11
21 30	0.4	0.0
21 45	0.4
22 00	0.3
22 15	0.3
22 30	0.2
22 45	0.19
23 00	0.14
23 15	0.1
23 30	0.1
23 40	0.0
время полного выведения алкоголя	3 часа 30мин	1 час 20 мин

 

Применение одновременно 3-х способов воздействия на микросомальное окисление, разлагает спирт почти в 3 раза быстрее. Это означает, что каждый из способов оказывает влияние на микросомальное окисление с разных сторон, дополняя и усиливая друг друга.

Так как микросомальное окисление способствует более полному окислению жиров, то оно может положительно воздействовать при асцидозе и предотвращать его возникновение. Поэтому применение микросомального окисления будет положительно влиять на кетогенную диету и при применении метформина.

Выводы.

Активирование микросомального окисления может применяться как дополнение к методам борьбы с заболеваниями высокого уровня липофусцина. Применение микросомального окисления может оказывать положительное влияние при асцидозе и предотвращать его возникновение. Активирование микросомального окисления может применятся при отравлениях.

1. Комов В. П., Шведова В. Н., Биохимия: учеб. для вузов — М. : Дрофа, 2004. -638 с.
2. Арансон М.В., Сорокин А.А., Применение креатинсодержащих БАД в спрорте: новые исследования.,Вестник спортивной науки., 2008, №3, 36-40 c.
3. Афонина С.Н., Лебедева Е.Н., Химическте компоненты чая и их влияние на организм., Успехи современного естествознания., №6 2016.
4. Ефимов А.А., Маслякова Г.Н. О роли липофусцина в инволютивных и патологических процессах, Саратовский научно-медицинский журнал, 2009, том 5, №1, с. 111-115
5. Запрометов, М.Н. Биохимия катехинов запрометов., автореферат дисертация доктора биологических наук., [Место защиты: Академия Наук СССР. Институт биохимии имени А. Н. Б]. - Москва, 1963. - 34 с.
6. Спрыгин В.Г. Кушнерова Н.Ф., Природные олигомерные проантоцианиды перспективные регуляторы метаболических нарушений., Вестник ДВО РАН. 2006 №2
7. Кривомаз Т., Рапамицин — продление жизни или побочные эффекты?, Фармацевт практик.,26.02.2018., [Электронный ресурс] URL: https://fp.com.ua/foto/rapamytsyn-prodlenye-zhyzny-yly-pobochnye-effekty/ (дата обращения 08.11.2019)
8. Сабук Т. Л. Кетогенная диета: меню, разрешенные и запрещенные продукты., [Электронный ресурс] URL: http://zdravotvet.ru/ketogennaya-dieta-menyu-razreshennye-i-zapreshhennye-produkty/ (дата обращения 09.11.2019)
9. Липофусцин как фактор старения. Age Fartor [Электронный ресурс] URL: https://agefactor.com.ua/lipofuscin-kak-biomarker-stareniya/ (дата обращения 12.10.2019)
10. Регистр лекарственных средств., Кофеин.,Группа компаний РЛС- 2000-2018 России.- Фонд фармацевтической информации [Электронный ресурс]. URL: https://www.rlsnet.ru/mnn_index_id_789.htm (дата обращения: 15.10.2019)
11. Регистр лекарственных средств., Ловастатин.,Группа компаний РЛС- 2000-2018 России.- Фонд фармацевтической информации [Электронный ресурс]. URL:https://www.rlsnet.ru/mnn_index_id_923.htm (дата обращения: 15.10.2019)
12. Регистр лекарственных средств., Меклофеноксат.,Группа компаний РЛС- 2000-2018 России.- Фонд фармацевтической информации [Электронный ресурс]. URL:https://www.rlsnet.ru/mnn_index_id_597.htm (дата обращения: 15.10.2019)
13. Регистр лекарственных средств., Пирацетам.,Группа компаний РЛС- 2000-2018 России.- Фонд фармацевтической информации [Электронный ресурс]. URL: https://www.rlsnet.ru/mnn_index_id_510.htm (дата обращения: 14.10.2019)
14. Ângelo Carneiro, Marco Assunção, Victor De Freitas, Manuel Maria Paula-Barbosa, José Paulo Andrade., Red Wine, but not Port Wine, Protects Rat Hippocampal Dentate Gyrus Against Ethanol-Induced Neuronal Damage—Relevance of the Sugar Content., Alcohol and Alcoholism, Volume 43, Issue 4, July-August 2008, Pages 408–415
15. Bala K, Tripathy BC, Sharma D., Neuroprotective and anti-ageing effects of curcumin in aged rat brain regions., Biogerontology., 2006 Apr;7(2):81-9.
16. Brian Onken and Monica Driscoll., Metformin Induces a Dietary Restriction–Like State and the Oxidative Stress Response to Extend C. Elegans Healthspan via AMPK, LKB1, and SKN-1.,PLoS One. 2010; 5(1)
17. Chan YC, Hosoda K, Tsai CJ, Yamamoto S, Wang MF., Favorable effects of tea on reducing the cognitive deficits and brain morphological changes in senescence-accelerated mice., J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo)., 2006 Aug;52(4):266-73.
18. Hyunsung Choi, Yang-Sook Chun, Seung-Won Kim, Myung-Suk Kim and Jong-Wan Park., Curcumin Inhibits Hypoxia-Inducible Factor-1 by Degrading Aryl Hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator: A Mechanism of Tumor Growth Inhibition., Molecular Pharmacology November 2006, 70 (5) 1664-1671
19. Kim T, Davis J, Zhang AJ, He X, Mathews ST., Curcumin activates AMPK and suppresses gluconeogenic gene expression in hepatoma cells., Biochem Biophys Res Commun., 2009 Oct 16;388(2):377-82.
20. Lei Lei.,Radouil Tzekov.,Huapeng Li.,J. Hugh McDowell.,Guangping Gao.,W. Clay Smith.,Shibo Tang and Shalesh Kaushal., Inhibition or Stimulation of Autophagy Affects Early Formation of Lipofuscin-Like Autofluorescence in the Retinal Pigment Epithelium Cell., Int. J. Mol. Sci. 2017, 18(4), 728
21. Paula-Barbosa MM1, Brandão F, Pinho MC, Andrade JP, Madeira MD, Cadete-Leite A., The effects of piracetam on lipofuscin of the rat cerebellar and hippocampal neurons after long-term alcohol treatment and withdrawal: a quantitative study., Alcohol Clin Exp Res. 1991 Oct;15(5):834-8.
22. Rosina Pryor. Filipe Cabreiro .,Repurposing metformin: an old drug with new tricks in its binding pockets.,Biochem J. 2015 Nov 1; 471(Pt 3): 307–322.
23. Яболоков Е.О. Молекулярное узнавание, аффинность и термодинамика белок-белковых взаимодействий в цитохром Р450 — зависимых монооксигеназных системах., Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук.. ФГБНУ., «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича» Москва., 2014, 138 c.

Рецензии:

13.02.2020, 18:11 Умарова Зарифа Фахриевна
Рецензия: Статья содержит источники1989 г. Это слишком старые данные. Научная новизна не может быть в конце статьи. Нужно все по местам расставить. Как понятно из статьи микросомальное окисление это окисление происходящее в микросомах. С использованием цитохрома Р450 происходит и митохондриальной окисление. Нужно разграничить понятия. С учётом доработки статьи считаю нужным повторное рецензирование провести после исправления замечаний.

17.02.2020, 9:00 Умарова Зарифа Фахриевна
Рецензия: Все замечания исправлены, статья может быть рекомендована для дальнейшей публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий