Патология биоэнергетических процессов

Течение биоэнергетических процессов очень чувствительно к действию различных по природе факторов, которые провоцируют или угнетение или рост их интенсивности со всеми вытекающими последствиями.

Часто встречающиеся причины первого варианта нарушений:

I.Дефицит окисляемого субстрата:

а) общее или частичное голодание, приводящее к возникновению гипогликемии, недостатку высших жирных кислот. Возможно развитие подобной ситуации вследствие гормонального дисбаланса;

б) подавление активности ферментов окислительного декарбоксилирования пирувата (см. главу II);

в) угнетение интенсивности основного метаболического котла - цикла трикарбоновых кислот (см. главу II);

г) падение скорости β-окисления высших жирных кислот.

Все выше перечисленные процессы служат поставщиками субстратов для биологического окисления.

II.Наследственные и приобретенные дефекты в работе промежуточных переносчиков ЭТЦ:

а) эндогенные или экзогенные гиповитаминозы [никотинамида (витамина РР); рибофлавина (витамина В₂), токоферолов (витамина Е), нафтохинонов (витамина К), бензохинонов (убихинонов)];

б) некоторые вещества (барбитураты) препятствуют окислению субстратов, угнетая дегидрогеназы комплекса I;

в) блоки системы цитохромов, которые могут носить врожденный (фатальная детская митохондриальная миопатия – наследственное заболевание, связанное с угнетением деятельности оксидоредуктаз, в первую очередь, цитохромоксидазы, см. «Патохимию наследственных болезней») или приобретенный характер. Хроническое введение алкоголя угнетает активность цитохрома аа₃ комплекса IV. Подобным образом действуют классические яды – оксид углерода (II), цианиды, сероводород (рис. 15).

История, которой мы хотим проиллюстрировать медицинское значение нарушений транспорта электронов по дыхательной цепи митохондрий, произошла в 80-е годы в США, когда у группы молодых наркоманов, употреблявших кустарно изготовленный аналог наркотика петидина (меперидина) (прозванного «новым героином»), внезапно развились симптомы, характерные для болезни Паркинсона. Это нейродегенеративное заболевание, обусловленное дефицитом нейромедиатора дофамина в черной субстанции головного мозга, обычно свойственно лицам пожилого возраста. Его отличительными признаками являются: снижение общей двигательной активности, тремор рук, дрожание головы и т.д.

Проведенные исследования показали, что в процессе «варки» наркотика происходит образование побочного продукта – МФТП (1-метил-4-фенил-2,3,5,6-тетрагидропиридина). При поступлении в организм вещество накапливается в клетках мозга, превращаясь под действием моноаминоксидаз наружной мембраны митохондрий в активный нейротоксин – ион 1-метил-4-фенилпиридиния (МФП⁺). Он ингибирует Комплекс I подобно ротенону, блокируя окисление НАДН в дыхательной цепи (рис. 15).

Это подавляет окислительное фосфорилирование и продукцию АТФ в клетках черной субстанции, что приводит в конечном итоге к их гибели и развитию клинической картины паркинсонизма.

Однако, известны примеры другого рода, когда точная диагностика аномалий транспорта восстановительных эквивалентов по дыхательной цепи митохондрий позволяла подобрать лекарства, значительно улучшавшие состояние больных. Так развитие тяжелой формы миопатии (заболевание мышечной системы, характеризующееся прогрессирующей слабостью, а в ряде случаев и атрофией функциональной ткани) у семнадцатилетней девушки было обусловлено дефектом комплекса III. Инъекции менадиона (витамина К) и аскорбата, позволившие питать дыхательную цепь электронами в обход дефектного комплекса (рис. 16), способствовали резкому улучшению самочувствия пациентки.

В течение года, предшествовавшего лечению, больная с трудом передвигалась в инвалидной коляске без отдыха не более половины квартала. Через двое суток после начала коррекции менадионом и аскорбатом пациентка могла

Рис. 16. «Питание» дыхательной цепи с генетическим нарушением в Комплексе Ш в обход наследственного блока

без остановки проходить несколько кварталов и не пользовалась вспомогательными транспортными средствами.

Этот пример наглядно демонстрирует потенциальную возможность применения чисто биохимической (биоэнергетической) терапии в клинической практике.

III. Недостаток кислорода (гипоксия):

а) гипоксическая – малоэффективная оксигенация гемоглобина;

б) респираторная – из-за морфологических повреждений органов дыхательной системы;

в) циркуляторная – следствие поражения сердечно-сосудистой системы;

г) гемическая, возникающая после острых или хронических кровопотерь;

д) гипоксию нагрузки может вызвать необычно высокая интенсивность мышечной работы.

При всех видах дефицита О₂ снижается скорость синтеза АТФ, накапливаются восстановленные формы НАД, а также пируват, лактат и другие органические кислоты – метаболиты цикла Кребса, следствием чего является сдвиг рН в кислую сторону; из-за недостатка АТФ выключаются ионные насосы, встроенные в мембрану, – увеличивается концентрация внутриклеточных ионов кальция, которые служат активаторами мембранных фосфолипаз А₂. Результат действия последних – гидролиз глицерофосфатидов и высвобождение полиненасыщенных высших жирных кислот, которые служат одним из главных субстратов перекисного окисления липидов (ПОЛ) – процесса, приводящего, в частности, к альтерации мембран и клеток в целом.