Перекисное окисление липидов и барьерная функция кожи в условиях старения организма

Актуальность проблемы. Старение населения является характерным демографическим показателем всех экономически развитых стран. В России доля лиц в возрасте 60 лет и старше за период 1970;2000 увеличилась с 12% до 18,5%, а доля лиц 75 лет и старше — с 2,5% до 4,1% населения страны [12, 20]. В условиях постарения населения приоритетной задачей геронтологии является не столько увеличить продолжительность жизни, сколько повысить её качество [4, 18,21,33,43,51,77].

Значительный вклад в процесс продления и повышения качества жизни вносит состояние отдельных органов, в частности кожных покровов, что имеет большое биологическое и эстетическое значение [70, 75, 79].

Кожа непосредственно подвержена внешним влияниям, наиболее значимым из которых является ультрафиолетовое излучение (УФИ). В связи прогрессирующим разрушением озонового слоя стратосферы поток ультрафиолетовой радиации на Землю резко увеличился [114, 123, 133]. Именно УФИ ответственно за регрессивные изменения в эпидермисе и дерме, развивающиеся раньше, чем в других органах (нередко в молодом возрасте) [70, 83, 85, 123]. Выявление таких изменений представляется актуальным и перспективным для более глубокого понимания патогенеза ассоциированных со старением дерматозов и совершенствования методов профилактики преждевременной или ускоренной инволюции кожи [70, 123, 133, 144, 149, 171].

Находящаяся в центре внимания исследователей свободнорадикальная теория старения раскрывает роль системы перекисного окисления липидов и антиоксидантной активности (ПОЛ/АОА) в механизмах ускоренного старения, однако существуют пробелы в понимании вклада ПОЛ в возрастные изменения отдельных органов, в том числе кожи, влияние на её функции. В современной научной литературе недостаточно освещены вопросы роли свободнорадикальных процессов в коже и их вклад в процессы старения всего организма.

Цель: выявить возрастные различия в системе ПОЛ/АОА крови и кожи, структурных и функциональных параметров кожи организма в условиях старения и при коррекции.

Задачи исследования.

1. Исследовать состояние системы ПОЛ/АОА в крови, состояние ПОЛ/АОА и морфологических параметров в коже крыс разного возраста.

2. Исследовать состояние системы ПОЛ/АОА в крови, состояние ПОЛ/АОА и морфологических параметров в коже крыс разного возраста в условиях УФО.

3. Исследовать состояние системы ПОЛ/АОА в крови, состояние ПОЛ/АОА и морфологических параметров в коже крыс разного возраста при УФО и в условиях коррекции.

4. Исследовать состояние системы ПОЛ/АОА в крови, состояние ПОЛ/АОА и функциональных параметров в коже пациентов разного возраста.

5. Исследовать влияние системной антиоксидантной терапии на систему ПОЛ/АОА крови, барьерную функцию кожи и темп старения организма у пациентов разного возраста.

6. Показать вклад процессов в системе ПОЛ/АОА в коже в механизмы старения организма.

Научная новизна. Получены результаты, способствующие углублению представлений о регуляции гомеостаза кожи. Раскрыты некоторые закономерности геронтогенеза при хронологическом и индуцированном ультрафиолетовым облучением (УФО) старении кожи (фотостарении).

Впервые выявлены возрастные различия некоторых показателей процессов ПОЛ/АОА в коже и крови организмов разного возраста и связанной с ними барьерной функции кожи. Показано, что концентрация продуктов ПОЛ с возрастом нарастает, а активность антиоксидантных ферментов (АОФ) снижается. Морфологический анализ показал, что индекс митотической активности и количество макрофагов с возрастом снижается. Гистохимическое исследование выявило возрастное изменение содержания гликозаминогликанов (ГАГ). Эти изменения сопровождаются изменением барьерной функции кожи: снижением влажности и повышением ее рН. Использование антиоксидантных препаратов снижает активность процессов ПОЛ в крови, улучшает барьерную функцию стареющей кожи, оказывает геропрофилактический эффект.

Впервые выявлены механизмы и возрастные особенности влияния УФО в динамике как модели ускоренного старения на процессы ПОЛ/АОА в коже и в периферической крови. Показано, что действие УФО в выбранной нами дозе сопровождается развитием длительной генерализованной метаболической реакцией организма более выраженной у старых крыс: активизацией процессов ПОЛ и связанных с ними мембранодеструктивных процессов в крови и в коже с развитием компенсаторных реакций со стороны АОФ, снижением мощности антиоксидантных систем. Под действием УФО увеличивается количество митозов в базальном слое эпидермиса и число макрофагов.

Также установлено, что прооксидантное воздействие УФИ можно корректировать витаминами-антиоксидантами. Максимальный антиоксидантный и фотопротективный эффекты наблюдались при комбинированном использовании вит. С внутримышечно и вит. А и Е накожно.

Практическая ценность и пути реализации. Полученные данные помогут разработать комплексные клинические рекомендации для практических врачей, направленные на профилактику и коррекцию хронологического и преждевременного старения кожи.

На основании результатов проведенной работы можно рекомендовать использование препарата «Триовит» при коррекции уровня ПОЛ в крови, включение витаминов-антиоксидантов в схемы лечения фотостарения, нарушений барьерной функции кожи, особенно пациенткам, находящимся в периоде постменопаузы.

Также полученные данные позволят составить критерии эффективности мероприятий по улучшению барьерной функции стареющей кожи.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования использованы в подготовке курсовых работ, включены в лекционный курс и практикум при освещении следующих разделов: патофизиология старения, свободнорадикальное окисление липидов и антиокислительная защита на кафедре патологической физиологиибиохимия старения и биохимия соединительной ткани на кафедре биологической химии и на факультете усовершенствования врачей (курс геронтологии и гериатрии) Уральской государственной медицинской академии.

Результаты работы использованы для коррекции уровня ПОЛ/АОА, биологического возраста (БВ) и качества жизни пациентов разного возраста, консультируемых в лаборатории патофизиологии старения Свердловского областного клинического психоневрологического госпиталя для ветеранов войн (г. Екатеринбург).

Результаты работы внедрены в практику работы врачей-дерматологов и косметологов клиники лечебной косметологии «Версаль» (г. Екатеринбург) и медицинского центра «Бабур» (г. Екатеринбург).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

1. 57 научной конференции молодых ученых и студентов НОМУС УГМА «Актуальные вопросы современной медицинской науки и здравоохранения», г. Екатеринбург, 2002 г.

2. XIX съезде физиологического общества имени И. П. Павлова, г. Екатеринбург, 2004 г.

3. Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина», г. Санкт-Петербург, 2005 г.

4. 60 межвузовской научно-практической конференции ученых и студентов с международным участием «Актуальные вопросы современной медицинской науки и здравоохранения» — Екатеринбург, 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Существуют общие закономерности в механизмах старения кожи и периферической крови: увеличение с возрастом интенсивности процессов ПОЛ, снижение активности АОФ и факторов неферментативной антиокислительной системы (АОС).

2. Возрастная инволюция кожи характеризуется морфологическими изменениями ее структурных компонентов, которые имеют специфические черты при хронологическом и фотостарении. Нарушение процессов в системе ПОЛ/АОА является одним из общих механизмов хронологического и фотостарения кожи.

3. Действие УФИ на кожу приводит к формированию длительной генерализованной метаболической реакции организма и морфологическим изменениям в коже, что может быть корригировано использованием антиоксидантных препаратов.

4. Системная антиоксидантная терапия (препарат «Триовит») снижает интенсивность процессов ПОЛ в крови, изменяет активность АОФ, улучшает барьерные функции стареющей кожи и снижает темп старения организма по показателю БВ. Выраженность вышеперечисленных воздействий зависит от возраста организма.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах текста, содержит 37 таблиц и 10 рисунков. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, двух глав собственных исследований и их обсуждения, выводов и списка литературы, содержащего 79 работ на русском, 93 работы на иностранных языках и 1 ссылку на источник из электронных ресурсов.

Выводы.

1. При исследовании системы ПОЛ/АОА в крови и в коже крыс зрелого и старого возраста выявлена однотипная динамика, заключающаяся в увеличении с возрастом концентрации продуктов ПОЛ, снижении активности АОФ и показателей, косвенно характеризующих обеспеченность эритроцитов жирорастворимыми антиоксидантами. Указанные метаболические нарушения сопровождались морфологическими изменениями в виде уменьшения индекса митотической активности кератиноцитов и числа макрофагов в коже при старении.

2. В условиях УФО в крови и коже крыс наблюдалась активация процессов ПОЛ с развитием компенсаторных реакций со стороны АОС в течение двух месяцев после воздействия. Морфологическая картина кожи крыс, подвергнутых УФО, соответствовала таковой при серозном воспалении с увеличением индекса митотической активности и числа макрофагов. У старых животных биохимические и морфологические изменения, вызванные УФИ, носили менее выраженный характер, чем у зрелых.

3. Изменение комплекса показателей системы ПОЛ/АОА крови и кожи крыс, вызванное УФО, поддавалось коррекции препаратами антиоксидантного действия. Наиболее выраженным корригирующим воздействием в обеих возрастных группах обладало комбинированное применение витаминов-антиоксидантов (витамин С внутримышечно и витамины, А и Е накожно).

4. При исследовании системы ПОЛ/АОА в крови и в коже женщин разного возраста выявлена однотипная картина, заключающаяся в усилении с возрастом процессов ПОЛ. Указанные метаболические нарушения сопровождались изменением барьерных свойств кожи.

5. Системная антиоксидантная терапия (препарат «Триовит») снижала интенсивность процессов ПОЛ, модулировала активность АОФ, стабилизировала клеточные мембраны, улучшала барьерные функции кожи, что может обусловливать снижение темпа старения организма. Наиболее выраженное корригирующее влияние системной антиоксидантной терапии на перечисленные показатели отмечалось в группе женщин, находившихся в постменопаузе.

6. Таким образом, система ПОЛ/АОА кожи вносит более существенный вклад в процессы ПОЛ/АОА всего организма женщин пожилого и крыс старого возрастов, влияет на его темп старения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние несколько лет в литературе активно обсуждается роль системы ПОЛ/АОА и нейроиммуноэндокринной системы кожи в процессах ее хронологического и ускоренного старения, неферментативного гликозилирования в процессе старения основных структурных белков дермы. Дискутируется вопрос о роли и механизмах действия УФИ на процессы ускоренного старения кожи — фотостарения. Нет единого понимания значения АОФ, водорастворимых и липофильных антиоксидантов в процессе нарушения барьерной функции кожи и при ее хронологическом и ускоренном старении. Большое количество работ, посвященных оценке эффективности различных антиоксидантов в качестве фотопротекторов, не дало однозначных результатов. Нет единых рекомендаций для врачей-дерматологов по методам профилактики фотостарения и схем по применению антиоксидантных препаратов.

В главе 3 нами были подробно рассмотрены процессы ПОЛ/АОА в периферической крови и коже крыс разного возраста. Изучение влияния УФИ в качестве модели ускоренного старения кожи на процессы ПОЛ/АОА крови показало вклад процессов ускоренного старения в коже в процессы ПОЛ/АОА всего организма. Исследование эффектов УФИ в динамике и при использовании различных протекторов позволило выявить некоторые механизмы его ПОЛ — зависимого и возрастзависимого действия.

При сравнении показателей интактных групп крыс выявлены возрастные различия некоторых показателей в периферической крови: увеличение с возрастом концентрации МДА как конечного продукта ПОЛ, снижение активности каталазы. Также уменьшалась ОРЭ, что может быть связано с увеличением с возрастом содержания трудноокисляемых насыщенных фосфолипидов и других продуктов ПОЛ, что изменяет проницаемость мембраны и делает эритроциты неустойчивыми к осмотическому гемолизу. г и о В изученной нами литературе нет единой точки зрения на состояние процессов ПОЛ и активности АОФ в коже. Нашими исследованиями показано снижение активности АОФ, что объясняет увеличение интенсивности процессов ПОЛ в стареющей коже.

Вероятно, выявленные нами общие закономерности изменения процессов ПОЛ/АОА в крови и в коже крыс при старении свидетельствует о единстве механизмов их геронтогенеза.

Исследование влияния УФИ в динамике на организм разного возраста позволили выявить меньшую устойчивость старых крыс к облучению: интенсивность процессов ПОЛ и активность АОФ в периферической крови была выше в группе старых крыс. Это может быть связано с меньшей эффективностью их компенсаторно-приспособительных процессов.

УФИ активизировало ПОЛ в крови с развитием компенсаторных реакций со стороны антиоксидантной системы с целью предотвращения дальнейшего накопления первичных продуктов ПОЛ — диеновых конъюгатов. Окислительный стресс являлся важным патогенетическим звеном реакции организма на УФИ. Наблюдалось снижение в крови крыс ПРЭ, как показателя мощности антиоксидантных систем. Причины изменения жесткости мембран эритроцитов были подробно рассмотрены в главе 3.2. Вероятно, такое же мембранодеструктивное действие УФИ оказывает и на другие клетки организма, в частности клетки кожи.

Через 1 и 2 месяца все исследованные показатели ПОЛ/АОА периферической крови крыс снизились, но не достигли значений контрольных групп, что говорит о длительности эффектов УФИ на весь организм, возможности их кумулирования.

Исследование влияния УФИ на кожу крыс выявило повышение интенсивности процессов ПОЛ и увеличение активности АОФ более выраженному в группе старых крыс.

Достоверный длительный прооксидантный эффект УФИ изменял не только метаболизм в коже, но и влиял на организм в целом. Это позволяет сделать вывод о формировании генерализованной метаболической реакции в ответ на УФИ.

Работы, посвященные оценке эффективности различных антиоксидантов при УФИ, не дали однозначных результатов. Нашими исследованиями показано, что использованием витаминов-антиоксидантов А, Е и С различными способами и в разных комбинациях с целью снижения активности процессов ПОЛ, индуцированных УФИ, достигался фотопротективный эффект. Максимальный антиоксидантный и фотопротективный эффекты наблюдались при комбинированном использовании вит. С внутримышечно и вит. А и Е накожно. Остальными комбинациями достигался в той или иной степени фотопротективный эффект, но недостаточный для полного нивелирования эффектов УФИ, предупреждения накопления продуктов ПОЛ и мембранодеструктивных процессов.

Современной геронтологией накоплено множество экспериментальных доказательств роли процессов ПОЛ в старении всего организма и его отдельных систем. Актуальность исследования особенностей геронтогенеза кожи, имеющей большое биологическое и эстетическое значение, обусловлено приоритетной задачей геронтологии по повышению качества жизни. I I.

В главе 4 нами были рассмотрены процессы ПОЛ/АОА в крови и в коже женщин разного возраста, показатели барьерной функции кожи и биологического возраста при старении и в условиях коррекции комплексом витаминов-антиоксидантов с селеном.

В результате наших исследований выявлено, что процессы ПОЛ в периферической крови активизируются с возрастом, а АОФ значимо не изменяют своей активности.

Антиоксидантная терапия избирательно действовала на различные звенья АОЗ, что, сопровождалось ингибированием процессов ПОЛ в крови во всех возрастных группах. Максимальный антиоксидантный эффект наблюдался у женщин в постменопаузе. Вероятно, это связано с выраженным дефицитом антиоксидантов в крови женщин этой возрастной группы.

При исследовании биохимических показателей в коже женщин выявлены возрастные особенности: увеличение активности процессов ПОЛ и снижение концентрации общего белка в водном экстракте кожи, связанного с увеличением с возрастом количества «сшивок» между белковыми структурами в дерме.

При исследовании показателей барьерной функции кожи у женщин разного возраста выявлено значимое снижение влажности кожи при повышении рН. Под влиянием антиоксидантной терапии во всех группах обследуемых наблюдалось статистически значимое увеличение влажности кожи. Максимальный увлажняющий эффект наблюдался у женщин в постменопаузе, связанный с выраженным дефицитом антиоксидантов в коже и более интенсивными процессами ПОЛ в этой возрастной группе. Это позволяет рекомендовать врачам-дерматологам и гериатрам включение витаминов-антиоксидантов, в том числе, «Триовита» в схемы комплексного лечения стареющей кожи.

Влияние на барьерную функцию кожи через модулирование процессов ПОЛ/АОА в крови убедительно свидетельствует о взаимосвязи гомеостаза кожи и крови.

Антиоксидантная терапия показала геропрофилактическую эффективность, что выражалось в уменьшении числа лиц, относящихся к 4 и 5 функциональным классам, увеличении числа лиц, относящихся к 1, 2 и 3 функциональным классам старения во всех возрастных группах. Комплекс витаминов-антиоксидантов с селеном оказал геропрофилактический эффект.

Таким образом, окислительный стресс оказывает прогероидное воздействие на систему крови, кожу, а также на организм в целом. Модулирование системы ПОЛ/АОА антиоксидантными препаратами оказывает влияние на темп старения организма и возрастзависимые показатели кожи.

Результаты собственных исследований позволили нам предложить схему, демонстрирующую связь системы ПОЛ/АОА в коже и в крови, а также ее роль в процессах старения в коже и организма в целом (Рис. 10.).

Фотостарение кожи Барьерная функция кожи Хронологическое старение кожи Система ПОЛ/АОА в коже.

Система ПОЛ/АОА в крови.

Биологический возраст.

Возраст (календарный).

• корригирующее влияние.

• причинно-следственная свя}ь Рис. 10.

Связь системы ПОЛ/АОА в коже и в крови при хронологическом и фотостарении.