О₂ представляет собой химически активное вещество, которое служит источником множества высокоактивных форм (АФК — активные формы кислорода), включая супероксид-анион О₂^-, пероксид водорода Н₂О₂ и гидроксильный радикал ОН/О₂^-.

Они могут образовываться в результате окислительного фосфорилирования или взаимодействия с НАДФН-оксидазой и ксантиноксидазой. Под действием супероксиддисмутазы (СОД) О₂^- превращается в Н₂О₂, который в последующем расщепляется каталазой. Генетически обусловленное нарушение функции СОД приводит к развитию бокового амиотрофического склероза — нейродегенеративного заболевания, характеризующегося гибелью мотонейронов спинного мозга.

Образующиеся АФК разрушаются пероксидазой. К белкам, обладающим антиоксидантной активностью, относятся металлопротеины, такие как транс-феррин, гаптоглобин и церулоплазмин. Кроме того, в нейтрализации АФК участвуют также белки теплового шока. АФК способны связывать небольшие молекулы, например, а-токоферола (витамина Е), витамина С, глутатиона, билирубина и мочевой кислоты.

АФК вырабатываются лейкоцитами и разрушают мембраны болезнетворных микроорганизмов. Таким образом, АФК защищают организм от патогенных факторов. Невысокие (физиологические) концентрации О₂^- участвуют в регуляции различных функций клетки. О₂^- могут ингибировать протеинти-розинфосфатазу и активировать таким образом PI3-путь, а также инсулинзависимые и связанные с фактором роста сигнальные пути клетки.

Напротив, в высоких концентрациях АФК вызывают токсическое повреждение клеток. О₂ и АФК окисляют липиды, нарушая структуру и функции клеток и митохондриальных мембран. Окисление может обусловить повреждение нитей ДНК. АФК окисляют свободные SH-группы белков до S—S-групп, изменяя соответственно структуру и активность ферментов, ионных каналов и других белковых молекул. Изменение структуры белков мембран может повышать проницаемость мембран для ионов Са²⁺. Кроме того, АФК способны активировать каспазы.

Повышение внутриклеточного тока Са²⁺ и индукция каспаз могут запускать программируемую гибель клеток (апоптоз). О₂ инактивирует NО, индуцирует пролиферацию, гипертрофию и сокращение гладких мышц сосудов, что способствует развитию сосудистой гипертензии. АФК активируют фактор свертывания крови III, запуская процесс коагуляции, АФК стимулируют экспрессию молекул адгезии и матриксных металлопротеиназ. Эти эффекты вызывают лейкоцитарную инфильтрацию пораженной ткани. В конечном счете усиленное образование АФК способствует преждевременному старению.

Активные формы кислорода (АФК) играют особую роль в повреждении тканей в результате транзиторной ишемии (реперфузионное повреждение). Возобновление поступления О₂ после периода ишемии тканей сопровождается повышенным образованием О₂ и Н₂О₂. Стимуляция экспрессии молекул адгезии привлекает лейкоциты, которые продуцируют дополнительные АФК, усугубляя повреждение тканей.

Гипероксия организма развивается в результате гипервентиляции с использованием дыхательного аппарата во время подводного плавания или длительного вдыхания чистого О₂. Поступление избыточных количеств О₂ ингибирует окисление глюкоза в клетках. Высокое парциальное давление О₂ вызывает снижение сердечного выброса и уменьшение кровотока в почках и головном мозге.

В последней случае появляются головокружение и судороги. В легких раздражение дыхательных путей вызывает кашель и боль, а окислительное повреждение альвеолярного эпителия и эндотелия приводит к повышению проницаемости мембран и отеку легких. Окислительные реакции могут инактивировать сурфактант, который в норме снижает поверхностное натяжение жидкости в альвеолах и препятствует их спадению.

Недостаток сурфактанта может обусловить появление альвеол различного размера с развитиеv в дальнейшем неравномерного распределения вентиляции. Искусственная вентиляция легких также способствует спадению альвеол (ателектаз). У новорожденных искусственное дыхание газовой смесью, содержащей более 40 % О₂, приводит к образованию гиалиновых мембран в легких и соответствующим нарушениям газообмена. В стекловидноv теле и роговице выявляют пролиферацию сосудов и соединительной ткани, что может вызвать слепоту (ретролентальная фиброплазия).

- Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей "Схема развития респираторного и метаболического алкалоза"

1. Схема развития эмфиземы легких
2. Схема развития отека легких
3. Схема развития нарушения регуляции дыхания
4. Схема развития острого респираторного дистресс синдрома (ОРДС)
5. Схема механизма развития гипоксии
6. Схема развития отравления кислородом (гипероксии, оксидативного стресса)
7. Схема развития респираторного и метаболического алкалоза
8. Схема развития респираторного и метаболического ацидоза
9. Схема механизмов компенсации ацидоза и алкалоза
10. Функции почек и виды их нарушений