Вплив тютютнопаління на здоров'я людини

Вступ

Чим цивілізованіше стає суспільство, тим більше людина підлягає дії найрізноманітніших негативних факторів: різні види випромінювання, іони важких металів, шуми, отрутохімікати тощо. А з їжею, водою потрапляють в організм речовини, які є ксенобіотиками (чужорідними) і не використовуються в нормальних процесах життєдіяльності. До них відносяться пари нафтопродуктів, синтетичні барвники, ліки, консерванти, ароматизатори, стабілізатори, продукти згоряння тютюну тощо. Вони знешкоджуються в організмі, але при цьому утворюються активні форми кисню та вільні радикали, що є дуже нестійкими сполуками і пошкоджують будь-які молекули, котрі трапляються на їх шляху. Результатом цих пошкоджень є порушення цілісності мембранних структур, наслідком яких є безліч захворювань, що скорочують життя людини, призводять до прискореного старіння. Треба зазначити, що в організмі є система, яка захищає клітинні мембрани від акивних форм кисню та вільних радикалів. Зараз у більшості населення ослаблена ця система. Тому багато досліджень присвячено вивченню антиоксидантної системи та впливу на її стан різних факторів. До того ж, вивчення АОС почалося нещодавно, разом з тим, встановлено її велике значення в регулюванні процесів вільнорадикалього окиснення в нормі і патології. Збільшилась також зацікавленість вчених до природних антиоксидантів [40] та використання їх для терапевтичних цілей.

Однією з проблем цивілізованого суспільства є тютюнопаління. Тим паче, в останній час число курильщиків різко зросло, особливо серед підлітків та жінок.

Відомо, що легені складаються з великої кількості дрібних альвеол, сумарна поверхня стінок яких досягає в момент вдиху 100м2 . Можна уявити, яка велика кількість частинок диму осідає в легенях. Але частинки диму лише одна зі складових тютюну. Доказано наявність в тютюну димі радіоактивного полонія, який знаходиться в ньому у вигляді ізотопу. Випромінюючи альфа-промені, полоній легко проникає крізь шкіру. Вміст шкідливих речовин в табачному димі залежить від природи тютюну, способів його обробки.

За даними фармакологів, при викурюванні однієї пачки цигарок середньої міцності з загальною масою тютюну 20 г утворюється:

• 0,0012 г синильної кислоти;
• приблизно стільки ж сірководню;
• 0,22 г піридинових основ;
• 0,18 г нікотину;
• 0,64 (0,843 л) аміаку;
• 0,92 г (0,738 л) оксиду вуглецю (ІІ);
• не менше 1г тютюнового дьогтю, в якому:
• бензпірен;
• бензантрацен;
• радіоактивний ізотоп калію;
• мишяк і ряд ароматичних поліциклічних вуглеводнів - канцерогенів [60].

Деякі курильщики вважають, що цигаркові фільтри, звільняючи дим від різних частинок, роблять його нешкідливим. До того ж багато курильщиків палять легкі цигарки, бо вважають, що таким чином не шкодять здоров`ю, хоча в різних джерелах є дані, спростовуючи ці думки [19,30,31,51].

Новизна В літературі описується багато досліджень, присвячених впливу на стан антиоксидантної системи радіаційного випромінювання [4, 47], стресу [23, 40], забруднень оточуючого середовища [28, 42], хронічного алкоголізму [23], спадкових факторів [23, 40], змінам активності компонентів АОС в онтогенезі та при старінні [5, 7], а також впливу активного тютюнопаліня на стан АОС [27]. Але робіт, присвячених впливу хронічного пасивного тютюнопаління і до того ж легких цигарок, недостатньо.

Метою наших досліджень було з`ясувати стан антиоксидантної системи щурів, які підлягали дії тютюнового диму.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

• проаналізувати становлення антиоксидантної системи в процесі філо- та онтогенезу, механізми дії антиоксидантної системи організму;
• виявити вплив хронічного пасивного тютюнолпаління на стан неферментативної антиоксидантної системи;
• виявити вплив хронічного пасивного тютюнопаління на стан ферментативної антиоксидантної системи;
• виявити активність процесів перекисного окиснення ліпідів при хронічному пасивному тютюнопалінні;
• скласти та апробувати методичні розробки уроків з використанням тематики дослідження для підвищення рівня загальнобіологічних знань та удосконалення санітарно-гігієнічних вмінь та навичок учнів при вивченні шкільних курсів "Біологія людини" та "Загальна біологія".

Матеріали дослідження були апробовані на студентській науковій конференції.

1. Антиоксидантна система організму

Можливості людського організму колосальні. Людина може десятки днів не їсти, біля тижня - обходитись без води. І тільки від кисню організм залежить жорстко. Будь-яке перетворення в організмі потребує енергії, для одержання якої необхідний кисень. Але кисень, приймаючи участь у життєво важливих процесах, легко стає токсичним, утворюючи активні форми кисню (АФК), які порушують діяльність клітин, викликаючи багато захворювань [13].

Активні форми кисню (АФК) утворюються в організмі постійно, наприклад, при проходженні збудження по нерву, при активації імунної системи, при роботі мітохондрій. Токсичність АФК заключається в тому, що вони знаходяться в дуже нестійкому стані. Цей стан не може продовжуватись довгий час, і АФК швидко атакують будь-які речовини клітини, що зустрілись на їх шляху, різко змінюючи їх структуру і порушуючи їх біологічні функції. Наприклад, ОН--радикал - найсильніший з усіх відомих окисників - утворюється при розпаді перекисів в організмі, при радіолізі води, атакує будь-які молекули в організмі від ДНК до ліпідів.

Австрійський імунолог М. Бернет писав, що імунітет закінчується клітинною мембраною. Мембрана - це „обличчя" клітини, звернене у зовнішнє середовище. Цим він підкреслив роль цілісності мембран клітин в імунній системі організму.

Атакуючи ліпіди клітинних мембран, АФК запускають механізм „перекисного окиснення ліпідів" (ПОЛ): утворюються нові активні сполуки, подібні АФК, ті в свою чергу, швидко формують ланцюг нових АФК. Це призводить до того, що клітина перестає нормально функціонувати, пропускати поживні речовини всередину і позбавлятися від продуктів їх переробки. В результаті вона гине через голод чи сама потрапляє в продукти відходів.

АФК пошкоджують і ДНК, при цьому з`являються „мутанти", які не здатні функціонувати нормально, і відтворювання частини здорових клітин стає неможливим. АФК можуть „зшивати" молекули і позбавляти їх можливості нормально функціонувати. Наприклад, коли вони порушують білок сполучної тканини (колаген), шкіра швидко втрачає еластичність, пружність, стає зморшкуватою і в`ялою [1, 9, 28].

В наш час більше 60-ти найбільш розповсюджених захворювань вчені напряму пов`язують з руйнівною дією АФК, в тому числі променеву хворобу, рак, атеросклероз, захворювання печінки, артеріальну гіпертензію, ішемічну хворобу серця і мозку, діабет, артрит, астенічні захворювання, деякі захворювання очей, прискорене старіння та інші [36].

Відомо, що з їжею, водою, повітрям постійно надходять речовини, які не використовуються в нормальних процесах життєдіяльності, тобто ксенобіотики (чужорідні). Це синтетичні ліки і барвники, продукти згоряння тютюну, пари нафтопродуктів, консерванти і т. д. Яким же чином організм захищається від цих речовин, багато з яких отримано лише нещодавно? Головна роль в цьому процесі належить печінці. Більшість жиророзчинних сполук перетворюються у водорозчинні, потрапляючи в кров, виводяться через нирки, деякі речовини під дією біокаталізаторів (ферментів) перетворюються в СО2 і Н2О чи виводяться з жовчю. Робота системи самоочищення супроводжується підсиленим утворенням АФК. Чим більше система знешкоджує токсини, тим більше утворюється АФК, тим більше зростає їх пошкоджуюча дія [13].

В наш час не виникає сумнівів, що процеси вільнорадикального окиснення (ВРО) грають дуже важливу роль в життєдіяльності клітин. Це пов`язано з двома основними моментами: з однієї сторони, реакції ВРО являються необхідним етапом різних метаболічних процесів, а з іншої сторони - підвищена інтенсивність ВРО в багатьох випадках є або наслідком, або причиною тих чи інших патологічних змін в клітинах і тканинах. В якості прикладів патологічних станів, розвиток яких тісно пов`язаний з ВРО, автори наводять, крім перелічених вище, такі захворювання: ускладнення цукрового діабету (кардіоміопатія, нефропатія, ретинопатія), катаракта [59], хвороба Паркінсона, пародонтоз, остеохондроз [40, 58]. Тобто, як бачимо, процеси вільнорадикального окиснення в живих організмах, які ведуть до утворення активних форм кисню (АФК), мають велике патогенне значення. Але в організмі існує система, яка бореться з АФК. Такою системою є антиоксидантна система. Антиоксидантна система (АОС) - це комплекс біохімічних і фізіологічних механізмів, який захищає організм від побічної і токсичної дії активних форм кисню, які утворюються в процесі життєдіяльності клітини [13, 40].

На сьогоднішній день накопичено великий фактичний матеріал про взаємозв`язок функціональної активності антиоксидантної системи (АОС) з інтенсивністю ВРО у фізіологічних умовах і при патології [35]. Це наблизило до розуміння, яким чином протікають і регулюються процеси ВРО в живих організмах, однак, існує декілька серйозних методологічних проблем, помітно стримуючих прогрес досліджень в цій області. По-перше, немає чіткого визначення, які процеси можуть бути віднесені до ВРО. Деякі автори обмежують ВРО лише реакціями перекисного окиснення ліпідів (ПОЛ). По-друге, до сих пір в багатьох працях клінічного плану для оцінки інтенсивності ПОЛ чи ВРО використовуються лише один або два показника без урахування того, які саме реакції ВРО домінують в конкретному випадку, які радикали переважно залучено в ці процеси. В ряді випадків це може призводити до істотних помилок у висновках. Вкінець, само поняття АОС на сьогодні більш ніж розмите. У всякому випадку, в літературних джерелах немає достатньо повного списку компонентів АОС і їх функціональної ролі.. Само ж функціонування компонентів АОС розглядається ізольовано від останніх метаболічних систем клітин [59].

Як вже було сказано вище, в живих організмах в процесі біологічного окиснення постійно утворюються різні активні форми кисню (АФК). Основним джерелом їх в живій клітині являються оксидоредуктази, в процесі функціонування яких завжди утворюється деяка кількість супероксид-аніон-радикалу О2- і пероксиду водню Н2О2, а також процеси автоокиснення деяких низькомолекулярних речовин (наприклад, катехоламінів). В концентраціях, виявлених в живих клітинах, токсичну дію має?О2--, але не Н2О2. Можливо, головну роль відіграє продукт взаємодії Н2О2 і О2- - гідрокcил-радикал ОН, який в наш час вважається найбільш токсичною АФК.

Радикальні АФК здатні ефективно окиснювати (і тим самим інактивувати) різні білки, руйнувати деякі полісахариди і стимулювати мутагенез (за рахунок накопичення окиснювальних пошкоджень в ДНК). Важливою властивістю АФК є їх здатність ініціювати перекисне окиснення жирних кислот і жирнокиснотних залишків у складі ліпідів (процеси ПОЛ).

.1 Еволюція антиоксидантної системи

Парадоксальна ситуація. Кисень, необхідний для підтримання життя, одночасно токсичний для організму. 3,5 млрд. років тому кисню, як відомо, в атмосфері Землі практично не було. В цих умовах почалась біологічна еволюція. З появою фотосинтезу, який накопичував сонячну енергію і одночасно виробляв вільний кисень, почався новий еволюційний етап. Вміст кисню в атмосфері Землі почав збільшуватись, з`явився озоновий шар, який став захищати нові форми життя від згубного космічного випромінювання.

Отже, 3 млрд. Років тому з появою значної кількості кисню з`явилась можливість, окиснюючи ("спалюючи") речовини, отримувати більше енергії. Але одночасно це стало загрожувати виниклим на той час формам життя. Життя могло зберегтися, лише створивши механізми захисту від руйнівного впливу АФК. І такі механізми виникли більш як 2,5 млрд. років тому. Тому в живих системах ідуть процеси виробництва енергії за участю кисню і одночасно працюють антиоксидантні системи, які обмежують ці процеси і рамках, сумісних х життям [13].

1.2 Класифікація антиоксидантів

Вважаємо доцільним ввести визначення поняття „антиоксиданти". Антиоксиданти - це природні чи синтетичні речовини, які уповільнюють або запобігають окисненню органічних сполук; захищають клітини від пошкоджень, викликаних вільними радикалами. До антиоксидантів відносять токофероли (віт. Е), ретиноли (віт. А), аскорбінову кислоту (віт. С), за деякими даними, селен та інші речовини [50].

В організмі існує багатокомпонентна антиоксидантна система, яка через різні свої ланки забезпечує певний стаціонарний рівень продуктів переокиснення в тканинах. Випадіння чи зрив хоча б одного компоненту з цієї системи викликає підсилення процесів пероксидації, що може привести до морфологічних, функціональних змін в організмі і в результаті до захворювань [6, 26].

Розглянемо існуючі класифікації антиоксидантів:

І. За розчинністю:

. Ліпофільні.

. Гідрофільні.

ІІ. За місцем їх утворення і шляхом проникнення в організм:

. Екзогенні (з їжею).

. Ендогенні (переносяться в місце дії гуморальною системою).

Антиоксиданти

? ? ?

Природні Синтетичні Синергічні

) ферментні;

) вітамінні (ендогенні).

Вітамінні (ендогенні) антиоксиданти. Паралельно з антиоксидантними ферментами захист організму від продуктів ВРО здійснюють жиророзчинні антиоксиданти (АО) - токофероли (убіхінони, каротиноїди та препарати вітаміну А, які локалізуються в біомембранах. Саме в цитоплазматичній, органелярній і ядерній мембранах знаходяться ненасичені лінолева, ліноленова і арахідонова кислоти, які є джерелом утворення ліпідних перекисів [29].

Вітамін Е (токоферол).

Серед вітамінів найбільш важливим вважається вітамін Е і його найбільш ефективний компонент ?-токоферол [29]. Перші вказівки на те, що вітамін Е приймає участь в процесах ПОЛ, було отримано Б.А.Кудряшовим в 1937р. Пізніше їх було підтверджено і за кордоном [14].

Вітамін Е являється універсальним природним антиоксидантом, головним компонентом антиоксидантних систем живих організмів. Локалізуючись в біологічних мембранах і захищаючи їх від перекисного окиснення ліпідів вітамін Е приймає участь в регуляції багатьох функцій в організмі тварин, тому і прояви його недостатності дуже багатогранні і зачіпляють багато життєво важливих функцій організму. Його можна розглядати як своєрідний настроювач біологічних мембран який поступає з їжею, що визначає їх структурно-функціональні властивості. Унікальність вітаміну Е як природного антиоксиданта заключається в його специфічній локалізації в мембрані, яка забезпечує ефективну його функцію як антиоксиданту і як структурного компонента мембрани [4]. Друга його особливість заключається в його здатності до регенерації з окисненої форми за рахунок вітаміну С і відновленого глутатіону.

Мітохондрії містять відносно високий рівень ?-токоферолу, більшість якого зв`язана з внутрішньою мембраною органел. Є припущення, що вітамін Е впливає на початкові етапи електроно-транспортого ланцюга, але прямих доказів поки не отримано вченими. Хоча непрямі докази цього в науці є. Наприклад, мітохондрії, виділені з печінки та м`язів, одержаних від вітамін Е-дефіцитних тварин дуже чутливі до пошкоджуючої дії як зовнішніх факторів, так і процесів окиснення субстратів в електроно-транспортному ланцюзі. Крім того, в мітохондріях в різних стрес-умовах відбувається витік електронів, який є джерелом вільних радикалів у клітині [46].

Е-вітамінна недостатність супроводжується підвищенням проникності чи повним порушенням клітинних мембран, що веде до збільшення активності цілого ряду ферментів. Різні форми прояву Е-вітамінної недостатності, багато біохімічних і морфологічних порушень на клітинному і субклітинному рівнях явилися причиною того, що вітамін Е стали вважати необхідним для здійснення багатьох різних біохімічних функцій в організмі. Він захищає ненасичені тканьові ліпіди від перекисного окиснення. Сприятливий вплив вітаміну Е на процеси розмноження може бути зумовлений знешкоджуючою дією його на токсичні продукти, які утворюються при окисненні ліпідів в організмі. Згідно антиокиснювальній гіпотезі про функцію вітаміну Е в організмі, альфа-токоферол при взаємодії з вільними радикалами окиснюється до токоферилхінона, і вміст його зменшується. По мірі витрати вітаміну Е наростає рівень вільних радикалів, які окиснюють все нові субстрати ненасичених сполук (вітаміни, ліпіди та ін.), і процес стає неможливо контролювати [26]. Тому споживання вітаміну Е залежить від його поглинання. Для попередження формування пероксидів жирних кислот необхідно вживання 0,1 вітаміна Е на 1г. жирних кислот [29].

a-токоферол відомий як хімічний антиоксидант завдяки високій реакційній здатності своєї окси-групи з перекисним радикалом ненасиченої жирної кислоти і утворенню неактивного радикала інгібітору, що призводить до обриву ланцюгової реакції окиснення [5].

Виділяють слідуючи молекулярні механізми дії токоферолів в біологічних мембранах:

1. токофероли захищають ненасичені ліпіди від перекисного окиснення;
2. токофероли захищають від окиснення селен у складі деяких білків;
3. токофероли приймають участь у процесах біосинтезу гема і гемвісних білків; при Е-авітамінозі синтез гема порушується [5].

Однак відомо, що деякі захворювання Е-вітамінної недостатності (м`язова дистрофія, серцева міопатія...) ліквідуються не тільки вітаміном Е, але й селеном (Se). На основі цього деякі дослідники зарахували селен до антиоксидантів. Насправді часткова взаємозамінність вітаміну Е селеном в профілактиці деяких захворювань пояснюється тим, що селен входить до складу ферменту глутатіонпероксидази, основною функцією якої є руйнування гідроперекисів жирних і нуклеїнових кислот, а також стероїдів шляхом перетворення їх в малотоксичні продукти. Тому селен і вітамін Е в процесах окиснення ліпідів виконують одну функцію - нейтралізують токсичні продукти ВРО, але функціонально точки їх прикладання в антиоксидантній системі різні, тому вони не взаємозамінні, як це вважалося раніше, а взаємодоповнюючі [26].

Виходячи з вищесказаного, можна заключити, що вітамін Е являється одним з найбільш важливих елементів живлення людини і тварин. Він грає унікальну роль в якості головного жиророзчинного антиоксиданту, який захищає мембрани від пошкоджень, викликаних вільними радикалами і продуктами перекисного окиснення ліпідів [46].

Каротиноїди.

Каротиноїди виконують в природі широкий спектр біологічних функцій, серед яких такі як захисні при дії мутагенів, радіонуклідів, вільних радикалів активного кисню і продуктів ПОЛ, а також неспецифічних активаторів імунної відповіді в організмі та ін. [40].

Здатність каротиноїдів окиснюючись попереджувати окиснення інших речовин в реакційному середовищі було відомо достатньо давно. В наш час накопичується все більше доказів того, що каротиноїди можуть діяти як антиоксиданти, реагуючи з активними формами кисню. Тим не менш, механізм такої дії каротиноїдів все ще залишається не розшифрованим [40]. В даному випадку важливі як фізичні властивості цих речовин, так і хімічні реакції між каротиноїдами і молекулами кисню [46]. В сиворотці крові людини головними каротиноїдами є ß-каротин, ?-каротин, лікопін, криптоксантин і лютеїн.

Серед каротиноїдів велике значення як антиоксидант має ß-каротин. Він є попередником вітаміну А, однак частково він всмоктується в кишечнику і потрапляє в тканини у незмінному вигляді. Як і інші каротиноїди, ß-каротин накопичується в епідермісі ссавців і гальмує розвиток фотохімічних процесів, які протікають з участю синглетного кисню та вільних радикалів, що утворюються під дією ультрафіолетового випромінювання. Вітамін А потрапляє в організм або безпосередньо з їжею, або синтезується в кишечнику з ß-каротину під впливом бета-каротин-15,15`-діоксигенази. У складі ліпопротеїнових комплексів ефіри ретинолу транспортуються лімфою в печінку, де і відбувається депонування вітаміну А у вигляді ретинолпальмітату.

ß-каротин здатний нейтралізувати синглетний кисень, а також реактивувати молекули, які утворюються, наприклад, при опроміненні ультрафіолетовим світлом, яке може викликати преканцерогенні зміни в клітинах. Деякі групи людей потрапляють в групу ризику недостатності ß-каротину і вітаміну А. За даними вчених, низький рівень ß-каротину в крові спостерігається у курильщиків, у людей, які вживають алкоголь та використовують деякі лікарські препарати [2. 5, 16, 21, 23.].

ß-каротин ефективно пригнічує пероксидацію ліпідів мікросом печінки, ініційовану багатьма ксенобіотиками. Ретиноли інгібують близькі за хімічним механізмом до ПО реакції синтезу лейкотрієнів макрофагами, знижують продукцію супероксидного аніон-радикалу кисню лейкоцитами. В той же час є дані, що введення великих доз ретинолу чи ретиноєвої кислоти викликає накопичення МДА і ліпідних перекисів у крові та печінці тварин.

Механізм АО-дії ретонолу реалізується як через пряму участь в реакціях ВРО взаємодією з синглетним киснем, так і за рахунок стабілізації структури мембран [40].

Епідеміологічними дослідженнями встановлено зв`язок між низьким рівнем каротину в крові людей та більш високою частотою злоякисних новоутворювань. Їжа, багата на ß-каротин, знижує ризик захворювання людей на рак легенів, шийки матки, а також передраковими захворюваннями. Застосування ß-каротин вмісних препаратів, за даними вчених, викликає помітне підвищення імунної відповіді, приводить до зниження виникнення онкозахворювань шлунково-кишкового тракту і легенів [32].

ß-каротин захищає ліпіди мембран від переокиснення; ксантофіли допомагають підтримувати мембранну цілісність та ідеально розташовані для того, щоб вловлювати вільні радикали, які можуть утворюватися на межі гідрофобної та гідрофільної фаз мембрани.

При поглинанні синглетного кисню каротиноїди виділяють енергію у вигляді тепла і при цьому не потребують реакцій регенерації їх активної форми. Однак біологічна дія каротиноїдів в більшому ступені визначається їх хімічними реакціями, які приводять до окиснення цих пігментів.

В науці є багато підтверджень антиоксидантних властивостей каротиноїдів. Які саме? Антиоксидантами властивостями можна пояснити зниження вмісту ß-каротинів у крові пацієнтів в умовах використання радіотерапії. Оскільки в таких умовах значно збільшується утворення вільних радикалів, то є припущення, що каротиноїди видаляються разом з радикалами, знешкоджуючи їх. Ще одним прикладом можуть слугувати пігментовані каротино-вмісні бактерії, які значно більш стійкі до Н2О2-генеруючих гідроксильних радикалів у порівнянні з безбарвними мутантними формами цих бактерій.

Каротиноїди взаємодіють і з іншими антиоксидантами. Відомо, що введення в раціон каротиноїдів приводить до підвищення концентрації аскорбінової кислоти в крові. Аналогічним чином, добавки вітаміну С в раціон приводять до підвищення рівня ß-каротину в плазмі крові [46].

Таким чином, на основі вищесказаного стає очевидним велике значення каротину в обмінних процесах.

Вітамін А (ретинол).

Вітамін А підвищує стійкість організму до екстремальних умов зовнішнього середовища, включаючи інфекції. Виявлено прямий зв`язок між забезпеченістю тварин вітаміном А та імунологічною реакцією. До того ж, надходження вітаміну А з їжею являється необхідною умовою адекватної проліферації (розрощенню) тканин, які характеризуються високою чутливістю до дії зовнішніх факторів. Дослідження багатьох вчених показали, що ретиноїди мають здатність гальмувати розвиток пухлинного процесу. З іншого боку, недостатність вітаміну А у тварин веде до підвищення їх чутливості до дії канцерогенів.

Існують дані, що вітамін А приймає участь у забезпеченні нормального функціонування мембран. Характерно, що порушення мембранної цілісності спостерігається і при А-гіпервітамінозі. [14] Місцем дії ретинолу є ліпопротеїдні мембрани клітин та їх органел, тобто його функція заключається у регулюванні проникності мембран.

При порівнянні дії ретинолу на мембрани мітохондрій, лізисом в мікросом встановлено, що найбільшу чутливість до деструктивної дії цього вітаміну мають мембрани лізосом. На цій основі вченими було зроблено висновок про органелоспецифічність мембранних ефектів ретинолу. Поряд з даними про лабіалізацію субклітинних структур при дії ретинолу in vitro, існують повідомлення про антагоністичні ефекти при надлишковому вживанні вітаміну А щурами. В той же час дефіцит ретинолу також призводить до витоку кислих гідролаз з лізосом у надосадову рідину, що говорить про зниження стабільності їх мембран [46].

У 1969р. Англійський дослідник Lucy G. сформулював теорію мембранних функцій вітаміну А. Згідно з нею ретинол сприяє утворенню в мембранах глобулярних структур і таким чином змінює їх проникність, в результаті чого ферменти звільняються з органел у позаклітинне середовище. Важливим доводом на користь мембранної теорії дії вітаміну А є його виявлення безпосередньо в мембранних утвореннях [14, 46].

Таким чином, наявність вітаміну А у складі плазматичних та ендоплазматичних мембран можна вважати твердо встановленим фактом. Однак роль ретинолу в мембранах вивчено ще недостатньо. Не розшифровано до кінця і фізико-хімічні основи взаємодії вітаміну А з білками та ліпідними компонентами мембрани.

Вітамін С (аскорбінова кислота).

За літературними даними [20], аскорбінова кислота має антагоністичні властивості: може виступати як в ролі прооксиданта (відновлення Fe2+), так і агента, який інгібує вільнорадикальне окиснення ліпідів чи руйнує ROOH.

Вітаміни Е і С є синергістами в їх антиоксидантних властивостях in vitro. Аскорбат здатний відновлювати токофероксильний радикал in vitro з одночасним утворенням аскорбат-радикалу, який далі може бути відновлений з використанням NADH-залежної системи. Таким чином, в організмі існує механізм постійної регенерації токоферолу за рахунок вітаміну С [46].

Ферментні антиоксидантні системи. Ферменти виконують функцію природного захисту живого організму проти токсичної дії кисню та утворених з нього вільних радикалів. Найбільш активними з цих ферментів є металопротеїни, які мають активність супероксиддисмутази [29]. Найважливішими антиоксидантними ферментами є суперокиддисмутаза (СОД), каталаза, глутатіонпероксидаза (ГП), глутатіонредуктаза (ГР), глутатіонтрансфераза (ГТ), а також церулоплазмін [40].

Глутатіонпероксидаза (GSH).

Вперше вказівки на існування ферментних систем, які каталізують реакції типу:+ 2GSH ® ROH + GSSG + H2O були отримані для еритроцитів. Декілька пізніше наявність такої системи продемонстровано і для більшості клітин тваринного організму [2].

Важливим ланцюгом захисту клітини від токсичної дії ліпідних перекисів, які викликають в організмі глибокі порушення (що виражаються у зменшенні вмісту фосфоліпідів, зменшенні жирнокиснотного складу їх в бік пониження вмісту НЖК, зменшенні кількості тканьових антиоксидантів, в першу чергу a-токоферолу), які приводять до різких порушень проникності клітинних мембран, є глутатіонпероксидазна система. Функція глутатіонпероксидази заключається у відновленні утворених перекисів з НЖК фосфоліпідів у мембранах субклітинних органел. Вчені вважають, що основна біологічна функція цієї системи полягає в попередженні ініціації ПО в ліпідних мембранах, а також в інгібуванні утворення гідроксильних радикалів [2]. Будучи локалізованою у цитозолі, саме глутатіонпероксидаза відповідна за руйнування гідроперекису ліноленової кислоти субклітинними структурами.

Глутатіонпероксидазна система досить ефективна. Швидкість її реакції і спорідненість до гідроперекисів настільки великі, що вона може ефективно конкурувати за гідроперекиси НЖК, включені у ланцюг радикального процесу, який веде до утворення МДА, і завдяки цьому виступати в ролі антиоксиданту. Специфічність цього ферменту у відношенні до різного типу гідроперекисів НЖК невелика і, можливо, в реакції можуть використовуватися всі перекиси ліпідів, які утворюються в клітині. Продукти відновлення їх - оксикислоти метаболізуються далі. Глутітіонпероксидазна реакція приводить до окиснення глутатіона з послідуючим відновленням його глутатіонредутазою. При цьому ступінь відновлення глутатіону залежить від активності обох ферментів [2].

На активність глутатіонпероксидази в клітині впливають багато факторів, в тому числі стероїдні гормони [14].

До важливих ферментних антиоксидантів належать також супероксиддисмутаза (СОД), яка каталізує процес дисмутації супероксидних радикалів [2, 24] і каталаза, яка попереджує аккумуляцію перекису водню, який утворюється при аеробному окисненні [24]. ВР окиснення ліпідів інгібує О2- дисмутаза (СОД), яка здійснює реакцію: 2О2 + 2Н+ ? Н2О2 + О2. Каталаза відновлює ROOH або Н2О2 до окси-похідних і попереджує тим самим їх розпад з утворенням ВР продуктів[5].

При вторинній атаці О2 в процесі окиснювальної деструкції ROOH утворюється малоновий диальдегід (МДА) О?СН-СН2-СН?О, здатний давати ковалентні зв`язки типу: А-N?CH-CH?CH-NH-A (міжмолекулярні "зшивки" - ММС) з багатьма біологічно важливими амінами (NH2-A), включаючи амінокисноти, білки, амінофосфоліпіди і, вірогідно, РНК, ДНК, деякі гормони (тироксин) і вітаміни (В6, В12, РР та ін.).

Активність СОД і ГП в крові тварин різних видів корелює з вмістом ROOH та ММС в амінофосфоліпідах. З вивчених видів людина підлягає найбільше, а щури - є видом найбільш рефракторним до протікання ВР окиснення ліпідів у крові за даними вчених. В крові щура на нмоль ROOH припадає найбільша активність СОД і ГП і найменший вміст вторинних продуктів ВР окиснення ліпідів - МДА [5, 24].

Таким чином СОД і ГП здатні здійснювати регуляцію вільнорадикального окиснення ліпідів в тканинах.

.3 Антиоксидантна система в онтогенезі

Вивчення сумарної антиокиснювальної активності ліпідів вченими показало пониження її активності з віком. Дані різних авторів про вікові зміни активності GSH-редуктази і GSH-пероксидази в тканинах щурів демонструють характерну динаміку і збільшення активності в період від немовляти до репродуктивного віку і зниження її у старих тварин. В дослідах науковців показано зниження активності каталази в період від немовляти до 70-денного віку і підвищення її активності починаючи з 3-місячного віку. Активність супероксиддисмутази в тканині легень щурів в період від немовляти до 70 днів збільшується, тоді як в тканині печінки прогресивно знижується до 22-місячного віку [12]. В деяких дослідженнях на щурах [7] в період від 3 до 30 місяців встановлено підвищення з віком активності каталази печінки і крові; активність супероксиддисмутази крові протягом всього періоду досліджень знижується.

В цих же джерелах вказано при вивченні вмісту МДА в печінці на низький рівень ПОЛ у немовлят і збільшення його з віком [7].

Цих даних не достатньо для однозначного судження про динаміку АОС в онтогенезі. Однак складається уява про найбільшу активність АОС в репродуктивному періоді і зниження її в старому віці [27].

Роль вільнорадикального окиснення і порушення функцій біомембран в процесі старіння. Активні форми кисню приймають участь в цілому ряді фізіологічних процесів, але в той же час вони здатні чинити й виражену пошкоджуючу дію на клітини. Припускається також, що АФК мають важливе значення в процесі природного старіння організму [60]. Пояснення процесу старіння в останній час не має нестач у теоріях. Можна виділити, якнайменше, п`ять гіпотез, які висвітлюють його з різних точок зору. Перша розглядає старіння як накопичення в клітині продуктів метаболізму, які поступово вбивають її. Друга уявляє цей процес як результат виникнення в клітині „стресових" станів різної природи. Третя описує старіння як мутаційний процес - результат накопичення в клітині мутаційних змін. Згідно четвертої - аутоімунної теорії - старіння є наслідком пошкодження клітин аутоантитілами. П`ята теорія зводить процес старіння до накопичення в клітинах полімерних білкових молекул, з`єднаних один з одним поперечними ковалентними містками, з різко зниженою розчинністю. Як стверджують вчені, в чотирьох з перерахованих вище випадків перекиси ліпідів можуть приймати безпосередню участь, бо накопичення в клітинах перекисних і гідроперекисних продуктів повинно приводити до утворення поперечних зшивок в білкових молекулах, діяти на ДНК клітин і викликати в ній мутаційні зміни. Вважається, що найбільш переконливим доказом участі перекисів ліпідів у старінні слід вважати накопичення в клітинах ліпофусцину - пігменту старості, який є за своєю хімічною природою комплексом окиснених жирних кислот з білком. Провідне місце серед структур клітини в утворенні ліпофусцина відводять ендоплазматичному ретикулуму [7, 12, 14].

Багаточисельними дослідженнями встановлено, що ріст і старіння тваринних організмів, а також ряд патологічних процесів, супроводжуються відкладенням в тканинах і органах пігментів ліпідної природи. Віковий пігмент ліпофусцин розглядається як продукт переокиснення і полімеризації ненасичених ліпідів у сполуці з білками і як результат пошкоджуючої дії ліпідної пероксидації на мембрани клітинних органел. Деякі вчені вважають, що ліпопігменти з`являються при взаємодії карбонільних сполук (малонового диальдегіду), які з`являється при окисненні поліненасичених жирних кислот, з аміногрупами білків, амінокиснот [5].

Д. Начтан і М.М. Емануель сформулювали основи вільнорадикальної теорії старіння, яка продовжує розвиватись і в наш час. У відповідності з цими уявленнями вирішальне значення у розвитку старіння мають порушення обмінних процесів, пов`язані з підвищенням утворення вільних радикалів - молекул, які містять неспарений електрон, які вступають в реакції вільнорадикального типу з поліненасиченими жирними кислотами та іншими лабільними хімічними сполуками клітинної структури, можуть викликати незворотні пошкодження як на рівні клітини, так і організму в цілому. Ця обставина робить, на думку вчених, ВРО головним визначним фактором біологічного старіння.

Основні прояви вільнорадикальної патології визначаються як вікові пошкодження слідуючих біологічних систем:

1. Накопичення окиснювальних реакцій у довгоживучих молекулах колагену, еластину.
2. Пошкодження мукополісахаридів в результаті окиснювальних порушень
3. Накопичення метаболічно інертного матеріалу, пігменту старіння (ліпофусцину).
4. Зміни характеристик мембран в результаті перекисного окиснення.

Як уже говорилось вище, вільні радикали в нормальних умовах існування біологічних систем утворюються в процесі обміну речовин; сукупність антиоксидантного (неферментативного) і пероксидазного (ферментативного) шляхів елімінування (видалення) перекисів утворює фізіологічну антиоксидантну систему, яка контролює процеси ВРО в організмі [29]. Але в літературі є дані по зниженню концентрації водорозчинних антиоксидантів у тканинах старих тварин і зниження вмісту токоферолу (віт. Е) у крові літніх людей. Є також вказівки на прискорення процесів ПО НЖК в мембранах ендоплазматичного ретикулума у старих тварин [7, 12,14, 17].

У зв`язку з вищевказаним, антиоксидантний статус організму можна визначити як за кривою вмісту антиоксидантів, так і за виразністю ВРО, і ці дві криві носять дзеркальний характер.

Пошкодження, викликані послабленням контролю над вільнорадикальними процесами в клітині, включають насамперед пошкодження біомембран, завдяки високому вмісту в них ненасичених жирних кислот, найбільш чутливих до дії вільних радикалів і легко вступаючи в реакції пероксидації ліпідів [29]. В наш час накопичено достатньо даних, які підтверджують зміну структурної організації біомембран і функціонального стану клітин в процесі старіння.

Однією з фізико-хімічних властивостей і важливих характеристик біомембран є текучість гідрофобних її частин, яка названа „мікровязкістю". Дослідження синаптосом кори головного мозку щурів різного віку, які проводили вчені, виявили підвищення „мікровязкості" синаптосомальних мембран у дорослих (12 місяців) і старих (24 місяці) щурів у порівнянні з молодими тваринами. Підвищення „мікровязкості" може слугувати причиною зменшення пасивної проникності мембрани старих клітин для іонів, а також зниження швидкості лімінації пошкоджених клітинних компонентів. Зміни структури і функції клітинної мембрани, в свою чергу, приводить до зміни внутрішньоклітинного іонного складу (використання скануючого електронного мікроскопу для мікроаналізу дає можливість виміряти внутрішньоклітинні і внутрішньоядерні концентрації іонів).

Встановлено, що процеси перекисного окиснення ліпідів, що протікають при пошкодженні клітинної мембрани, легко можуть ідентифікуватися за рівнем вмісту малонового діальдегіду (МДА), який утворюється в результаті пословного розщеплення подвійного зв`язку макромолекул. В наш час є багато доказів присутності МДА у тканинах тварин, однак, не встановлено чіткої залежності між вмістом МДА в тканинах і віком. Але, утворення МДА грає істотну роль в утворенні пігменту старіння (ліпофусцина). Ці пігменти утворюються в більшості клітин, хоча і в різній кількості [5,7].

Паралельно з появою вільнорадикальної гіпотези старіння в науці з`явився інтерес до природних та синтетичних антиоксидантів [34, 40, 46 ]. Чому? Бо якщо вільні радикали, які відповідають за пошкодження ліпідного шару біомембран, за утворення в клітинах пігментів старіння і діють як фактори, що викликають процес старіння, то можливо, тривалість життя може бути збільшена за умови підтримання високого рівня антиоксидантів, наприклад, за рахунок антиоксидантної дієти. Тобто, вплив різних речовин на тривалість життя є критерієм оцінки їх геропротекторної активності. Вивченню впливу різних антиоксидантів на тривалість життя тварин присвячено праці цілого ряду дослідників. Виявлено, що при введенні препарату емоксіпіну експериментальним тваринам, спостерігалось значне підвищення середньої (на 23 %) і максимальної (на 58 %) тривалості життя [29]. Речовина викликала уповільнення процесу старіння у дрозофіли [60]. Використання препарату в дозі 0,01 % на личинковій стадії розвитку призводить до збільшення середньої тривалості життя самиць та самців на 18-20 % і збільшує максимальну тривалість життя самців. Чим старіше були дорослі особини до початку експерименту, тим слабкіший вплив геропротектора; середня тривалість життя самиць, взятих в одноденному віці збільшувалася лише на 12%, а дія у віці більше 20 днів виявилася неефективною. Також вченими в плані встановлення механізму геропротекторної дії емоксіпіну вивчено зміну АОА (антиоксидантної активності) печінки в процесі природного старіння безпородних щурів при введенні їм з їжею даного геропротектора. Показано, що АОА печінки у щурів при старінні зменшується, причому зниження її величини у пухлиноносіїв відбувається повільніше, ніж у тварин без пухлин. Введення емоксіпіну з 8-місячного віку приводило до значного збільшення АОА ліпідів печінки, чим, мабуть, можна пояснити збільшення тривалості життя у піддослідних тварин [59].

Не зважаючи на багато досліджень, до теперішнього часу ще не знайдено маркеру старіння, який би достатньо точно відображав хронологічний вік чи функціональний стан організму. Пігменти старіння являються продуктом клітинного метаболізму, складаються з поперечно зв`язаних молекул і не піддаються подальшому ферментативному розщепленню. Вони накопичуються в лізосомних структурах впродовж життєдіяльності клітини. Швидкість їх утворення залежить від балансу між активністю захисних систем клітини (ферменти і клітинні антиоксиданти) і швидкістю процесів окиснювального метаболізму. Однак, чіткої залежності між вмістом ліпофусцину і тривалістю життя тварин ще не виявлено. Наприклад, вітамін Е, незважаючи на те, що має антиоксидантну активність і попереджує накопичення ліпофусцину у щурів, не збільшує тривалість життя у цих тварин [26]. Тому, можна сказати, що утворення пігментів старіння, хоча і являється продуктом пошкоджуючої дії вільних радикалів на клітинному рівні, не є абсолютним критерієм у визначенні тривалості життя тварин. Старіння також може бути пов`язане з віковим зниженням надійності енергетичного забезпечення за рахунок збільшення відмов з боку мітохондрій. В мітохондріальній системі вченими виявлено виразні вікові порушення: зменшення кількості мітохондрій, збільшення їх об`єму, атрофія крист, поява переокислених ліпідів в мембранах при старінні. Вільні радикали, які утворюються в процесі дихання в мітохондріях, в першу чергу пошкоджують структуру самих мітохондрій. При старінні, внаслідок цього, зменшується активність ряду ферментів дихального ланцюга та інтенсивність синтезу мітохондріальних білків. Тому було зроблено припущення, що старіння мітохондрій веде до дефіциту енергії в клітинах [60].

Таким чином, згідно вільнорадикальній гіпотезі старіння, активація процесів ПОЛ призводить до зміни структурної організації мембран: фосфоліпідного складу, мікровязкості та іонної проникності, енергетичному дефіциту в клітинах, що викликає в кінцевому результаті, повну втрату функціональної здатності клітин і може лежати в основі різних порушень, в тому числі і функцій ЦНС, при старінні [29].

Старіння і антиоксидантна недостатність. В літературі є дані, які вказують на зниження з віком в тканинах токоферола і аскорбінової кислоти і збільшення вмісту окисненого глутатіону [7, 8, 27].

Вченими було порівняно явища, які спостерігаються при Е-авітамінозі і старінні. При цьому виявлено, що як і при старінні, при Е-авітамінозі першою ознакою початку процесу є враження органів розмноження. Але повна картина старіння відтворюється лише при хронічному розвитку токоферолової недостатності (півроку і більше). При гострому позбавленні вітаміна тварини гинуть раніше, ніж встигають розвинутися зміни у всіх органах. Таким чином, стан токоферолової недостатності у щурів та кроликів характеризується основними проявами старіння. Є дані, що у 4-місячних щурів позбавленням токоферолу можна досягти накопичення ліпофусцина в наднирниках у концентрації, яка характерна для річних тварин [7].

Ізольований С-авітаміноз при достатньому надходженні токоферола не супроводжується різким підсиленням ВРО, бо токоферол в цьому відношенні частково заміщує аскорбінат і виявляє зберігаючу дію. Однак при тривалому позбавленні аскорбінової кислоти можна знайти деякі риси, характерні для процесу старіння: зниження темпу клітинного поділу, зменшення новоутворення колагену, збільшення синтезу холестерину і розвиток атеросклеротичних змін в судинах [7, 27].

У зв`язку з цими даними і вільнорадикальними теоріями старіння виникає питання: чи можна відтворити синдром старіння послабленням АОС? Для рішення цієї задачі дослідниками було проведено експеримент, який описано в літературі. Кроликів тримали на полісинтетичній дієті, майже позбавленої екзогенних антиоксидантів (токоферолу, аскорбінової кислоти…) і яка містила 10% кокосової олії. Утримання кроликів на такій дієті протягом 100 діб викликало розвиток синдрому ліпідної пероксидації. При біохімічному і морфологічному вивченні цих тварин у них знайдені явища старіння, а саме розвиток атроартеріосклерозу. При цьому морфологічно було встановлено послаблення функції гіпоталамо-гіпофізарної системи і зміни в сім`яниках. Введення комплекса біоантиоксидантів виражено запобігало розвитку біохімічних і структурних змін. Але введення одного компонента АОС - пероксидази чи селена - не затримувало ураження, оскільки не могло відновити всю систему інгібування.

Одним з проявів порушень в окисно-відновних процесах при старінні слугує підвищення рівня окисненого глутатіона в крові. Автори встановили закономірне збільшення цього показника в крові щурів, кролика і людини з віком. Накопичення з віком окисненого глутатіона, на думку деяких, є відображенням характерного для старіння процесу - збільшення числа дисульфідних груп в тканинах. Є думка, що збільшення з віком окисненого глутатіона пов`язано зі зниженням активності глутатіон-редуктази [27].

Отже, послабленням АОС вдається відтворити прояви старіння.

.4 Вплив різних факторів на антиоксидантну систему

В літературі виділено багато факторів, які викликають недостатність АОС.

. Стрес. Відомо, що при стресі відповідна готовність організму значно перевищує реально необхідний рівень. Ця біологічно виправдана різниця ("запас") має і негативну сторону. Виникає невідповідність між високою активацією фізіологічних систем (підсилення газообміну і кровообігу) і відносно меншою - на біохімічному рівні (підсилення ферментативного окиснення чітко адекватне реальній витраті енергії). Така невідповідність приводить до надлишку потрапляючих у тканини кисню і субстратів окиснення і після локального вичерпування АОС - до "збросу" субстрату на вільнорадикальний шлях.

. Сезонний фактор. Реальне надходження антиоксидантів в організм тварин характеризується загальною рисою - зниженням в зимово-весняний період. Ця спільність пояснюється самою природою антиоксидантів: легкою окиснюваністю і поганим збереженням в рослинних продуктах і (як наслідок)- низьким рівнем в тканинах тварин взимку. Зменшення надходження антиоксидантів короткочасне, воно не викликає специфічних станів позбавлення (авітамінозів), однак дефіцит загальної антиоксидантної функції виявляється, по-перше, синдромом "весняної слабкості" і, по-друге, збільшенням вірогідності незворотних спалахів ВРО.

. Спадкові причини недостатності АОС. Спадкові гемолітичні захворювання, пов`язані з пероксидантним пошкодженням мембран еритроцитів, обумовлені вродженим дефіцитом глутатіону, глутатіонпероксидази або глутатіонредуктази.

. Істотна роль вікового послаблення активності антиоксидантної системи [7 , 56].

. Є дані про зменшення вмісту каротиноїдів в крові курильщиків та хворих на алкоголізм [40, 23].

. Відомо, що інтенсивність процесів ВРО різко зростає при дії різних видів випромінювання [47, 4].

Наведені фактори, що викликають недостатність АОС, являються в основному короткочасними. Однак незворотність наслідків "спалахів" ВРО та їх повторюваність приводять до кумулятивного ефекту - поступового накопичення вікових змін [7].

2. Механізми дії антиоксидантної системи

Перш ніж перейти до розгляду механізму захисту антиоксидантної системи, треба розглянути механізми утворення вільних радикалів в живих системах.

Всі стабільні молекули на кожному електронному енергетичному рівні мають по два електрона з протилежно направленими спинами. В певних умовах може відбуватися або відрив одного електрона, або приєднання одного електрона до молекули. Вільним радикалом називається молекула чи її частина, що має неспарений електрон.

З точки зору хімії поява неспареного електрона є поява у молекули вільної валентності; такі молекули легко вступають в хімічні реакції, тому для вільних радикалів характерна висока реакційна здатність. Іншою іх особливістю є здатність вести ціпні реакції.

.1 Типи вільних радикалів

В біологічних системах розрізняють декілька типів вільних радикалів:

І. Вільні радикали води.

При протіканні в клітині деяких окиснювальних реакцій, наприклад, при окисненні Fe2+ в Fe3+, електрон може приєднатися до молекулярного кисню. В результаті утворюється радикал О2- (супероксид), здатний вступати в ланцюг подальших перетворень в результаті послідовних приєднань електронів і протонів (у водному середовищі):

ІІ. Вільні радикали органічних молекул, які утворюються при дії іонізуючої та УФ-радіації.

Наприклад, при дії іонізуючої або УФ-радіації відбувається утворення вільних радикалів ароматичних і сірковмісних білків та піримідинових основ нуклеїнових кислот.

ІІІ. Вільні радикали хінонів.

Радикали цього типу приймають участь у переносі електронів в дихальному ланцюзі мітохондрій.. Вільні радикали ліпідів.

Одним з основних структурних елементів біологічних мембран являються фосфоліпіди. До складу молекули фосфоліпіду входять ненасичені жирні кислоти, які можуть в деяких умовах окиснюватись по ланцюговому вільнорадикальному механізму. Особливість ланцюгових реакцій в тому, що вільні радикали, реагуючи з іншими молекулами, не зникають, а перетворюються в інші вільні радикали. Наслідки окиснення фосфоліпідів - це в першу чергу порушення барєрних функцій біомембран для іонів та інших молекул. Як зараз встановлено, вільнорадикальне окиснення ліпідів відіграє ведучу роль у розвитку УФ - еритеми шкіри, світлових опіках очей, радіаційних пошкоджень та інших патологічних станах організмів [15].

Механізм вільнорадикального окиснення в організмі відповідає загальним закономірностям ланцюгового окиснення. Процес починається зі стадії ініціювання, де в ролі ініціатора в основному виступає гідроксильний радикал. Це найбільш реакційноздатний проміжний продукт відновлення кисню, здатний віднімати атом водню від органічних сполук, наприклад, жирних кислот (RH), з утворенням води і органічного вільного радикалу:

+ OH ? R + H2O.

Далі радикали ненасичених жирних кислот R взаємодіють з киснем, утворюючи пероксидні радикали RO2, а ті в свою чергу, вступають в реакцію з новими молекулами жирних кислот з утворенням гідропероксидів ліпідів (ROOH):

+O2 ? RO22 + RH ? R + ROOH [15, 16].

Особливість вільнорадикального окиснення в біосистемах в тому, що під впливом різних екстремальних факторів чи в присутності іонів металів зі змінною валентністю (заліза, міді) ланцюгова реакція стає розгалуженою, тобто продукт ланцюгового окиснення гідропероксид розщеплюється з утворенням вільних радикалів, які дають початок новим ланцюгам окиснювальних процесів. [54]

В ряді праць вивчено особливості розвитку окиснювального стресу при індукції запрограмованої загибелі клітин - апоптоза. В останні роки особлива увага приділяється вивченню ролі активних метаболітів кисню (АМК) у розвитку апоптоза у звязку з тим, що високоактивні АМК утворюються в клітинах в аеробних умовах. В живому організмі руйнівна активність АМК гальмується системою антиоксидантів, порушення в якій може привести до загибелі клітини.

Зясування причин ураження клітин в умовах окиснювального стресу зводиться до пошуку реактивних сполук, які утворюються після взаємодії клітини з окисником. Прикладом може слугувати реакційноздатний гідроксильний радикал, який утворюється при взаємодії O2 і H2O2. Вважається, що пероксид водню небезпечний швидше тому, що реагуючи з супероксидним радикалом або з негеміновим залізом (Fe2+), він може приводити до утворення гідроксильного радикалу, який має надзвичайну біологічну активність:

H2O2 + O2 ?Fe2+ O2 + OH + HO-

Внаслідок високої хімічної активності час життя радикалів OH в клітині складає біля 100 мкс, а відстань, яку вони встигають подолати від місця їх утворення, не перевищує 100 нм. Таким чином, ефективність пошкоджуючої дії OH буде залежить від місця їх утворення. Наприклад, утворення OH поблизу молекули ДНК приводить до модифікації основи або розриву однієї чи обох ланцюгів ДНК. Взаємодія OH з біомолекулами в основному приводить до утворення іншого менш реакційноактивного радикалу, який здатен до дифузій і до продовження ланцюгової реакції за рахунок взаємодії з новими біомолекулами. Прикладом такого ланцюгового процесу може бути пероксидне окиснення ненасичених ліпідів, яке ініціюється гідроксильними радикалами.

Для радикалів OH характерними є три основні типи реакції:

) відрив атома водню від органічної молекули

OH + CH3OH ? H2O + CH2OH;

2) приєднання до молекули за подвійним звязком

OH + C6H6 ? H2O + C6H6OH;

3) переніс електронів

OH + Cl- ? Cl + OH-

Так, взаємодія OH з лецитином, основним компонентом біологічних мембран, належить до першого типу реакцій і є основною реакцією при ініціюванні пероксидного окиснення ліпідів у мембранах. Сюди ж відноситься і реакція OH з цукрами, наприклад, дезоксирибозою, що входить до складу основ ДНК. Продукти цієї взаємодії мають мутагенні властивості. До другого типу реакцій належать реакції взаємодії радикалів OH з пуриновими та піримідиновими основами ДНК та РНК. Взаємодія OH з тиміном приводить до утворення ряду вторинних радикалів, які можуть пошкоджувати інші основи і цукри, а також викликати розриви ланцюгів НК. Таке пошкодження може привести до мутації і загибелі клітини.

Гідроксильний радикал також утворюється в реакціях радіолізу води, чим в значній мірі зараз пояснюють біологічну дію іонізуючих та інших видів випромінювань і в чому, можливо, треба бачити одну з основних причин близькості радіаційних уражень і кисневої інтоксикації. Накопичення інтермедіатів кисню та їх взаємодія в клітині, які приводять до появи радикалів OH, зумовлює пошкодження життєво важливих білкових, в першу чергу ферментних, структур, і якщо вони легко окиснюються, то швидко втрачають свою біологічну активність.

.1 Механізми захисту

Механізм дії антиоксидантної системи захисту організму може реалізуватися двома шляхами:

1. шляхом зниження рівня генеруємих АФК або утворившихся радикалів за рахунок обриву ланцюгів вільнорадикальних реакцій, що забезпечуються дією специфічної ферментативної і неферментативної АОС;
2. шляхом ліквідації пула металів зі змінною валентністю (заліза, міді) за рахунок звязування їх з білками, а також з низькомолекулярними сполуками, наприклад, сечовиною, що попереджує можливість їх участі у вілнорадикальних реакціях.

Ряд дослідників вважає, що механізм дії антиоксидантної системи захисту крові реалізується на основі її здатності гальмувати метазалежні вільнорадикальні реакції, спряжені з утворенням OH.

Регуляція ланцюгового окиснення в клітині може відбуватися як на стадії ініціювання, так і на стадії розгалуження ланцюгів. Наприклад, поява іонів двохвалентного заліза приводить до розкладу гідропероксидів і виникненню нових радикалів, тобто прискоренню вільнорадикального окиснення ліпідів. Процес відновлення Fe3+ до Fe2+ відбувається в мітохондріальному ланцюзі переноса електронів. Розкладання гідропероксидів виключає можливість розгалуження ланцюгів у реальних умовах живої клітини, бо інтенсивність вільнорадикального окиснення знижується.

В живій клітині регуляція вільнорадикального окиснення здійснюється в основному на початковій стадії розвитку токсичної дії супероксидного або гідроксильного радикалу [54].

Вивчення дії антиоксидантів в системах, де йдуть реакції ланцюгового окиснення ліпідів (ПОЛ) і вмістом антиоксиданту є взаємна залежність: антиоксиданти, реагуючи з радикалами, знижують швидкість перекисного окиснення; прискорення перекисного окиснення, що приводить до збільшення числа радикалів, знижує концентрацію антиоксидантів.

Істотне значення для антиоксидантної активності інгібітору має можливість реакції радикала Іn з новою молекулою сполуки, яка окиснюється:

+ RH ? In + R

Для "сильних" антиоксидантів швидкість цієї реакції зневажливо мала у порівнянні зі швидкістю реакції In з вільними радикалами. Це пояснюється тим, що "сильні" антиоксиданти продукують слабкі радикали, не здатні ініціювати нові ланцюгові реакції. Обриваючи ланцюги, ці антиоксиданти - інгібітори самі при цьому руйнуються. Існують й інші - "слабкі" антиоксиданти (антиоксиданти пролонгуючої дії), радикали яких вступають у взаємодію з молекулою сполуки, яка окиснюється . Дія таких антиоксидантів зводиться до уповільнення реакції продовження ланцюга. Замість однієї реакції:

RO2 + RH ?R3 ROOH + R

в присутності антиоксиданта протікають дві:

RO2 + InH ? ROOH + In + RH ? InH + R

Незважаючи на те, що для біологічно важливих сполук другий механізм був би в значній мірі "вигідніше", бо гальмував ПОЛ пролонгуючим антиоксидантом не супроводжується його незворотнім руйнуванням, загальновизнано вважати природні антиоксиданти інгібіторами вільнорадикальних реакцій [14].

Компоненти АОС характеризуються специфічною дією на різні ланки ВРО. Існують ферменти, які направлено утилізують АФК (супероксиддисмутаза - СОД, каталаза, пероксидази), продукти ПОЛ, які приймають участь у розвитку ВРО (глутатіонпероксидази - ГП), і токсичні продукти ВРО (глутатіон - S - трансферази - ГТ). До цього часу ще не виявлено компонента АОС, який би специфічно утилізував OH. При цьому захист клітинних структур від пошкоджуючої дії АФК, які продукуються всередині клітини (ендогенні АФК) і тих, які діють ззовні (екзогенні АФК) організуються різним чином. В першу чергу це повязано з нездатністю АФК проникати крізь мембрани. В результаті екзогенні АФК завжди діють на клітину тільки опосередковано через стимуляцію ПОЛ в плазматичній мембрані [59]. В мембранних структурах активність в якості антиокисників у цих сполук залежить від їх розчинності в ліпідах [14].

Захист від пошкодження екзогенними АФК спрямован в першу чергу на утилізацію жирнокиснотних і ліпідних гідропероксидів, як продуктів ПОЛ, які стимулюють ВРО за принципом ланцюгової реакції. Основна роль в цьому захисті належить ГП. Зверхекспресія в клітинах різних форм ГП призводить до значного підвищення стійкості клітин до екзогенних окиснювачів. Частина радикальних продуктів у мембрані перехоплюється SH - групами мембранних білків, частина (головним чином, поблизу зовнішньої поверхні мембрани) токоферолами. Останні можуть потім регенеруватися на внутрішній стороні мембрани за рахунок передачі окиснювальних еквівалентів на цитозальний аскорбат.

Захист від ендогенних АФК заснований головним чином на ефективній елімінації первинних АФК. Для цього слугують СОД, каталаза і пероксидази. Оскільки СОД утилізує O2 з утворенням H2O2, важливим для життєздатності клітини є баланс між активними СОД і ферментів, які руйнують H2O2: різке підвищення в клітині активності СОД без відповідної активації каталази або пероксидаз само по собі є цитотоксичним. Оскільки в цитозолі основною мішенню для АФК являються білки, важливу роль у захисті від ендогенних АФК грають відновлений глутатіон (GSH) і цистеін. SH - групи цих речовин окиснюються набагато легше, ніж SH - групи в білкових молекулах, захищаючи тим самим білки від окиснювальної модифікації [59]. Отже, наведені факти дозволяють говорити, що клітинна АОС достатньо чітко поділяється на підсистему захисту від ендогенних АФК та підсистему захисту від пошкоджуючої дії екзогенних АФК.

Механізм захисту від руйнівної дії АФК повинен зводити до мінімуму утворення АФК в організмі, а також інактивувати ти з них, утворення яких не вдалося запобігти.

3. Матеріали та методи дослідження

Модель залежності від хронічної дії тютюнового диму створювали за допомогою герметичної камери обємом 27 літрів, що дозволила обкурювати тварин у вільній поведінці (додаток 1). Тютюновий дим, що утворювався від горіння цигарки, зо допомогою спеціально сконструйованої системи дозовано подавався до герметичної камери (при цьому спалювалося 8-10 мм цигарки). У досліді використовувалися цигарки "Прилуки" легкі з вмістом 0,6 мг нікотину та 12 мг смоли, Обрана доза тютюнового диму була обумовлена відсутністю у літературних джерелах даних досліджень з використанням малих доз нікотину та популярністю легких цигарок серед жінок.

Дослідження проводилось на щурах (15 самицях та 7 самцях) популяції Вістар масою 190-250 г, довжиною тіла 170-210 мм, віком 2,5-3 місяці. Тварин утримували в стандартних умовах віварію при природному освітленні, харчуванні, вільному вживанні води. У камері одночасно знаходилося 5 тварин протягом 15 хвилин, 5 хвилин з яких припадало на нагнітання диму в камеру і 10 хвилин - безпосередньо на спостереження за поведінкою тварин. У кожну групу подавався дим половини цигарки. Тварини контрольної групи також знаходилися протягом 15 хвилин у герметичній камері, але не підлягали дії тютюнового диму. Тварини контрольної групи підлягали однаковим стресовим факторам, знаходячись у замкнутому просторі.

Експериментальне дослідження продовжувалося 4 місяці. Всього під час дослідження було проведено 51 обкурювання. Піддослідних тварин було розділено на 4 групи:

1. самці не "палять"- ?
2. самці „палять"- ?
3. самиці не "палять" - ?
4. самиці "палять" - ?

Після декапітації у тварин збирали кров для біохімічних досліджень.

Оцінка стану системи ПОЛ та АОЗ проведено за показниками концентрацій вітамінів А і С в плазмі крові, каротиноїдів, вмісту глутатіону, дієнових конюгатів (ДК) та малонового диальдегіду (МДА).

Визначення вітаміну С в крові щурів проводили за модифікованим методом Девятніна В.А. [45]. Принцип методу ґрунтується на екстракції аскорбінової (АК) і дегідроаскорбінової (ДАК) кислот із тканин за допомогою трихлороцтової кислоти. При цьому використовується утворення забарвленого продукту при реакції ДАК з 2,4-дінітрофенілгідразином. Аскорбінова кислота окиснюється до ДАК за допомогою 2,6-дихлорфеноліндофеноляту натрію, потім візначається сума АК + ДАК. Вміст АК визначають за різницею між сумою і ДАК.

Визначення каротиноїдів проводили за методом Frigg M. [44, 45, 37]. Екстракцію проводили гексаном. Визначали поглинання отриманого розчину на спектрофотометрі при ? = 441 нм. Розрахунок вели за графіком, побудованому по чистому лютеїну з урахуванням наважки тканини й об`єму отриманого екстракту. Визначення вмісту глутатіону. Принцип методу полягає в тому, що глутатіон, реагуючи з надлишком аллоксану, утворює сполуку, що має максимум поглинання при довжині хвилі 305 нм і тому умовно названу "аллоксан-305". При цьому комплекс, який утворився: "аллоксан-305" прямо пропорційний вмісту відновленого глутатіону в пробі. Вміст глутатіону в тканинах виражали в мг/% [45].

Концентрацію ДК визначали у гептованих екстрактах плазми крові.

Визначення МДА. Для визначення МДА застосовували спрощений флюорометричний метод К. Gagi.[56]. Кінцевий продукт переокиснення ліпідів - МДА - утворює з тіобарбітуровою кислотою флюоресцуючий комплекс, інтенсивність світла якого прямо пропорційна концентрації МДА.

Аналіз крові щурів було зроблено на базі Харківського інституту експериментальної та медичної ветеринарії.

4. Вплив хронічного пасивного тютюнопаління на антиоксидантну систему організму щурів

Як відомо, захист від АФК та вільних радикалів в організмі здійснюється двома шляхами - неферментативним (вітаміни) і ферментативним.

Неферментативна АОС представлена жиророзчинними вітамінами [29] і захищає мембрани ззовні від екзогенних АФК [59], оскільки вітаміни більшістю локалізовані в мембранах. Оцінка стану неферментативної АОС проведено за показниками концентрації вітамінів А і С та каротиноїдів в крові щурів.

Ферментативна АОС представлена ферментними системами (ГП, СОД, пероксидаза), які захищають клітини від ендогенних АФК та вільних радикалів [45, 59, 60], тому що ферменти локалізовані в цитозолі. Ефективність ферментативної АОС проведено за показниками вмісту глутатіону в крові тварин.

.1 Вплив хронічного пасивного тютюнопаління на неферментативну антиоксидантну систему щурів

Вітамін А виявлено безпосередньо в мембранах клітин, отже він регулює проникність мембран. Зниження стабільності мембран спостерігається як при авітамінозі, так і при А-гіпервітамінозі [14, 46].

Аскорбінова кислота (АК), за літературними даними, відновлює токофероксильний радикал, який утворився при взаємодії вітаміну Е (токоферола) з вільними радикалами, знешкоджуючи їх, та інгібує ВР окиснення ліпідів [3, 5, 46].

В крові піддослідних тварин було виявлено, хоча і не достовірне, збільшення концентрації АК і незначне зниження концентрації ретинола (табл. 1, рис. 1). На основі отриманих даних можна припустити, що хронічне пасивне тютюнопаління легких цигарок істотного впливу на вміст вітамінів А і С не має. Але зниження концентрації ретинолу може свідчити про порушення цілісності мембранних структур.

Таблиця 1 Вміст вітамінів в крові щурів

№Умови експерименту.Вітамін А; мкг/%.Вітамін С; мкг/%.1.Самці не „палять"11,28 ± 0,0511,06 ± 0,0302.Самці „палять"10,77 ± 0,3841,07 ± 0,0403.Самки не „палять"10,68 ± 0,2501,04 ± 0,0184.Самки „палять"10,70 ± 0,2651,05 ± 0,022

Рис. 1. Вміст вітамінів А і С у крові щурів

Таблиця 2 Вміст каротиноїдів в крові щурів

№Умови експериментуКаротиноїди; мкг/%.1.Самці не „палять"2,14 ± 0,2072.Самці „палять"1,90 ± 0,1313.Самки не „палять"2,25 ± 0,1504.Самки „палять" 1,80 ± 0,212*

Рис. 2. Вміст каротиноїдів у крові щурів

Примітка: * вірогідність різниці у порівняні з контрольною групою при р£0,05.

.2 Вплив хронічного пасивного тютюнопаління на ферментативну антиоксидантну систему щурів

Важливим ланцюгом захисту від токсичної дії перекисів ліпідів є глутатіонпероксидазна система. Одна з фунуцій глутатіонпероксидази заключається у відновленні утворених перекисів НЖК фосфоліпідів в мембранах [2], а інша полягає у захисті білків від ендогенних АФК, оскільки вони містяться в цитозолі [59].

Нами були отримані дані, що існує тенденція щодо зниження вмісту відновленого глутатіону в крові щурів, які підлягали хронічній дії тютюнового диму легких цигарок (табл. 3, рис 3). Отже, це може свідчити про інтенсивність ПОЛ і участь GSH у захисті, а також про участь глутатіонпероксидази у захисті білків від окиснення, бо SH-групи глутатіонпероксидази окиснюються легше, ніж SH-групи в білкових молекулах. Зниження вмісту GSH можна пояснити і розщепленням глутатіону при взаємодії SH з радикалами R? і ОН?, а також переносом водню глутатіону на радикальні форми білків і ДНК, які утворилися в організмі.

Таблиця 3 Вміст глутатіонпероксидази в крові щурів

№Умови експерименту.Глутатіонпероксидаза; мг/%.1.Самці не „палять"35,10 ± 1,752.Самці „палять"32,60 ± 1,103.Самки не „палять"33,85 ± 1,6524.Самки „палять"32,08 ± 1,849

Рис. 3. Вміст глутатіонпероксидази в крові щурів

4.3 Активність процесів перекисного окиснення ліпідів при хронічному пасивному тютюнопалінні

Оцінку стану системи ПОЛ визначено за показниками вмісту диєнових кон`югатів (ДК) та малонового диальдегіду (МДА). За літературними даними реакції ПОЛ здійснюються за дволанцюговим механізмом. Одним з кінцевих продуктів першого ланцюга є ДК. З даних результатів дослідження спостерігалося значне збільшення вмісту ДК у щурів, які підлягали дії тютюнового диму легких цигарок (табл. 4 , рис. 4). Це свідчить про високу швидкість ПОЛ на початковому етапі (перший ланцюг).

Таблиця 4. Вміст дієнових конюгатів у крові щурів

№Умови експерименту.Дієнові конюгати; мкМ/л.1.Самці не „палять"18,46 ± 0,5402.Самці „палять"19,83 ± 0,358*3.Самки не „палять"18,38 ± 0,5924.Самки „палять"18,88 ± 1,033

Рис. 4. Вміст дієнових конюгатів у крові щурів

Примітка: * вірогідність різниці у порівняні з контрольною групою при р£0,05.

При визначенні вмісту МДА - кінцевого продукту ПОЛ - прослідковується підвищення його рівня в групах самців і самиць, які підлягали дії тютюнового диму легких цигарок (табл. 5, рис. 5). При порівнянні даних вмісту ДК та МДА можна зробити висновок, що процеси ПОЛ йдуть біль інтенсивно по першому ланцюгу, ніж по другому. Ці відомості співпадають з літературними даними [5], де відзначено, що в крові щурів на нмоль ROOH (гідроперекисів ліпідів) припадає найбільша активність СОД і ГП і найменший вміст вторинних продуктів ВР окиснення ліпідів, тобто МДА. Хоча накопичення МДА, який може утворювати звязки з біологічно важливими амінами [5] сприяє виникненню пігменту старіння - ліпофусцину [14] (це комплекс окиснених НЖК і білку), до того ж нащадки щурів, які підлягали дії тютюнового диму легких цигарок, мали прискорений розвиток, а значить ймовірне і прискорене старіння.

Результати дослідження вказують, що пасивне хронічне тютюнопаління легких цигарок прискорює перекисне окиснення, яке приводить до збільшення числа радикалів, знижує концентрацію антиоксидантів і збільшує вміст продуктів ПОЛ. А також, ймовірно, може призвести до прискореного старіння.

Таблиця 5 Вміст малонового диальдегіду в крові щурів

№Умови експерименту.Малоновий диальдегід, кМ/мл.1.Самці не „палять"4,10 ± 0,5162.Самці „палять"4,90 ± 0,219*3.Самки не „палять"3,67 ± 0,2134.Самки „палять"4,18 ± 0,370*

Примітка: * вірогідність різниці у порівнянні з контрольною групою при р£0,05.

Рис. 5. Вміст малонового диальдегіду в крові щурів

Примітка: * вірогідність різниці у порівнянні з контрольною групою при р£0,05.

5. Розробка планів-конспектів уроків з використанням тематики дослідження при викладенні шкільних курсів "біологія людини" та "загальна біологія"

Проаналізувавши програми з біології для загальноосвітніх навчальних закладів (8 клас), з`ясували, що шкідливий вплив паління, алкоголю, наркотиків на організм людини розглядається після вивчення теми 2: Регуляція функцій. Нервова регуляція. Центральна і периферична нервові системи, її будова і функції. Гуморальна регуляція. Залози внутрішньої і змішаної секреції. Гормони. Та теми 5: Дихання. Функції дихальної системи. Будова і функції органів дихання. Газообмін у легенях і тканинах. Механізми дихальних рухів і їх регуляція. Гігієна дихання. Шкідливий вплив паління, забрудненого повітря на органи дихання.

Але при вивченні шкільного курсу „Біологія людини" 8 клас окремого уроку, присвяченого шкідливому впливу паління на організм людини, найчастіше не відводиться вчителями, тоді як проблема паління серед підлітків зараз є однією з найактуальніших.

В підручнику з біології [52] цьому питанню присвячено лише один параграф розділі 5 Дихання (§ 40). Але, прочитавши його при підготовці до уроку, учень навряд чи усвідомить всю значущість проблеми тютюнопаління.

Тому ми вважаємо доцільним детально зупинитися на цьому питанні. Як відомо, людина краще розуміє і запам`ятовує матеріал, якщо вона самостійно знаходить цей матеріал і самостійно його опрацьовує. При самостійній роботі активізується пізнавальна діяльність учнів. Тому ми розробили нетрадиційний урок для 8 класу „Фізіологія дихальної системи. Гігієна органів дихання", який учні опрацьовують самостійно вдома, а на уроці відбувається удосконалення отриманих знань.

Програмою відведено на вивчення розділу „Людина" у 8-му класі 68 год., з них 3 - резервні. Використовуючи резервну годину, пропонуємо провести урок-гру „Коротко- та довгострокові наслідки паління", яка повинна подіяти на свідомість учнів, сприяти попередженню та усуненню паління. Урок-гру „Коротко- та довгострокові наслідки паління" можна проводити для учнів 8-11 класів.

В 11 класі при вивченні курсу „Загальна біологія" програмою не передбачено жодної теми, де б згадувалося про шкідливість паління для людини. Проте проблема тютюнопаління серед учнів залишається відкритою. Тому при вивченні тем „Розмноження та індивідуальний розвиток організмів", „Будова і утворення статевих клітин" вважаємо корисним використати резервну годину з 3-х відведених для проведення уроку-конференції „Паління і здоров`я", в якому можна дати поняття про АОС та вплив тютюнопаління на АОС, використовуючи тематику наших досліджень.

.1 План нетрадиційного уроку для 8 класу „Фізіологія дихальної системи. Гігієна органів дихання"

План уроку.

Завдання:

Продовжити навчання самостійно працювати з текстами підручника і додатковими. Самостійно засвоїти систему знань про дихальну систему, функції дихальної системи. Ознайомитися з системою біологічних понять (дихання, дихальна система, повітроносні шляхи, життєва ємність легень, газообмін тощо).

Розвивати логічне мислення, вміння самостійно опрацьовувати інформацію, знаходити і виділяти головне, проводити аналіз, робити висновки. Розвивати уміння складати розповідь, вміння володіти науковою термінологією.

Формувати науковий світогляд, екологічне виховання, санітарно-гігієнічне, підвищувати рівень загальнобіологічних знань.

Обладнання: малюнки органів дихання, вологі препарати легень здорової людини, та курця, бронхіальне дерево.

Тип уроку: нетрадиційний.

Структура.

За тиждень вчитель повідомляє про те, що урок по дихальній системі вони опрацьовують самостійно, а на уроці лише розбирають. Були задані слідуючи завдання.

Питання які треба опрацювати по § 33-40 підручника [52] :

1. Дихання. Дихальна система. (2 учні).
2. Будова і функції дихальної системи: носова порожнина, трахея, бронхи, легені. (4-5 учнів).
3. Процес дихання. (4 учні):

Вдих і видих ;

Газообмін в легенях;

Транспорт газів кровю ;

Газообмін між кровю та тканинами.

1. Куріння, його вплив на дихальну систему. (2 учні)
2. Вплив куріння на інші системи органів. (декілька учнів)

Перед усім класом ставиться завдання:

1. розбитися на групи у відповідності до теми;
2. в групі розділити матеріал для кожного;
3. прочитати навчальний матеріал до даної теми в підручнику та додатковій літературі;
4. скласти план тексту;
5. виписати нові терміни і незрозумілі слова та знайти їх визначення по словнику;
6. знайти додаткову інформацію про шкідливість паління;
7. на уроці зробити доповідь (2-5 хвилин).

На уроці учні виступають з доповідями, вчитель коментує, пояснює те, чого діти не зрозуміли, демонструє вологі препарати, малюнки.

В кінці уроку підводяться підсумки, виставляються оцінки.

Після уроку іде обговорення :

Як пройшов урок?

Чи сподобався?

Як хто відповідав?

Чи шкодить паління нашому здоров`ю?

Як саме?

Щоб ви порадили тим, хто палить?

Поради та пропозиції по проведенню урока.

Д/З повторити весь вивчений матеріал сьогодні на уроці, показати зошити, підготуватися до с.р. по цій темі.

Повідомлення оцінок.

.2 План-конспект уроку-гри для 8 класу „Коротко- та довгострокові наслідки куріння"

Мета: По завершенні цього заняття учень:

1. усвідомить, що переважна кількість наслідків від паління носить негативний характер;
2. визначить, що рішення палити - це перешкода досягненню загального доброго самопочуття.

Базова інформація:

Це буде гра, щоб продемонструвати учням коротко- та довгострокові наслідки від паління. Спочатку учням за день видаються листівки „Паління... До чого воно призводить..." Перед проведенням гри корисно обговорити це питання, щоб нагадати вже відомі учням факти.

Проведення роботи:

Поділити учнів на чотири команди. Кожна команда вибирає собі капітана, який буде записувати відповіді своєї групи. Одна група складатиме список „Короткострокових Негативних Наслідків від Паління", друга - „Довгострокових Негативних Наслідків від Паління", третя - „Короткострокових Позитивних Наслідків від Паління" і четверта - „Довгострокових Позитивних Наслідків від Паління". Дати їм 10 хвилин для відповіді.

Пояснити правила гри:

На дошці будуть записані всі чотири категорії наслідків. Вчитель буде писати відповіді по кожній категорії. Переможе та команда, котра дасть найбільш правильні відповіді, з якими погодиться весь клас. Вчитель може підказати учням щось із нижченаведених відповідей (якщо їх відповіді неповні):

Негайні короткострокові негативні наслідки паління (впродовж кількох хвилин після першої затяжки):

• посилення серцевого ритму;
• підвищення кров`яного тиску;
• подразнення тканин гортані;
• попадання оксиду вуглецю до крові;
• негайне попадання канцерогенів до легенів;
• забруднення повітря;
• подразнення очей;
• зниження температури тіла.

Інші короткострокові негативні наслідки паління:

• можливе пошкодження слизової оболонки губів, язика, піднебіння, гортані і, таким чином, зміна сприйняття смаку їжі;
• можливе виникнення саднячого кашлю, поганого запаху із рота і захворювань ротової порожнини;
• можливе послаблення здатності відчувати запахи;
• можливе прискорення виникнення зморшків на обличчі;
• виникнення жовтих плям на зубах;
• можливе перешкоджання нормальному диханню та зниження фізичної витривалості.

Довгострокові негативні наслідки паління:

• рак легенів, ротової порожнини, стравоходу, гортані, підшлункової залози та жовчного міхуру;
• захворювання серця;
• виразка;
• судинні захворювання та удари;
• емфізема;
• хронічний бронхіт.

Коротко- та довгострокові позитивні наслідки паління:

Учні напишуть про такий позитивний наслідок від паління, як мати „шикарний вигляд". Проблема в тому, що позитивних наслідків значно менше, ніж негативних. Вчитель повинен надати можливість учням усвідомити, що коротко- та довгострокові позитивні наслідки насправді не є позитивними. Треба звернути увагу учнів на те, що курці вважають, що паління цигарок їх розслаблює. Насправді нікотин останньої цигарки розпадається, а організм починає потребувати нового „допінгу". Це створює почуття задоволеності від паління. (Примітка: командою-переможцем стане одна із тих, хто складав перелік „Негативних Наслідків". Треба обговорити з учнями, чому це так. Обговорити урок. Повідомити активних учнів, назвати оцінки за урок. Паління... До чого воно призводить...

• Сигарети не бувають безпечними. Сигарети з низьким вмістом смоли та нікотину теж шкідливі і також підвищують ризик виникнення захворювань.
• Жінки, чоловіки яких багато палять мають у 4 рази вищі шанси померти від раку легенів.
• Серцевий ритм у курців у середньому на 10-20 ударів швидше, ніж у некурців. Це означає, що протягом року серце у курця мусить зробити на 5-10 мільйонів ударів більше, аніж у некурця.
• 19 % від загальної кількості нищівних пожеж трапляється в результаті паління.
• Імовірність виникнення респіраторних інфекційних захворювань у курців у 2,5 рази вище, ніж у некурців.
• Більше 80 % випадків захворювання раком легенів припадає на долю курців.
• Імовірність виникнення захворювання раком підшлункової залози у курця в 2-5 разів вище, ніж у некурців.
• Жінки, що палять, мають схильність народжувати менших вагою дітей, що становить головну причину дитячої смертності.
• Взагалі, курці хворіють у 3,5 рази більше, ніж некурці.
• На долю курців припадає у 2 рази більше нещасних випадків на виробництві.
• Імовірність виникнення захворювання раком легенів у курців у 20 разів вища, ніж у некурців.
• Паління призводить до послаблення сприйняття смаку та запаху. Повідомляють також, що воно викликає зморшки на обличчі, а деякі дослідження свідчать про його негативний вплив на слух.
• З кожною сигаретою курець 8-9 разів вдихає головний потік диму (в середньому протягом 24 секунд кожного разу), але сигарета горить 12 хвилин і протягом цього часу безперервно забруднює повітря.
• Дим побічного потоку містить значно більшу концентрацію шкідливих речовин, ніж той дим головного потоку, що вдихає курець, а саме: в три рази більше бензопірену (вважається, що він має канцерогенні властивості), вдвічі більше смоли та нікотину, у п`ять разів більше оксиду вуглецю та в 50 разів більше аміаку.
• Ті, хто випалюють одну пачку сигарет на день, на 50% частіше попадають у лікарню, відсутні на роботі, в школі. Дві пачки сигарет на день подвоюють тривалість відсутності на роботі.

5.3 План-конспект уроку-конференції для 11 класу „Куріння і здоров`я"

Тема: „Паління і здоровя". Завдання:

• Узагальнити дію і систематизувати, поглибити знання отримані в результаті вивчення кровоносної, дихальної, видільної та інших систем, підвищити рівень знань з курсу „Біологія людини", а також рівня загальнобіологічних знань та удосконалення санітарно-гігієнічних вмінь та навичок.
• Збуджувати інтерес до вивченні біології. Продовжувати розвивати в учнів вміння та навички працювати самостійно, використовуючи різні джерела інформації, знаходити потрібний матеріал, розвивати логічне мислення уміння робити висновки, виділяти головне, уміння слухати і коментувати відповіді своїх однокласників, оцінювати.
• Дати змогу побачити звязок навчання з життям; сформувати науковий світогляд.
• Попередження і усунення паління.

Мета: ознайомлення з додатковою інформацією, коментування її, проведення дискусії, робота по групах.

Тип уроку: нестандартний.

Вид уроку: урок - конференція.

Структура уроку

За декілька днів до уроку повідомляється тема уроку і підбирається додатковий матеріал, розподіляються теми доповідей.

Друзі, сьогодні урок не звичайний. Ми проведемо урок-конференцію, тема якого записана на дошці, а також записаний девіз нашого уроку: „Будущее заложено в настоящем ... Без него ничто в мире не может быть хорошим" Г. ЛіхтенбергПовідомлення вчителя, запис на дошці теми та девізу уроку.Сьогодні ми поговоримо про паління, про вплив паління на наш організм і на наших нащадків. Перед вами нелегка задача. Ваші однокласники підготували доповіді, які будуть повідомлені протягом уроку. Ви повинні зафіксувати цікаву та корисну на ваш погляд інформацію у зошити. Після виступу доповідачів потрібні коментарі та питання , власні думки щодо цієї проблеми... А також треба вказати, як було донесена інформацію, і оцінити відповідь. Після усіх доповідей ми зробимо висновки. На цьому уроці всі чи майже усі отримають оцінки. Вступні слова вчителя. Тютюн став відомий в Європі у 1496 р. , після відкриття Америки, його насіння було завезено в Іспанію і Португалію а у 1560 р. у Францію. В Росію тютюн потрапив у другій половині ХVІ ст.Ви знаєте, що особливо шкідливо паління для дітей та підлітків. А чому ? Шкідливість паління підлітків посилюється ще тим, що вони, намагаючись приховати свій порок від батьків і вчителів, палять таємно, поспішаючи, сильно затягуючись та бачним димом. В таких умовах відбувається більш інтенсивне згоряння тютюну і дим більше наповнюється отруйними речовинами, мишяком, смолистими речовинами, радіоактивним полонієм... При повільному згоранні тютюну в дим переходить 20 % нікотину, а при швидкому - більше 40 %. Отже, робіть висновки. А тепер я прошу доповідачів повідомити нам інформацію, якою ви володієте. Риторичне запитання.2. Теми доповідей: 1. Шкідливий вплив паління на організм. 2. Дія нікотину. 3. Рак. 4.Зіпсовані гени. 5. Вплив паління на антиоксидантну систему. (матеріал доповідей наведено додатку 1) Вчитель, де потрібно коментує відповіді, повідомляє додаткову інформацію. Протягом уроку іде обговорення. Додаткова інформація: 1) Шведські лікарі, досліджуючи причини автомобільних аварій, встановили, що паління в машині з закритими вікнами небезпечно: при викурених підряд 3 цигарок в машині створюється концентрація карбон оксиду (ІІ), достатня, щоб викликати отруєння. Воно проявляється зниженням гостроти зору і сприйняття іншими органами чуття. 2) Смертельна доза нікотину для людини, яка не курить, міститься в 25 цигарках. 3) На піддослідних тваринах було виявлено зниження активності АОС у тих тварин, які підлягали дії тютюнового диму, що проявлялося в зменшенні концентрації вітамінів у крові і зниженні активності деяких ферментів.Повідомлення учнів, питання, обговорення з класом, вчителем. 2. Заключення Учні роблять висновки, щодо шкоди куріння для здоровя . Відповідають на питання: 1) Як ви гадаєте, цей урок має користь для вашого життя ? 2) Чи сподобалась вам інформація, повідомлена доповідачами? 3) Як ви зрозуміли, що таку АОС? 4) Хто краще доповідав, а кому треба щось доробити? 4) Що ви можете сказати про наш не звичайний урок? 5) Чи важко було доповідачам обробити і довести класу інформацію ? 6) Пропозиції і побажання . 7) Що б ви побажали тим, хто курить? Повідомлення вражень вчителя, оцінок за урок.Фронтальна бесідаЗаключне слово вчителя. І. В. Гьоте сказав : „Від паління тупієш. Воно несумісне з творчою роботою..." Отже, я бажаю вам бути творчими особистостями і досягти успіхів у житті без паління. Обладнання: дошка, якщо є, малюнки, повязані з палінням та його впливом на організм.

Висновки

1. Зясовано, що антиоксидантна система в еволюційному плані виникла більше ніж 2,5 млрд років тому, проте вивчення цього питання почалося лише з 70-х років ХХ ст. Визначено роль антиоксидантної системи в процесах вільнорадикального окиснення та перекисного окиснення ліпідів, вплив порушень цілісності мембранних структур (в результаті дії вільних радикалів на фосфоліпіди мембран) на виникнення захворювань. Було проведено класифікацію антиоксидантів. З`ясовано послаблення АОС з віком, а також роль вільнорадикального окиснення і порушень мембран в процесі старіння [5, 8, 12, 15].

. Виявлено негативний вплив хронічного пасивного тютюнопаління на стан неферментативної антиоксидантної системи, який прослідковується у тенденції зменшення концентрації вітамінів А і С та значного зниження вмісту каротиноїдів у крові щурів, які підлягали дії тютюнового диму (у групі нк ? 2,25 ± 0,15 мкг/%, а в групі к ? 1,80 ± 0,212 мкг/%; при р ? 0,05). Тобто зменшується вміст антиоксидантів, які б могли істотно протидіяти розгалуженню і продовженню ланцюгів ВР перекисного окиснення ліпідів; зменшення їх кількості може бути пов`язане з руйнуванням в реакціях з вільними радикалами.

Встановлено, що хронічне пасивне тютюнопаління легких цигарок може викликликати зменшення вмісту глутатіонпероксидази в крові щурів.

. В результаті досліджень виявлено досить високу інтенсивність процесів перекисного окиснення ліпідів у крові щурів експериментальної групи, особливо на початковому етапі, доказом якої є високий вміст первинного - ДК (в групі „не палять" ? 18,46 ± 0,540 МкМ/л, а в групі „палять" ? 19,83 ± 0,358; при р ? 0,05) та вторинного - МДА (в групі „не палять" ? 4,10 ± 0,516, а в групі „палять" ? 4,90 ± 0,219 нМ/мл; в групі „не палять" ? 3,67 ± 0,213, а вгрупі „палять" ? 4,18 ± 0,37 нМ/мл; при р ? 0,05) продуктів перекисного окиснення в крові.

Отже, зміни процесів ПОЛ в сторону інтенсифікації та зниження вмісту антиоксидантів підтверджують негативний вплив на стан клітинних мембран і АОС хронічного пасивного тютюнопаління легких цигарок.

. Застосування розроблених уроків в школі під час проходження педагогічної практики в ФМЛ №27 м. Харкова було результативним, сприяло підвищенню рівня загальнобіологічних знань та удосконаленню санітарно-гігієнічних вмінь та навичок, що проявлялося у високій активності учнів в обговоренні проблеми тютюнопаління, висловлюванні власних думок, а також в активному пошуку інформації для тем доповідей. За підсумками уроку-конференції учнями 11 класу була висунута пропозиція щодо створення шкільної газети „Куріння і здоров`я" за матеріалами доповідей.

Література

антиоксидантний тютюнопаління дим щур

1. Абрамова Ж.И., Оксингендлер Г.И. Человек и противоокиснительные вещества. - Ленинград: "Наука", 1985, - 230с.
2. Агаджанов М.И. Ферментные механизмы защиты клетки от избыточной липидной пероксидации после ожоговой травмы.// Ж. эксперим. И клинич. медицины,- Ереван, 1979, т. 19, №3, - 119с.
3. Александрова Т.А. О функциональной значимости систем перекисного окиснения НЖК в микросомах печени. Структура и функции биологических мембран. (Сб. статей) / Ю.А.Владимиров, Г.П.Панченко,- М., 1971, - 312с.
4. Алексанян К.А. Роль перекисного окиснения липидов и некоторых антиоксидантных систем в патогенезе комбинированных радиац. поражений. Автореф. дис. На соиск. учен. степ. канд биол. наук. - Ереван, 1980 - 22с.
5. Алесенко А.В., Биленко М.В. Свободнорадикальное окиснение липидов в норме и патологии. -М., 1976,- 450с.
6. Актуальные проблемы биофармации. - М., 1978, - 246с. (с.94-100).
7. Антиоксидантная система, онтогенез и старение / О.Н.Воскресенский, И.А.Хутоев. Вопр. Мед. Химии. - 1982, т. 28, вып. 1, - 144с.
8. Артамонова В.Е., Соколова Т.Ф. Возрастные изменения активности некоторых ферментов в опытах на животных. Труды (Ленингр. сан.-гиг. мед. ин-т) т.86, 1970.
9. Броновицкая З.Г., Горощинская И.А. Дегидрогеназы в мозгу и сыворотке крови при повышенном давлении кислорода. Окиснительные ферменты животной клетки и регуляция их активности. Тезисы Всесоюз. симпоз. - Горький, 1978, с.95-96.
10. Биофизика / Ю.А.Владимиров - М.: Медицина, 1983. -272с.
11. Биохимические процессы при некоторых состояниях организма. Материалы конференции. - Тюмень, 1970.
12. Виленчик М.М. Молекулярные механизмы старения. - М., 1970.
13. Вин-Вита. Брошюра. - Х.,2003, 36с.
14. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перкисное окиснение липидов в биологических мембранах.- М., Наука ,1972, - 348с.
15. Владимиров Ю.А. Итоги науки и техники / Винити. Сер. "Биофизика" - М.:Винити, 1978, т.24.
16. Владимиров Ю.А. Роль нарушения барьерной и матричной функций липидного слоя биологич. мембран в патологии: Актовая речь (2-й Моск. Мед. ин-т - М., 1985. - 39с.
17. Владимиров Ю.А. Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 1989, №4 (с.7-19).
18. Вотяков А.В. Экспериментальное иссл-е активности ферментов разл. Локализации в клетке при поступлении хлорапрена с питьевой водой. Сб. пр./ НИИ санитарии и гигиены им. Нптадзе, 1978, т. 14, с.65-66.
19. Вред курения. М., Центр. Науч.-исслед. Ин-т сан. Просвещения, 1972, - 36с.
20. Гаврилова В.Б., Мишкорудная М.И. Спектрофотометрическое определение содержания гидроперекисей липидов в плазме крови // Лаб. дело. 1985. -№3. - с.33-35.
21. Гагаев Ю.В. Теоретические аспекты клинической ферментологии. Энзимологические исслед-я при некот. патологич. процессах. Тезис. докл. на симпозиуме.,- Волгоград, 1973, с.3-5.
22. Галимова О.И. Влияние комплекса наследств. И внешнесредовых факторов на показатели оксидант-антиоксидантной сист. Автореф. / Иван. Мед. ин-т. - Иваново, 1990. - 22с.
23. Гендлин Д.Д. Клиническое значение показателкей ПОЛ и АОС у больных алкоголизмом: Автореф. // НИИ психич. Здоровья. - Томск, 1990. - 19с.
24. Герман А.К. Влияние курения на состав периферич. крови здоровых людей. // Лаб. Дело. - 1991.- №10, с.42-45.
25. Ю.И.Губский, В.В.Сильченко. Роль антиоксидантных витаминов в ограничении токсикозов Биофизические и физико-хим. Иссл-я в витаминологии.- М., 1981, с.104-106.
26. Двинская Л.М., Шубин А.А. Использование антиоксидантов в животноводстве. - Л.: Агропромиздат. Ленингр. Отд-ние, 1986. - 160с.
27. Девяткина Т.А. Биоатиоксиданты и стресс. // Биоантиоксиданты и свободнорадикальная патология. - Полтава, 1987. - с.44-50.
28. Дравских И.К. О состоянии некот. Ферментов в организме живитных при воздействии разл. Факторов производств. Среды. Проблемы гигиены и организации здравоохранения в Узбекистане. - Ташкент., 1977, вып. 7. 340с.
29. Дюмаев К.М. Антиоксиданты в профилактике и терапии патологий ЦНС.: Изд-во Ин-та биомед. Химии РАМН, 1995. - 271с.
30. Запобігання палінню. / Джим Мак Лейн, - К.: Абрис, 1996, - 71с.
31. Казьмин В.Д. Курение, мы и наше потомство. - М.: Сов. Рос-я, 1989. - 61с.
32. Карнаухов В.Н. Биологические функции каротиноидов. // М.: Наука, 1998. 240с.
33. Качаидзе А.С. Никотин и антиникотин., - Тбилиси, Грузмедгиз, 1957, - 56с.
34. Классификация, мех-мы действия и перс-инарии лек. Препаратов для перспективы создания антиокс. Средств. // Актуальні пит. Фармацевтичної та мед. Науки та практики.: Зб. Наук. Ст. - Запоріжжя, 1999 - вип. 4. С61-75.
35. Мак-Мюррей. Обмен в-в у ч-ка: Основы учения о взаимосвязи биохимии с физиологией и патологией,- М.: Мир, 1980. - 368с.
36. Мардашев С.Р. Биохимические проблемі медицині. -Ч.: „Медицина", 1975, - 290с.
37. Методические рекомендации: Методы анализа кормов и продуктов птицеводства //УНИИП, Борки. - Харьков, 1989. - 96с.
38. Морфологические и биохимические исследования показателей свободнорадикального окиснения и его ингибирования у животных / И. Т. Безуглый, А.П. Карелина. Биофизич. И физико-химические исследования в витаминологии. -М., 1981, - с.37-39.
39. Полянкин Н.Я. Курение - враг здоровья. М., "Медицина", 1965, 125с.
40. Природные антиоксиданты / Л.В. Кричковская, Г.В. Донченко и др. - Х. Модель Вселенной, 2001. - 373с.
41. Програми для загальноосвітніх навчальних закладів. Біологія. 6-11 класи. - К.: Шкільний світ., 2001. - 144с.
42. Сайкинова Н.Н. Знач-е иссл-я активности ряда ферментов сыворотки крови и мочи для оценки действия химических загрязнителей окруж. Среды // Биохимическая экология. Эксперимент. И клинич. Биохимия. - Свердловск, 1985. - 144с.
43. Современные проблемы биохимии дыхания и клиника, - Иваново, 1970, - 270с.
44. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике: В 2т. / Под ред. В.С. Камышникова // Мн.: Беларусь, 2002. - 495с.
45. Справочник по лаб. Методам исследования / Под ред. Л.А. Даниловой // Питер, 2003. - 733с.
46. Сурай П.Ф., Бужин А.А., Ярошенко Ф.А., Ионов И.А. Жирорастворимые витамины в промышленном птицеводстве. - Черкассы, 1997. - 236с.
47. Суринов В.П. Ферментные системы организма при лучевых воздействиях. Кн. Актуальные вопросы радиационной гигиены: Тезисы докл. Всесоюз. Коефер. - М., 1983, - 103с.
48. Тарнавский Ю.Б. Искусство быть здоровым. - М.: Знание, 1986. - 96с
49. Трикутько О.П. Куріння і здоров`я. - К.: Т-во „Знання України", 1991. - 30с.
50. Фитопрепараты. Лечебно-профилактические программы. - Х.: 2002 - 124с.
51. Фролов В.А. Курить - здоровью вредить. М.: "Медицина", 1960, - 48с.
52. Зрапова Н.Г., Бурлакова Е.Б. Хемилюминесцентный метод определения прир. Антиоксидантов в липидах. Сверхслабые свечения в биологии. -М., 1972, - 167с.
53. Шабатура Н.Н., Матяш Н.Ю., Мотузный В.А. Биология человека: [Учебник для учащихся 8-9-х классов средней одщеобразовательной школы] - К.: Генеза, 1998. - 432с.
54. Шаповал Г.С., Громовая ВФ. Механизмы антиоксидантной защиты орг-ма при действии активных форм кислорода // Укр. Біохімічний журнал. Т.75 №2, 2003, -228с.
55. Ядрова В.М. Курение - общественное зло. - Краснодар., 1976, - 132с.
56. Чевари С., Андел Т., Штраенгер Я. Определение антиоксид. Параметров крови и их диагностическое значение в пожилом возр. // Лаб. Дело., 1991, - №10, - 69с.
57. #"justify">Додаток 1
    

    Фото 1 Курильна камера з піддослідними тваринами