1.4. Антиоксиданты как геропротекторы

Снижение функциональных возможностей мозга, рост вероятности развития нейродегенеративных заболеваний – неизбежные проявления старения, критический возраст манифестации и масштабы которых существенно различаются. Среди препаратов, способных замедлять процессы старения, представлены янтарная кислота, ингибиторы перекрестного связывания макромолекул, нейротропные средства, гормоны (гормон роста, эстрогены, мелатонин и др.), иммуномодуляторы, энтеросорбенты, адаптогены и некоторые другие [Анисимов В.Н., 2008]. Однако доминирующее положение среди геропротекторов со времён формулировки Д.Харманом [1956] свободно-радикальной теории старения занимают антиоксиданты [Фролькис и др., 1988; Анисимов В.Н., 2003). Имеются данные о способности многих антиоксидантов, в том числе естественного происхождения, ослаблять возрастное снижение когнитивных функций.

На первый взгляд, целесообразность такой стратегии очевидна: она прямо вытекает из несомненной связи механизмов старения и патогенеза, связанных с ним заболеваний с окислительным стрессом. Однако в отличие от гериатрических средств, предназначенных для лечения заболеваний пожилых людей или улучшения качества их жизни, геропротекторы предлагается принимать длительно здоровым людям. В связи с этим вопрос о том, с какого возраста, в каких дозах и кому следует начинать прием антиоксидантов, оказался принципиальным и непростым. Особенно остро он встал в последние годы, когда были опубликованы результаты масштабных эпидемиологических исследований. Если недостаток антиоксидантов в рационе действительно может способствовать раннему развитию ассоциированных со старением заболеваний, то, оказалось, что их избыток не только не приносит пользы, но и приводит к негативным последствиям.

Так, масштабные клинические испытания, проведенные в 1990-е годы, показали статистически значимое увеличение риска смерти участников (в основном мужчины-курильщики), получавших β-каротин, который ранее считался практически не токсичным [Albanes D. et. al., 1996]. Недавние рандомизированные клинические испытания, выполненные на десятках тысяч людей, показали, что необоснованные добавки витамина Е приносят больше вреда, чем пользы: его длительный приём в дозах Е >400 у.е. в день повышает смертность, в том числе – от сердечно-сосудистых заболеваний [Greenberg E.R., 2005; Dotan Y. et. al., 2009]. Масштабное специализированное исследование (Age-Related Eye Disease Study, AREDS) показало, что приём антиоксидантов: комплекса из витаминов C, E, бета-каротина, цинка и меди, - снижают на 25% риск прогрессии возрастной макулярной дегенерации - нейродегенеративого заболевания глаз, но при этом повышают риск развития других заболеваний: бета-каротин – рака легких у курильщиков, витамин Е – сердечной недостаточности у людей, страдающих сосудистыми заболеваниями и сахарным диабетом, цинк – заболеваемость мочеполовой системы [Krishnadev N. et. al., 2010]. Более того, анализ недавних исследований (>2008 г.) показал, что избыточный приём бета-каротина и витамина Е повышает риск развития возрастной макулярной дегенерации [Johnson E.J., 2010].

Анализируя накопившийся на сегодня обширный пласт литературы, посвященной опыту использования антиоксидантов в профилактике возрастных нарушений когнитивных функций, K.R. Daffner [2010] заключает, что и сегодня не существует четких доказательств того, что дополнительный прием антиоксидантов обеспечивает успешное когнитивное старение. Эффективность ресвератрола, рыбьего жира, гингко билобо и многих других предлагаемых с этой целью соединений ещё предстоит определить. Существует четыре основных пути оценки способности фармакологических препаратов и биологически активных добавок способствовать успешному когнитивному старению: 1) эпидемиологические/групповые исследования, 2) фундаментальные исследования на животных, 3) система подтверждения концепции исследования на людях, а также 4) оценка воздействия на людей. Каждый подход имеет свою доказательную базу, свои преимущества и ограничения.

В экспериментах на различных видах животных (мышах, крысах, дрозофилах) получены убедительные доказательства способности антиоксидантов существенно повышать не только среднюю, но и максимальную продолжительность жизни, увеличивать продолжительность репродуктивного периода и циклической эстральной функции, замедлять старение нейроэндокринной и иммунной систем и др. [Коркушко О.B., Шатило В.Б., 2008; Navarro А. et al., 2005]. Возможно, такие противоречия только подтверждают точку зрения, согласно которой антиоксиданты не замедляют собственно процесс старения, а повышают устойчивость организма к неблагоприятным факторам среды, повышая при этом жизнеспособность [Howes R.M., 2006; Bjelakovic G. еt al., 2007; Chong E.W. et al., 2007; Blagosklonny M.V., 2008]. С возрастом уровень адаптационных возможностей организма снижается, поэтому стрессовые воздействия одинаковой интенсивности оказывают на пожилых и старых людей более сильное влияние. В этих условиях средства, обладающие свойствами антиоксидантов, направлены на расширение диапазона приспособительных возможностей стареющего организма, повышение его жизнеспособности. При наличии патологических процессов применение антиоксидантов нацелено на то, чтобы приостановить дальнейшее их прогрессирование [Коркушко О.В., Шатило В.Б., 2008].

В нормальных условиях жизнедеятельности расход антиоксидантов в результате прооксидантных воздействий компенсируется собственным синтезом и поступлением с пищей. Однако с возрастом и при различных заболеваниях усиление образования АФК и/или снижение способности клеток к их нейтрализации вследствие ограничения резервов систем антиоксидантной защиты приводят нарушению баланса и развитию окислительного стресса [Droge W., 2002; Valko M. et al., 2007; Gerich F.J. et al., 2009]. Принято считать, что эффективность приёма антиоксидантов снижается по мере увеличения возраста, с которого было начато их применение. Поэтому антиоксиданты предлагается назначать при начальных проявлениях старения, когда возникают показания к осуществлению «мягкой» стимуляции функций органов и систем с целью ограничения темпа старения и его перехода в патологический, ускоренный вариант развития [Анисимов, 2003, 2008; Коркушко О.В., Шатило В.Б., 2008]. Как предпосылку использования антиоксидантов авторы предлагают рассматривать снижение функциональных резервов жизненно важных систем, ухудшение адаптационных возможностей организма, его способности противостоять действию патогенных факторов.

Для животных и человека многие антиоксиданты являются нутриентами, т.е. поступают в организм извне и недостаток их содержания легко восполняется. Прежде всего, это касается фенольных соединений, ибо животные организмы в большинстве своем не имеют ферментов синтеза ароматических структур. В качестве главного источника фенольных антиоксидантов (витамины Е и К, флавоноиды, оксифенилкарбоновые кислоты) для человека выступают растения, в которых фенолы представлены в значительных количествах (1–5 % биомассы) [Зенков Н.К. и др., 2003].

В многочисленных работах сообщается о многообразии физиологических эффектов витамина Е, которые преимущественно связываются с его антиоксидантными свойствами, в большей или меньшей степени проявляющимися на всех уровнях организации – от субклеточных частиц и мембранных образований до организма в целом [Hensley K. et al., 2004]. Дефицит витамина Е приводит к развитию различных неврологических симптомов [Davidson A. et al., 1988]. Профилактическое введение витамина Е крысам в течение 3 недель накануне экспериментальной ишемии приводило к снижению числа апоптических нейронов в регионе СА1, регистрируемого с помощью электронно-микроскопического анализа [Tagami М. et al., 1999]. Предварительное внутривенное введение витамина Е (30 мг/кг) крысам предотвращало усиление ПОЛ в гомогенатах мозга при реперфузии после 3 или 5 минут ишемии [Suzuki et al., 1985]. Прием витамина Е предотвращал окислительные нарушения в мозге и когнитивные дефициты, вызванные окислительным стрессом, во время старения [Fikui et al., 2005]. Добавление RRR-α-токоферола (200 мг/кг веса тела) в пищу крысам с возраста 24,5 мес. в течение 2-х недель, а также месячным животным в течение 8 недель с последующей гипероксией улучшало память и способность к обучению в водном лабиринте Морриса, а также когнитивные функции мозга [Takatsu Н. et al., 2009; Kobayashi N. et al., 2009]. Пероральное введение α-токоферола (10 мг/кг веса тела) в течение 28 дней мышам увеличивало активность глутатионпероксидазы и глутатион-редуктазы в гиппокампе и префронтальной коре, оказывало антидепрессантное действие в тесте принудительного плавания (модель депрессии). Однократное введение α-токоферола в дозах от 30 до 100 мг/кг веса тела также снижало время неподвижности в тесте принудительного плавания, но не влияло на ферментную активность в мозге животных [Lobato K.R. et al., 2010].

Сообщалось о положительном эффекте дополнительного приёма другого важного антиоксиданта – витамина С (аскорбиновой кислоты) при болезни Паркинсона, шизофрении, депрессии, болезни Альцгеймера и старческом слабоумии [Li Y., Schellhorn H.E., 2007]. Так как витамин С участвует в синтезе различных медиаторов (норадреналина, серотонина и др.), то увеличение его концентрации может положительно сказываться на функции головного мозга [Меньщикова Е.Б. и др., 2008]. Однократное внутрибрюшинное введение аскорбиновой кислоты (125 мг/кг) мышам APP/PSEN1, модели болезни Альцгеймера, а также мышам дикого типа в возрасте 12 и 24 мес. улучшало память и способность к обучению в Y-лабиринте и водном лабиринте Морриса у животных обеих линий и возраста, особенно молодых. Тем не менее, введение аскорбиновой кислоты мышам APP/PSEN1 не влияло на их нейропатологические особенности мозга [Harrison F.E. et al., 2009].

Флавоноиды – естественные полифенольные соединения, которые присутствуют в различных фруктах, овощах, крупах, чае и вине. Это самые распространенные антиоксиданты, которые человек получает с пищей. Физиологические эффекты флавоноидов, как правило, связывают с их антиоксидантным и антирадикальным эффектами, однако новые данные указывают на то, что механизм их действия может выходить за рамки этих свойств. Полагают, что мишенью флавоноидов в мозге являются астроциты – клетки астроглии, обеспечивающие структурную, метаболическую и трофическую поддержку нейронов. Изменениям именно этих клеток в течение последних нескольких лет отводится ключевая роль в повреждении нейронов при развитии нейродегенеративных заболеваний и травмах головного мозга [Nones J. et. al., 2010] .

Флавоноиды могут не только связывать, но и восстанавливать или окислять ионы металлов переменной валентности и таким образом стимулировать или ингибировать сободнорадикальные процессы. Кроме того, они, аналогично α-токоферолу, стабилизируют мембраны и выступают в качестве структурных антиоксидантов. Так же как, как токоферолы и убихиноны, в биологических системах флавоноиды взаимодествуют с другими антиоксидантами, такими как аскорбиновая кислота, глутатион или мочевая кислота. Во многих исследованиях in vitro у флавоноидов выявляется как антиоксидантный, так и прооксидантный эффект, особенно в присутствии ионов металлов переменной валентности [Зенков и др., 2003; Shukitt-Hale B. еt al., 2009].

Благодаря работам J.A. Joseph [1998, 1999, 2005, 2007, 2009], способность флавоноидов черники влиять на процессы старения мозга давно привлекает внимание исследователей. Доказано, что их эффективность в защите мозга крыс среднего возраста от ишемии выше, чем у флавоноидов шпината [Wang Y.et al., 2005]. Добавление в корм экстракта черники в течение 6 недель предупреждало нарушение функций гиппокампа после ишемии мозга крыс и в работах других исследователей [Sweeney M.I. et al., 2002]. Имеются данные о том, что прием экстракта черники положительно влияет на функции нейронов мозга старых крыс в условиях in vitro и in vivo [Joseph J.A. et al., 1998]. Аналогичные результаты были получены в работе Lau F.C. и соавторов [2005]: экстракт черники повысил способность к обучению и улучшил память старых крыс. Добавление в корм ягод черники, земляники, а также шпината крысам линии Fischer 344 с возраста 19 мес. в течение 9 недель положительно влияло на их память, двигательную активность [Joseph J.A. et al., 1999; Andres-Lacueva C. et al., 2005; Shukitt-Hale B. et al. 2009].

Более высокую эффективность флавонойдов черники авторы связывают с повышенной, по сравнению с флавонойдами из шпината и земляники антирадикальной активностью. В работах Р.С. Bickford и соавторов [2000] и I. Strömberg и соавторов [2002] подтверждена способность экстракта черники и шпината позитивно влиять на когнитивные функции мозга старых крыс. В ряде работ указывается, что антиоксиданты, положительно влияя на когнитивные способности крыс, не влияли на моторную активность животных [Joseph J.A. et al., 1999; Willis L.M. et al., 2009]. С другой стороны, сообщается, что под влиянием флавоноидов черники [Lau F.C. et al. 2005], клюквы [Rabin B.M. et al. 2005], клубники [Zafra-Stone S. et al. 2007], а также виноградного сока и вина [Shukitt-Hale B. et al., 2006; Anekonda T.S., 2006] двигательная активность, сниженная по мере старения, возрастала.

Длительный прием клубники, шпината или витамина Е (с возраста 6 мес. до 15 мес.) крысами линии Fischer344 предупреждал возрастные снижения когнитивных функций при оценке в водном лабиринте Морриса [Joseph J.A. et al., 1998]. В работе Shukitt-Hale B. [2007] для создания модели старения молодые крысы были подвергнуты облучению ⁵⁶Fe. Предварительный приём животными черники и клубнику предотвратил снижение памяти и обучения в водном лабиринте Морриса, но при этом влияние антиоксидантов на отдельные структуры мозга оказалось различным.

Прием экстракта черники аутбредными мышами линии Swiss в дозах 0.3-0.6 или 2.6-3.2 мг/кг с возраста 3 мес. в течение 30 дней существенно влиял на поведение и когнитивные функции мозга. Авторы отмечают, что экстракт черники как в низкой, так и, особенно, в более высокой дозе способствовал улучшению долговременной памяти мышей, увеличивал их локомоторную активность, снижал тревожность, а также окислительные повреждения ДНК в тканях мозга in vitro [Barros D. et al., 2006]. В другой работе [Ramirez M.R. et al., 2005] сообщается о том, что добавление экстракта черники в рацион крыс Вистар в дозе 3.2 мг/кг с возраста 12 мес. в течение 30 дней не оказывало значительных эффектов на поведение животных. Антиоксидант улучшал рабочую память крыс и не влиял на долговременную память, повышал горизонтальную активность и не влиял на их тревожность.

Сообщается о положительном эффекте на когнитивные функции таких препаратов растительного происхождения, как экстракты женьшеня, элеутерококка, обладающие тонизирующими и стимулирующими действием на организм. Установлено, что женьшень увеличивает силу и подвижность корковых процессов. Под его влиянием повышается умственная работоспособность человека, сопротивляемость к различным патогенным влияниям, устойчивость к стрессорным воздействиям [Коркушко О.В., Шатило В.Б., 2008]. С другой стороны Е. Ernst [2002] сообщает, что клинические испытания не подтверждают терапевтической эффективности женьшеня у человека. Препараты другого представителя семейства аралиевых — элеутерококка стимулируют умственную и физическую деятельность человека, улучшают аппетит [Коркушко О.В., Шатило В.Б., 2008]. Приводятся данные о нейропротективном действии экстракта гинкго билоба [Schneider L.C. et al., 2007; Janssen I.M. et al., 2010], чеснока [Kasai Y. et al., 2006; Dhingra D., Kumar V., 2008]. Флавонол кверцетин, присутствующий в луке, яблоках, чае и др., положительно снижал стресс-индуцированные окислительные повреждения в мозге крыс линии Sprague Dawley [Haleagrahara N. et al., 2009].

Как отмечалось выше, снижение функциональных резервов митохондрий, снижение активности митохондриальных ферментов являются критическими проявлениями процесса старения. Перспективными антиоксидантами, учитывая важность состоятельности биоэнергетических процессов, являются L-карнитин/ацетил-L-карнитин, коэнзим Q10 (CoQ10), липоевая кислота. Добавление в корм 22-месячных крыс L-карнитина (300 мг/кг) предотвращало связанное с возрастом снижение активности митохондриальных ферментов в тканях мозга и не вызывало никаких значительных изменений в мозге молодых (3-4 мес.) животных [Haripriya D. et al., 2004]. Введение 400 мг/кг ацетил-L-карнитина ускоренно стареющим мышам линии SAMP8 три раза в неделю до достижения ими 4-месячного возраста значительно снижало уровень гидроперекисей липидов в мозге. При этом у животных значительно снижалась выраженность нарушений когнитивных функций – способности к обучению и памяти [Yasui F. et al., 2002; Haripriya D. et al., 2005] выявили значительное снижение частоты повреждений мтДНК в мозге старых животных, получавших L-карнитин.

Адекватная оценка CoQ10 на грызунах затруднена тем, что в организме мышей и крыс CoQ9 встречается в больших количествах, чем CoQ10 [Bhagavan H.N., Chopra R.K., 2006]. Тем не менее, результаты исследований свидетельствуют о том, что CoQ10 способен ослаблять действие некоторых нейротоксинов в мозге животных [Beal M.F., 2003]. Под влиянием CoQ10 у мышей линии C57BL/6 (3 и 24 мес.) существенно увеличивалась двигательная активность и снижалась тревожность [Sinatra D.S. et al., 2003]. Существуют данные, полученные в экспериментах на животных, согласно которым в случае нейродегенерации CoQ10 может выступать в качестве нейропротектора [Ren Z. et al., 1994; Piotrowski P. et al., 2001]. В то же время вопреки тому, что дефицит CoQ10 доказан при нейродегенеративных заболеваниях, прием CoQ10 пациентами с болезнью Паркинсона и хореей Хантингтона приводит лишь к незначительному улучшению неврологических симптомов [Gruber J., Schaffer S., Halliwell В., 2008].

Аналогичное L-карнитину влияние на активность митохондриальных ферментов в тканях мозга оказывало внутривенное введение α-липоевой кислоты (100 мг/кг): значительно увеличило её у старых крыс и лишь незначительно повлияло на молодых животных [Palaniappan A., Dai А., 2007]. Сообщается о способности этого антиоксиданта уменьшать объем зоны инфаркта и улучшать неврологическое функционирование у мышей, подвергнутых транзиторной фокальной ишемии в бассейне средней мозговой артерии [Соловьева Э.Ю. и др., 2008]. Показано, что α-липоевая кислота не только обладает высоким антиоксидантным потенциалом, но и может регенерировать другие экзо- и эндогенные антиоксиданты, такие как витамины С и Е, CoQ10 и глутатион [Kraemer K., Packer L., 2001; Bast A., Haenen G., 2001].

Многочисленные экспериментальные и клинические исследования свидетельствуют о большей терапевтической эффективности комплексного применения нескольких антиоксидантов с разными механизмами действия [Соловьева Э.Ю. и др., 2008; Frank B., Gupta S., 2005; Fusco D. et al., 2007]. Комбинацию α-липоевой кислоты с витамином Е применяли в двух терапевтических режимах – профилактического введения и интенсивного лечения на модели тромбоэмболического инфаркта мозга у крыс. Отмечалось улучшение неврологических функций животных, угнетение астроцитарной и микроглиальной реактивности как при профилактическом применении α-липоевой кислоты с витамином Е, так и в режиме интенсивной терапии уже развившегося ишемического поражения мозга [Cipolla M.J., 2003]. В другой работе мышам APP/PSEN1, модели болезни Альцгеймера, добавляли в рацион витамин С (1 г/кг корма) или в сочетании с витамином Е (400 или 750 МЕ/кг корма). Показано, что влияние комбинации витаминов С и Е в большой дозе на процессы ПОЛ в мозге было менее эффективным, чем одного витамина C или в комбинации с более низкой дозой витамина Е. Более того, эта комбинация витаминов снижала способность к обучению животных в водном лабиринте Морриса. В то же время авторы отмечают высокую эффективность именно комбинации витаминов С (1 г/кг корма) и Е (400 МЕ/кг корма) в повышении способности к обучению не только у мышей дикого типа, но и у мышей линии APP/PSEN1 [Harrison F.E. et al., 2009].

Существуют убедительные доказательства того, что длительное применение, а также необоснованно высокие дозы некоторых антиоксидантов могут вызывать побочные эффектов, вплоть до развития опухолей [Анисимов В.Н., 2008; Valtueña S. et al., 2008; Zadák Z. et al., 2009]. Витамин А и его производные, ретиноиды, оказывают модулирующее действие на функции ЦНС и необходим для функционирования нейронов, однако в высоких дозах может вызывать серьезные побочные эффекты. Так, прием витамина А в дозах 1000, 2500, 4500, или 9000 МЕ/кг в день в течение 28 дней привел к дисфункции окислительно-восстановительных и биоэнергетических параметров коры лобной доли мозга крыс [De Oliveira M.R. et al., 2009]. Кроме того, как сообщают авторы, витамин А не вызвал депрессивного состояния у крыс, но повысил их тревожность в тесте открытое поле.

Дополнительный приём антиоксидантов в обычных условиях подчас малоэффективен и даже может вызывать негативные последствия, тогда как их назначение в острых ситуациях и в условиях патологии – в условиях, угрожающих выходу из-под контроля усиленной генерации АФК, бывает весьма успешным. На модели эпилепсии исследование эффектов высоких доз аскорбиновой кислоты (250 или 500 мг/кг) и α-токоферола (200 или 400 мг/кг) при внутрибрюшинном введении на поведение и поражения головного мозга крыс подтвердило нейропротекторное действие обоих антиоксидантов [Tomé Ada R. et. al., 2010].

В настоящее время идет интенсивное накопление экспериментальных данных по биологическому действию различных природных и синтетических антиоксидантов. Одно из перспективных направлений – разработка новых соединений с заданными свойствами.