Стрес - природна складова частина життя, один з найбільш універсальних інструментів біохімічної еволюції живучих на Землі організмів. Уникати його повністю було б настільки ж безглуздо, як відмовлятися від їжі, роботи, любові... Проте для того щоб жити повноцінним, насиченим життям, корисно представляти і оптимальний, найбільш фізіологічний для себе рівень стресу, і використовувати свої адаптаційні можливості на повну потужність.
Стрес як особливий стан організму може з'явитися у людини в результаті негативного емоційного впливу, переїдання, м'язових перевантажень, інфекцій, надмірно низької або, навпаки, занадто високої температури середовища... Його активно викликають і окислювачі, наприклад озон, перекиси, парамагнітні похідні кисню.
Парадоксально, але і сам настільки необхідний для життєдіяльності кисень токсичний для будь-якого організму. Тварини не гинуть від повітря тільки завдяки складним біохімічним механізмам захисту, якими їх наділила природа. Цей захист не абсолютно надійний, потужність його обмежена. Тому немає на Землі організмів, стійких в атмосфері, більш насиченого О2, ніж повітря. У середовищі чистого кисню всякий ссавець гине порівняно швидко; відомі також анаеробні істоти - ті припиняють свій життєвий шлях навіть в атмосфері з дуже невеликою його концентрацією. Такій, в якій «нормальний» організм гине від кисневого голодування.
Хімічна зброя Докембрійської епохи
Кисень, потужний окислювач, що поступається по цій частині хіба що фтору, з'явився в земній атмосфері далеко не відразу. Спочатку вона була відновною, і перші одноклітинні, що зародилися на нашій планеті, були, природно, пристосовані саме до неї. Лише пізніше, але ще до виходу на сушу, почалася епоха водоростей, що буйно розмножувались та здатних до фотосинтезу. Побічним же продуктом їх життєдіяльності був агресивний газ, який, ймовірно, використовувався ними в якості зброї, що винищує анаеробних суперників.
У тих з анаеробів, кому не пощастило, вихід був один: сховатися, затаїтися там, де отрути бракує. Інші ж, більш гнучкі, зробили немислимий еволюційний стрибок - і приладналися до цих убивчим умов, створивши при цьому для себе на рідкість ефективну енергетику, засновану якраз на біологічному «згорянні» органічної речовини в кисні. Можна сказати, що земне життя само створило для себе такі вкрай напружені умови. І - як це йому взагалі притаманне - навчилося функціонувати на межі можливостей, вичавлюючи з обставин, що склалися максимум досяжного.
Чи не тому перевищення кисневої норми в повітрі може виявитися згубним?
Чи не тому значна частина земних довгожителів - уродженці гірських місць, де порціальний тиск кисню менше, ніж в низинах?
Яскрава індивідуальність кисню
Хімічні зв'язки в молекулах, як правило, формуються парами електронів, спіни яких орієнтовані протилежно один одному. Кисень - виняток, його молекула включає пару електронів з паралельними спінами. Ця особливість забороняє йому вступати в типові хімічні реакції за участю відразу двох електронів. У більшості випадків такі перетворення виявляються для нього енергетично невигідними - інакше ні вільний кисень, ні органічна речовина в нинішніх її формах не могли б існувати. Однак «табу» не поширюється на реакції з переносом одного електрона. Захоплення ж його молекулою О, призводить до утворення супероксидного аніонрадикала, з якого починається ланцюг реакцій, що призводять до утворення вільних радикалів Н02-, НО-, а за ними - пероксиду водню Н2О2. І до згадуваних мало приємних наслідків їх перетворень.
Органічні матеріали при контакті з киснем піддаються окислювальній деструкції, в ході якої утворюються і інші, містячі вуглець радикали. Особливо швидко окислюються рослинні і тваринні жири. Навіть при простому зберіганні на повітрі в них накопичуються пероксиди, гідропероксиди, епоксиди, карбонільні з'єднання і інші небезопасні продукти. Є підстави припускати, що такі окисні перетворення клітинних ліпідів можуть мати досить серйозні наслідки для організму.
Спалювання життя киснем
В результаті пероксидного окислення ліпопротеїдів в організмі людини з плином часу накопичуються старечі пігменти - ліпофусцини (зримий прояв чого - стареча «гречка» на шкірі). Чим старша людина, тим більше їх відкладається в тканинах його тіла. І це незважаючи на активний захист: ферменти каталаза, глютатионпероксідаза, супероксиддисмутаза оберігають клітину від вільних радикалів, які можуть привести до її пошкодження і навіть загибелі. Може здатися, що пероксидне окислення ліпідів - процес неприродний, патологічний. Але хто знає, чи не був він генетично запрограмований ще на тій напруженій стадії земної еволюції, коли організмам довелося освоювати «спалювання життя» в окислювальному середовищі?
Деякі вченні висловлюють припущення, що «зловмисних» механізмів самоліквідації в природі взагалі немає, що вищі організми старіють в результаті простого статистичного накопичення наслідків, що викликаються всіма мислимими шкідливими впливами. Але як пов'язати це з наявністю такого загального, перманентно чинного руйнівника органічних речовин, як кисень?
Візьмемо, наприклад, тільки один вид людських клітин - еритроцити. Вони живуть лише близько 120 днів і до кінця цього періоду стають старими, більш чутливими до пероксиду водню. І легко гинуть. Неоднакова сприйнятливість еритроцитів різного віку до окислення - чи не є це ознака, що допомагає організму вчасно розпізнати постарілу клітку і замінити її новою? І чи не відбувається щось подібне зі старим, які виконали свою життєву програму тваринам? Якщо розглядати їх як клітку, що входить до складу «суперорганізму», іменованого біологічним видом, то порівняння здається не таким вже умовним.
Досліди, виконані на культурах тканин людського організму, показують, що в атмосфері кисню найбільш інтенсивне пероксидне окислення, що призводить до накопичення старечих пігментів, відбувається в тканинах легенів і серця. В міокарді, наприклад, їх кількість за кожні 10 років зростає на 0,6% повного внутрішньоклітинного об'єму. І якщо зіставити ці дані з діаграмою, на якій зображено динаміку вікової поразки ключових органів нашого тіла, то легко помітити: саме легені, - а саме на них перш за все обрушується кисневий удар, - «здають» раніше за всіх. За ними - нирки, серце. Так, власне, і без діаграми відомо, що «хвороби століття» - інфаркт міокарда, рак легень...
Втім, не обов'язково згадувати про найстрашніше. Найбільш поширена зовнішня ознака старості - зморщена шкіра - з'являється в результаті вільнорадикальної полімеризації входячого до її складу білка еластину. А що її ініціює, чи не киснь укупі з продуктами його перетворень?
Неприємна дія кисню виявляється при підвищенні його парціального тиску навіть в межах однієї атмосфери, не кажучи вже про так званих гіпербаричних дозах, які з ентузіазмом використовуються в медичних установах багатьох країн.
В свій час в США, наприклад, посилено рекламували киснетерапію (оксигенація) на дому, і це викликає тривогу. Адже відомо, що навіть дуже хороші ліки при безконтрольному застосуванні можуть принести непоправної шкоди. Тим часом за дією на організм кисню до деякої міри нагадує радіацію: вона теж стимулює утворення вільних радикалів. Але кому не відомо, що радіацією можна лікувати пухлини, а можна і, навпаки, їх викликати. І вже ніхто не пропонує лікуватися нею самостійно, в домашніх умовах...
З огляду на можливість згубного впливу на організм підвищених концентрацій кисню, медики більш обачні в використанні гіпербаричних методів терапії. Її застосовують тільки в умовах клініки, строго за показаннями і в режимах, які не викликають вільнорадикальної деградації тканин. При цьому відмічено: при гіпербаричній кисневій терапії, як і при слабкому опроміненні, у деяких пацієнтів розвивається адаптація. Чому так виходить, поки не відомо, можна лише припускати, що під дією кисню активується синтез простагландинів (він відбувається по вільнорадикальному механізму), посилюється антимікробний захист через інтерферон. Остаточні висновки про причини зниженої, а в інших випадках, навпаки, підвищеної сприйнятливості організму до окислювального стресу можна буде робити лише після того, як вдасться розібратися в механізмах його виникнення на молекулярному рівні.
Молекулярний рівень кисню
Своєрідна природа кисню позначається і в тому, що стандартний для інших молекул стан, в якому всі електрони спарені, так зване синглетний, для нього не найбільш стійке, пасивне, а, навпаки, активований, агресивне. Перетворити звичайний молекулярний кисень 3О2 в активний 102 можна задопомогою світла в присутності сенсибілізаторів. В організмі їх роль можуть виконувати барвники, що входять до складу живих тканин, а також деякі ліки. Крім того, синглетний кисень утворюється при взаємодії згадуваного вище супероксидного аніонрадикалу з перекисом водню, та й в інших реакціях.
Підвищена активність 1О2 пов'язана з тим, що йому не заборонені двухелектронні реакції. Тому він може в принципі робити все те ж саме, що і звичайний кисень, та ще багато чого понад те. Зокрема, дуже легко приєднуватися до кратних зв'язків органічних молекул. Таких, як ліпіди або каротиноїди. Тому найкращим засобом захисту від його дії може служити р-каротин, барвник, що міститься в моркві і шкірці стиглих помідорів. Показано, що фоточутливість організму може бути істотно знижена простим способом - прийомом всередину каротину. Цей метод вважається одним найефективніших при лікуванні різних, навіть дуже важких Порфирій (фотодинамічних захворювань).
Синглетний кисень може реагувати і з насиченими молекулами, якщо вони містять сульфідні групи або залишки аміаку. Зокрема, з амінокислотами і білками. Мало того, його негативний вплив різко посилюється так званими ксенобіотиками - речовинами, що потрапляють в організм з навколишнього середовища. До числа ксенобіотиків належать продукти сухої перегонкитютюну, етиловий спирт, деякі вмістні хлор з'єднання. Ця обставина - ще один аргумент проти благодушного ставлення до куріння і вживання алкоголю, яке продовжує зберігатися у багатьох людей.
Знешкодженням сторонніх речовин, що потрапили в організм, займаються клітини печінки, нирок і селезінки.
Надмірний вплив окислювачів, в тому числі повітря, може сприяти виникненню легеневих, судинних та інших захворювань. Якщо ж врахувати, що міське повітря містить не тільки окислювач, але і продукти неповного згоряння палива, сполуки свинцю та інші забруднення, здатні діяти як ксенобіотики, то напрошується парадоксальний висновок: чим глибше ми дихаємо, тим швидше старіємо. Кожен з нас 25 тисяч разів на добу піддпється безпосередньому контакту з цим повітрям усією поверхнею своїх легень, а вона становить близько 80 квадратних метрів.
Чи завжди ми точно знаємо, що на цю поверхню потрапляє?
А якщо навіть знаємо - чи відомо до тонкощів, до яких наслідків призведе контакт?