Гипоксия клеток является распространенным явлением в жизнедеятельности организма как в норме, так и в патологии. Ряд нарушений, таких как заболевания сердечно-сосудистой и бронхолегочной систем, тромбозы, разнообразные анемии имеют в своем патогенезе состояние клеточной гипоксии. И как ни парадоксально это выглядит, недостаточность кислорода приводит к активации образования АФК и свободнорадикального окисления.
Предложены несколько возможных механизмов этой активации.
Конверсия ксантиндегидрогеназы
В обычных условиях последние реакции катаболизма пуриновых нуклеотидов до мочевой кислоты катализируются ксантиндегидрогеназой, которая использует в качестве акцепторов электронов НАДН. В ишемизированной ткани происходит частичный протеолиз ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу. Последняя в качестве акцептора электронов использует молекулу кислорода и образует пероксид водорода. Учитывая такой факт, что при длительной гипоксии замедляются реакции окислительного фосфорилирования и часть адениловых нуклеотидов оказываются "лишними" и попадают в катаболизм, можно понять, что количество образуемого в этой реакции H2O2 будет велико.
Увеличение утечки электронов с дыхательной цепи
При гипоксии утечка электронов с дыхательных комплексов усиливается. Это объясняется относительно невысоким сродством цитохром-оксидазы (комплекс IV) к кислороду. Поэтому при снижении концентрации кислорода цитохром-оксидаза оказывается "слабым звеном" и не может передать получаемые электроны на молекулы кислорода. При этом на предыдущих дыхательных комплексах электроны замедляют свой бег, и их "утечка" на кислород усиливается, особенно велика утечка с убихинона (коэнзим Q).
Образование адренохрома
Данный механизм рассматривается, как правило, в связи с наличием инфаркта миокарда. В этом случае болевой синдром сопровождается выбросом катехоламинов – адреналина и норадреналина. Окисление адреналина до адренохрома происходит в результате внутримолекулярных перестроек молекулы адреналина путём дегидрирования и циклизации с образованием промежуточных хинонов. Этот процесс сопровождается одноэлектронным восстановлением кислорода и ведет к образованию супероксид анион-радикала.
К тому же нейтрализация других продуктов окисления адреналина и накопление глутатионовых конъюгантов адреналина и адренохрома истощают антиоксидантные системы клеток и тканей.
Активация нейтрофилов
На стадии необратимой ишемии и инфаркта, когда ишемизированная ткань инфильтруется нейтрофилами, в межклеточной среде появляются продукты клеточного распада. Развитие реакций протеолиза и фосфолиполиза погибающих клеток поддерживает активацию приходящих фагоцитов и способствует выделению ими супероксид анион-радикала и других свободных радикалов.
Деградация (истощение) антиоксидантных систем
При длительных патологических процессах в ткани истощаются резервы неферментативных антиоксидантов и антиоксидантных ферментов. В результате мощность антиоксидантных систем (АОС) оказывается недостаточной для противодействия непрерывно поступающим АФК. Поэтому свободнорадикальные процессы начинают нарастать и происходит необратимое окисление HS-групп ферментов, глутатиона, металлотионеинов, тиоредоксинов и пероксиредоксинов.