Влияние особенностей питания на свободнорадикальные показатели конденсата выдыхаемого воздуха

	Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)


ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА


Студент ______________________Фролова Марина Алексеевна_____________________
Институт________________________________ИБЭ_____________________________________
Направление____________________06.04.01 «Биология»____________________________


Тема выпускной квалификационной работы

_____«Влияние особенностей питания на свободнорадикальные показатели конденсата выдыхаемого воздуха»______ ___________ ______________



Руководитель ВКР_____________________________     к.б.н., доц. Запруднова Е.А.
                                                            (подпись)                                            (ФИО) 

Студент _____________________________________________      Фролова М.А. 
                                                            (подпись)                                             (ФИО) 






Допустить выпускную квалификационную работу к защите 
в государственной экзаменационной комиссии

Заведующий кафедрой ______________________     д.б.н., проф. Трифонова Т.А. 
                                                              (подпись)                                      (ФИО) 
«______» _______________________ 20 18 г.   
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)


  УТВЕРЖДАЮ: 
                                                                       Зав.кафедрой________________________
                                                                                  ___________________________________


ЗАДАНИЕ
НА  ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

Студенту Фроловой Марине Алексеевне_______________________________________
1.Тема Влияние особенностей питания на свободнорадикальные_____________ показатели конденсата выдыхаемого воздуха__________________________________
утверждена приказом по университету № ________ от ____________
2. Срок сдачи студентом законченной ВКР_____________________________
3. Исходные данные к ВКР литературные источники, данные полученные в ходе лабораторных исследований_______________________________________________ 
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов). Введение. Обзор литературы. Материалы и методы.__ Результаты исследования и их обсуждение. Безопасность жизнедеятельности и экологичность. Выводы. Список используемых источников.________________  
5. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей)
Плакат №1 – Свободные радикалы и антиоксиданты.___________________________ 
Плакат №2 - Компоненты оксидантно-антиоксидантной системы организма и их биологическое значение.___________________________________________________
Плакат №3 -  Схема образования радикалов.________________________________

Нормоконтроль: к.т.н., доц. Краснощеков А.Н._________________________
                                                                                                           (подпись) 




     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     Дата выдачи задания_________________________
                                         Руководитель:   Запруднова Е.А.  ____________________
                                                                                      (подпись)
                               Задание принял к исполнению:  студент Фролова М.А. 
                                           ___________________________________________
                                            (подпись студента)
     В данной выпускной квалификационной работе представлен обзор литературы, посвященный процессам свободнорадикального окисления и влияния пищевых продуктов на оксидантно – антиокисдантную систему организма, а также, значению рафинированных и обработанных продуктов в рационе современного человека. Представлены результаты исследования влияния употребления данных продуктов на содержание нитратов/нитритов, железа и активность каталазы в конденсате выдыхаемого воздуха у студентов; а также влияния физической нагрузки на данные показатели. Выполнен анализ достоверности различий показателей в зависимости от предлагаемой диеты и наличия физической нагрузки.
Стр. 83. Табл. 4. Ил. 8. Библиогр. 81.
     
     In this final qualification work the review on the processes of free radical oxidation and the influence of food products on the oxidant – anti-oxidant system of the body, as well as the value of refined and processed products in the diet of modern people. The results of the study of the influence of the use of these products on the content of nitrates/nitrites, iron and catalase activity in the exhaled air condensate in students, as well as the influence of physical activity on these indicators are presented. The analysis of reliability of differences of indicators depending on the proposed diet and the presence of physical activity.
Pages 83. tables 4. illustrations 8. bibl. 81.
     





РЕФЕРАТ
     Выполнение данной выпускной квалификационной работы включало обзор литературы по теме, статистическую обработку полученных данных и представление результатов исследования. В обзоре литературы подробно описываются процессы свободнорадикального окисления и антиоксидантной защиты организма; изучены имеющиеся исследования о влиянии употребления различных продуктов на данные процессы. Также, были описаны современные технологии обработки продуктов и значение рафинированных и обработанных продуктов в рационе современного человека.
     В исследовательской части представлены результаты влияния употребления рафинированных и обработанных продуктов на содержание нитратов/нитритов, железа и активность каталазы в конденсате выдыхаемого воздуха у студентов; а также влияния физической нагрузки на данные показатели. Выполнен анализ достоверности различий полученных результатов в зависимости от предлагаемой диеты и наличия физической нагрузки.
	Выяснено, что употребление рафинированных, жареных продуктов в больших количествах сопровождается активизацией свободнорадикальных процессов, о чём свидетельствует  увеличение суммарной концентрации нитратов/нитритов в три раза и железа в два раза в КВВ. Повышение активности каталазы в КВВ в полтора раза  подтверждает увеличение окислительного стресса. Влияние физической нагрузки на свободнорадикальные показатели достоверно не установлено.




СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….........8
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………...11
  1.1. Свободнорадикальное окисление………………………………….11
    1.1.1. Свободнорадикальное окисление ……………………………….....11
    1.1.2. Перекисное окисление липидов……………………………….........17
    1.1.3. Активные формы кислорода………………………………………..19
  1.2. Биомаркеры конденсата выдыхаемого воздуха…………………...23
    1.2.1. Оксид азота…………………………………………………………...23
    1.2.2. Железо………………………………………………………………...26
  1.3. Антиоксидантная система………………………………………….30
  1.4. Свободнорадикальное оксиление в патогенезе различных         
          заболеваний…………………………………………………………35
  1.5. Особенности питания и их влияние на процессы СРО…………...39
    1.5.1. Характеристика рациона питания современного человека….........39
    1.5.2. Определение рафинированных продуктов и их виды……………..42
    1.5.3. Канцерогенные продукты…………………………………………...50
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ……………………………...52
  2.1. Характеристика экспериментальной группы……………………..52
  2.2. Характеристика предлагаемой диеты……………………………...52
  2.3. Методики исследования………………………………………........55
    2.3.1. Методика сбора КВВ………………………………………………..55
    2.3.2. Метод определения содержания нитратов/нитритов в КВВ……...57
    2.3.3. Метод определения содержания железа в КВВ……………............59
    2.3.4.  Количественное определение активности каталазы крови  
               (по Баху и Зубковой) …………………………………………..........61
  2.4. Статистическая обработка данных…………………………….......62
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ………………......64
  3.1. Содержание нитратов/нитритов в КВВ………………………........64
  3.2. Содержание железа в КВВ……………………………………........65
  3.3. Активность каталазы  в КВВ………………………………….........68
ГЛАВА 4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И  
                  ЭКОЛОГИЧНОСТЬ………………………………….........72
5.ВЫВОДЫ…………………...………………………………….........74
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………….......75












ВВЕДЕНИЕ
     Актуальность. Общепризнано, что питание определяет качество жизни человека, создает условия для оптимального физического и умственного развития, поддерживает высокую работоспособность, повышает возможности организма противостоять воздействию неблагоприятных факторов. В настоящее время, несмотря на активную пропаганду здорового питания, проведение профилактических просветительских мероприятий, сохраняется значительное нарушение принципов здорового питания среди населения [56]. 
     Технологические успехи пищевой промышленности привели к тому, что в рационе современного человека резко возросла доля рафинированных, продуктов. В процессе рафинирования сырье теряет витамины, микроэлементы и другие полезные биологически-активные вещества – антиоксиданты [47]. Употребление такой легкоусвояемой,  высококалорийной пищи ведет к ожирению. Периферическое отложение жира в брюшной полости и в области внутренних органов приводит к развитию липотоксичности, которая является одним из главных виновников оксидативного стресса. Одновременно с этим, часто люди употребляют в пищу продукты, подвергшиеся излишне жестким способам обработки, таким как жарка на сковороде, во фритюре, что ведет к увеличению поступления оксидантов в организм [19, 10]. 
     Дефицит в рационе природных антиоксидантов и одновременное увеличение поступления экзогенных оксидантов в организм с пищей - ведут к нарушению хрупкого баланса в оксидантно – антиоксидантой системе организма. Свободнорадикальные процессы, степень их интенсификации являются одним из патогенетических факторов в развитии многих болезней сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной систем, метаболических заболеваний [60]. Следовательно, существует необходимость изучать влияние различных факторов, в частности питания, на интенсивность свободнорадикального окисления для разработки профилактических мер различных заболеваний, создания новых форм пропаганды здорового питания. Т.о. тема моей работы соотносится с актуальными вопросами в области биохимии, физиологии и валеологии.
     В данной работе объектом исследования стал конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ), собранный у участников эксперимента. Анализ КВВ является современным перспективным исследованием благодаря простой, неинвазивной, безопасной технике получения материала для определения различных биомаркеров [4]. 
     Цель работы: установить влияние особенностей питания на динамику изменений свободнорадикальных показателей конденсата выдыхаемого воздуха. Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 	
 Определить суммарную концентрацию нитратов и нитритов, как метаболитов NO и содержание железа в КВВ у студентов соблюдающих диету без рафинированных, обработанных продуктов.
 Определить суммарную концентрацию нитратов и нитритов, как метаболитов NO и содержание железа в КВВ у тех же студентов, но употребляющих рафинированные, обработанные продукты в большом количестве.
 Определить активность каталазы в КВВ у студентов соблюдающих диету без рафинированных, обработанных продуктов, а затем употребляющих данные продукты.
 Оценить влияние физической нагрузки на изучаемые свободнорадикальные показатели у студентов соблюдающих диету без рафинированных, обработанных продуктов, а затем употребляющих данные продукты.
     Научная новизна работы заключается в том, что в ходе исследования некоторых показателей КВВ будет оценена степень влияния питания на процессы свободнорадикального окисления в организме. 
     Практическая значимость работы состоит в том, что полученные данные могут быть применены в разработке комплекса здоровьесберегающих технологий, который может быть использован в рамках проведения образовательных и  профилактических мероприятий.





























    





    ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
     1.1. Свободнорадикальное окисление
     1.1.1 Свободнорадикальное окисление
     Свободнорадикальное окисление (СРО) составляет основу жизнедеятельности всех клеток. От СРО зависит интенсивность реакций аккумуляции и трансформации энергии, перекисного окисления липидов (ПОЛ). Данный процесс определяет адаптацию организма к действию повреждающих агентов, при этом может выступать как универсальное неспецифическое звено механизмов развития многих патологических состояний [6].
     Процессы СРО играют важную роль в метаболизме клетки. Они служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки и всего организма в целом. Эти процессы подготавливают пластический материал для создания и обновления клеточных структур, принимают непосредственное участие в реакциях, связанных с метаболизмом углеводов, липидов, белков. Процессы свободнорадикального окисления липидов и белков являются одним из важных регуляторов метаболизма углеводов, белков, липидов, нуклеиновых кислот, лежащего в основе пластического и энергетического обеспечения функций клетки и организма в целом. Кроме того, они являются лимитирующим звеном регуляции морфо-функционального состояния биологических мембран, их проницаемости и внутриклеточного гомеостаза. 	Важно отметить значимость процессов СРО в регуляции интенсивности пролиферации клеток, биосинтезе простагландинов и катехоламинов. Все реакции митохондриального и микросомального окисления в результате неполного восстановления кислорода до воды могут образовывать его активные формы: синглетный кислород, супероксидный анион-радикал, гидроксильный радикал, пергидроксильный радикал, перекись водорода. В ходе реакций активных форм кислорода прежде всего, с ненасыщенными жирными кислотами, в присутствии ионов металлов переменной валентности образуются так называемые перекисные соединения. В связи с этим весь процесс, имеющий свободнорадикальный характер, получил название «Свободнорадикального окисления липидов и белков» [6, 8, 55, 72]. 
     Реакции СРО носят универсальный характер, тем самым представляют собой показатель устойчивости стационарного режима превращений в организме и, оказывая влияние на его адаптивные особенности, определяют возможность развития патологии. Данный факт обусловлен высокой биологической активностью соединений, образующихся в реакциях СРО, комплексом системных перестроек метаболизма, изменениями характера межклеточных и межсистемных взаимоотношений, а также решающей ролью данных процессов в жизнедеятельности биомембран организма, в структуре которых важное место занимают липиды с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот [6, 55]. 
     Существуют несколько форм кислорода и путей их трансформации в клетке, занимающие центральную позицию в потенцировании перекисных реакций, определяя их регуляторную и патофизиологическую значимость. Эти формы кислорода генерируются в процессе его ступенчатого восстановления (Рис.1.1) [17]. При утере кислородом одного электрона происходит образование супероксидного анион-радикала (О2–), который формируется в результате аэробного дыхания в митохондриях вследствие недостаточной эффективности переноса электронов во всех компонентах дыхательной цепи. В организме токсичные кислородсодержащие радикалы возникают при взаимодействии О2 с металлопротеинами (гемоглобин, цитохромы), содержащими катионы металлов в низших степенях окисления (Fe2+, Cu+, Mn2+), получая от них электрон: Fe2+ + О2 ? Fe3+ + ·О2?
     Активация цитохром Р450 способствует образованию супероксидных анион-радикалов. При взаимодействии супероксидного аниона с протоном достигается более высокая степень окисления кислорода.
     В этой реакции (I стадия) происходит образование пергидроксильного радикала, который является более сильным окислителем, чем супероксидный анион-радикал. В ходе II стадии восстановления молекулярного кислорода образуется перекись водорода, а на III – гидроксильный радикал (НО–), имеющий высокую реакционную способность и являющийся одним из главных инициаторов реакции СРО. При определенных условиях супероксидный анион-радикал может сформировать еще одну электронно-возбужденную форму кислорода, которая отличается от основной внутримолекулярной перестройки электронов и имеющая наиболее высокий энергетический уровень. Это синглетный кислород с высокой реакционной и биохимической способностью, образование которого происходит при хемилюминесценции в видимой области спектра. Это позволяет делать выводы о характере трансформаций активированных форм кислорода в изучаемой системе (Рис.1.1.) [17, 36]. 
     
Рис.1.1. Схема образования радикалов
     Большое участие в образование активных форм кислорода в организме принимает их генерация клетками системы мононуклеарных фагоцитов. Окисление жирно-кислотных остатков в составе фосфолипидов идет по свободнорадикальному типу. В результате этого образуются гидроперекиси фосфолипидов, характеризующиеся неустойчивостью. В конечном итоге это приведет к их самопроизвольному распаду, что определяет СРО как цепной избыточный выраженный многоступенчатый процесс с дополнительными разветвлениями. Такой путь окисления липидов относится к эритроцитарным мембранам и к различным внутриклеточным мембранным образованиям (эндоплазматический ретикулум, митохондрии, лизосомы) [41]. 
     СРО это типичный цепной процесс с выраженными разветвлениями и протекающий по свободнорадикальному механизму в несколько стадий. При последовательной деградации полиненасыщенных липидов в реакциях СРО формируется ряд первичных, вторичных и конечных молекулярных продуктов, являющиеся важным звеном в реакциях структурной модификации биомембран и изменений их физико-химических свойств. Поскольку диеновая конъюгация в молекулах полиненасыщенных жирных кислот и их гидроперекиси возникают на самых начальных стадиях СРО липидов, то их относят к первичным продуктам СРО: диеновым конъюгатам и кетодиенам. Подобием первичных продуктов являются СО-концевые остатки аминокислот. Перекиси липидов являются нестойкими веществами и очень легко распадаются при участии катализаторов – ионов металлов переменной валентности. В результате формируются более устойчивые вторичные продукты, к которым относят кислородсодержащие соединения: альдегиды и диальдегиды, в частности, малоновый диальдегид, образующийся при СРО липидов. Битирозин (битирозиновые сшивки) является вторичным продуктом СРО белков. Свойства первичных и вторичных продуктов СРО липидов и белков показывают реальную интенсивность процессов СРО [31, 41].
     Оксид азота и его метаболиты стимулируют окисление и являются мощными прооксидантами. Одновременно метаболиты являются механизмом эндогенной системы антиоксидантной защиты организма. Эти два процесса, а именно СРО липидов и белков, а так же действие оксида азота и его метаболитов следует исследовать совместно, в неразрывной функциональной связи.
     Оксид азота — радикал, образующийся в ходе окисления азотсодержащих активных функциональных групп. Ему присуще прооксидантные свойства, а также он может восстанавливаться до токсикантов: нитратов и нитритов (Рис.1.2.) [33, 58].
     
     Рис.1.2. Система оксида азота и его метаболитов
     Продукты СРО обладают высокой биологической активностью и оказывают два типа действий в организме. Первичные продукты СРО, концентрация которых в норме небольшая, оказывают положительное действие, заключающееся в обратимых гидрофильно-гидрофобных превращениях жирнокислотных остатков мембранных фосфолипидов с позитивным изменением функционального состояния биомембран и активацией многих мембраносвязывающих ферментов. Вторичные продукты СРО, имеющие, помимо карбоксильной, альдегидные и кетонные группы, оказывают повреждающее действие на структурно-функциональное состояние биомембран [2]. 
     Диеновая конъюгация в молекулах полиненасыщенных жирных кислот и их гидроперекиси появляются на начальных стадиях СРО липидов и белков, то их относят к его первичным продуктам. Первичные продукты СРО обладают выраженной биологической активностью, они повреждают различные молекулы и в первую очередь - белки. Липидные перекиси провоцируют полимеризацию ферментов, увеличивают скорость потребления кислорода и оказывают разобщающее действие на окислительное фосфорилирование в митохондриях. Первичные продукты СРО разрушают узловые ферменты, тем самым оказывая негативное влияние на гликолиз и цикл трикарбоновых кислот в дыхательной цепи [2, 6].
     В процессе взаимодействия ненасыщенных жирнокислотных остатков фосфолипидов липидного слоя биомемембран с активными формами кислорода образование и накопление гидроперекисей фосфолипидов ведет к увеличению подвижности полипептидной цепи белков. Данный процесс сопровождается деформацией мембранного липопротеинового комплекса с повышением проницаемости мембран для протонов и воды, также снижением активности мембраносвязанных ферментов. Увеличение уровня диеновых коньюгат, кетодиенов и аналогов первичных продуктов СРО белков – СО концевых остатков аминокислот характеризует активацию процессов СРО. Избыточность этих продуктов негативно влияет на функциональное состояние биомембран с их последующей фрагментацией и возможным разрушением. Первичные продукты СРО липидов и белков нестойкие и быстро распадается с образованием вторичных продуктов, а именно малонового диальдегида и битиразина (битиразиновые сшивки) 
(Рис.1.3.) [7, 41]. 
     
Рис.1.3. Схема свободнорадикального окисления липидов и белков
     Таким образом, процессы СРО липидов и белков, являясь важными регуляторами метаболизма и биосинтеза клетки, служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки и всего организма в целом [6].
1.1.2.	Перекисное окисление липидов
     Увеличенное образование свободных радикалов в организме, которое иногда называют оксидативным стрессом, и связанное с этим усиление процессов пероксидации липидов сопровождаются нарушениями в свойствах биологических мембран и функционировании клеток. В первую очередь свободные радикалы участвуют в реакциях перекисного окисления липидов (ПОЛ). При этом окислению подвергаются ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов клеточных мембран [46].
     Инициация ПОЛ происходит при образовании активных форм кислорода – супероксиданиона О-2•, гидроксильного радикала ОН•, гидропероксидного радикала НО2•, синглетного кислорода 1О2, гипохлоритного иона ClO-. Основными субстратами ПОЛ являются полиненасыщенные высшие жирные кислоты, находящиеся в структуре фосфолипидов мембран. Сильнейшим катализатором процессов являются ионы металлов (Fe2+). ПОЛ – это физиологический процесс, который имеет важное значение для организма, так как регулирует проницаемость мембран, влияет на деление и рост клеток, начинает фагоцитоз, является путем биосинтеза некоторых биологически активных веществ (простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов) [43, 62].
     Физиологическая роль процесса ПОЛ заключается в регуляции обновления и проницаемости липидов биологических мембран. Однако, если создаются условия для образования большого количества свободных радикалов, то процесс ПОЛ может приобретать лавинообразный характер. Это может привести к изменению физико-химических свойств липидной фазы мембраны, что в свою очередь ведёт к нарушению транспортных, рецепторных и других функций, и нарушению структурной целостности мембран вплоть до полного их разрушения и гибели клетки. Кроме того, подавляется активность ферментов, и накапливаются перекисные соединения, опасные для здоровья [75].
     При экстремальных и патогенных воздействиях на организм образование кислородных радикалов резко усиливается, отчасти из-за активации окислительного фосфорилирования и гидроксилирования ксенобиотиков. Усиление процессов ПОЛ имеет универсальный повреждающий характер и играет важную роль в процессе старения и развитии различных патологических состояний: заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, лёгких т. д. [46].
Продукты перекисного окисления липидов
     Среди первичных механизмов повреждения клеток при окислительном стрессе лидирует окисление жирнокислотных остатков в фосфолипидах мембран. Это снижает их гидрофобность и нарушает устойчивость мембран, изменяет работу мембраносвязанных ферментов, повышает проницаемость мембран для ионов. Реакции взаимодействия свободных радикалов с жирными кислотами получили широкую известность в связи с их актуальностью в пищевой промышленности. Появление неприятного запаха и прогоркание продуктов – это является проявлением перекисного окисления липидов [60].
     Первичными продуктами ПОЛ являются гидроперекиси жирных кислот, они подвергаются дальнейшему распаду с образованием вторичных продуктов ПОЛ – различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и других соединений. Наиболее реакционноспособным из вторичных продуктов ПОЛ является малоновый диальдегид (МДА), который способен образовывать ковалентные связи с NH2-группами белков и иных молекул с образованием шиффовых оснований [62].
     В конечном результате после окислительной атаки в белках появляются поперечные сшивки внутри одной молекулы, между разными белками, между белками и фосфолипидами. Из-за этого активность ферментативных белков изменяется, возможности структурных и сократительных белков падают, каналообразующие белки мембраны деформируются и проницаемость мембран возрастает, жизнеспособность и функционирование клетки уменьшаются [62].
1.1.3.	Активные формы кислорода
     В эукариотических организмах  активные формы кислорода (АФК) в основном образуются в процессе нормального дыхания с участием кислорода, оксидаз, а также транспорта электронов в митохондриях и эндоплазматической сети. 
     Активные формы кислорода представляют собой систему в организме, участвующую как в ряде физиологических функций, так и во многих патологических процессах. Главным системообразующим фактором здесь  является текущий уровень АФК в тканях. Система АФК самоорганизована за счет положительных и отрицательных связей: имеется множество механизмов контроля — уровня генерации АФК в митохондриях и микросомах, контроля активности оксидаз и антиоксидантных ферментов тканей, суммарного уровня антиоксидантной активности (АО) [17].
     Известно, что энергия образуется в клетках в процессах окисления определенных субстратов, прежде всего, в ходе окислительного фосфорилирования. Главными ферментами метаболизма кислорода у млекопитающих являются оксидазы и оксигеназы. Кроме 4-х электронного восстановления О2 до Н2О в дыхательной цепи митохондрий, происходит и 1-, 2-, 3-электроноое восстановление с образованием АФК по реакции: О2(+e–) ? •O-2 (+e–, 2Н+) ? Н2О2 (+e–) ? НО• ? (+e–, 2Н+) ? 2 Н2О. Донорами электронов являются металлы с переменной валентностью (главным образом Fe2+, а также Cu2+ и другие), входящие в состав ряда ферментов. АФК — это, с физико-химической точки зрения, прежде всего свободные радикалы, которые имеют на внешней электронной оболочке неспаренный электрон. АФК генерируются во всех частях клетки. 95–98 % поступающего О2 расходуется на выработку энергии и окислительный метаболизм субстратов, 2-5% - О2 переходит в активные формы кислорода. В тканях организма кислород обычно не вступает в неферментативные реакции, а в виде АФК [9, 36].
     Важнейшими АФК считаются супероксидный радикал (О2 – •), синглетный кислород (1О2), гидроксильный радикал (ОН•), пероксидный радикал (НО2 •) и алкоксильный радикал (RO•). В процессе цепных реакций образуются производные АФК, каковыми являются пероксид водорода (Н2О2) и липопероксиды (ROOH). К активным формам азота относятся оксид азота (NO) и пероксинитрит (ONOO–). Средняя концентрация АФК в тканях организма человека составляет 10–8 мМ [9].
     АФК генерируются в ходе различных процессов в организме. 1О2 образуется и в реакциях фотоокисления в присутствии фотосенсибилизаторов: флавины, гематопорфирин и др., а также при дисмутации супероксидных радикалов [20]. 1О2 агрессивен в отношении биосубстратов, в особенности молекул с двойной связью. Конечным продуктом таких реакций обычно является образование гидроперекисей органических молекул в процессах перекисного окисления ненасыщенных липидов в биомембранах [50].
     В присутствии металлов с переменной валентностью эти продукты запускают цепные реакции окислительной деградации биомолекул с образованием липидных радикалов, пероксилов и гидропероксидов [9, 36]. Перекисное окисление липидов осуществляется неферментативным путем, а также с участием липоксигеназ и циклооксигеназ. АФК вызывает также окисление нуклеотидов и нуклеиновых кислот, особенно ДНК и белков Это может являться причиной нарушения структуры и функции биомембран, разрушения различных клеток и тканей [20, 73].
     АФК участвуют во многих физиологических и метаболических процессах в организме, таких как регуляция внутриклеточных процессов, обмен веществ, аккумуляция и биотрансформация энергии, ферментативный катализ, передача информации, экспрессия генов, деление клеток, иммунный и адаптивный ответы и т. д. [17]. АФК, образованные фагоцитами, выполняют защитную функцию по отношению к чужеродным объектам, оказывая микробоцидное действие. 
     Таким образом, генерация АФК является важным защитным механизмом, который лежит в основе неспецифического иммунитета. 
     Также АФК участвуют в реакциях детоксикации ксенобиотиков и биосинтеза биологически важных молекул. Они являются химически высокоактивными частицами, легко вступающими в реакции с разнообразными веществами. Поэтому многие биологически значимые компоненты живых тканей – липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы – могут легко подвергаться окислительной модификации. 
     Таким образом, с одной стороны, кислород является центральным звеном метаболизма аэробных организмов и источником метаболической энергии. А с другой стороны, кислород — источник АФК [57]. 
     Образование АФК регулируется организмом. Живые системы имеют антиоксидантную защиту (АОЗ), которая поддерживает концентрацию АФК на стационарном безопасном уровне [57]. Функциональная недостаточность АОЗ вызывает нарушение защитных и регуляторных функций, процессов биоэнергетики, пролиферации клеток, а также индукции апоптоза. 
     Кроме того, высокотоксичные АФК обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Чрезмерная активация СРО является патологическим процессом, встречающимся при самых различных повреждающих воздействиях на организм и заболеваниях. Избыточная продукция АФК способна приводить к развитию новых или усугублению уже существующих патологических изменений в организме [16, 81].
     Следовательно, повреждающий эффект АФК играет важную роль в развитии и прогрессировании различных заболеваний. Дисбаланс в системе "оксиданты–антиоксиданты", характеризующийся чрезмерным увеличением продукции АФК или снижением активности АОЗ, способствует развитию оксидативного стресса (ОС). На сегодняшний день ОС следует рассматривать как неспецифический патологический процесс, сопровождающий практически любое заболевание [17, 57].
     Знание системы самоорганизации АФК и основных закономерностей ее функционирования важно как для понимания закономерностей физиологического функционирования тканей организма в норме, так и особенностей течения многих патологических процессов и выбора способов активного влияния на них [17].

1.2. Биомаркеры конденсата выдыхаемого воздуха
1.2.1.	Оксид азота
  	В настоящее время многие ученые придают большое значение изучению не только активных форм кислорода, но и активных форм азота (АФА), в особенности оксиду азота (NO) и его роли в развитии различных патологических состояний. Физиологический эффект взаимодействия
АФК и NO является предметом научных дискуссий. Многие вопросы изучения роли процессов перекисного окисления, антиоксидантного статуса организма и их взаимосвязи в норме и при патологии, остаются актуальными и требуют проведения дальнейших исследований [78].
	Изучение NO началось в 1955 году с открытия, результаты которого были опубликованы Р.Ф. Ферчготтом - он проводил физиологические эксперименты с кровеносными сосудами. В 1961 г. Ферчготт сделал открытие эндотелиального фактора расслабления сосудов. Далее, он пришел к выводу, что эндотелиальные клетки вырабатывают неизвестную ранее «сигнальную молекулу». И только через 10 лет, ученый делает заявление о том, что эта молекула — оксид азота [34]. Профессор доктор биологических наук А.Ф. Ванин в 1965 году обнаружил в биологических объектах с помощью электронного парамагнитного резонанса радикалы неизвестной природы, показав их гипотензивное действие. В 1985 г. он получил данные, что открытые радикалы имеют отношение к окиси азота [34, 77]. В настоящее время исследования, посвященные изучению NO в организме, демонстрируют активное участие молекул NO и его метаболитов в развитии многих заболеваний органов дыхания [11].
	Оксид азота образуется в организме из L-аpгинина в результате присоединения молекулярного кислорода к азоту в гуанидиновой структуре этой аминокислоты при участии различныx стеpеоcпецифичеcкиx изофоpм феpмента NO-cинтазы. Молекулы синтаз содержат домены с оксигеназной и редуктазной активностью. По характеру индукции и действию они подразделяются на 3 типа: Са2+ - независимая (индуцибельная, iNOS) (2 тип) и конститутивные Са2+ - зависимые и кальмодулинзависимые NО-синтазы – нейрональная (1 тип, nNOS) и эндотелиальная (3 тип, eNOS) изоформы. Изоформа nNOS – цитозольный белок, eNOS – мембраносвязанный белок (Рис.1.4.) [33, 39]. Молекула оксида азота, благодаря наличию на одной из молекулярных орбит неспаренного электрона, обладает свойствами свободного радикала и следствием этого является ее высокая лабильность [34].

Рис.1.4. Синтез NO и его физиологические действия

	Оксид азота обладает прооксидантными свойствами. Большинство АФК, как и NО, имеют на своей внешней орбите неспаренный электрон и являются свободными радикалами кислорода (СРК). К ним относятся супероксидный анион (O2•–), гидроксильный радикал (ОH•), оксид азота (NO•) и липидные радикалы (R•, RО•, RОО•). Другие АФК – гидрогенная перекись (Н2О2), пероксинитрит (ONOO–) и гипохлорная кислота (НОСІ), не являясь СРК, проявляют сильные оксидантные свойства. Известно, что супероксид-анион обладает способностью тормозить экспрессию и активность eNOS, а также связывать и инактивировать NО [29, 41]. 
	Биологически активные ионы гипохлорита и синглетный кислород активно участвуют в развитии повреждения клеток. Аналогично с АФК, значимую роль в патологических процессах .......................