Реферат: Е. В. Терешина Кровь как дисперсная система Функционирование многоклеточного организма как единой системы обеспечивается согласованностью в ра­боте ее отдельных звеньев. Систем­ный подход предпола­гает, что орг

Естественные и искусственные дисперсии липидов (обзор литературы докторской диссертации)
Е.В. Терешина


1.1. Кровь как дисперсная система
Функционирование многоклеточного организма как единой системы обеспечивается согласованностью в ра­боте ее отдельных звеньев. Систем­ный подход предпола­гает, что организм как система складывается из под­сис­тем - органов, выполняющих специализированные функ­ции. Согласо­ванное действие различных органов есть ре­зультат системной регуляции. Регуляция функционирова­ния организма осуществляется, в том числе, бла­годаря свободному перемещению различных биологически-ак­тивных ве­ществ, распределенных в растворителе, кото­рым может служить внекле­точная жидкость. Внеклеточ­ная жидкость формирует внутреннюю среду организма - она является зоной свободного перемещения веществ, концен­трация которых находится под контролем различ­ных механизмов. Тем са­мым обеспечивается стабильность функционирования органов и регуляция их функциональ­ной активности. Необходимость слаженной работы под­систем организма предъявляет к его внутренней среде определенные тре­бования. Она должна:

иметь постоянство солевого состава для создания оп­тималь­ного осмотического давления;

поддерживать кислотно-щелочное равновесие, обеспе­чиваю­щее постоянство зарядового потенциала на кле­точных поверхностях и в активных центрах белков;

обеспечивать внеклеточный запас и распределение субстратов энергетического и пластического обмена;

содержать набор факторов – регуляторов, которые поддержи­вают функционирование организма как сложной многокомпонентной сис­темы. К таким факторам относятся в основном низкомолекулярные соеди­нения – медиаторы и гор­моны, регулирующие функциональную актив­ность клеток.

Объективная необходимость функционирования много­клеточного организма как единого целого приводит к появле­нию в процессе эволюции специфического органа – крови, который представляет собой полидис­персную систему.

Полидисперсные системы всегда гетерогенны, они со­стоят из сплошной непрерывной фазы – дисперсионной среды, и находящихся в этой среде автономных частиц того или иного размера и формы – дисперс­ной фазы. Обязательным ус­ловием существования дисперсной системы является взаим­ная нерастворимость диспергированного вещества и диспер­сионной среды. Дисперсионной средой крови является вода.

Дисперсная система характеризуется степенью дис­персности, ко­торая определяется как D=1\а, где а – попереч­ник дисперсной частицы. Чем больший размер имеют частицы дисперсной фазы, тем дисперсия гру­бее. По отношению к крови взвесь клеток в плазме можно считать грубой диспер­сией. Если размер частиц находится в пределах 10–5 – 10-7, то такая дисперсная система является коллоидным раствором. Коллоидное состоя­ние крови определяется большим количе­ством высокомолекулярных со­единений – белков и некоторых белок-липидных комплексов (БЛК), на­пример ассоциатов аль­бумина со свободными жирными кислотами (СЖК). Липопро­теиды (ЛП)- это БЛК, имеющие размер частиц от 60 до 400 нм, которые обра­зуют тонкую дисперсию. Растворенные в воде низкомолеку­лярные соединения и ионы являются истинным раствором.

Кровь относится к корпускулярным дисперсным сис­темам, так как ее дисперсная фаза состоит из сферических частиц (молекул, ионов, молекулярных агрегатов (мицелл и везикул), клеток) и обладает свойст­вами одновременно ис­тинного раствора, коллоидного раствора, тонкой и грубой дисперсии.

Основное назначение крови в организме – транспор­тировать низ­комолекулярные соединения, которые являются субстратами и продуктами энергетического и пластического обмена, медиаторами регуляторных про­цессов. Концентрации большинства низкомолекулярных соединений по­стоянны и поддерживаются на стационарном уровне за счет регулирова­ния их синтеза и секреции. Однако для выполнения специали­зированных функций клеткам часто требуются количества низкомолекулярных соеди­нений, существенно отличающиеся от их концентраций во внеклеточной жидкости. Избиратель­ное поступление таких соединений в клетки проис­ходит пу­тем рецептор-зависимого захвата. Роль лиганда, взаимодей­ст­вующего со специфическим рецептором на поверхности клетки, выпол­няют белки. Иногда белки-лиганды являются одновременно и основным транспортным средством в крово­токе того или иного низкомолекулярного соединения.

Тонкая дисперсия, образованная распределением БЛК в гидрати­рованной среде кровотока, представляет собой по мнению В.Н.Титова систему транспорта к раз­личным органам одного типа низ­комолекулярных соединений – СЖК (4). СЖК являются высо­кокалорийным «топливом», обеспечивающим клетки энергией, а также служат субстратом для синтеза разнообразных биоло­ги­чески-активных соединений, в частности медиаторов им­мунного ответа – простагландинов, лейкотриенов, тромбокса­нов.

Жирные кислоты входят в состав триглицеридов (ТГ), фосфогли­церидов и эфиров холестерина, которые соединя­ются с белками, осущест­вляющими функцию транспортного средства этих липидов в кровотоке. Однако белки можно рассматривать как вторичное транспортное средство СЖК, так как спирты глицерол и холестерол являются первичными пере­носчиками жирных кислот.

^ 1.2. Естественные дисперсии липидов в кровотоке. 1.2.1. Свойства неполярных и амфифильных ли­пидов, их спо­собность образовывать дисперсные сис­темы.
Липиды представляют собой довольно разнородный класс соединений. Их подразделяют на нейтральные липиды, фос­фатиды и сфинголипиды, гликолипиды и терпеноидные ли­пиды, включающие каро­тиноиды и стероиды. Простые липиды – это сложные эфиры высших жир­ных кислот и некоторых спиртов, главным образом холестерола и глице­рола. Эфиры глицерола и жирных кислот образуют группу триацилглице­ридов, эфиры глицерола, жирных кислот и фосфорной ки­слоты – группу фосфоглицеридов, эфиры холестерола и жир­ной кислоты – эфиры холесте­рина (ЭХ). Практически все ли­пиды крови можно рассматривать как со­ставные молекулы, основным компонентом которых является жирная ки­слота. В связи с этим возникает соблазн рассматривать БЛК как транс­портные средства для переноса того или иного типа ЖК – насыщенных, ненасыщенных, или имеющих определенную длину углеводородной цепи. ТГ можно рассматривать как транспортное средство насыщенных ЖК с короткой и средней длиной цепи, фосфоглицериды и ЭХ – как носителей ненасы­щенных ЖК со средней длиной цепи и высокомолекулярных ЖК (4).

Наиболее широко распространенными фосфоглицеридами в биоло­гических объектах являются фосфатидилхолин (ФХ), у которого к остатку фосфорной кислоты присоединен аминос­пирт холин, имеющий в воде от­рицательный заряд, и фосфа­тидилэтаноламин (ФЭ), несущий положи­тельно заряженную этаноламиновую полярную группу. В крови наиболь­шее со­держание приходится на ФХ и сфингомиелин (СМ). Сфинго­мие­лины содержат в основном высокомолекулярные ЖК.

СЖК и фосфоглицериды являются амфифильными молеку­лами. В полярных растворителях, таких как вода, их поляр­ные группы ориентиро­ваны так, что они всегда направлены в сторону растворителя, в то время как противоположная, не­полярная, часть молекулы стремится избежать полярного ок­ружения.

Водные растворы амфифильных веществ представляют собой лио­тропные жидкокристаллические системы. Кристал­лическая структура ам­фифильных молекул зависит от количе­ства добавленной воды. Вода есть неотъемлемая часть этих структур. Такие структуры чувствительны к тем­пературе. При добавлении воды к твердому кристаллу кристаллическая упа­ковка разрушается с образованием ламеллярной (слоистой) структуры. При дальнейшем добавлении воды может возник­нуть кубическая струк­тура и, наконец, истинный раствор.

Мицеллярные и истинные растворы образуются при большом из­бытке растворителя. Мицеллярные структуры не относятся к жидким кри­сталлам. Чаще всего встречаются ми­целлы в форме шара или цилиндра. На поверхности сферы расположены ионизированные гидрофильные группы, обра­щенные в воду. Гидрофобные участки молекул контактируют друг с другом внутри мицеллы, взаимодействие между ними обеспечивается си­лами Ван-дер-ваальсового притяжения. Та­ким образом, мицеллы пред­ставляют собой агрегаты амфи­фильных молекул, у которых полярные го­ловки находятся в контакте с водной фазой, а углеводородные цепи обра­зуют сплошную гидрофобную сердцевину (ядро).

Если же внутри такого агрегата имеется внутреннее вод­ное про­странство, то это уже не мицеллы, а везикулы. В слу­чае если амфифиль­ная молекула является липидом, то такие везикулы называются липосо­мами. Мицеллы можно рассмат­ривать как коллоидные частицы, состоящие из некоторого числа молекулярных цепочек. В ядре ми­целл могут быть растворены различные гидрофобные соединения.

Мицеллярную структуру в воде могут принимать СЖК и ФЛ – ос­новные амфифильные молекулы организма. Амфи­фильные свойства СЖК выражены слабо, благодаря неболь­шой величине карбоксильной группы. ФЛ в воде образуют различные структуры в зависимости от длины углево­дородных цепей. Большинство ФЛ образует истинные растворы в воде только при очень малых концентрациях. ФХ в воде образует слои или миелиновые структуры.

ЭХ и ТГ – неполярные молекулы, тем не менее, на ато­мах кислорода карбонильной группы может концентриро­ваться небольшой отрицатель­ный заряд. Благодаря сущест­вованию этого заряда карбонильные группы взаимодействуют с диполями молекулы воды, что способствует образова­нию монослоев на поверхности раздела воздух\вода. При опреде­ленных значениях КМК ЭХ и ТГ образуют с водой корпуску­лярную дисперсную систему. При физиологических темпера­турах дисперсная фаза, образован­ная из ЭХ и ТГ, имеет жид­кокристаллическую структуру.

Своей поверхностью частицы дисперсной фазы в водной среде кровотока соприкасаются с водой в усло­виях постоянной темпера­туры и солевого состава. В таких условиях могут самопроизвольно проте­кать процессы умень­шения общей поверхности раздела дисперсной фазы и диспер­сионной среды, что достигается укрупнением размеров час­тиц. Стремление уменьшить свободную поверхностную энер­гию приводит к самопроизвольному слиянию частиц с образо­ванием более крупных. Это же стремление снизить поверхно­стную энергию является причиной ад­сорбционных процессов.

Способность раздробленных систем сохранять присущую им степень дисперсности называется агрегативной устойчи­востью. Грубая дисперсия имеет большую агрегативную ус­тойчивость, чем высокодисперсная сис­тема, иными словами, клетки крови объективно обладают большей ста­бильностью, чем ЛП частицы. Из ЛП частиц наибольшую агрегативную ус­тойчивость имеют хиломикроны (ХМ) и липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП).

Целостность частиц дисперсной системы, дисперсную фазу которой образуют липиды, поддерживается межмолеку­лярными Ван-дер-ваальсо­выми взаимодействиями гидрофоб­ных углеводородных цепей ЖК. Моле­кулы ТГ и ЭХ, не содер­жащие полярные группы, не имеют поверхност­ного заряда и не взаимодействуют с молекулами воды. В отсутствие элек­тростатических сил гидрофобное взаимодействие оказывается определяю­щим, и при столкновении частицы сливаются, что приводит в конечном итоге к выпадению дисперсной фазы и к расслоению дисперсной системы.

Для поддержания агрегативной устойчивости системы, образованной из ТГ и ЭХ, необходимо наличие стабилиза­тора, предотвращающего слия­ние частиц дисперсной фазы. Эффективными стабилизаторами таких сис­тем являются высо­комолекулярные соединения и амфифильные молекулы. Белок, контактирующий с поверхностью дисперсной фазы, создает вокруг частицы зону связанной воды, которая препятствует сближению частиц.

Амфифильные молекулы формируют на поверхности час­тицы моно­слой. При этом гидрофобный участок молекулы по­гружен в масляную фазу, а полярные группы контактируют с водой. Основным компонентом монослоя ЛП является ФХ, по­лярная группа которого имеет отрицатель­ный заряд. Одно­именно заряженные частицы ЛП отталкиваются и коалес­цен­ции не происходит. Однако коацервация липидных частиц вполне ве­роятна. Это явление описано для маленьких одно­ламелярных везикул, при­готовленных из ФХ (322).

Наибольшей агрегативной устойчивостью обладают клетки крови. От коалесценции они защищены большой пло­щадью поверхности, а веро­ятность коацервации снижена бла­годаря тому, что поверх­ностный заряд кле­точной мембраны, препятствует сближению клеток; он пред­ставляет собой сложный узор, составленный из полярных групп ФЛ, зарядовой поверхности мембраносвязанных белков, выступающих из ли­пидного бислоя, и зарядового набора олиго­сахаридов, связанных как с бел­ками, так и с липидами.

Автономное существование клеток поддерживается также самой структурой бислоя клеточной мембраны. Для того чтобы произошло слия­ние двух клеток, необходимо объедине­ние их мембран. Очевидно, что слияние двух липидных бис­лоев требует переориентации ФЛ молекул друг относительно друга, что может происходить при определенных дополни­тельных условиях: изменении фазового состояния липидов или при внесе­нии повреждений в бислой.

Таким образом, поддержание агрегативной устойчивости коллоид­ной дисперсии неполярных липидов в гидратирован­ной среде кровотока может обеспечиваться стабилизаторами – белками и ФЛ, образующими на поверхности дисперсной частицы монослой. Действительно ли белки, вхо­дящие в со­став БЛК, являются стабилизаторами агрегативной устойчи­во­сти, и именно это свойство определяет их функции как транспортных средств липидов в кровотоке?

^ 1.2.2. Апобелки обеспечивают дисперсное состояние неполярных и амфифильных липидов в кровотоке.
Высшие жирные кислоты, нерастворимые в воде слабопо­лярные ли­пиды, являются основным субстратом энергетиче­ского обмена у тепло­кровных животных. В то же время СЖК – сильный детергент, разрушаю­щий липидный бислой клеточ­ных мембран. Их детергентные свойства можно экранировать, либо изолировав карбоксильную группу, либо путем образо­вания эфирной связи с гидроксильными группами спиртов, либо не­ковалентным связыванием с белками. В процессе эво­люции для этой цели были отобраны белок альбумин и два спирта – глицерол и холестерол.

По-видимому, наиболее ранним эволюционным решением переноса СЖК в кровотоке явилось их связывание с альбуми­ном. Альбумин как эволюционно ранний белок не может быть лигандом для рецепторов высокоспециализированных клеток. Появ­ляются новые белки со специфическими лигандными вой­ствами, участ­вующие в транспорте ЖК.

Эволюционный выбор ЖК в качестве предшественников медиато­ров, регулирующих, в частности, функции иммунной системы, привел к разделению массива высших ЖК на две со­ставляющие: на насыщенные ЖК, которые являются опти­мальным энергетическим топливом, и на по­линенасыщенные (полиеновые) ЖК, которые имеют реактогенные двой­ные связи, удобные для синтеза новых соединений. Возникла не­обходи­мость их раздельного транспорта. Эта дилемма разре­шалась в пользу ТГ, ФЛ и ЭХ как основной транспортной формы ЖК.

В молекуле ФЛ две гидроксильные группы глицерола в положении sn-1 и sn-2 в силу термодинамического запрета эстерифицированы раз­ными ЖК. Молекула ФЛ термодинами­чески устойчива, когда в положении sn-1 находится насы­щенная, а в положении sn-2 – ненасыщенная кислота. Моле­кула ТГ термодинамически устойчива, когда во всех трех по­ложе­ниях глицеринового остова у нее находятся насыщенные кислоты. Хотя эстерификация холестерола не имеет стериче­ских и термодинамических ограничений, тем не менее для ненасыщенных ЖК избирается транспорт­ная форма в виде ЭХ.

По-видимому, выбор ЭХ в качестве основного переносчика поли­еновых кислот был сделан, когда понадобилось создать запасы этих кислот для бесперебойного синтеза медиаторов. ЭХ явились наиболее приемле­мой кандидатурой по двум причинам: для взаимодей­ствия холестерола с ЖК не существует термодинамических препятствий, а ЭХ концентриру­ются во внутриклеточном мат­риксе в виде «жировых капель», имеющих жидкокристалличе­скую структуру, подобную той, которая формируется в ади­поцитах из ТГ. ТГ и ЭХ не могут подобно СЖК и ХС свободно диффундировать сквозь кристаллическую решетку, образованную ацильными радикалами ФЛ в бислое мембран.

^ 1.2.3.Метаболизм дисперсий неполярных ли­пидов в кровотоке
Необходимость раздельного транспорта поступающих с пищей на­сыщенных и полиеновых кислот потребовала их раз­межевания на два от­дельных пула уже на этапе секреции эн­тероцитами. Насыщенные кислоты поступают в кровь в виде ТГ, полиеновые – в виде ФЛ.

ТГ и ФЛ секретируются в кровь энтероцитами (ХМ) и ге­патоцитами (ЛПОНП) в составе одной и той же дисперсной частицы, представляющей собой гидрофобную (масляную) фазу, состоящую из ТГ, окруженную мо­нослоем из ФЛ. Моно­слой из ФЛ поддерживает агрегативную устойчи­вость диспер­сии, состоящей из ТГ-содержащих частиц.

Энтероциты продуцируют ТГ-содержащие частицы, имеющие в со­ставе белок В-48. ХМ представляют собой до­вольно гетерогенную по раз­меру частиц (400-1000 нм) попу­ляцию (125). Гепатоциты секретируют ТГ-со­держащие частицы, в состав которых входит апобелок В-100 (ЛПОНП). Их размеры колеблются в более узком, нежели у ХМ, диапазоне.

ХМ как комплексы ТГ со специфическим белком – апо­белком В-48 – появились в ответ на увеличение поглощения животными жирной пищи.

Вероятно, первоначально энтероциты секретировали пи­щевые СЖК непосредственно в кровь, где они ассоциирова­лись с альбумином. Ком­плексирование ТГ с В-48 появилось позднее. Насцентные ХМ имеют большой размер частиц и могут захватываться макрофагами печени пу­тем пиноцитоза (253). За тот период, пока ХМ циркулируют в кровотоке, ТГ гидро­лизуются, а образовавшиеся СЖК связываются с альбумином.

Какова же роль В-48? По-видимому, этот белок необхо­дим для обра­зования дисперсии пищевых ТГ. Энтероциты секрети­руют ХМ в виде вполне сформирован­ной частицы благодаря тому, что В-48 непосредственно диспергирует жидкокри­сталлическую массу ТГ, которая скапливается в жировых ка­плях в цитоплазме клетки. В-48 является только белком-дис­пергатором, он не обладает свойствами лиганда. Вероятно, В-48 - неспе­цифический диспергатор, так как популяция ХМ значительно гетерогенна. Один белок фактически ассоцииру­ется с разным количеством ТГ. Воз­можно, существуют мини­мальный и максимальный пределы количеств ТГ, которые способен связать В-48. Неизвестен механизм, регулирующий со­держание ТГ в частице насцентных ХМ. Появление белка-лиганда апо Е по­зволило направить поток ремнантов ХМ в печень, что значительно усо­вершенст­вовало процесс направленного распределения энергетического субстрата.

Скорость гидролиза ТГ-содержащих частиц превышает скорость коацервации и коалесценции, так что монослоя ФЛ вполне достаточно, чтобы обеспечить поддержание устойчи­вости дисперсии ТГ в кровотоке.

Апо В-100 эволюционно моложе В-48,но он выполняет ту же функ­цию, что и апо В-48, диспергируя жировые капли, об­разующиеся в цито­плазме ТГ-синтезирующих клеток. В-100 диспергирует ТГ, синтезируемые в гепатоцитах. Этот белок имеет также и свойства лиганда.

Лигандные свойства по­зволили апо В-100 переносить в клетки ЭХ, содержащие полиеновые кислоты. ЭХ являются запасной формой полиено­вых кислот в специализированных клетках. И если в цито­плазме они могут содержаться в виде жировых капель, то их перенос в кровотоке осуществляется в диспергированном виде. Таким образом, апо В-100 является одновременно белком диспергато­ром и ТГ, и ЭХ. Апо В-100 диспергирует ТГ и ЭХ, содержа­щие высокомолекулярные ЖК, в основном, имеющие 16 и 18 атомов углерода., поэтому дисперсия частиц, образованных апо В-100, ме­нее гете­рогенна, чем дисперсия ХМ. Размер частиц диспер­сии, образованной апо В-100, зависит от соотношения ЭХ\ТГ в гидрофобном ядре. Трансформа­ция апо В-100 из белка- пе­реносчика ТГ в белок-переносчик ЭХ происхо­дит в крово­токе – там, где синтезируются ЭХ. Трансформация осуществляется благодаря конформационным изменениям третичной струк­туры апобелка под влиянием различий в гидрофобных свойст­вах ТГ и ЭХ (212).

В кровотоке с ТГ-содержащими частицами связываются белки, имеющие сродство к монослою из ФЛ и масляной фазе, состоящей из ТГ, – это апобелки С-I, С-II и С-III, липопро­теидлипаза (ЛПЛ), апо Е (158, 159, 225). ЛПЛ – фермент, катализирует гидролиз ТГ с обра­зованием моно- и диацилглицеридов и свободного глицерола в условиях из­бытка субстрата, связываясь только с масляной фазой, со­стоящей из ТГ. Апобелки группы С – кофакторы фермента ЛПЛ. Апо Е – белок–лиганд, способ­ствующий рецептор-зависимому катаболизму ТГ-содержащих час­тиц (245). Вероятно, имеет аффинность к гидрофобной фазе, содержащей определенное количество ЭХ, либо к монослою, насыщенному ХС.

Таким образом, организм использует белки не только в качестве ста­билизаторов, поддерживающих агрегативную ус­тойчивость дисперсий, масляная фаза которых состоит из ТГ и ЭХ, но и для распределения пото­ков энергетического и «регуляторного» субстратов, которыми являются эти липиды.

Основная масса ЛП состоит из частиц с диаметром, не превышаю­щим 400 нм, поэтому вероятен процесс коалесцен­ции, как это наблюдается для липосом. Липосомы в кровотоке также связываются с белками-опсо­нинами, но белковое «по­крытие» не может предотвратить слияния частиц и образова­ния крупных агрегатов (41, 327). Слияние ЛП может приводить к выпадению масляной фазы и развитию жировой эмболии, поэтому число ТГ- и ЭХ – содержа­щих частиц не должно превышать некоторой порого­вой величины. Отно­сительно легко коалесцирующие частицы не должны быть меньше некото­рого определенного размера.

В процессе гидролиза ТГ (липолиз) в кровотоке диаметр ТГ-содер­жащих частиц уменьшается, и образуется избыточная поверхность, со­стоящая в основном из ФЛ монослоя. Считается, что ТГ-содержащие частицы – основной источник ФЛ плазмы (185, 279, 296). Избы­точные ФЛ образуют в водной среде кровотока ми­целлярные и ламеллярные структуры (321). Со­гласно современным представлениям с этими структурами связывается свободно циркулирующий апобелок А-1, который структурирует ФЛ в на­сцентные ЛПВП (123). Образуются маленькие частицы размером 60-80 нм, имеющие дисковидную форму (150). Предполагается, что форма дисков соот­ветствует бислойной структуре. Частицы ЛПВП взаимодействуют, но коа­лесценции не происходит - диски «упаковываются» в структуры, имею­щие в электронном микроскопе вид монентных столбиков (173, 199).

ФЛ в кровотоке являются одновременно и стабилизато­рами ТГ дис­персий, и транспортным средством высокомоле­кулярных полиеновых ЖК. Между ФЛ монослоя ЛП и бислоя плазматической мембраны, а также между ЛП плазмы осуществля­ется интенсивный об­мен липидами (66,185, 279, 376), благодаря чему поддерживается постоянство со­держания полиеновых кислот в бислое мембраны, где они могут выпол­нять в том числе роль вторичных мессенджеров при транслокации сигнала внутрь клетки. Чем более специализирована клетка, тем большую потребность она испытывает в полиеновых кисло­тах, и ФЛ как основных поставщиков этих кислот клетке.

^ 1.2.4. Катаболизм дисперсий неполярных липи­дов.
В организме существует система слежения за дисперсно­стью. Такой системой является ретикуло-эндотелиальная сис­тема (РЭС), которая под­держивает высокодисперсное состоя­ние ЛП крови. Процесс элиминации корпускулярных структур крови осуществляется макрофагами, которые захватывают их путем эндоцитоза. Макрофаги РЭС выполняют роль «сита», выводя из кровотока в первую очередь крупные частицы (58). Из всех частиц липидной дисперсии наиболее крупными разме­рами обладают ТГ-содержащие частицы: насцентные ХМ и насцентные ЛПОНП. Они выво­дятся из кровотока макрофа­гами по нерецепторному пути. Более мелкие размеры имеют ЭХ-содержащие и ФЛ-содержащие частицы, а также рем­нанты ХМ и ЛПОНП - они катаболизируются по рецептор-зависимому пути. Роль лиганда частиц, содержащих в масляной фазе ТГ и ЭХ, выпол­няет апо Е, содержащих ЭХ – апо В-100, содержа­щих ФЛ – апо А-1. Веро­ятно, различие в структурных и ли­гандных свойствах белка апо А-1 про­является при изменении состава ФЛ в частице ЛПВП, которое происходит в процессе их метаболизма в кровотоке.

По мере протекания гидролиза в ядре насцентных ХМ и ЛПОНП ТГ замещаются на более гидрофобные ЭХ. Образую­щиеся ремнанты имеют более мелкие размеры. Они удаля­ются из кровотока после связывания с апо Е. Апо Е – послед­нее эволюционное приобретение позвоночных из се­рии апо­белков, способных ассоциироваться с частицами гидрофобной дисперсии. Его эволюционная «отделка» еще не завершена, поэтому суще­ствует определенный полиморфизм этого белка и его рецептора.

К белкам челночного типа помимо альбумина можно от­нести ФЛ-переносящий белок (ФЛПБ) и ЭХ-переносящий бе­лок (ЭХПБ). Эти белки транспортируют ФЛ и ЭХ к масляной фазе, к которой те имеют наиболь­шую аффинность. Таким об­разом происходит трансформация состава и размера частиц липидной дисперсии в кровотоке.

^ 1.3. Искусственные дисперсии гидрофобных и амфифильных соеди­нений, предназначенные для внутривенного вливания.
Нарушение параметров коллоидно-дисперсного состояния крови яв­ляется причиной дестабилизации внутренней среды организма. Это приво­дит к изменению концентраций низкомо­лекулярных соединений, транс­портируемых в кровотоке, и их состава, что сопровождается развитием различных патологических состояний. Нарушения могут быть вызваны как генетическими факторами, которые изменяют функции белкового компонента: белков-диспергаторов, белков-лигандов и белков-рецепто­ров, а также фермен­тов, модифицирующих состав масляной фазы и поверхностного монослоя частиц дисперсной фазы, так и факторами внешней среды (таких как, диеты), которые влияют на липид­ную составляющую. Дисперсное состояние крови нарушается при травматизме, например при кровопо­тери или при операциях на желудочно-кишечном тракте, ко­гда из-за вынужденного голодания организм испытывает не­достаток пищевого жира, включая и ТГ, и ФЛ.

Метаболические функции, осуществляемые частицами дисперсной фазы крови и утраченные в силу различных при­чин, могут быть восста­новлены с помощью искусственных дисперсий, вводимых в организм внутривенно. В последние годы в практике инфузионной терапии появи­лись препараты эмульсионного типа, представляющие собой дисперсию гид­рофобного соединения в воде : жировые эмульсии для парен­терального питания, липосомальные препараты, эмульсии перфторорганических со­единений (ПФС).

Жировые эмульсии были разработаны для поддержания энергетиче­ского обмена у больных, перенесших операцию на желудочно-кишечном тракте. Липосомальные препараты раз­рабатываются как биологически адаптированные контейнеры для транспортировки в кровотоке водо- и жи­рорастворимых лекарственных веществ. Необычно высокая кислородная ем­кость перфторуглеродных соединений позволяла надеяться, что на их основе будет создан полноценный заменитель крови, обладающий функ­цией переноса газов.

Несмотря на то, что эти три типа препаратов имеют не­одинаковое медицинское назначение и различный состав, все они представляют собой одну и ту же корпускулярную дис­персию типа «масло в воде». Жировые эмульсии – это дис­персии ТГ, липосомальные препараты – дисперсия ФЛ, а эмульсии ПФС – дисперсии искусственно созданных гидро­фобных со­единений, стабилизированных либо синтетическим поверхностно-актив­ным веществом (ПАВ), либо природными ФЛ. Необходимо отметить, что во всех искусственных дис­персиях био-медицинского назначения не ис­пользуется белок в качестве стабилизатора.

После инфузии в кровоток искусственные дисперсные системы взаимодействуют с естественной дисперсной систе­мой – кровью и, прежде всего с такой ее составляющей как липидные дисперсии. Эмульсионные (дисперсные) инфузион­ные среды отличаются от других инфузионных препаратов по целому ряду физико-химических параметров, а метаболизм частиц искусственной дисперсии имеет свои особенности, от­личающие их от метаболизма других лекарственных средств.

^ 1.3.1. Кристаллические структуры, образуемые гид­рофобными и амфифильными соединениями.
Неполярные и амфифильные соединения образуют в воде агрегаты молекул, удерживаемые Ван-дер-ваальсовыми си­лами взаимодействия. В отсутствие воды эти же силы способ­ствуют формированию кристалличе­ской решетки. Структура кристаллов ЖК, ТГ, ЭХ и ФЛ определяется дли­ной углеводо­родной цепи, количеством и расположением двойных связей в большей степени, нежели величиной полярной группы (107, 157). В уг­леводород­ной цепи ЖК все атомы углерода имеют транс-конфигурацию. Расстояние между атомами углерода состав­ляет 1533 Å. Угол связи слабо варьирует и составляет 109-112 Å, как у алмаза. Все насыщенные кислоты представ­ляют собой длинные, почти прямые цепи. Введение одной двойной связи приводит к резкому изгибу цепи. ЖК, имеющие две и более двойных свя­зей, поддерживают палочкообразную форму благодаря такому вращению вокруг двойной связи, когда ка­ждая цис- двойная связь находится в транс- положении отно­сительно следующей двойной связи в цепи (339, 340).

В зависимости от природы липида, температуры и давле­ния углево­дородные цепи ЖК упаковываются в кристалличе­ской решетке в два раз­личных типа кластеров. Первый тип кластеров – плотная, косая и прямо­угольная упаковка вслед­ствие специфических цепь-цепь взаимодействий. Так кри­сталлизуются насыщенные кислоты. Второй тип представляет со­бой менее плотную упаковку из-за неспецифического взаи­модействия, вы­званного стерическим несоответствием. По­добная кристаллическая ре­шетка образуется при кристалли­зации смеси, состоящей из насыщенных и ненасыщенных ЖК. Ненасыщенные ЖК можно разделить по способности образо­вывать упаковки на моноеновые и полиеновые. Моноеновые ки­слоты, из которых у животных наиболее распространена олеиновая (С18:1) кислота, вследствие наличия резкого изгиба в районе двойной связи раз­рушают структуру кристалла, де­лая его более «жидким». Характер упа­ковки насыщенных ки­слот зависит также от длины цепи. Если цепи разли­чаются менее, чем на 4 атома, то они образуют единый домен, если более, чем на 4 атома – два разных домена. Цепи, которые различаются по длине на 6 и более атомов, не смешиваются. В кристалле длинные и короткие цепи несовместимы. Насы­щенные и ненасыщенные углеводородные цепи даже одной длины также не смешиваются.

Для поддержания многообразия функций организму тре­буются ЖК, различающиеся как по длине цепи, так и по сте­пени ненасыщенности. Фи­зико-химические и биологические требования, предъявляемые к структуре дисперсной фазы, об­разуемой в гидратированной среде кровотока, потре­бовали «насильственного» объединения несмешивающихся углеводо­род­ных цепей в одной кристаллической структуре. Этого уда­ется достичь ис­пользованием в качестве носителей биологи­чески важных ЖК комбиниро­ванных молекул ФЛ и ТГ, у ко­торых на едином углеродном каркасе закре­плены несмеши­вающиеся ЖК. В молекуле ТГ три отдельные цепи ЖК присое­динены ковалентно к одной и той же молекуле глицерола. Если две цепи в ТГ похожи, то сегрегация цепей ЖК осуще­ствляется очень хорошо. Образуется трислой, в котором две цепи сегрегируют в бислой, а третья цепь направлена в про­тивоположную сторону. Случайное распределение третьих ки­слот создает монослой. Однако в биологических структурах превалируют ТГ с тремя совершенно различными цепями, на­пример sn-1 – С18:0, sn -2 – С18:1, sn - 3 – С16:0. В дисперсии ТГ-содержащих частиц ТГ масляной фазы находятся в кри­сталлическом состоянии, что свидетельст­вует о специфично­сти взаимодействия между цепями. Однако мало что из­вестно о кристаллических структурах такого рода (354).

ТГ не образуют с водой устойчивую дисперсную систему. Неболь­шой отрицательный заряд на карбонильных группах не способствует обра­зованию мицеллярных структур. Тем не ме­нее, гидратированная среда ока­зывает влияние на упорядо­ченность упаковок ЖК (362). Отсутствие поверхност­ного заряда, преобладание гидрофобных взаимодействий приводит к быст­рой коалесценции жировых капель в воде с последующим рас­пределением ТГ в виде монослоя на поверхности раздела вода/воздух (338).

^ 1.3.1.1. Структуры, образуемые амфифильными липидами.
Для поддержания агрегативной устойчивости дисперсии ТГ в воде необходимо присутствие амфифильного соединения с достаточно большой полярной группой, которая обеспечи­вала бы создание необходимого для автономного состояния жировой капли зарядового «облака». Эта полярная группа должна быть глубоко и прочно «заякорена» в гидрофобный суб­страт масляной фазы. Таким природным эмульгатором яв­ляются ФЛ.

Основным структурообразующим ФЛ большинства при­родных дис­персных структур является ФХ. Конфигурация мо­лекулы холина, прикре­пленной посредством фосфатной группы в sn -3 положении глицеринового остова, оптимально способствует упаковке углеводородных цепей ЖК в монослое. Взаимодействие ФХ с молекулами ХС усиливает прочность моно- и бислоев, состоящих из ФХ (111). Выраженная равновесная амфифиль­ность молекулы ФХ определяет характер образуе­мых им кристаллических структур. При дефиците воды ФХ образует мультиламеллярные бислои, при избытке воды – ми­целлярные структуры. Соотношение насыщенных и ненасы­щенных ЖК в бислое определяет его жидко-кристаллические свой­ства и температуру фазового перехода. Большая полярная группа обеспе­чивает подвижность жирной кислоты в sn-2 по­ложении, поэтому та имеет воз­можность принимать различные кон­формации. Именно поэтому в sn-2 по­ложении у ФХ может на­ходиться и наименее «удобная» для упаковки в кристалл С18:1 кислота. Упаковка в бислои, сформированные из ФЛ, у кото­рых в sn -1 и sn -2 находятся цепи разной длины, более прочная и более «узкая», нежели упаковка из ФЛ, имеющих в обоих положениях ЖК с цепями одной длины. В последнем случае об­разуется гексагональная паракристалличе­ская фаза.

В избытке воды ЖК фосфолипидов вынуждены лежать параллельно и взаимодействовать друг с другом, так как вода ориентирует полярную группу и не дает одной из цепей сег­регировать в противоположном на­правлении. Компромисс ме­жду конформационным и электростатическим запретами дос­тигается благодаря отбору таких структур и их комплексов, которые в узком коридоре этого компромисса все-таки могут образовывать стабильные дисперсии и тем самым обеспечи­вать условия для активного функционирования организма. В sn-1 положении ФХ находятся С18:0 и С16:0 кислоты, в sn -2 – С18:1, С18:2, С18:3. С20:4. Именно эти ФХ являются основ­ными компонентами бислойных структур клеточных мембран, ЛПВП, а также служат стабилизаторами дисперсий ТГ в гид­ратировнной среде кро­вотока.

Диспергированные в воде ТГ образуют частицы, в кото­рых масляная фаза состоит из ТГ и имеет кристаллическую структуру, а поверхностный монослой – из ФЛ. Масляная фаза ремнантов ХМ и ЛПОНП содержит на­ряду с ТГ также и ЭХ.

^ 1.3.1.2. Взаимодействие гидрофобных и амфифиль­ных соединений.
Взаимодействие ФЛ и ТГ изучалось в системе модельного монослоя, состоящего из ФЛ и ТГ, который образуется на по­верхности раздела вода/воздух (147). Карбонильные группы ТГ имеют слобовыраженные полярные свойства, что позволяет молекулам ТГ распределяться по поверхности раз­дела и в ог­раниченном количестве внедряться в ФЛ (в смешанных моно­слоях). В монослой из ФЛ может проникать до 2-5% ТГ. Хи­мический шифт карбонильной группы зависит от присутствия аналогичной группы в молекуле ФЛ. Еще более слабовыра­женными полярными свойствами об­ладают ЭХ, содержащие одну карбонильную группу. Однако, как показали исследова­ния на бислоях из яичных фосфолипидов (ЯФЛ), ЭХ способны