Akciğer Transplantasyonu - Akciğer Nakli
English
 
Donör Akciğerinin Muhafazası

AN’nin başladığı ilk dönemlerde akciğer muhafazası laboratuarların ilgi alanına girmekteydi. Akciğer muhafazasının klinisyenler tarafından sağlanmaya başlamasıyla birlikte Toronto grubunun tek taraflı olarak çıkardıkları akciğerleri atelektatik halde topikal olarak soğuğa maruz bırakmalarıyla akciğer muhafazasında ilerlemeler kaydedildi. Akciğer muhafazasında temel prensipler aynı olmakla birlikte klinikler arasında ufak farklılıklar vardır. Donör akciğerinin sadece yaşaması değil, nakilden sonra gaz değişimine de aktif olarak katılması gerekmektedir. Sistemik donör heparinizasyonundan sonra, dolaşımın kesilmesinden hemen önce bir pulmoner vazodilatör uygulanmaktadır. Bu amaçla kullanılan prostaglandin E1 (PGE1) direk pulmoner arterden veya sağ atriyumdan uygulamaktadır. Pulmoner yıkama solüsyonu olarak intrasellüler solüsyonlar içerisinde yer alan Euro-Collins (EC) veya University of Wisconsin Solution (UWS) yerine düşük potasyum dekstran (LPD) kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalarda LPD’nın EC solüsyonuna göre daha düşük reperfüzyon hasarı oluşturduğu, anlık ve erken dönem akciğer fonksiyonları ile erken ve uzun dönem sağ kalım üzerine olumlu etkileri olduğu gösterilmiştir. Yüksek potasyum içerikli solüsyonların yüksek derecede İ/R hasarı ve POD oluşturdukları klinik ve laboratuar çalışmalarında gösterilmiştir. Akciğer çıkarılma işleminden sonra soğuk kristalloid solusyona batırılarak yarı şişirilmiş olarak transport edilir. Bu işlem akciğerlerin 6 saate kadar iskemik kalmaları halinde bile fonksiyonlarında bozulma olmamasını sağlar .

Pulmoner yıkama solüsyonu, ana pulmoner arterden antegrad olacak şekilde verilmektedir (14). Yıkama solüsyonunun retrograd verilmesi ise ilk kez Valera ve ark. tarafından tarif edilmiş olup başarılı bir şekilde uygulanmıştır (14, 40). Bunlara ek olarak, retrograd yıkama uygulaması akut pulmoner tromboembolizm açısından risk grubundaki donörlerin akciğerlerinde bulunabilecek emboliyi ortaya çıkarmada ve yatağından sökerek pulmoner arterden uzaklaştırılmasında yarar sağlar (14).

 

Akciğerin Şişirilmesi

Yapılan çalışmalar, yıkanmış ve aşırı şişirilmiş akciğerlerin nakil sonrası akciğer fonksiyonları üzerine anlamlı etkisi olduğunu göstermiştir. Her ne kadar bu işlem AN’de uygulanan genel bir yaklaşım haline geldiyse de sıklıkla allograft disfonksiyonu gözlenmektedir. Yapılan bir tavşan deneyi modelinde, akciğerlerin aşırı şişirilmesinin pulmoner kapiller permeabiliteyi arttırdığı gösterilmiştir. Bundan dolayı akciğerlerin yıkanarak normal end-tidal inspirasyon hacmi ile kolere olacak şekilde orta derecede şişirilmiş olarak saklanması önerilmektedir.

 

Yıkama ve Saklama Sıcaklığı

Klinik uygulamalarda AN’de genellikle pulmoner arter yıkama solüsyonunun sıcaklığı 1 - 4o C arasında değişmektedir. Ancak laboratuar ortamında yapılan in vitro tavşan akciğer perfüzyon modelinde, sol köpek akciğeri allotransplantasyonunda ve bilateral babun AN‘nde daha yüksek dereceli ısılarda uygulanan hipotermilerde (10o C) daha iyi akciğer fonksiyonları tespit edilmiştir. Mayer ve ark. ise köpek akciğeri ile yapmış oldukları çalışma neticesinde 4o C veya 10o C sıcaklıkta saklamanın farklılık yaratmadığını saptamışlardır. Her ne kadar daha yüksek ısılarda saklamanın akciğer fonksiyonlarını iyileştirdiğini gösteren küçük hayvan modelleri üzerinde yapılan çalışmalar olsa da hipotermik yıkama ve saklama, bütün AN merkezlerinde standart uygulama olarak devam etmektedir.

 

Farmakolojik Manüplasyon

Matsuzaki ve ark. yaptıkları tavşan akciğeri modelinde PGE1 infüzyonunun 2 saatlik sıcak iskemi sonrasında oluşan İ/R hasarını azalttığını göstermiştir. Yapılan başka bir çalışama da köpek akciğeri modelinde, 18 saatlik iskemik peryod sonrası uygulanan PGE1’in akciğer fonksiyonlarını iyileştirdiği gösterilmiştir.

 

Saklama Solüsyonu

Saklama solüsyonu olarak başlıca EC ve UWS gibi intrasellüler tip solüsyonlar (yüksek potasyum ve düşük sodyum içeriği) ile LPD ve Celsior gibi ekstrasellüler tip solüsyonlar (düşük potasyum ve yüksek sodyum içeriği) kullanılmaktadır. EC solüsyonu asıl olarak böbrekler için,  UWS karaciğer için ve Celsior solüsyonu ise kalbin saklanması için geliştirilmiş solüsyonlardır. Ancak, LPD ise sadece akciğerin saklanması için geliştirilmiş bir solüsyondur. Yapılan çalışmalarda ekstrasellüler tip saklama solüsyonlarının intarsellüler tip saklama solüsyonlarına göre daha üstün oldukları bulunmuştur. Saklama solüsyonlarının bileşimleri Tablo 1 de özetlenmiştir.

 

Tablo 1.  Saklama Solüsyonu İçerikleri

 

EC

UWS

Celsior

LPD(Perfadex)

Sodyum

10

28

100

138

Potasyum

115

125

15

6

Klorid

15

0

41,5

142

Magnezyum

0

0

13

0,8

Sülfat

0

4

0

0,8

Fosfat

57,5

25

0

0,8

Kalsiyum

0

0

0,26

0,3

Bikarbonat

10

5

0

1

Dextran-40

0

0

0

50

Glukoz

3,5

0

0

0,9

Rafinoz

0

30

0

0

Laktobionat

0

100

80

0

Glutatyon

0

3

3

0

Adenozin

0

5

0

0

Allopurinol

0

1

0

0

Pentafraksiyon

0

50

0

0

Glutamat

0

0

20

0

Histidin

0

0

30

0

Mannitol

0

0

60

0

 

 

İskemi/Reperfüzyon Hasarı

AN sonrası majör bir komplikasyon olarak değerlendirilen İ/R hasarı, erken mortalite ve morbiditenin en önemli nedenlerinden biridir. Perioperatif dönemde görülen en sık komplikasyon ise solunum yetmezliğidir. Her ne kadar iskeminin katkısı bulunsa da AN sonrası gelişen İ/R hasarının majör sorumlusu reperfüzyon olup yapılan çalışmalar oluşan hasarın reperfüzyon sonrası upregülasyona uğrayan inflamatuar hücreler tarafından oluşturulduğunu göstermiştir. Klinik olarak POD adıyla da anılan İ/R hasarının görülme oranının birçok yayında %10 - 35 arasında olduğu belirtilmektedir. İlk 30 günlük mortalite oranları karşılaştırıldığında İ/R hasarı bulunan hastalarda mortalite oranları %40 civarında iken İ/R hasarı bulunmayan hastalarda bu oran %7 civarındadır. Doku saklama tekniği, doku iskemi zamanı ve pulmoner kontüzyon, pulmoner emboli ve aspirasyonun da içinde yer aldığı beklenmeyen donör patolojileri gibi birçok neden İ/R hasarı gelişiminde rol oynar. İ/R hasarı genellikle akciğer fonksiyonlarında hızla bozulma, pulmoner ödem, artmış pulmoner vasküler direnç ve düşük havayolu kompliyansı şeklinde belirti verir. İ/R hasarı gelişen hastalarda uzun dönem mekanik ventilatör desteği ihtiyacı gerekmektedir ve geç dönemde POD’e bağlı bronşiolitis obliterans gelişebilir.

 

İnflamasyon

AN’deki gelişmelere rağmen akciğer İ/R hasarının patofizyolojisi halen tam olarak anlaşılamamıştır. Yapılan birçok çalışmada hasarın oluşumunda iskemiden çok reperfüzyonun rol oynadığı gösterilmiştir. İ/R hasarı oluşum mekanizması çeşitlilik gösterir, bunun yanında; SOR oluşumu, lökosit aktivasyonu, kompleman ve platelet aktivasyonu, pulmoner vasküler tonusta anormallik ve artmış prokoagülan aktivitesi meydana gelir. Yapılan bazı çalışmalar İ/R hasarının bifazik olduğunu, akut dönemde makrofaj aktivasyonu olduğunu ve bunu nötrofil bağımlı hasarın izlediğini göstermiştir.

 

Makrofajlar

Birçok bulgu, alveolar makrofajların İ/R hasarının başlamasında rol oynadığını göstermektedir. Donör akciğerinde bulunan alveolar makrofajlar, reperfüzyon süresince hızlı biçimde aktive olarak tümör nekroz faktör-alfa (TNF-α), interlökin-1 beta (IL-1β) ve CCL2 gibi proinflamatuar kemokinlerin ve sitokinlerin salınımını gerçekleştirir. Bu erken hasarı, alıcının infalamatuar sisteminin zaten haraplanmış olan vasküler endotele ve havayolu epiteline karşı aktivasyonunu içeren bir sıra olaylar zinciri takip eder. Laubach ve arkadaşlarının yaptıkları bir çalışmada alveolar makrofaj seviyelerinin düşürülerek hasarın azaltıldığı (mikrovasküler kaçağın ve ödemin azaltılmasıyla), disfonksiyonun düzeltildiği (pulmoner arter basıncının düşürülmesi ve kompliyansın artırılmasıyla) ve proinflamatuar sitokin üretimin düşürüldüğü gösterilerek, İ/R sonrasında alveolar makrofajların akciğer inflamasyonunun başlamasındaki rolüne,  organ disfonksiyonuna ve doku hasarı oluşumuna dikkatleri çekmişlerdir.

 

Nötrofiller

Posttransplant İ/R hasarı oluşumunda, nötrofil aktivasyonu ve SOR üretimi başlıca faktörleri meydana getiriler. Akciğer hasarının oluşmasında muhtemel en kritik adım, yıkıcı proteazların, SOR ve sitokinlerin salınımıyla sonuçlanan, hücre yüzeylerindeki selektin proteinlerin serbest bırakılması ile dolaşımdaki nötrofillerin vasküler endotele adezyonudur. Yapılmış değişik çalışmalarda, nötrofil aktive edici bileşiklerin akciğer hasarı oluşturduğu, nötrofil salınımının azaltılmasının ise İ/R hasarını azalttığı ve nötrofillerin adezyonlarının immünonötralizasyonu ile İ/R hasarı oluşumunun önlendiği gösterilmiştir. Nötrofillerin aktivasyonu ve hasarlı bölgeye invazyonları alveolar makrofaj, T-lenfosit ve epitelyal hücreler tarafından salınan CXCL1 ve CXCL8 gibi potent kemokinler tarafından yönlendirilir. Ortaya çıkan hasar ise artmış kapiller permeabilite, bozulmuş vasküler tonus ve akut doku yetmezliği ile kendini belli eder.

 

T-Lenfositler

Antijen ile majör histokompatibilite kompleks proteininin birleşerek T-helper hücrelerini aktive etmeleri gerekliliği, lenfositlerin akut dönemde aktive olmaları gibi bir durumu ihtimal dışı bırakmaktadır. Fakat son dönemde yapılan çalışmalar TNF-α ve CCL5 gibi sitokinlerin ve SOR antijen bağımsız T-hücre aktivasyonu yaptıklarını göstermiştir. Mikrosirkülasyon içerisinde, T-hücreleri endotel hücrelerine, makrofajlara, plateletlere ve nötrofillere aynı anda yapışarak inflamasyonu amplifiye edebilmektedirler. İnflamasyonunun başlangıç aşamasında, antijen sunan hücreler (dentritik hücreler, mast hücreleri ve makrofajlar), lipopolisakkarit ve SOR gibi değişik uyaranlara cevap vererek proinflamatuar sitokinlerin salınımını gerçekleştirirler. Primer inflamatuar sitokinler olan TNF-α ve IL-1β, T-hücreleri ile antijen sunan hücreler arasında iletişim kurarak lökosit sayısını ve doku içerisindeki yaşam sürelerini artırırlar. Laubach ve ark. yaptıkları çalışmada, İ/R hasarı nedeniyle gelişen akciğer disfonksiyonunun önlenmesinde nötrofil yada CD4+ T-hücrelerin azaltılmasının etkili olduğunu fakat CD8+ T-hücrelerin azaltılmasının etkili olmadığını göstermişlerdir. Bunun yanında CD4+ T-hücre sayısının azaltılması ile CXCL1 ve TNF-α seviyelerinde önemli düşme gözlenmiş. Bu bilgiler ışığında, her ne kadar nötrofiller İ/R hasarı oluşumunu gerçekleştirseler de, CD4+ T-hücreler kemokin üretiminin stimulasyonunda ve İ/R hasarı boyunca nötrofil kemotaksisinde kritik rol oynamaktadır.

 

Sitokinler ve Oksidatif Stres

Yapılmış birçok çalışma, TNF-α, interferon-ɣ, CXCL8, IL-1β, IL-10 ve IL-12 gibi proinflamatuar ve antiinflamatuar sitokinler akciğerlerin ve diğer solid organların İ/R hasarında hızlıca salınıma uğradıklarını göstermiştir. İ/R hasarı sonrası salınan sitokinler sadece doku hasarı oluşturmakla kalmayıp doku reddine zemin hazırlamaktadır. TNF-α, akut-cevap sitokini olup hasarın oluşmasında, nötrofil toplanmasında ve diğer proinflamatuar sitokinlerin salınımında rol oynar. Yapılan in vivo rat çalışmasında TNF-α’lara karşı kullanılan nötralize edici antikorlar ile TNF-α’nın akut İ/R hasarındaki rolü ve önemi gösterilmiştir.

Oksidatif stres ve aktive makrofajlar ile diğer lökositlerden salınan SOR, İ/R hasarına ve akut doku yetmezliğine sebep olurlar. İskemi sonrası, reperfüzyon ile akciğer dokusunun oksijen ile yeniden teması sonrasında süperoksit anyonu, hidrojen peroksit ve hidroksil radikalleri gibi SOR meydana gelir. Yapılmış birçok çalışma, SOR’ni metabolize eden bazı enzimlerin veya antioksidanların İ/R hasarını azalttığını göstermiştir. İ/R hasarında rol alan diğer mediatörler içerisinde, lipid peroksidasyonu ve platelet aktive edici faktör (PAF) bulunmaktadır. Lipid peroksidasyonunda, SOR hücre membranından elektron çalarak membran lipidlerini ayrıştırarak hücre hasarı oluştururlar. Postiskemik dokuda, SOR lipid peroksidasyonunu gerçekleştirerek, inflamatuar ajanların nötrofilleri aktive edip çoğalmalarını sağlar. Bu bilgiye dayanılarak, İ/R sonrası akciğer dokusundaki oksidatif hasarı tespit etmek amacıyla akciğerlerdeki lipid peroksidayonu kantitatif bir ölçü olarak kullanılmaktadır.

PAF, proinflamatuar bir fosfolipid olup platelet ve lökositleride içeren çok çeşitli hücre tiplerinden salınmaktadır. PAF, mikrovasküler endotel ile dolaşımdaki lökositlerin adezyonunu ve İ/R durumunda lökositlerin ekstravazasyonunu sağlar. Yapılan değişik çalışmalarda İ/R sonrası kompleman sisteminin aktivasyonu ile direk ve indirek hücresel hasar meydana geldiği ve kompleman sisteminin inhibisyonu ile daha düşük doku hasarı gözlendiği belirtilmektedir.

 

Serbest Radikaller ve Antioksidan Savunma Sistemleri

 

Bir serbest radikal, bir veya birden çok çiftlenmemiş elektron taşıyan atom veya molekül olarak tanımlanabilir. Bu atom veya molekül, çiftlenmemiş elektronunu bir başka moleküle vererek veya başka bir molekülden elektron alarak daha kararlı hale gelme eğilimindedir. Böylece serbest radikaller son derece reaktif özellik taşırlar. Atomlardaki elektronlar, yörünge olarak bilinen boşluklarda hareket ederler. Her yörüngede birbirine zıt yönde hareket eden en fazla iki elektron bulunur.

Her ne kadar serbest radikal reaksiyonları, bağışıklık sistemi hücrelerinden nötrofil, makrofaj gibi hücrelerin savunma mekanizması için gerekli olsa da, serbest radikallerin fazla üretimi doku hasarı ve hücre ölümü ile sonuçlanmaktadır. Serbest radikaller biyolojik sistemlerde elektron alıcı moleküllerdir. Serbest radikallerin aktif oksijen türevlerine kısaca oksidanlar denir. Üzerinde en çok durulan oksidanlar; süperoksit radikali (O2.-), hidroksil radikali (HO.), hidrojen peroksit (H2O2), hipokloröz asit (HOCI) ve singlet oksijen (singlet O2) gibi reaktif oksijen türleri ile nitrik oksit (NO) radikalidir. Bunların tümü fizyolojik olaylarda rol alırlar veya fizyolojik süreç esnasında üretilirler. NO, endotel kaynaklı gevşeme faktörü olarak bilinmektedir ve başlıca düz kas gevşemesinden sorumlu biyolojik ve fonksiyonel bir moleküldür, fakat bu molekülün O2.- ile reaksiyon vererek sitotoksik özellik gösteren bir molekül olan peroksinit oluşturduğu hakkında çeşitli veriler mevcuttur.

Oksidanlar çeşitli biyolojik reaksiyonlarda önemli roller üstlenirken, aynı zamanda da birçok hastalıkların patogenezinde etken oldukları hakkında veriler mevcuttur. Canlıda değişik patolojilere yol açan serbest radikaller, normal hücresel biyolojik olaylar esnasında ve makrofajlar tarafından üretilirler. Ksenobiyotikler de bir serbest radikal kaynağı olabilirler. Ksenobiyotiğin ya kendisi oksidandır ya da oksidan molekül oluşumuna aracılık eder.

Oksidanların sebep olduğu hasarların mekanizması oldukça karmaşıktır. Hedef moleküllerden elektron alma yetenekleri nedeniyle oksidanlar, bu hedef yapının yapısını ve/veya fonksiyonunu değiştirebilir. Bu şekilde oksidanlar hücre membranını, genetik materyali (DNA, RNA gibi) ve değişik enzimatik olayları etkileyerek hücre hasarı yapabilirler. Oksidanlar aynı zamanda bağ dokusu komponentleri, proteazlara karşı koruyucu doku komponentleri olan antiproteazlar ve hücreler arası haberleşme ajanları gibi ekstrasellüler bölgeyi de etkileyebilirler.            Bu oksidanlar organizmada sitoplazmik, mitokondriyal ve ekstrasellüler formları olan süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ve selenyum bağımlı glutatyon peroksidaz (Se-GPx) gibi enzim sistemleri ile seruloplazmin, transferrin, indirgenmiş glutatyon (GSH), metiyonin, vitamin E ve vitamin C gibi antioksidanlar tarafından yıkılırlar.

 

Serbest radikallerin hücredeki zararlı etkileri

  • Sitoplazmik membranın ve hücre içi organel membranının lipitlerinin peroksidasyonuna ve membran permeabilitesinin artmasına,
  • Enzimlerin ve sitostrüktürel proteinlerin sülfidril gruplarının oksitlenmesine ve çapraz bağlanmasına,
  • Enzimlerin inaktivasyonuna, bu arada antiproteazların inhibisyonu sonucu proteolitik enzimlerin aktivasyonuna,
  • DNA yapısının bozulmasına ve kırılmasına (mutasyona) ve mukopolisakkaritlerin depolimerizasyonuna neden olurlar.
  • Ayrıca proteoglikan ve glikozaminoglikan moleküllerinde de oksidatif zedelenme yaparlar.
  • Hücrede iyon transportunu ve transmembranal potansiyeli bozarlar.

Radikal oluşma hızının derecesine, antioksidan savunma mekanizmalarının etkinlik derecesine ve diğer özelliklere göre, hücre türlerinin reaktif oksijen radikallerinin toksisitesine duyarlılığı farklıdır.

Oksidanlar ve insan hastalıkları arasındaki ilişki oksidan ve antioksidan arasındaki dengeye bağlıdır. Bu dengede oksidanlar lehine bir artış oksidatif strese neden olur ve patofizyolojik olaylarla sonuçlanan oksidatif hasar ortaya çıkar. Vücutta oksidanların artması veya antioksidanların azalması sonucu oksidanlar normal biyolojik makromoleküllerle kolaylıkla etkileşebilecektir. Bu etkileşim kritik moleküllerde ve yeterli şiddette meydana geldiğinde doku harabiyeti oluşabilecektir.

 

Lipit Peroksidasyon

Biyomembranlar ve hücre içi organeller (mitokondri, endoplazmik retikulum), membran fosfolipitlerindeki doymamış yağ asitlerinin varlığı dolayısıyla oksidatif ataklara duyarlıdırlar. HO.’nin membran fosfolipitleri komponentlerinden olan çoklu doymamış yağ asitleri üzerindeki etkisi, hücresel oksidatif hasarda başlıca etkin faktör olarak yorumlanmaktadır. Biyolojik membranların başlıca bileşeni lipit ve protein olup, protein içeriği de membran fonksiyonuna göre değişmektedir. Hayvansal hücre membranındaki lipitlerin çoğu fosfolipit yapısında olup bunlar içinde en sık bulunanı lesitin (fosfatidilkolin)’dir. Bazı membranlar, özellikle plazma membranı, önemli miktarda sfingolipit ve kolestrol içerir. Hayvan hücrelerinde membran lipitlerinin yağ asiti yan zinciri, 14-24 karbonlu dallanmamış karbon zincirleri ihtiva eder. Membran lipitlerinin yan zincirini oluşturan başlıca yağ asitleri; palmitik asit, stearik asit, oleik asit, linoleik asit, linolenik asit, araşidonik asit, gliserol, sfingozin ve inozitoldür.

Çoklu doymamış yağ asitleri; hücre membranı, endoplazmik retikulum ve mitokondri gibi hayati organeller için gereklidir. Bunların yapısal bozulmaları hücresel fonksiyonlar için çok önemli sonuçlar doğurabilir. Peroksidasyon reaksiyonları serbest radikallerin başlıca etkisi olarak düşünülmektedir.

Membrana bağlı enzim destekleyicisi olan çoklu doymamış yağ asitleri oksijen radikalleri tarafından oluşturulan peroksidatif hasara karşı çok duyarlıdırlar. Membran lipitlerinin peroksidasyona uğraması ile membran fonksiyonu bozulur, lizozomal frajilite artar, mikrozomal enzimlerde değişiklikler meydana gelir, membran daha da sertleşir ve akışkanlığı azalır. Membrandaki iyon pompaları ve geçirgenlik değişir. Membran çoklu doymamış yağ asitleri zincirindeki alfa metilen gruplarından bir H+ atomu uzaklaşması ile başlayan reaksiyon, lipit hidroperoksitlerinin aldehit ve diğer karbonil bileşiklerine dönüşmesi ile sona ermektedir. Bu aldehit grubu bileşiklerden biri olan malondialdehitin ölçüm yöntemi, lipit peroksidasyonun tespitinde en sık kullanılan yöntemdir.

Lipit peroksidasyonun yapısal hasara yol açmasının yanı sıra günümüzde bunun tersi yapısal hasarların da lipit peroksidasyonlarına neden olduğu bilinmektedir. Hücre ve doku harabiyetinden sonra geçiş metal iyonları ortama bol miktarda salınır. Bununla beraber siklooksijenaz ve lipooksijenaz enzim aktivasyonları lipit peroksidasyonunu hızlandırır. Sonuçta doku hasarı daha da şiddetlenir. Böylece bu hücrelerde antioksidan mekanizma zayıflar.

Radikaller, aldehitler ve diğer lipit peroksidasyon ürünleri membran proteinlerinde ciddi hasarlara yol açarlar. Karaciğer veya eritrosit membranlarının, peroksidasyonunun membranda yüksek moleküler kütleli protein agregatları oluşumuna yol açtığı bilinmektedir. Bunun sonucu olarak hepatosit membran permeabilitesi artmakta, hepatositler ölmekte ve eritrositler parçalanmaktadır. Genel olarak lipit peroksidasyon, membranın akışkanlığını azaltır, normalde hücre içine geçemeyen maddelerin membrandan hücre içine girişlerini arttırır (Ca+2 iyonu gibi), membrana bağlı enzimleri inaktive eder, protein sentezini inhibe eder, DNA replikasyonunu önler ve mitokondriyal solunumu durdurur. Membranda yağ asiti yan zincirinin devamlı olarak aldehitler ve pentan gibi hidrokarbon üretmesi membran bütünlüğünün tamamen kaybolmasına yol açar. Bu yolla lizozom membranlarının yırtılmasıyla hidrolitik enzimler hücrenin geri kalan kısmına boşalır ve hasarın artmasına yol açar. Eritrosit membranının lipit peroksidayonu, eritrositin kapilerlerden geçerken şekil değiştirme ve sıkışma yeteneğinin kaybolmasına yol açar ve sonuçta hemolize neden olur. 

 

Serbest Radikallere Karşı Koruyucu Sistemler

Hücreler oksidatif hasara karşı enzimatik ve nonenzimatik olan antioksidan sistem ve moleküllerle korunurlar. Hücresel seviyede etkili olan enzimatik sistemler içinde birincil olan antioksidan enzimler arasında SOD, CAT, Se-GPx ve selenyum bağımsız GPx olan glutatyon S-transferaz (GST) bulunur. Bu birincil enzimlerden başka dolaylı olarak antioksidan sistem içinde yer alan glutatyon redüktaz (GR) ve Glukoz-6 Fosfat Dehidrogenaz enzimleri de vardır ve bunlara ikincil olan antioksidan enzimler denilmektedir.

 

Biyolojk Sistemlerdeki Enzimatik Antioksidanlar

Süperoksit Dismutaz (SOD)

a. Bakır Çinko İçeren Süperoksit Dismutaz (CuZn-SOD)

CuZn-SOD enzimi, süperoksit detoksifikasyonunda anahtar bir enzimdir ve O2-.’ni H2O2’e dönüştürür. Bu detoksifikasyon iki tarafı keskin kılıç gibidir, bir taraftan O2-.’i yıkarak detoksifiye etmekte öbür taraftan yine güçlü bir oksidan olan H2O2’i üretmektedir (67). Vücuttaki tüm sistemler bir uyum içerisinde işlediği zaman oluşan H2O2 de daha sonra bahsedilecek olan katalaz enzimi aracılığıyla detoksifiye edilecektir. CuZn-SOD enzimi, bu reaksiyonla O2-.’ni yıkarak metal iyonları katalizörlüğünde H2O2 ile reaksiyon verip HO. oluşmasını da önlemektedir. CuZn-SOD enziminin çoğunluğu hücre sitozolünde bulunmakta, aynı zamanda lizozomlarda, mitokondrinin iç ve dış membranları arasında ve çekirdekte bulunmaktadır.

b. Mangan İçeren Süperoksit Dismutaz (Mn-SOD)

Memeli eritrositleri Mn-SOD içermemektedir. Sıçan karaciğerinde total SOD’ın % 10, insan karaciğerinde ise daha fazlası Mn-SOD’dır. Bakır alımı kısıtlanan durumlarda Mn-SOD sentezi artmakta, tam tersi olarak Mn alımı kısıtlanan durumlarda da CuZn-SOD aktivitesi artmaktadır. Mn-SOD enzimi başlıca mitokondri matriksinde yerleşmiştir, bununla birlikte mitokondri dışında da bulunmaktadır.

c. Demir İçeren Süperoksit Dismutaz (Fe-SOD)

Fe-SOD da aynı şekilde O2.-’ni H2O2’ye katalizleyen reaksiyonlarda rol oynar ancak reaksiyon hızı diğer tip SOD’lara göre yavaştır. Fe-SOD enzimi hücre matriksinde bulunur. Fe-SOD da aynı dismutasyon reaksiyonunu yürütür fakat diğer tip SOD’lara göre biraz daha yavaş olur.

 

Katalaz

H2O2, biyolojik sistemler için zararlıdır ve HO. oluşumunu arttırır. Bu yüzden oluşan H2O2’in uzaklaştırılması hücreler için avantajdır. Bu amaçla hücre içinde H2O2’i yıkan enzimlerden birisi katalazdır. Katalaz (hidrojen peroksit oksidoredüktaz), hidrojen peroksitin suya redüksiyonunu sağlar. Birçok aerobik hücreler katalaz içerirler. Katalaz, hayvanlarda tüm vücut organlarında bulunur ancak özellikle karaciğer ve eritrositlerde yoğunlaşmıştır. Beyin, kalp ve iskelet kasında az miktarda bulunmaktadır, kaslar arasında da farklı aktivitede olmaktadır. Hayvan ve bitkilerde katalaz enzimi başlıca peroksizomlarda yer alır. Bununla birlikte kobay gibi bazı hayvanlarda bir miktar peroksizomal olmayan katalaz da mevcuttur. Mitokondri, kloroplastlar ve endoplazmik retikulumda da az miktarda katalaz bulunabilmektedir.

 

Selenyum Bağımlı Glutatyon Peroksidaz (Se-GPx)

Se-GPx enziminin substratı küçük molekül ağırlıklı bir tiyol bileşiği olan GSH’dur. Serbest glutatyonun büyük çoğunluğu GSH şeklinde bulunur, az bir kısmı ise okside glutatyon (GSSG) halindedir ve normalde GSH/GSSG oranı yüksektir. Se-GPx, aşırı H2O2 mevcudiyetinde GSH’un GSSG’a oksidasyonunu katalize eder ve bu arada H2O2 de suya dönüştürülerek detoksifiye edilmiş olur. Bu enzim karaciğerde yüksek; kalp, akciğer ve beyinde orta; kasta düşük aktivitede bulunur. Sitozol ve mitokondride bulunan bir enzimdir. Se elementi selenosistein şeklinde olup normal sisteindeki sülfür yerinde Se bulunur (R-SH yerine R-SeH). Se-GPx’ten başka fosfolipit hidroperoksit glutatyon peroksidaz vardır ve sitozolik bir enzimdir. Membran fosfolipit hidroperoksitlerini alkollere indirger. Membranlara bağlı en önemli antioksidan olan vitamin E yetersiz olduğu zaman membranın peroksidasyona karşı korumasını sağlar. Başka bazı peroksidazlar da vardır.

 

Glutatyon Redüktaz

Se-GPx tarafından H2O2 veya diğer lipit peroksitlerin indirgenmesi sırasında GSH, GSSG’a dönüşür, bu okside formun tekrar redükte forma dönüşerek reaksiyonlarda kullanılması gereklidir, çünkü organizmanın GSH deposu sınırlıdır. İşte GR enzimi nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADPH) varlığında bu indirgeme olayını yürütmektedir.

GR enzimi iki protein alt ünitesi içerir ve her bir alt ünite aktif bölgesinde FAD bulundurur. Muhtemelen NADPH, FAD’i indirgemekte ve bu FAD’deki elektronlar da GSSG’daki disülfür (-S-S-) köprüsüne aktarılarak disülfür bağı kırılmakta ve molekül GSH haline dönüştürülmektedir.

 

Glutatyon S-Transferazlar

Organizmaya giren ksenobiyotiklerin biyotransformasyonunda önemli rol oynamaktadırlar. Başta araşidonik asit ve linoleat hidroperoksitleri olmak üzere lipit peroksitlere karşı GST’ler Se-bağımsız glutatyon peroksidaz aktivitesi göstererek bir antioksidan etkinlik sergilerler. Bugün GST’ların üç sitozolik ve bir de mikrozomal olmak üzere dört tipi mevcuttur.

 

Biyolojik Sistemlerdeki Enzimatik Olmayan Antioksidanlar

 

Glutatyon (GSH)

GSH (L-γ-Glutamil-L-Sisteinilglisin), organizmada tiyol grubu içeren, düşük molekül ağırlıklı önemli bir tripeptiddir. Bu tripeptid sistein, glutamik asit ve glisinden oluşur ve aktif grubu sistein kalıntısının (residue) tiyolü (-SH) ile gösterilir. DNA ve protein sentezleri, enzim aktivitelerinin düzenlenmesi, hücre içi ve dışı transportlar gibi hücresel fonksiyonları dışında başlıca antioksidan olarak hücre savunmasında önemli rolü vardır.  İndirgenmiş glutatyon içerdiği tiyol grubu aracılığı ile hücre içinde redoks potansiyeli yüksek bir ortam sağlayarak, hücreyi oksidatif hasarlara karşı korur. GPx ve Dehidroaskorbat Redüktaz enzimlerinin substratı olmasının yanı sıra HO. ve singlet O2 temizleyicisidir. Birçok hücrelerde yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Yüksek konsantrasyonda oksijene maruz kalarak inaktive olmuş bazı enzimleri rejenere edebilir.

C Vitamini (Askorbik Asit)

Suda eriyen vitaminlerdendir. Özellikle yeşil renkli taze sebze, meyve ve turunçgillerde bol miktarda bulunur. İnce bağırsaklardan kolayca emilir. Plazma konsantrasyonu 0,5-1,5 mg/dl kadardır.

C vitamini organizmada birçok hidroksilasyon reaksiyonlarında indirgeyici ajan olarak görev yapar. Güçlü indirgeyici aktivitesinden dolayı aynı zamanda güçlü bir antioksidandır. O2.- ve HO. ile kolayca reaksiyona girerek onları temizler. C vitaminin; bitkisel ve hayvansal yağları, balık, margarin ve süt gibi yağ içeren yiyecekleri oksidatif bozulmaya karşı koruduğu bilinmektedir.

Askorbik asit düzeyinin düşük olması tüm kronik inflamatuar hastalıklarda ve lipit peroksidayonun arttığı durumlarda önemli rol oynar. Diyetle C vitamini alımının akut sigara içimi ile oluşan düşük dansiteli lipoprotein (LDL) oksidasyonunu azalttığı tespit edilmiştir.

E Vitamini    

Çok güçlü bir antioksidan olup E vitamini hücre membran fosfolipitlerinde bulunan çoklu doymamış yağ asitlerini serbest radikal etkisinden koruyan ilk savunma elemanıdır. Bir molekül E vitamini 100 molekül yağ asidinin peroksidasyonunu engelleyebilir. E vitamini O2.- , HO., singlet O2, lipit peroksi radikallerini ve diğer radikalleri temizler. α-tokoferol etanol, karbon tetraklorür, dikuat, parasetamol, kalsiyum boşalması ve diğer uyarıcılarla oluşan hepatosit lipit peroksidayonunu inhibe eder.

Se-GPx ile E vitamini birbirlerini tamamlayıcı bir antioksidan etki gösterirler. Se-GPx, teşekkül etmiş olan peroksitleri ortadan kaldırırken, E vitamini peroksitlerin sentezini engeller.

 E vitamini, lipit peroksi radikallerini yıkarak lipit peroksidasyon zincir reaksiyonlarını sonlandırdığından zincir kırıcı bir antioksidan olarak da bilinir.

Serbest radikallerin kanserin başlamasında rol aldığı ve E vitamini ile diğer antioksidanların antikanserojen etki göstererek kanserin yayılmasını ve tümörün gelişmesini önlediği bildirilmiştir.

Karotenoidler

A vitaminin metabolik ön maddesi olan β-karoten, bitkilerdeki kloroplast membranının bir bileşenidir. Son derece güçlü singlet O2 temizleyicisi olup ayrıca HO. , peroksi ve alkoksi radikalleriyle de doğrudan reaksiyon vererek lipit peroksidasyon zincir reaksiyonunu önleyebilir. Karotenoidler insan bağırsağından absorbe edilir ve vücutta antioksidan olarak etki gösterirler.

Ürik Asit

İnsan dokuları ürat oksidaz içermez, bu yüzden purin metabolizmasında son ürün olarak oluşan ürik asit birikir. Ürik asit insan plazmasında 0,25-0,45 mM konsantrasyonda bulunur. Ürik asit, singlet O2, peroksil radikalleri, HO., ozon ve HOCI için güçlü bir temizleyicidir ve in vivo antioksidan olarak kabul edilmektedir.

Deferoksamin

Demir iyonunun serbest radikal reaksiyonlarında önemli rolünün olduğu bildirilmiştir. Peroksil radikalleri için iyi bir temizleyicidir. Karbon tetraklorürle olan karaciğer harabiyetini demir bağımlı lipit peroksidasyon dekompozisyonunu inhibe ederek azaltır. Antienflamatuar etkinlik gösterir, alloksan ve parakuat’ın hayvanlardaki serbest radikal aracılıklı toksik etkilerini inhibe eder. Kalp, böbrek, barsak ve deride iskemi sonrası reoksijenasyon hasarını, oluşan HO.’ini temizleyerek önlemektedir.

Melatonin

Melatonin, HO.’ini temizleyen güçlü bir antioksidandır. Melatonin, HO. ile reaksiyona girdikten sonra bir indolil katyon radikaline dönüşür ki, bu da ortamdaki O2-.’ni tutarak antioksidan aktivite gösterir. Lipofilik bir madde olduğu için kan-beyin engeli de dahil birçok kompartmana girerek geniş bir antioksidan aktivite gösterir ki, bu özellik diğer antioksidanlara karşı bir üstünlüktür. Yaşlanma ile birlikte melatonin de azaldığı için yaşlanma ve yaşlanmaya bağlı bazı hastalıkların patojenezinde önemli rolü olabileceği bildirilmiştir. Sonuç olarak melatoninin klinik açıdan etkili bir antioksidan ve dolayısıyla antikanserojen olduğuna inanılmaktadır.

Sistein

O2–• ve HO• temizleyicisidir.

Albumin

Plazma proteinlerden olan albumin bakır iyonlarını sıkı olarak bağlar ve bakır bağımlı lipit peroksidasyonu ve HO. oluşumunu inhibe eder. plazmada 40-60 mg/ml gibi yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Albumin aynı zamanda etkin bir HOCI temizleyicisidir, kanda serbest yağ asitlerini taşır ve safra pigmentlerinden olan bilirubini bağlar. Bu bağlı bilirubinin antioksidan etki gösterdiği bildirilmiştir.

Seruloplazmin

Bakır içeren protein olan seruloplazmin Fe+2’yi, Fe+3’e yükseltgeyerek Fentonreaksiyonunu ve böylece serbest radikal oluşumunu inhibe eder. Demir ve bakır bağımlı lipit peroksidasyonunu inhibe eder. İnsan plazmasının antioksidan aktivitesinin önemli bir kısmı seruloplazmin nedeniyledir. Bu bir akut faz proteini olup insan vücudu enfeksiyonlar, inflamasyon veya immun sistem aracılıklı hastalıklara karşı akut faz cevapları verir.

Haptoglobinler

Hemoglobin, gerek dekompozisyonla ortama demir vererek, gerekse doğrudan peroksitlerle etkileşerek lipit peroksidasyonunu stimüle edebilmektedir. İzole edilmiş “hem” proteini güçlü bir peroksidasyon stimülatörüdür. Plazma, haptoglobin adlı hemoglobin bağlayan protein ve “hem” bağlayan hemopeksin adlı proteinleri içerir. Haptoglobinlere hemoglobin bağlanması veya hemopeksinlere “hem” bağlanması bu demir bileşiklerinin lipit peroksidasyon stimülasyonunu önlemektedir.

Transferrin ve Laktoferrin

Normal insan plazmasında bulunan bir proteindir. Demir iyonlarını bağlayarak serbest demir miktarını azaltır. Transferrine bağlı olan demir HO. oluşumunda rol oynamaz ve böylece lipit peroksidasyonunu önlemiş olur.

 Bilirubin

“Hem” katabolizması sonucu oluşan bir safra pigmenti olan bilirubin albumine bağlı olarak bulunur ve taşınır. Albumine bağlı yağ asitlerini peroksidasyona karşı korur.

Ferritin

Dokulardaki demiri bağlayarak serbest radikal reaksiyonlarında yer almasını engellerler.

Mannitol

Küçük molekül ağırlıklı bu molekülün HO. temizleyebileceği bildirilmiştir (67).

Oksipurinol

Allopurinol metaboliti olup doğrudan HO. ve HOCI radikallerini azaltıcı etki gösterir.

Probukol

Probukol, kan kolestrolünü düşürmede kullanılan bir ilaç olup güçlü bir antioksidan özelliği vardır. Bu etkisi muhtemelen yapısının bazı fenolik antioksidanlara benzemesi nedeniyledir.

Ferulik asit

Fenolik bir bileşik olan ferulik asit, fenilalanin ve tirozinin metabolizması sırasında oluşur. Ferulik asit insanlarda güçlü membran antioksidanı olarak işlev görür. Cilt hastalıkları, cilt kanseri, yaşlanma, aşırı yorgunluk, kas zayıflığı, nezle-grip gibi soğuk algınlığına karşı etkili olduğu bilinmektedir. Ferulik asit, resonans-stablize olmuş fenoksi radikal yapısından dolayı oldukça antioksidan özelliğe sahiptir. Serbest radikallerin etkili bir temizleyicisidir ve bazı ülkelerde lipit peroksidasyonu önleyici besin katkı maddesi olduğu onaylanmıştır. Ayrıca peroksil radikal üreticisine karşı antioksidan olarak iş görür. Ferulik asitin DNA hasarına neden olan γ-ışını üzerindeki radyo-koruyucu etkisi bildirilmiştir. (GATA Göğüs Cerrahisi Tez Çalışması E Sapmaz)