Главная страница
qrcode

[Медкниги]Биохимические механизмы ишемии, реперфузии, прекондиционирования миокарда. Лекция по клинической биохимии Биохимические механизмы ишемии, реперфузии, прекондиционирования миокарда


НазваниеЛекция по клинической биохимии Биохимические механизмы ишемии, реперфузии, прекондиционирования миокарда
Анкор[Медкниги]Биохимические механизмы ишемии, реперфузии, прекондиционирования миокарда.doc
Дата27.09.2017
Размер97 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файла[Медкниги]Биохимические механизмы ишемии, реперфузии, прекондици
ТипЛекция
#11287
Каталог

Лекция по клинической биохимии «Биохимические механизмы ишемии, реперфузии, прекондиционирования миокарда»


Известно, что развитие острых ишемических повреждений любой ткани, и миокарда в частности, сопровождается существенными изменениями метаболического статуса клеток, что приводит к нарушению электрофизиологических, сократительных и иных характеристик жизнедеятельности клеток, является основой инициации и прогрессии клеточной гибели (некроз или апоптоз), формирования отсроченных изменений функциональной активности органа.

Развитие острой ишемии сопровождается выраженным энергетическим дефицитом, при котором энергетический метаболизм переключается на анаэробный гликолиз, являющийся единственным источником АТФ. Несмотря на минимальный расход энергии кардиомиоцитами при ишемии, анаэробный гликолиз не справляется с поддержанием уровня АТФ. Известны несколько факторов, способствующих переключению использования кислорода с оксидазного пути на оксигеназный, в том числе избыток катехоламинов и продуктов их неполного окисления при стрессе; избыток восстановленных пиридиннуклеотидов – доноров электронов при ишемии, гипоксии и реоксигенации; инактивация ферментных и неферментных антиоксидантных систем.

При ишемии повышается мобилизация жирных кислот из жировой ткани (вследствие гиперкатехоламинемии) и снижается захват глюкозы кардиомиоцитами (вследствие гипоинсулинемии). Образование АТФ из пальмитата энергетически не очень выгодно, так как требуется относительно больше кислорода (жирные кислоты содержат мало атомов кислорода). В ишемизированном сердце -окисление жирных кислот ингибируется. После кардиальной ишемии количество длинноцепочечных жирных кислот (пальмитат) увеличивается в плазме и сердце. Пальмитат индуцирует апоптоз кардиомиоцитов (аккумуляция церамида, ингибирование комплекса III митохондрий), кроме того свободные жирные кислоты в крови вызывают дисфункцию кардиомиоцитов.

В нормальных условиях липиды, лактат, глюкоза – основные источники энергии в клетке, при этом глюкоза и лактат заменяются липидами при патофизиологических состояниях. В реальной ситуации при гипоксии гликолиз очень рано инактивируется из-за истощения гликогена или в результате аккумуляции восстановительных эквивалентов (НАД(Ф)Н). Но так как липиды содержат меньше кислорода, чем углеводы, для продукции АТФ требуется больше кислорода. При ишемии затрудняется бета-окисление жирных кислот. В аэробных условиях АМФ и АДФ регенерируют в АТФ (окислительное фосфорилирование). При анаэробных условиях происходит их дальнейший катаболизм (из-за снижения концентрации НАДН и ФАДН2) в аденозин, инозин, гипоксантин, кстантин, мочевую кислоту. Таким образом, в аэробных условиях 90% АТФ продуцируется за счет реакций окислительного фосфорилирования. 5% – гликолиза, 5% - из ЦТК. При гипоксии увеличение концентрации свободных жирных кислот (вследствие торможения бета-окисления) потенцирует повреждение митохондрий (разобщение окислительного фосфорилирования).

Увеличение катаболизма жирных кислот оказывает негативное действие на восстановление функциональной активности миокарда в пост-ишемическом периоде. Окисление жирных кислот представляет собой основной компонент окислительного метаболизма при реперфузии, тогда как окисление глюкозы остается на низком уровне. Это может быть следствием и высокой концентрации свободных жирных кислот в плазме крови. Другой причиной может являться увеличение конверсии АМФ и АТФ: аккумуляция АМФ в ишемическом периоде приводит к фосфорилированию и активации 5’-АМФ-активируемой протеинкиназы (AMPK), которая фосфорилирует ацетил-КоА-карбоксилазу, инактивируя ее. Это приводит к снижению уровня малонил-КоА и активации карнитин-пальмитоил-трансферазы, что вызывает увеличение захвата жирных кислот митохондриями, ингибированию пируватдегидрогеназы и окисления глюкозы. Существуют попытки фармакологической коррекции метаболизма жирных кислот в миокарде при ишемии: стимуляция пируватдегидрогеназы дихлороацетатом, использование растворов с высокой концентрацией глюкозы (что увеличивает внутриклеточную концентрацию пирувата), ингибирование карнитин-пальмитоил-трансферазы этомоксиром, ингибирование бетта-окисления жирных кислот ранолазином и l-карнитином.

При гипоксии и ишемии миокарда нарушения энергетического обмена развиваются на всех основных этапах: ресинтеза АТФ, транспорта его энергии от мест «продукции» к эффекторным структурам клеток и «утилизации» последними энергии АТФ. При регионарной ишемии миокарда изменения отмечаются в основном на этапе ресинтеза АТФ. Его концентрация в миокарде снижается двухфазно – резко в первые 10 минут ишемии и медленнее с 40-й по 120-ю минуту. Начальное уменьшение содержания АТФ обусловлено главным образом снижением в миокарде pO2. Вторая фаза уменьшения содержания АТФ в зоне ишемии обусловлена в основном депрессией гликолитического пути ее синтеза. Одновременно происходит ингибирование медленного канала электрогенного вхождения Са2+ в кардиомиоциты и мгновенная обратимая депрессия сократительной функции сердца. В данном контексте важно, что вслед за кратковременным торможением вхождения Са2+ в кардиомиоциты развивается торможение АТФ-зависимых катионных насосов и как следствие – избыток Са2+ в саркоплазме, являющегося причиной развития кальциевой триады, слагающейся из нарушений расслабления миофибрилл, активации фосфолипаз и особенно протеаз, разрушающих диски миофибрилл, и нарушения окисления и фосфорилирования в обогащенных кальцием митохондриях.

Указанные сдвиги обратимы, но они в свою очередь вызывают развитие важнейших изменений в липидном бислое мембран миокардиальной клетки. Эти изменения представляют собой липидную триаду повреждения мембран: они составляют главное содержание третьей стадии процесса – перехода обратимого повреждения миокарда в необратимое. Липидная триада потенциируется главным образом избытком катехоламинов и слагается из активации липаз и фосфолипаз, детергентного действия повышенного содержания жирных кислот и лизофосфолипидов на мембраны; а также и из активации перекисного окисления липидов (ПОЛ), как результата окислительного стресса на фоне дисфункции дыхательной цепи митохондрий.

В условиях гипоксии замедляется регенерация НАД, что тормозит превращение триоз и приводит к нарушению синтеза АТФ, потребляемого для фосфорилирования глюкозы и фруктозо-6-фосфата на начальных этапах гликолиза. Так, через 2 часа после ишемии миокарда наблюдается снижение до 25% от исходного уровня НАД в зоне некроза, что связывают с нарушением энергообеспечения синтеза НАД. С другой стороны, при гипоксии происходит окисление цитоплазматического НАДН в результате инверсии реакции сукцинат-фумарат-малат с образованием ФАД, который становится способным окислять НАДН. Кроме того, окисление НАДН сопряжено с работой -глицерофосфатного шунта (загрузка электронами митохондриального пула НАД), малат-аспартатного экстрамитохондриального шунта и малат-глутаратного митохондриального шунта (образование малата из аспартата и кетоглутарата при затруднении его окисления вследствие дефицита НАД) и -оксибутиратного шунта, функционирующего при наличии окисленных форма митохондриального НАД.

Разгрузка цитоплазмы от восстановленных эквивалентов может осуществляться посредством использования протонов для биосинтетических реакций и гашения свободных радикалов. Обмен восстановленными эквивалентами между клеткой и внеклеточным пространством за счет активности низкомолекулярных редокс-систем имеет особое значение в условиях гипоксии. В гипоксических клетках активизируется путь дегидрирования НАДН системами дегидроаскорбат/аскорбат, рибофлавин/дигидрорибофлавин, пируват/лактат с выведением восстановленных компонентов систем во внеклеточную жидкость. Митохондрии являются местом аккумуляции рибофлавина, выступающего в клетках в качестве предшественника дигидрорибофлавина, обеспечивающего защиту клеточных белков от окисления активными формами кислорода. Образование дигидрорибофлавина катализируется НАДФН-зависимой флавин-редуктазой. Есть данные о том, что эффективная защита миокарда при повышении уровня эндогенного рибофлавина опосредуется дигидрорибофлавином.

Таким образом, для миокарда в состоянии ишемии характерны:

  1. Аккумуляция калия в интерстиции (деполяризация мембраны, снижение электровозбудимости клеток). Деполяризация снижает чувствительность клеток к действию апоптогенных стимулов (показано на клетках нейрональной природы).

  2. Негомогенность электрофизиологических характеристик клеток в зоне ишемии. Развитие аритмий вследствие аномальной и гетерогенной электрической активности в миокарде (более серьезные в эпикардиальных, чем в эндокардиальных слоях, хотя метаболические изменения и снижение уровня АТФ более выражены в субэндокардиальных клетках). В эпикарде снижение продолжительности потенциала действия более выражено, чем в эндокарде (вследствие ректифицирующих свойств одного из типов калиевых токов).

  3. Вследствие снижения уровня АТФ – открытие АТФ-зависимых калиевых каналов (Kd АТФ 98 М в эпикарде, 24 М в эндокарде), обладающих кардиопротекторным действием.

  4. Аккумуляция катехоламинов (повышение концентрации катехоламинов в плзме крови при реперфузии) вследствие снижения чувствительности -адренорецепторов сердца (снижение экспрессии рецепторов на клеточной мембране (отрицательная обратная связь) (в противоположность этому плотность 1-адренорецепторов в миоцитах при ишемии увеличивается). В ишемизированном миокарде соотношение -адренорецепторов с высокой аффинностью к низкоаффинным рецепторам составляет 4:1 (в норме 1:1). Высокоаффинные рецепторы имеют большую степень сопряжения с ГТФ-связывающими белками.

  5. Увеличение активности рецепторов эндотелина-1 (стимулируется вход кальция и поступление кальция из внутриклеточных депо, стимулируется активность РКС, МАРК, снижается активность аденилатциклазы). Концентрация эндотелина-1 в плазме крови увеличивается сразу после острого инфаркта миокарда, нестабильной ИБС, при атеросклеротическом поражении коронарных сосудов.

  6. Продукция свободных радикалов приводит к открытию кальциевых каналов в мембранах кальциевых депо (митохондрии, саркоплазматический ретикулум). Открытие кальциевых каналов, сопряженных с рианодиновыми рецепторами в саркоплазматическом ретикулуме, стимулируется фосфорилированием рецептора, связыванием цАДФР, кофеином, свободными радикалами. Это приводит к опустошению депо и стимуляции емкостного входа кальция в клетку через потенциал-зависимые кальциевые каналы плазматической мембраны.

  7. Генерация фосфолипидных метаболитов (лизофосфатидилхолин, длинноцепочечный ацилкарнитин, эйкозаноиды). Лизофосфатидилхолин и длинноцепочечный ацилкарнитин оказывают аритмогенное действие за счет ингибирования натрий/калиевой АТФазы сарколеммы, увеличения проницаемости натриевых каналов, увеличения концентрации кальция в сарколемме. Интересно, что полиненасыщенные жирные кислоты оказывают антиаритмогенное действие. Синтез и катаболизм эйкозаноидов существенным образом изменени в ишемизированном миокарде. Увеличение внутриклеточной концентрации кальция приводит к стимуляции фосфолипазы А2, результатом действия которой является высвобождение арахидоновой кислоты. При ишемии увеличивается активность циклооксигеназы, причем быстро индуцируется экспрессия COX-2 (этому способствуют помимо ишемии цитокины, факторы роста, эндотоксины, повреждение эндотелиальных клеток, воспаление). Помимо увеличения синтеза простагландинов, в миокарде увеличивается продукция лейкотриенов. Образующиеся в миокарде простагландины, в частности, простациклин, оказывают депрессорное действие на восстановление миокарда после ишемии и реперфузии, однако большие дозы экзогенных простагландинов имеют позитивный эффект. Многое, вероятно, определяется соотношением продукции простациклина и тромбоксана в клетках миокарда, а также в эндотелиальных клетках. Лейкотриены оказывают негативный инотропный эффект, а также выступают в качестве хемоаттрактантов для нейтрофилов, участвующих в воспалительной реакции в очаге ишемии.

Для миокарда в состоянии реперфузии характерны:

  1. Окислительный стресс (свободные радикалы генерируются преимущественно в митохондриях).

  2. рН-парадокс (активация Na/H, Na/Ca обмена, аккумуляция внутриклеточного кальция, активация протеаз и фосфолипаз, активация АТФаз, открытие МРТ-мегаканалов).

  3. Механическое повреждение сарколеммы (на фоне более быстрого восстановления уровня АТФ и медленной репарации поврежденного цитоскелета).

Коррекция нарушений метаболизма миокарда в этом периоде может включать в себя:

  1. рН-парадокс корригируется производными амилорида (например, диметиламилорид), которые блокируют Na/H и Na/Ca обмен.

  2. Открытие МРТ блокируется циклоспорином А, FK506

  3. Дополнительное поступление кальция в цитоплазму блокируется блокаторами L-кальциевыми каналами, блокаторами кальций-зависимого высвобождения кальция из внутриклеточных депо.

  4. Коррекция энергетического обмена: помимо гликолиза генерация АТФ в анаэробных условиях возможна при обращении в дикарбоновой части ЦТК с образованием сукцината в качестве конечного продукта. Так действуют натрия оксибутират, глутамат, янтарный полуальдегид. Ограничение метаболизма глюкозы (виолуровой кислотой) за счет увеличения активности пентозо-фосфатного цикла и сохранения функционирования митохондрий. Защитой клетки может быть и снижение интенсивности энергопотребления путем снижения процесса мочевинообразования.

Необходимо признать, что изменения метаболизма могут значительно отличаться в прежде неповрежденных кардиомиоцитах и в кардиомиоцитах больного сердца. Например, миокард гипертрофированного сердца более чувствителен к повреждающему действию ишемии, аналогичная ситуация развивается по мере увеличения возраста. На фоне сахарного диабета кардиомиоциты больше зависят от жирных кислот и кетоновых тел для образования энергии, в них больше длинноцепочечного ацилкарнитина, работа цикла трикарбоновых кислот нарушена, вследствие высвобождения из кардиомиоцитов аденозина снижается экспрессия аденозиновых рецепторов.

Одним из интересных феноменов, имеющих большое фундаментальное и практическое значение, является прекондиционирование клеток, реализуемое в виде комплекса реакций, направленных на достижение адаптации клеток к стрессовым воздействиям и повышение их резистентности к повреждающим факторам. Этот феномен зарегистрирован в клетках различных типов, в том числе в кардиомиоцитах, нейронах, гепатоцитах, и благодаря исследованиям последних лет идентифицированы некоторые ключевые механизмы его формирования.

Собственно прекондиционирование развивается в две фазы: раннюю (инициируемую в течение нескольких минут после действия повреждающего фактора и продолжающуюся на протяжении 2-3 часов) и позднюю (события, регистрируемые в период с 12-24 по 72-96 часы после поздействия). Именно поздняя фаза прекондиционирования способна обеспечить защиту миокарда не только от структурных, но и от функциональных повреждений. Очевидно, что коль скоро период развития поздней фазы прекондиционирования соответствует 2-4 суткам после воздействия стимула, механизмы ее развития включают в себя изменение экспрессии генов, синтеза белков и регуляторной активности гуморальных факторов. Индукторами поздней фазы прекондиционирования могут быть фармакологические агенты (NO-генерирующие агенты, агонисты аденозиновых рецепторов, вещества, открывающие АТФ-зависимые калиевые каналы, дериваты эндотоксина, агонисты опиоидных рецепторов, некоторые цитокины и факторы роста) и нефармакологическим стимулы, к числу которых относятся ишемия, тепловой шок, физическая нагрузка, желудочковая тахикардия). Продолжительность ишемии существенным образом влияет на эффективность процесса формирования прекондиционирования: длительная (более 90 минут) ишемия не индуцирует развития этого феномена.

Интересна роль окислительного стресса в инициации прекондиционирования. Несмотря на превалирующее число исследований, постулирующих кардиопротекторное действие препаратов с антиоксидантной активностью, было показано, что применение антиоксидантов в течение начального периода действия стимула, вызывающего прекондиционирование, способно предотвратить развитие этого феномена. Кроме того, интракоронарное введение растворов, генерирующих свободные радикалы, вызывает развитие поздней фазы прекондиционирования. Увеличение генерации митохондриями активных форм кислорода, характерное для периодов ишемии, может обеспечивать запуск антиоксидантных систем клетки и способствовать таким образом достижению эффективной поздней фазы прекондиционирования. Иными словами, сублетальный окислительный стресс играет важную роль в запуске процессов, обеспечивающих адаптацию клеток к последующим повреждающим факторам.

В целом, общепризнанными инициаторами поздней фазы прекондиционирования являются аденозин, оксид азота, активированный формы кислорода, а эффекторами (белками, синтезирующимися в течение развития феномена прекондиционирования и обеспечивающими его поддержание) – синтетаза оксида азота, циклооксигеназа-2, альдозоредуктаза, антиоксидантные ферменты (например, супероксиддисмутаза) и белки теплового шока. Существенную роль в качестве медиатора этого защитного процесса могут играть АТФ-зависимые калиевые каналы саркоплазматической мембраны и митохондриальные ионные каналы.

В развитии прекондиционирования важная роль отводится серин-треониновым и тирозиновым протеинкиназам, активируемым при стимуляции рецепторов, сопряженных с Gp, и рецепторов с аутофосфорилирующей протеинкиназной активностью. С другой стороны, весьма вероятна роль протеинфосфатаз, ингибирование которых поддерживает развитие прекондиционирования. Ишемическое прекондиционирование вызывает избирательную транслокацию из цитозоля в мембрану и активацию некоторых изоферментов семейства PKC - PKC, PKC, PKC и PKC (в зависимости от вида организмов), объектом фосфорилирования которых становятся некоторые клеточные белки, в том числе, вероятно, АТФ-зависимые калиевые каналы сарколеммы кардиомиоцитов. Этот механизм в некоторой степени объясняет эффект лигандов рецепторов, сопряженных с Gp (брадикинин, аденозин, ацетилхолин), инициирующих развитие прекондиционирования. Вместе с тем, не все признают ключевую роль этих изоформ PKC в развитии прекондиционирования. Одновременно, противоречивы данные о роли калиевых каналов в достижении феномена кардиопротекции, в частности, предполагается, что более существенную роль могут играть митохондриальные ионные каналы, обеспечивающие сохранение митохондриальной функции.

Из числа тирозиновых протеинкиназ наиболее вероятными кандидатами на роль эффекторов поздней фазы прекондиционирования претендуют Src PTK и Lck PTK, особенно с учетом данных о том, что Lck PTK является субстратом PKC. Экспериментальные исследования одновременно подтверждают роль протеинкиназ из трех субсемейств митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK) – p44/p42 MAPKs, p38MAPKs, p46/p54 MAPKs (JNKs), коль скоро ингибирование их активности приводит к отмене феномена прекондиционирования. Считается, что тирозиновые протеинкиназы играют бифункциональную роль в прекондиционировании, индуцированного ишемией, будучи вовлеченными и в формирование ранних защитных механизмов, и в развитие отсроченных кардиопротекторных процессов. Участие этих субсемейств белков подразумевает активацию транскрипционных факторов, обеспечивающих экспрессию генов, кодирующих белки с кардиопротекторными свойствами, например, фактора NF-B, являющегося модулятором стресс-ответа клеток (в том числе на фоне окислительного стресса). Интересно, что именно этот механизм является объектом регуляции двух типов протеинкиназ – PKC фосфорилирует киназы, ингибирующие активность IB (ингибитора NF-B), в то время как MAPK фосфорилируют этот ингибитор напрямую. Установлено, что активация NF-B характерна как для прекондиционирования, так и для ишемии/реперфузии, хотя в первом случае связывающая активность этого транскрипционного фактора выше.

Реактивные формы кислорода, признаваемые в настоящее время в качестве своеобразных вторичных посредников в клетках, опосредующих свою активность через регуляцию редокс-сенситивных белков-компонентов клеточных сигнальных систем, в прекондиционированном миокарде выполняют аналогичную функцию, в том числе за счет окислительной модификации MAPK.

Коль скоро стимулы, индуцирующие развитие прекондиционирования, «утилизируют» сигнальные пути, активируемые при других физиологических и патологических состояниях в клетках, существование тесной взаимосвязи феномена прекондиционирования с такими процессами представляется вероятным. Так, дискутируется вопрос прекондиционировании и станнинге: несмотря на общность этиологии, эти процессы не имеют реальной причинно-следственной связи и прекондиционирование не является простым редуцированием контрактильной функции миокарда, побывавшего в состоянии станнинга.

Помимо прекондиционирования, механизмом адаптивного ответа миокарда является гибернация – синдром обратимой желудочковой дисфункции (прежде называемый хроническим станнингом), возникающий вследствие сниженного коронарного кровотока, подразумевающий достижение сбалансированности между энергоснабжением и контрактильной функцией миокарда, что необходима для повышения жизнеспособности клеток. С клинической точки зрения, существование такого механизма обеспечивает эффективность кардиохирургических вмешательств: неинфарктные зоны миокарда восстанавливают свою функциональную активность после нормализации кровоснабжения миокарда. С точки зрения метаболических особенностей гибернирующего миокарда, эти участки не являются ишемизированными, коль скоро отмечается редуцирование потребления кислорода и снижение интенсивности некоторых энергоутилизирующих процессов, соответствующие степени недостаточности коронарного кровотока. Интересно, что в участках гибернирующего миокарда отмечаются биохимические и морфологические признаки дедифференцировки кардиомиоцитов: экспрессия фетальных генов, кодирующих сократительные белки, глюкозные транспортеры и другие белки, а также признаки миолиза, аккумуляции гликогена, интерстициального фиброза. Считается, что такого рода дедифференцировка предшествует дегенерации ткани, в том числе, вероятно, за счет механизмов апоптоза.

Исследование механизмов запрограммированной и патологической клеточной гибели (апоптоза и некроза, соответственно) вносит существенный вклад в понимание процессов адаптации миокарда к повреждающим воздействиям. Так, известно, что прекондиционирование, инициированное аденозином, снижает выраженность процессов некроза и апоптоза в миокарде, запускаемых острой ишемией и реперфузией, ишемическое прекондиционирование, а также применение фармакологических средств, вызывающих открытие АТФ-регулируемых калиевых каналов, подавляют развитие апоптоза, прекондиционирование редуцирует аккумуляцию нейтрофилов и апоптоз в миокарде, подавление апоптоза соответствует увеличению экспрессии bcl-2 и связывающей активности NF-B в кардиомиоцитах при прекондиционировании.

Процессы прекондиционирования и гибернации могут быть рассмотрены, по мнению G.D.Dispersyn и M.Borgers, в качестве «запрограммированного клеточного выживания» в противовес апоптозу как запрограммированной клеточной гибели. Известно, что апоптоз развивается в клетках, несущих, как правило, нерепарабельные повреждения биомакромолекул. Таким образом, сохранение в популяции таких клеток может спровоцировать отсроченные изменения функционирования ткани, например, нарушения электрофизиологических или контрактильных характеристик кардиомиоцитов. С другой стороны, признанным является факт существования баланса между развитием апоптоза и некроза в клетке, поддерживаемого степенью сохранности функций митохондрий. В более общем смысле, апоптоз развивается в клетках при сохранении уровня АТФ, достаточного для обеспечения работы ферментов-эффекторов апоптоза, а также при умеренном окислительном стрессе, не приводящем к инактивации каспаз, а напротив, их активирующем.

В отличие от некроза, при апоптозе происходят сложные скоординированные процессы постепенного нарушения функционирования митохондрий. На первом этапе апоптоза митохондрии высвобождают апоптотические факторы через внешнюю мембрану и рассеивают электрохимический градиент внутренней мембраны. Изменение проницаемости митохондриальной мембраны обеспечивается динамическим мультипротеиновым комплексом, сформированным в участке контакта между внутренней и наружной митохондриальными мембранами (mitochondrialpermeabilitytransition, MPT). На втором этапе апоптоза последствия дисфункции митохондрий (падение внутреннего митохондриального трансмембранного потенциала, разобщение дыхательной цепи, гиперпродукция супероксид-анион радикалов, нарушение митохондриального биогенеза, высвобождение из матрикса кальция и глутатиона, растворимых протеинов) являются причиной активации специфических апоптотических протеаз митохондриальными протеинами  цитохромом с, апоптоз-индуцирующим фактором (АИФ) с вторичной активацией эндонуклеаз.

Открытие MPT-комплекса происходит и при некрозе, и при апоптозе, однако развитию некроза предшествует биоэнергетическая и окислительно-восстановительная катастрофа в клетке, тогда как ключевым моментом в патогенезе апоптоза является активация катаболических ферментов (каспаз и нуклеаз). Кроме того, считается, что значительная активация MPT в сочетании с истощением уровня АТФ в клетках ответственная за развитие некроза, тогда как транзиторное открытие MPT-комплекса на фоне сохраненного уровня АТФ характерно для апоптоза.

Существуют экспериментальные доказательства ингибирования MPT в кардиомиоцитах и блокирование аккумуляции кальция в митохондриях при развитии прекондиционирования, что, в свою очередь, имеет результатом торможение апоптоза. Агонисты АТФ-регулируемых калиевых каналов митохондрий предотвращают активацию MPT и выход цитохрома с из митохондрий в цитоплазму, что лежит в основе их эффекта в качестве индукторов прекондиционирования и ингибиторов апоптоза в сердце в период ишемии и реперфузии.

В период реперфузионного повреждения кардиомиоцитов отставание по времени процесса нормализации внутриклеточной концентрации кальция вызывает нарушение сократительной функции миокарда на фоне восстановления запаса АТФ, необходимого для сокращения миофибрилл, и хрупкости цитоскелета, поврежденного активными формами кислорода. Установлено, что так называемые «кальциевые волны», спонтанно возникающие в кардиомиоцитах, распространяются в соседние клетки за счет механизма «щелевых контактов» (gap junctions).

Щелевые контакты сформированы между мембранами прилегающих клеток за счет двух каналов-коннексонов, каждый из которых образован шестью трансмембранными мономерными белками-коннексинами. Продемонстрирована экспрессия четырех различных коннексинов в миокарде млекопитающих – Cx43, Cx40, Cx45, Cx37, причем в желудочках преобладают Cx43, а в предсердиях и в проводящей системе – Cx40. Открытие и закрытие коннексонов регулируется, в основном, фосфорилированием протеинкиназами, активируемыми при стимуляции клеточных рецепторов, а также снижением внутриклеточной концентрации АТФ, рН, увеличение концентрации кальция в цитоплазме. В период ишемии в миокарде наблюдает электрическое разобщение кардиомиоцитов за счет сокращения функциональной активности коннексонов, клинически проявляющееся электрической нестабильностью и аритмиями. В периоде реперфузии возникает обратная ситуация, характеризуемая распространением повреждения между клетками и увеличением количества кардиомиоцитов с сократительной дисфункцией или с инициированной клеточной гибелью по механизму некроза и апоптоза.

Распространение “кальциевой волны”, как правило обусловлено не столько прямым переходом ионов кальция из клетки в клетку, сколько переносом в соседние клетки вторичных посредников, высвобождающих кальций из внутриклеточных кальциевых депо, например, инозитолфосфатов и циклической АДФ-рибозы (цАДФР). Роль последней весьма вероятна с учетом данных об участии коннексинов в транспорте НАД в клетки, а также результатов исследований, свидетельствующих о роли цАДФР в регуляции сокретительной функции миокарда, в том числе на фоне адренергической стимуляции.

Экспериментально показано, что использование соединений, редуцирующих активность коннексинов (гептанол), сокращаетстепень повреждения кардиомиоцитов и обеспечивает лучшее восстановление функциональной активности миокарда после ишемии и реперфузии.

Помимо кальций-зависимых механизмов, важный вклад в реализацию программ апоптоза и прекондиционирования вносят изменения калиевого ионного гомеостаза, регулируемого активностью АТФ-зависимых калиевых каналов клеток.

АТФ-регулируемые калиевые каналы в кардиомиоцитах локализованы в саркоплазматическом ретикулуме и в митохондриях. В сарколемме они представляют собой октамеры, состоящие из 4 субъединиц семейства белков Kir6, сопряженных с четырьмя рецепторами сульфонилмочевины. При нормальном уровне внутриклеточного АТФ эти каналы инактивированы, тогда как снижение концентрации АТФ вызывает их открытие. Активация некоторых изоформ PKC вызывает изменение чувствительности этих каналов к АТФ. Помимо фармакологических препаратов, открывающих эти каналы (диазоксид, кромакалин, пинацидил, никорандил), аденозин, изменение внутриклеточного рН и уровня лактата регулируют проницаемость каналов для калия. Открытие этих каналов вызывает реполяризующий калиевый ток, приводящий к сокращению продолжительности потенциала действия и снижению входа кальция в кардиомиоциты.

Функционирование аналогичных каналов, локализованных во внутренней мембране митохондрий, обеспечивает транспорт калия через эту мембрану. Вероятно, именно эти каналы участвуют в регуляции объема митохондрий и поддержании мембранного потенциала. Было высказано предположение о ключевой роли митохондриальных АТФ-регулируемых калиевых каналов в обеспечении связи между метаболическим статусом клетки и сократительной функцией. Интересным свойством митохондриальных каналов является высокая чувствительность к диазоксиду, превышающая чувствительность сарколеммных каналов в 2000 раз: применение этого препарата в концентрациях, не влияющих на активность каналов саркоплазматического ретикулума, оказывает выраженный протективный эффект в отношении острой ишемии.

Открытие митохондриальных каналов вызывает рассеяние электрохимического градиента митохондриальной мембраны, что компенсаторно приводит к увеличению транспорта электронов в дыхательной цепи, изменению редокс-статуса митохондрий. В экспериментах на изолированных митохондриях было показано, что открытие этих каналов имеет результатом деполяризацию митохондриальной мембраны, снижение продукции АТФ, высвобождение кальция и набухание митохондрий, высвобождение цитохрома с в цитоплазму. Эти события характеризуют и развитие апоптоза, что оставляет открытым вопрос об индукции прекондиционирования и модуляции апоптоза фармакологическими препаратами, открывающими АТФ-зависимые калиевые каналы. В чем же тогда может заключаться протективное действие этих веществ? Существуют несколько попыток объяснения: диссипация митохондриального потенциала снижает вход кальция в митохондрии, что не приводит к их «перегрузке» и нарушению функциональной активности митохондриальных ферментов; это же событие потенцирует ингибирование F0F1-АТФазы, сохраняя таким образом АТФ в клетке.

Клиническое значение понимания молекулярных механизмов прекондиционирования заключается в возможности проведения фармакологической коррекции, потенцирующей, но не блокирующей развитие этого феномена. Так, отрицательным эффектом в отношении формирования прекондиционирования обладают производные сульфонилмочевины, применяемые при лечении сахарного диабета, антагонисты аденозиновых рецепторов (метилксантины). С другой стороны, достижению прекондиционирования способствуют препараты, открывающие АТФ-регулируемые калиевые каналы, аденозин, модуляторы функционирования митохондрий. Вместе с тем, в кардиологической и кардиохирургической практике применение этих препаратов может быть не всегда оправданно, коль скоро было продемонстрирование нивелирование эффектов прекондиционирования у больных нестабильной стенокардией, получавших препараты аденозина. Такие данные были интерпретированы с точки зрения предшествующего фармакологическому вмешательству механизма индукции и реализации феномена прекондиционирования (эпизоды острой ишемии миокарда), что, вероятно, лимитирует терапевтический потенциал указанных средств.




перейти в каталог файлов


связь с админом