Патофизиологические механизмы формирования эндотелиальной дисфункции в условиях хронического стресса

Полный текст

Введение. Эндотелий сосудов является высокоселективным барьером и метаболически активным органом, играющим важную роль в поддержке сосудистого гомеостаза, сохранении равновесия между вазодилатацией и вазоконстрикцией. Вазодилатирующая функция в основном опосредована оксидом азота (NO), который также обладает способностью подавлять сосудистое воспаление, оказывать воздействие на реакционную способность тромбоцитов и лейкоцитов, регулирует пролиферативную активность мышечных элементов сосудистой стенки [17]. Отклонение в выработке или снижение биодоступности NO эндотелиального производства расценивается как эндотелиальная дисфункция (ЭД). Нарушение функции эндотелия выступает одним из решающих факторов в развитии и исходах сердечнососудистых заболеваний [13].

Острый стресс представляет собой адаптационную реакцию организма на изменения окружающей среды, целью которой является поддержание устойчивости гомеостатических систем, направленных на выживание организма. В противоположность этому хроническое действие стрессоров сопровождается стойкой активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси с избыточной продукцией гормонов стресса, в частности кортизола, что оказывает негативное влияние на различные органы и системы и приводит к развитию различных болезненных состояний у уязвимых лиц [9].
M. Hamer et al. [7] указывают на взаимосвязь между хроническим психологическим стрессом и повышенным риском преждевременной смертности от сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний, при этом важная роль в этих процессах отводится ЭД [12].

Цель исследования. Изучение патофизиологических механизмов формирования ЭД в условиях хронического стресса (ХС).

Материалы и методы. В качестве объекта, подверженного воздействию ХС, обследовали 160 машинистов магистральных локомотивов (ММЛ), которые составили основную группу исследования (ОГ). Подверженность воздействию факторов стресса оценивали с использованием шкалы психологического стресса PSM-25. В исследование включали ММЛ с показателями психологической напряженности выше среднего (больше 100 баллов). В зависимости от возраста и стажа работы сформировали 5 групп ММЛ.

Стаж работы выступал в качестве меры длительности действия стресса. 1-я группа 30 машинистов после окончания техникума, возраст 19,32±0,91 лет (стаж работы до 1 года); 2-я группа – 39 человек, возраст 27,28±1,28 лет (стаж работы 5–7 лет); 3-я группа – 31 человек, возраст 37,32±1,08 лет (стаж работы 14–17 лет); 4-я группа – 30 машинистов, возраст 46,97±1,07 лет (стаж работы 21–24 года) и 5-я группа – 30 ММЛ, возраст 56,5±1,05 лет (стаж работы 30–34 года). В качестве контроля обследовали 100 практически здоровых мужчин – добровольцев, составивших контрольную группу (КГ), с низкими показателями психологической напряженности (менее 100 баллов). КГ была также распределена на 5 групп, идентичных по возрастным параметрам ММЛ: 1-я группа – 20 человек, возраст 19,62±0,87 лет; 2-я группа – 20 человек, возраст 26,42±0,78 лет; 3-я группа – 20 мужчин, возраст 34,52±1,19 лет; 4-я группа – 20 человек, возраст 45,09±1,05 лет и 5-я группа – 20 добровольцев, возраст 55,34±1,10 лет.
Для определения активности центральных стрессорных систем исследовали уровень в крови адренокортикотропного гормона (АКТГ). Функциональное состояние периферического отдела стрессорной системы изучали по содержанию кортизола (Кр) и кортикостерона (Кс). Для этого использовали иммуноферментный анализ и наборы фирм «DSL», Соединенные Штаты Америки (США) и «ELISA», Федеративная Республика Германия (ФРГ). Содержание эндотелина-1 (ЭТ-1) и ангиотензина-II (АТ-II) в сыворотке крови определяли также, используя иммуноферментный анализ и наборы фирмы «DSL» (США). Концентрацию норадреналина (НА) в плазме крови определяли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Для объективизации реакции стрессорных систем (СС) на действие факторов ХС определяли содержание гормонов стресса центрального и периферического звеньев. Из гормонов центрального отдела СС изучали продукцию АКТГ, из гормонов периферического звена определяли уровни Кр, Кс и НА. Содержание высокочувствительного С-реактивного белка (hcСРБ) определяли на биохимическом анализаторе «Human» (Германия) с использованием диагностикумов Human (ФРГ). Продукцию NO эндотелием оценивали по уровню его стабильного метаболита нитрит-аниона NO2– с применением реактива Грисса. Показатели биохимической реакции регистрировали на спектрофотометре «Specord 200» при длине волны 546 нм. Антиоксидантную активность плазмы (АОАП) исследовали фотометрически после инкубирования плазмы с субстратом окисления. Для определения диеновых конъюгатов (ДК) в крови применяли экстрагирующую смесь с последующей фотометрией. Замеры производили на спектрофотометре «Specord 200».
Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета прикладных программ «Statistica-7.0» компании «StatSoft». Для оценки межгрупповой разницы применяли непараметрические методы статистики: для двух независимых групп использовали критерий Манна – Уитни, для нескольких независимых групп критерий Фридмана Anova и Кендал. Разница считалась значимой, если уровень погрешности не превышал 5% (р<0,05). Результаты представлены в виде средней (M) и 95% доверительного интервала (ДИ).

Результаты и их обсуждение. Установлено, что у обследуемых ОГ в первые годы действия стрессоров отмечается статистически значимый рост продукции гормонов центрального и периферического звеньев

СС в сравнении с КГ (табл. 1). Через 5–7 лет работы в условиях ХС уровни АКТГ, Кр и Кс во 2-й ОГ заметно снизились и приблизились к значениям 2-й КГ. В последующем (спустя 10–12 лет от начала действия факторов ХС) в 3–5-й ОГ и КГ наблюдалась повторная активация СС со статистически значимым ростом содержания гормонов стресса, которая удерживалась до окончания исследования. При оценке продукции катехоламинов обнаружены низкие уровни НА в 1-й ОГ (р<0,05) и 2-й ОГ (р<0,001).

 

Таблица 1

Содержание АКТГ, Кр, Кс и НА в исследуемых группах, абс. (95% ДИ)

Показатель	Группа
Показатель	1-я	2-я	3-я	4-я	5-я
АКТГ, пмоль/л	ОГ	41,2* (27,2–55,3)	25,3 (17,4–33,1)	53,5* (34,9–74,9)	47,9* (29,6–68,9)	59,7* (25,9–93,9)
АКТГ, пмоль/л	КГ	26,6 (22,5–30,6)	26,4 (22,2–30,7)	26,4 (22–30,7)	29,3 (24,9–33,7)	27,4 (23,6–31,1)
Кр, нмоль/л	ОГ	433,3* (350,6–516)	355,4 (315,5–395,3)	431,7* (400,4–470,2)	474,6* (395,2–557,3)	434,9* (367–502,8)
Кр, нмоль/л	КГ	343,0 (313,2–372,8)	362,3 (328,9–395,7)	363,1 (327,4–398,8)	334,7 (304–365,3)	357,5 (336,9–378,1)
Кс, нмоль/л	ОГ	17,0* (14,5–19,6)	14,8 (12,9–16,8)	18,4* (15,8–21,1)	20,4* (17,0–24,5)	21,3* (17,1–25,5)
Кс, нмоль/л	КГ	13,4 (11,7–15)	15,5 (12,7–18,3)	14,1 (12,6–15,6)	14,6 (13,4–15,8)	14,6 (12,5–16,4)
НА, пг/мл	ОГ	99,4* (79,2–119,7)	79,2*** (68,2–90,3)	99,9 (80,6–119,3)	103,2 (65,7–140,7)	114,2 (87,4 140,9)
НА, пг/мл	КГ	121,9 (109,8–133,9)	112,9 (100,4–125,5)	107,6 (95,6–119,6)	112,4 (96,9–127,8)	110,6 (98,7–122,5)

Примечание: * – р<0,05; ** – р<0,01; *** – р<0,001 в сравнении с соответствующей группой контроля.

Полагаем, что избыточная психоэмоциональная нагрузка в период производственной деятельности (действие стрессоров), которая сопровождается активацией центральных и периферических структур симпатико-адреналовой системы, приводит к некоторому дефициту катехоламинов во время отдыха машинистов.
Первые признаки избыточной нагрузки на эндотелий сосудов прослеживаются уже в начале профессиональной деятельности. Как известно, обладая собственными альфаи бета-рецепторами эндотелий реагирует на изменения концентрации катехоламинов в крови развитием вазоспазма [16]. Учитывая, что и глюкокортикоиды, в частности Кс, могут усиливать степень сужения сосудов за счет прямого действия на киназо-зависимые рецепторы сигнализации гладких мышц сосудов [10], по-видимому, для компенсации возникающих вазоконстрикторных эффектов катехоламинов и Кс эндотелий усиливает синтез NO2–. T. Bruder-Nascimento et al. [3] в эксперименте на крысах показали, что при действии ХС в качестве реакции адаптации увеличивается синтез NO2– в ответ на формирующуюся артериальную гипертензию. В подтверждение этого наблюдали в 1-й и 2-й ОГ статистически значимый рост содержания NO (р<0,01 и р<0,001 соответственно), таблица 2.

 

Таблица 2

Содержание NO2–, ЭТ-1, ДК и АОАП в исследуемых группах, абс. (95%)

Показатель	Группа
Показатель	1-я	2-я	3-я	4-я	5-я
2– NO , мкмоль/л	ОГ	7,73** (6,81–8,64)	8,22*** (7,74–8,70)	7,61 (6,47–8,76)	5,54 (4,98–6,10)	3,31*** (2,78–3,84)
2– NO , мкмоль/л	КГ	5,60 (5,59–5,62)	5,90 (5,83–5,97)	6,24 (6,17–6,31)	5,78 (5,64–5,92)	5,81 (5,44–6,18)
ЭТ-1, пг/мл	ОГ	7,76 (6,63–8,9)	8,46 (6,85–10,1)	12,89** (7,19–18,61)	21,24** (17,31–25,17)	33,73** (18,89–48,57)
ЭТ-1, пг/мл	КГ	6,29 (5,87–6,73)	6,74 (6,24–7,25)	6,81 (6,01–7,61)	6,61 (6,12–7,09)	6,66 (5,98–7,35)
ДК	ОГ	2,29*** (2,23–2,34)	3,47*** (3,31–3,62)	3,88*** (3,57–4,18)	3,88*** (3,69–4,08)	4,37*** (4,23–4,52)
ДК	КГ	1,81 (1,69–1,92)	1,88 (1,78–1,98)	1,79 (1,71–1,88)	1,80 (1,75–1,85)	1,75 (1,65–1,85)
АОАП	ОГ	52,72* (51,31–54,12)	42,92** (40,57–45,27)	42,23*** (38,51–45,94)	41,74*** (39,49–43,99)	33,10*** (31,70–34,50)
АОАП	КГ	50,15 (49,18–51,12)	50,61 (49,71–51,50)	50,78 (50,03–51,52)	50,83 (49,97–51,69)	50,92 (49,95–51,89)

Примечание: * – р<0,05; ** – р<0,01; *** – р<0,001 в сравнении с соответствующей группой контроля.

Свидетельством наметившихся процессов нарушения функции эндотелия в ответ на действие ХС служит и постепенный рост содержания ЭТ-1 у машинистов: в начале исследования он не носил статистически значимого характера, однако в 1-й ОГ прирост составил 23,4%, во 2-й ОГ – 25,5% в сравнении с 1-й и 2-й КГ. Одним из стимулов образования ЭТ-1 эндотелиоцитами выступает и Кр [1].
К категории факторов, индуцирующих процессы ЭД в проводимом исследовании, следует отнести и признаки формирующегося оксидативного стресса. Об этом можно судить по высокому содержанию промежуточного продукта перекисного окисления липидов – ДК в 1-й ОГ (р<0,001). Как компенсаторный механизм наблюдалось достоверное (р<0,05) повышение АОАП. Рост активности процессов окислительного стресса продолжился и во 2-й ОГ, в которой содержание ДК превышало показатели 2-й КГ в 1,9 раза (р<0,001). Во 2-й ОГ отмечены первые признаки формирования несостоятельности антиоксидантной защиты (статистически значимое снижение АОАП у ММЛ в сравнении с КГ, р<0,05).
Важное значение в формировании ЭД отводится процессам воспаления [15]. В начальный период действия факторов ХС прослеживалась намечающаяся тенденция к росту показателей hsСРБ во 2-й ОГ (р<0,05). И, хотя значения hsСРБ на обсуждаемом этапе действия ХС не столь значительны, указанную тенденцию следует учитывать в связи с другими факторами, провоцирующими развитие ЭД (табл. 3).

 

Таблица 3

Содержание hsСРБ, АТ-II в исследуемых группах, абс. (95% ДИ)

Показатель	Группа
Показатель	1-я	2-я	3-я	4-я	5-я
hsСРБ, мг/л	ОГ	0,61 (0,51–0,72)	0,82* (0,67–0,98)	2,02*** (1,24–2,79)	2,13*** (1,33–2,93)	2,49*** (1,51–3,48)
hsСРБ, мг/л	КГ	0,72 (0,25–1,20)	0,67 (0,48–0,86)	0,71 (0,49–0,95)	0,66 (0,50–0,81)	0,79 (0,59–0,99)
АТ-II, пг/мл	ОГ	13,90 (10,60–17,19)	12,93 (10,57–15,29)	15,87 (12,61–19,14)	27,48* (17,73–37,22)	30,59*** (25,95–35,24)
АТ-II, пг/мл	КГ	14,06 (13,62–14,49)	14,09 (13,76–14,41)	13,46 (13,13–13,78)	14,22 (13,84–14,61)	13,76 (13,33–14,19)

Примечание: * – р<0,05; ** – р<0,01; *** – р<0,001 в сравнении с соответствующей группой контроля.

В период повторной активации СС (см. табл. 1) признаки ухудшения функции эндотелия сосудов усугубились. Так, начиная с 3-й ОГ отмечается снижение уровней стабильного метаболита оксида азота (NO2¯), которое продолжается в 4-й и 5-й ОГ (см. табл. 2). Снижение достигает статистически значимых значений в 5-й ОГ и в 1,8 раза ниже показателей в аналогичной КГ (р<0,001). На фоне падения уровней NO2¯ имела место направленность к усилению вазоконстрикторных влияний: в 3-й ОГ значения ЭТ-1 превышали показатели контроля в 1,9 раза (р<0,001). В 4-й и 5-й ОГ продолжился рост содержания ЭТ-1, который превысил его уровни в соответствующих КГ более чем в 5 раз (р<0,001).
Усугубление явлений оксидативного стресса нашло отражение в росте значений ДК, которые в 3-й и 4-й ОГ превосходили его показатели в КГ в 2,2 раза (р<0,01), а в 5-й ОГ разница превысила 2,5 раза (р<0,01). На фоне активизации процессов оксидативного стресса обозначается прогрессирующая несостоятельность антиоксидативных систем: АОАП оказалась сниженной в 3-й и 4-й ОГ в 1,2 раза (р<0,01), в 5-й ОГ различия продолжили рост и были в 1,5 раза ниже в сравнении с аналогичными КГ (р<0,01).
Что касается признаков воспаления, то наметившаяся во 2-й ОГ склонность к увеличению содержания hsСРБ продолжилась и в дальнейшем (см. табл. 3). В 3-й ОГ значения были выше показателей в 3-й КГ в 2,8 раза (р<0,001), в 5-й ОГ эта разница уже составила 3,2 раза (р<0,001).
Таким образом, действие ХС сопровождается существенным снижением биодоступности NO на фоне усиливающихся вазоконстрикторных эффектов ЭТ-1, что в полной мере можно охарактеризовать как ЭД. Полученные свидетельства дисбаланса в производстве вазорегуляторов протекают на фоне, а точнее, в определенной степени являются следствием нарастающих процессов оксидативного стресса и воспаления.
Негативное влияние на функцию эндотелия сосудов оказывает избыточное образование АТ-II, способного активировать процессы оксидативного стресса и воспаления [11]. В первые годы действия факторов стресса его содержание в ОГ и КГ было близким. Первые свидетельства повышения уровней АТ-II получены в 3-й ОГ: они статистически незначимы, однако выше показателей 3-й КГ в 1,2 раза (р>0,05). Отмеченная тенденция продолжилась в 4-й ОГ и приняла статистически значимый характер. В этой группе концентрация АТ-II превысила значения КГ в 1,9 раза (р<0,05). В 5-й ОГ содержание АТ-II превосходило показатели 5-й КГ уже в 2,2 раза (р<0,001).
Описанные выше процессы, сопровождающие действие факторов ХС, не носят разрозненный характер, а взаимодействуя между собой формируют механизмы патогенеза ЭД, присущие ХС. Патофизиология ЭД при действии ХС представляется следующим образом. Хроническое влияние факторов стресса приводит к длительной и стойкой активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС) и симпатико-адреналовой системы (САС), что сопровождается стойким повышением уровней катехоламинов (КА) и глюкокортикоидов (ГК) в крови (см. табл. 1). Катехоламины, действуя на собственные альфаи бета-рецепторы эндотелиоцитов [16], а также ГК, по известным механизмам, способны вызывать сокращение гладкомышечных волокон сосудов [10] и совместно приводят к повышению тонуса средних и мелких артерий. Формирующийся вазоспазм сопровождается стимуляцией расположенных на поверхности клеток эндотелия ацетилхолиновых и брадикининовых рецепторов, что вызывает индукцию ферментов, катализирующих образование NO, в частности эндотелиальную синтетазу оксида азота (еNOS). В свою очередь еNOS активирует усиленное образование NO [3], что подтверждено в нашем исследовании.
Повышенная продукция NO, помимо противодействия вазоспазму, запускает ряд процессов. Одним из них является стимуляция производства ЭТ-1, рост которого наблюдался нами параллельно с увеличением значений NO. Усиленному синтезу эндотелина способствуют и высокие уровни глюкокортикоидов [1]. ЭТ-1, как известно, за счет воздействия на потенциалзависимые кальциевые каналы гладкомышечных клеток сосудов способствует накоплению кальция внутри миоцитов, что в свою очередь вызывает усиление вазоконстрикции [4]. Кроме того, избыточное количество NO обладает способностью вступать в реакцию с кислородом с образованием пероксинитрита (ONOO), который входит в группу реактивных форм кислорода (ROS), что является одним из моментов запуска окислительного стресса [6]. Этому способствует и суперэкспрессия ЭТ-1, который посредством активации никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) оксидазы стимулирует производство ROS, усиливая течение окислительного стресса [2].
Активация механизмов окислительного стресса, связанная с накоплением ROS, протекающая на фоне недостаточности антиоксидантных систем, запускает процессы сосудистого воспаления [8], что подтверждено увеличением значений маркера сосудистого воспаления hsСРБ. В свою очередь, hsСРБ, фактор некроза опухолей-альфа (ФНО-α) через воздействие на НАДФ оксидазу полиморфноядерных лимфоцитов стимулирует синтез дополнительных ROS, что поддерживает течение окислительного стресса и истощает запасы антиоксидантных систем [18]. Воспалительные изменения в сосудистой стенке индуцируют образование индуцибельной NOS, которая в свою очередь посредством активации асимметричного диметиларгинина (ADMA) ингибирует активность eNOS, что приводит к снижению образования NO и снижению вазодилататорных эффектов [14]. Снижению биодоступности NO способствует и ЭТ-1, который через процессы фосфорилирования влияет на перераспределение eNOS из плазматических мембран в митохондриях [15]. Снижение секреции NO, происходящее на фоне роста содержания ЭТ-1 и активности окислительного стресса, вызывает усиление синтеза АТ-II. В свою очередь, стимуляция рецепторов ЭТ-1 способствует увеличению продукции ROS, которые совместно с АТ-II через активацию путей фосфорилирования усиливают процессы сосудистого воспаления [5] (рис.).

 

Рис. Схема патогенеза ЭД при действии ХС: ВС – вазоспазм; ОС – окислительный стресс; ВР – воспалительные реакции. Остальные обозначения в тексте

 

Заключение. Длительное действие факторов ХС сопровождается активацией центральных и периферических звеньев стрессорных систем. Для начального этапа действия ХС, длительность которого составляет 5–7 лет, характерна высокая концентрация в крови гормонов стресса (катехоламинов, глюкокортикоидов). Он сменяется периодом резистентности к действию стрессоров со стабилизацией производства стрессорных гормонов. Через 12–15 лет от начала действия ХС вновь происходит активация различных звеньев стрессорных систем, которая сохраняется длительное время.

Действие факторов ХС приводит к формированию различных негативных изменений в функционировании эндотелия сосудов: дисбаланса в продукции эндотелиальных вазорегуляторов (NO, ЭТ-1), развитию окислительного стресса и сосудистого воспаления, индукции производства АТ-II. Указанные процессы, взаимодействуя между собой, формируют патофизиологические механизмы эндотелиальной дисфункции.
Учитывая высокую распространенность в обществе факторов психоэмоционального напряжения, необходимо принимать во внимание патофизиологические механизмы формирования ЭД при действии ХС в разработке и планировании профилактических и лечебных мероприятий, разработке новых лекарственных препаратов.

Об авторах

И. С. Луцкий

Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

Автор, ответственный за переписку.
Email: lutsky.ig@rambler.ru
Россия, г. Донецк

Л. В. Лютикова

Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

Email: lutsky.ig@rambler.ru
Россия, г. Донецк

Е. И. Луцкий

Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

Email: lutsky.ig@rambler.ru
Россия, г. Донецк

Список литературы

Дополнительные файлы