From the S.P. Botkin’s idea of “preexposure” to preconditioning phenomenon. Perspectives for use of phenomena of ischemic and pharmacological preconditioning

Full Text

Защитные эффекты организма при воздействии различных повреждающих факторов изучаются давно. Идею позитивного «предвоздействия» малых доз и интенсивностей повреждающих факторов отстаивал С.П. Боткин [7]. В середине и второй половине XIX в. эти взгляды были новаторскими, поскольку отсутствовала теория защитного свойства потенциально повреждающих стимулов малой интенсивности, по сути, тренировки. В то же время имелось большое число наблюдений подобного характера. Нередко выявляли клинические особенности, приобретаемые больным при совместном течении двух инфекционных форм, например сыпного и возвратного тифа, тифа и оспы [1]. Проблемы межпатогенного антагонизма в условиях инфекционной коморбидности обсуждались на заседаниях Общества русских врачей в Петербурге под председательством С.П. Боткина. В фармакотерапии XIX в. широко применяли в малых дозах органотоксичные вещества в качестве лекарственных средств: дигиталис, адонис, мышьяк, хинин, ртуть, серу и др. [17]. Принцип использования малых доз таких средств лежит в основе позитивного «предвоздействия», по С.П. Боткину, и являлся лишь эмпирической идеей терапии. Фундаментальное изучение феномена «предвоздействия» началось спустя столетие после С.П. Боткина и в настоящее время расценивается как неспецифический механизм защиты. В последние десятилетия интенсивно исследуются молекулярно-клеточные аспекты толерантности органов и тканей к умеренному и кратковременному гипоксическому и ишемическому воздействию. Известно, что различные виды кратковременного гипоксического воздействия (гипоксическая, циркуляторная, гемическая и тканевая гипоксия) оказывают нейропротекторный эффект в ранние сроки глобальной гипоксии и ишемии. При этом механизмы гипоксического и ишемического прекондиционирования сходны [18]. Показано, что кратковременная окклюзия и реперфузия коронарной артерии способны значительно уменьшать зону инфаркта миокарда после периода длительной ишемии, а в постишемическом периоде улучшать восстановление функции сердца и предупреждать возникновение аритмии и сосудистой дисфункции. Считается, что впервые ишемическая толерантность была показана для миокарда. R. Lange et al. в 1984 г. в экспериментах на животных установили, что после повторных коротких эпизодов ишемии уровень АТФ в тканях миокарда снижается в меньшей степени, чем в случае однократного эпизода ишемии [68]. Позднее C. Murry et al. (1986) описали преимущества эпизодов преходящей ишемии миокарда продолжительностью 5 мин, заключающиеся в уменьшении размера инфаркта на 25 % при последующей окклюзии на 40 мин коронарной артерии сердца собаки [77]. Показано, что предварительное кратковременное раздувание баллона перед проведением коронарной баллонной ангиопластики не приводит к увеличению уровня коллатеральной перфузии по данным фотонно-эмиссионной компьютерной томографии, однако по результатам электрокардиографии способствует менее выраженной ишемии, связанной с оперативным вмешательством. Наличие стенокардии в анамнезе у пациентов с инфарктом миокарда предопределяет меньшие размеры инфаркта, а осложнения в виде застойной сердечной недостаточности и кардиогенного шока у таких пациентов развиваются в 7 раз меньше [98]. Получены данные о противоаритмическом эффекте кратковременной ишемии, предшествующей окклюзии коронарных артерий во время аортокоронарного шунтирования. В частности, у пациентов, которым за 3 мин до аортокоронарного шунтирования ненадолго пережимали аорту, частота развития желудочковых тахикардий во время вмешательства и на протяжении первых суток после него была меньше, чем в контрольной группе [116]. Позднее этот феномен был многократно подтвержден в опытах in vivo и in vitro на животных разных видов, а также в клинических исследованиях и получил название ишемического прекондиционирования (ИП). Под ИП понимают преходящие благоприятные изменения в органах и тканях, которые вызываются активацией быстрых эндогенных адаптивных процессов в них во время кратковременного периода сублетальной ишемии и реперфузии и которые их защищают во время последующих ишемических эпизодов [65]. Различают раннее и позднее ИП (второе окно защиты). Первое относится к классическому виду и вызывается короткими ишемическими эпизодами (3-5 мин) и такими же интервалами реперфузии. Нередко одного эпизода преходящей ишемии достаточно для развития эффекта прекондиционирования [67, 76]. Повреждение тканей при этом обратимо и не сопровождается некротическими изменениями, а продолжительность защитных эффектов наблюдается в течение 2 ч [94-96]. В экспериментальной же практике для моделирования эффектов прекондиционирования требуются повторные ишемические эпизоды [78]. По наблюдениям, увеличение продолжительности реперфузии между ИП и последующей длительной ишемией до 2 ч приводит к потере защитного действия ИП [82]. В то же время появились данные о защитном действии ИП, наблюдаемом через сутки и более после прекондиционных стимулов [73]. Это явление получило название позднего прекондиционирования, основу которого составляют экспрессия генов, синтез белков теплового шока (в частности, HSР72 heat-shock proteins) и NO-синтазы. Защитные эффекты позднего прекондиционирования, по-видимому, опосредованы гиперпродукцией свободных радикалов кислорода и оксида азота во время ишемии, что подтверждается их отменой под действием скавенджеров кислородных радикалов и ингибиторов NO-синтазы [67]. Вместе с тем есть доказательства, что эндогенно образующийся оксид азота не влияет на выраженность ишемически-реперфузионно поврежденного миокарда и не является необходимым для реализации защитного эффекта раннего ИП [26, 37]. M.P. Stenzel-Poore et al. [104-106] изучали в течение 72 ч закономерности генетических изменений, инициируемых 15-минутным ишемическим прекондиционированием головного мозга животных. Показано, что при последующей 60-минутной окклюзии средней мозговой артерии объем инфаркта мозга уменьшается на 72 %, который локализуется преимущественно в стриатуме и затрагивает кору больших полушарий. При этом изменяется экспрессия генов. Уменьшается на 77 % количество регулируемых генов, отвечающих за метаболизм, клеточный транспорт и сигнальную передачу. Авторы полагают, что ишемическое прекондиционирование вызывает клеточную адаптацию, аналогичную наблюдаемой при гибернации. Следует отметить, что ИП замедляет, но не предупреждает гибель клеток при длительной ишемии. Первоначально к защитному действию ИП относили только уменьшение размеров инфаркта, впоследствии оно было распространено на восстановление в постишемическом периоде функциональной активности органов [66]. Уменьшение реперфузионных повреждений миокарда на фоне ишемического прекондиционирования еще называют посткондиционированием [83]. Гипоксическое посткондиционирование по сути является новым способом реабилитации функционального состояния органов (мозга, сердца) после тяжелых повреждающих воздействий гипоксического генеза. Работами Е.А. Рыбниковой, М.О. Самойлова и др. [34] показано, что предъявление гипоксического посткондиционирования с применением трехкратной умеренной гипобарической гипоксии животным, перенесшим тяжелую гипоксию, предотвращает дегенерацию пирамидных нейронов гиппокампа и неокортекса, оказывает анксиолитический эффект на поведение крыс, а также нормализует активность гипофизарно-адренокортикальной системы. Это направление может рассматриваться как весьма перспективное для практического использования. Феномен прекондиционирования миокарда наблюдается и в случае кратковременных ишемических эпизодов, анатомически удаленных от сердца (почки, тонкий кишечник, скелетная мускулатура и др.). Это явление получило название дистантного прекондиционирования. Пережатие бедренной артерии у крыс в течение 10 мин с последующей 30-минутной реперфузией улучшает микроциркуляцию в мышце голени при последующей критической ишемии конечности за счет стимуляции неоваскулогенеза [16]. Наложение жгута на проксимальную часть задней конечности в течение 10 мин с последующей 20-минутной реперфузией оказывает инфаркт-лимитирующее действие при последующей перевязке левой коронарной артерии [5]. В последние годы активно изучаются принципиальные отличия в путях передачи кардиопротективного сигнала от ишемизированного органа к сердцу в зависимости от функциональных и анатомических особенностей этого органа. Механизмы дистантного прекондиционирования, очевидно, в целом сходны с таковыми при локальном ишемическом прекондиционировании [5]. После первичного ишемического эпизода начинается фенотипический репрограмминг, вследствие которого включается индукция синтеза оксида азота и экспрессия индуцибельных клеточных ферментов, служащих медиаторами отсроченной кардиопротекции. Включается многоуровневая иерархическая система, представленная нейрогенным, гуморальным, внутриклеточным компонентами [24]. Практическое применение дистантного прекондиционирование также может иметь будущее, поскольку воздействие ишемическими стимулами на патологически измененный орган рискованно и неоправданно. Дистантное прекондиционирование может быть выполнено неинвазивной процедурой, например кратковременными эпизодами ишемии-реперфузии одной из периферических артерий. Полагают, что реализация эффектов ИП базируется на острой адаптации органов к ишемии и реперфузии, реализующейся за счет модуляции эффективности метаболических путей [29]. В этом прекондиционирование сходно с адаптацией организма к прерывистой гипоксии [9-12, 22, 119]. При гипоксии реализуется стереотипная неспецифическая перестройка метаболизма для поддержания гомеостаза, заключающаяся в уменьшении потребления кислорода клетками, снижении интенсивности окислительного фосфорилирования, торможении биосинтеза метаболитов пластического обмена, активации свободнорадикальных процессов [12]. Дефицит кислорода требует максимальной мобилизации и напряжения потенциальных адаптивных возможностей организма. Повышение устойчивости организма к гипоксии вносит существенный вклад в формирование его неспецифической резистентности. Тренировка организма к кислородной недостаточности как физиологический метод повышения устойчивости к ней сопровождается многогранными адаптивными изменениями на всех уровнях биологической организации. Показано, что гипобарическая гипоксия, имитирующая подъем на высоту 5000 м (10 % кислорода) по 90 мин в течение трех дней, оказывает защитное действие при ишемии и реперфузии головного мозга животных [13]. Изучение метаболических изменений в головном мозге в условиях кислородной недостаточности и при тренировке к ней является актуальной задачей, решение которой позволяет определить возможные пути защиты мозговой ткани от гипоксических повреждений и повышения ее устойчивости. Поскольку адаптивные изменения достигаются продолжительными гипоксическими тренировками, возникает необходимость разработки методов прекондиционирования с помощью краткосрочных интервальных гипобарических тренировок. Нами был разработан в эксперименте прекондиционирующий режим интервальной гипоксической гипобарической тренировки крыс и исследовано его влияние на показатели энергетического обмена, процессы перекисного окисления липидов и активность антиоксидантных систем в головном мозге высокоустойчивых и низкоустойчивых к гипоксии крыс. Опыты выполнены на 350 половозрелых белых беспородных крысах-самцах массой 160-180 г, полученных из питомника Рапполово РАМН (Ленинградская область). Животных содержали в виварии в стандартных условиях освещения и питания при свободном доступе к воде и пище. Острую гипоксическую гипобарическую гипоксию вызывали, создавая в проточной барокамере для лабораторных животных условия, имитирующие пребывание на высоте. Предварительно всех животных разделяли по устойчивости к острой гипоксии, поднимая их в барокамере на высоту 12 000 м со скоростью 50 м/с и экспозицией на высоте до возникновения агонального дыхания. Крысы, выдерживающие воздействие гипоксии менее 5 мин, считались низкоустойчивыми (НУ), более 10 мин - высокоустойчивыми (ВУ). Адаптация к гипоксической гипоксии вырабатывалась у крыс в течение трех дней интервальной тренировкой животных в проточной барокамере. Однодневный цикл тренировки состоял из шестикратного подъема крыс со скоростью 15 м/с на высоту 5000 м и экспозицией на высоте в течение 30 мин. Интервал между подъемами составлял 20 мин. В середине и конце подъема дополнительно поднимали крыс на высоту 6500 м, после чего осуществляли спуск на высоту 5000 м. При изучении эффектов гипоксического прекондиционирования контролем служили нетренированные интактные животные и перенесшие острую гипоксию средней тяжести, которую создавали подъемом крыс на высоту 8000 м со скоростью 50 м/с и экспозицией на высоте 30 мин. Метаболические изменения в головном мозге крыс с различной индивидуальной устойчивостью к гипоксии при острой гипоксии и гипоксическом прекондиционировании Острая гипоксия сопровождалась нарушениями энергетического обмена в головном мозге высокоустойчивых и низкоустойчивых крыс, что выражалось в увеличении содержания лактата на фоне снижения содержания пирувата, в уменьшении уровня макроэргических фосфатов - креатинфосфата и АТФ при увеличении содержания АДФ и АМФ, активации процессов перекисного окисления липидов и угнетении активности антиоксидантных систем. Метаболические изменения были более выражены в мозге низкоустойчивых к гипоксии животных (табл. 1). Гипоксическое прекондиционирование по сравнению с действием острой гипоксии сопровождалось менее выраженными изменениями показателей энергетического обмена в мозге. Содержание лактата в мозге высокоустойчивых крыс на 42 %, а в мозге низкоустойчивых на 23 % было меньше, чем у животных при острой гипоксии (р < 0,05). Содержание пирувата достоверно увеличивалось в мозге высокоустойчивых крыс на 43 %, низкоустойчивых - на 70 %. Изменения в содержании лактата и пирувата на фоне гипоксического прекондиционирования приводили к снижению величины их соотношения, что свидетельствует об уменьшении лактатного ацидоза в мозге животных. По сравнению с действием острой гипоксии содержание креатинфосфата достоверно возрастало в мозге высокоустойчивых крыс на 99 %, низкоустойчивых - на 185 %. Содержание АТФ в мозге крыс обеих групп на 30 % было выше, чем при действии острой гипоксии (р < 0,05). Наряду с этим снижалось содержание АДФ в мозге высокоустойчивых крыс на 10 %, а в мозге низкоустойчивых - на 18 %, а также АМФ - на 23 и 18 % соответственно (р < 0,05). Изменения адениннуклеотидного пула при гипоксическом прекондиционировании приводили к достоверному увеличению по сравнению с действием острой гипоксии величины энергетического заряда в мозге высокоустойчивых крыс на 18 %, а низкоустойчивых - на 28 % (р < 0,05). В то же время уровень энергообеспечения после прекондиционирования животных к гипоксии ниже, чем у интактных крыс. Наблюдающиеся при острой гипоксии нарушения энергетического обмена сопровождались интенсивной липопероксидацией и угнетением активности антиоксидантных систем в головном мозге высоко- и низкоустойчивых животных. В тканях головного мозга крыс обеих групп достоверно увеличивалось содержание продуктов перекисного окисления липидов - диеновых конъюгатов и малонового диальдегида на фоне снижения содержания восстановленного глутатиона, активности супероксиддисмутазы. Острая гипоксия вызывала активацию каталазы в мозге высокоустойчивых животных в два раза и снижение ее активности в мозге низкоустойчивых крыс на 54 % (табл. 2). Гипоксическое прекондиционирование по сравнению с действием острой гипоксии сопровождалось снижением в мозге высокоустойчивых крыс содержания диеновых конъюгатов на 14 %, в мозге низкоустойчивых крыс - на 16 % (р < 0,05). Содержание малонового диальдегида у высокоустойчивых крыс на 45 %, а у низкоустойчивых на 12 % было меньше, чем при действии острой гипоксии. Содержание восстановленного глутатиона достоверно увеличивалось у высокоустойчивых крыс на 45 %, у низкоустойчивых крыс - на 22 %, активность супероксиддисмутазы - на 85 и 29 % соответственно. Активность каталазы в результате гипоксического прекондиционирования достоверно снижалась в мозге высокоустойчивых крыс на 34 % и увеличивалась на 46 % в мозге низкоустойчивых животных. Таким образом, наблюдающиеся при гипоксическом прекондиционировании метаболические изменения в головном мозге крыс свидетельствуют о перестройке энергетического обмена и активности антиоксидантных систем на адекватный условиям гипоксического воздействия режим функционирования. Разработанный оптимальный режим гипоксического прекондиционирования крыс вызывает адаптивные метаболические изменения в головном мозге. В то же время, по сравнению с интактными животными, энергетический потенциал головного мозга этих крыс обеих групп был ниже, чем у интактных животных. На фоне относительной активации каталазы и супероксиддисмутазы в мозге животных содержание диеновых конъюгатов и малонового диальдегида оставалось достоверно выше, а содержание восстановленного глутатиона ниже, чем у интактных животных. Наблюдаемые изменения более выражены у низкоустойчивых особей (рис. 1). Таким образом, можно заключить, что разработанный режим гипобарического прекондиционирования формирует в тканях головного мозга высокоустойчивых и особенно низкоустойчивых к гипоксии крыс адекватный условиям воздействия метаболический ответ, заключающийся в препятствовании снижения содержания креатинфосфата, адениннуклеотидов, пирувата, супероксиддисмутазы, восстановленного глутатиона и накопления лактата, диеновых конъюгатов и малонового диальдегида. Уровень показателей энергетического обмена и активности антиоксидантных систем в мозге на фоне прекондиционирования у животных ниже, чем у интактных крыс с такой же чувствительностью к гипоксии. Универсальные закономерности биохимических ответов тканей на прекондиционное воздействие позволяют утверждать, что позитивный эффект ИП может наблюдаться не только в кардиологической практике, когда приступы стенокардии свидетельствуют о наличии у больного эпизода кратковременной ишемии миокарда. Одним из первых сообщений о существовании ишемического прекондиционирования в головном мозге была работа K. Kitagawa et al. [63]. Было показано, что ишемия мозга у песчанок малой продолжительности (2 мин), предшествующая 5-минутной окклюзии общих сонных артерий, снижает энергетический потенциал головного мозга и не сопровождается некрозом нейронов области СА1. Поскольку без предшествующей краткосрочной ишемии большинство нейронов области СА1 погибает, авторы сделали заключение о развивающейся ишемической толерантности в гиппокампе, коре больших полушарий, базальных ганглиях и таламусе вследствие краткосрочного сублетального ишемического эпизода. В неврологической практике это явление встречается при хронической ишемии головного мозга, протекающей на фоне предшествующих транзиторных ишемических атак [19-21]. Патогенез хронической ишемии головного мозга обусловлен недостаточностью мозгового кровообращения вследствие атеросклеротического или диабетического поражения стенки сосудов, артериальной гипертензии, венозного застоя, изменения реологических свойств крови, сердечной или легочной недостаточности и т. д. Часто хроническое течение ишемии мозга сочетается с эпизодами острой церебральной ишемии в виде транзиторных ишемических атак. Необходимо отметить, что возникновение очагов перенесенного инфаркта, в особенности с локализацией в белом веществе мозга, не сопровождается клиническими симптомами и выявляется лишь при проведении магнитно-резонансной томографии. Это так называемые «тихие» инсульты. Нередко, несмотря на полный быстрый регресс неврологического дефицита после транзиторной ишемической атаки, в мозге больного выявляются очаговые изменения, свидетельствующие о перенесенном инсульте. У больных с предшествовавшей транзиторной ишемической атакой, несмотря на сходные размеры и выраженность дефектов перфузии, отмечены тенденция к меньшему исходному размеру диффузионных очагов, уменьшение окончательного объема инфаркта и менее выраженный неврологический дефицит по сравнению с контрольной группой. В многоцентровом исследовании с использованием магнитно-резонансной томографии показано, что транзиторные ишемические атаки, перенесенные перед инсультом, повышают устойчивость головного мозга к гипоксии [113]. Предполагают существование у человека систем эндогенной нейропротекции головного мозга. Исходя из того что у ранее перенесших ишемические эпизоды пациентов с инфарктом мозга лучше восстанавливаются утраченные функции по сравнению с теми, у кого этих эпизодов не было, транзиторную ишемическую атаку представляют как клиническую модель толерантности мозга к ишемии [19, 41]. Обнаружена наибольшая выживаемость и повышенная толерантность к острой сердечно-сосудистой патологии (повторным инсультам и инфарктам миокарда) у больных, перенесших инсульт в каудальных отделах ствола с синдромом Валленберга - Захарченко [4]. Авторы предполагают, что при указанной локализации инфаркта мозга включаются эндогенные защитные механизмы, модулирующие протективное воздействие, т. е. наблюдается отсроченное прекондиционирование [22]. Нередко, невзирая на полный быстрый регресс неврологического дефицита после транзиторной ишемической атаки, в мозге больного выявляются очаговые изменения, свидетельствующие о перенесенном инсульте. В то же время в исследованиях S.C. Johnston [62] не выявлено связи между продолжительностью симптомов, используемых в качестве показателя тяжести ишемии, и риском наступления инвалидности от последующего инсульта у больных. Автор не обнаружил различий в частоте наступления инвалидности у пациентов с инсультами, случившимися на 1-е, 2-7-е и 7-90-е сутки после предшествующей транзиторной ишемической атаки. В настоящее время преобладает мнение, что транзиторные ишемические атаки являются прежде всего фактором риска мозгового инсульта. Упоминания об их саногенном эффекте в публикациях последних лет встречаются довольно редко [55-59]. При измерении мозгового кровотока показано, что ишемическая толерантность не сопровождается изменениями мозгового кровотока в момент прекондиционирующего эпизода и после него [38, 43]. Иными словами, устойчивость к ишемии формируется на клеточном уровне. Патогенез поражения церебральных структур при хронических сосудистых заболеваниях головного мозга в большинстве случаев однотипен и заключается в последовательном нарастании комплекса патобиохимических расстройств, обусловленных снижением уровня кислорода в артериальной крови (гипоксемией), с одной стороны, и воздействием интермедиатов недоокисленного кислорода (оксидантным стрессом) - с другой. Установлены основные механизмы, обусловливающие переход обратимых гемодинамических, клеточных и молекулярных изменений в области ишемической полутени в стойкие при формировании зоны некроза. Показано, что ведущими звеньями каскада являются глутаматная эксайтотоксичность с активацией внутриклеточных ферментов и накоплением внутриклеточного Са 2+, повышение синтеза оксида азота и оксидантного стресса, развитие локальной воспалительной реакции, повреждение гематоэнцефалического барьера и микроциркуляторные нарушения. Дисгемия вследствие системного и локального нарушения мозговой гемодинамики при хронической ишемии мозга в конечном счете приводит к серьезным метаболическим расстройствам. После коротких ишемических эпизодов и реперфузии клетки тканей способны к «запоминанию» предшествующего ишемического повреждения, определенную роль в котором играет изменение фонда адениннуклеотидов. Сохранение основного пула адениннуклеотидов необходимо для поддержания ультраструктуры, обеспечения ионного гомеостаза и возобновления окислительного фосфорилирования в ишемизированной ткани [49, 51, 103]. После коротких периодов ишемии от 2 до 5 мин восстановление фонда адениннуклеотидов происходит в течение нескольких часов, а не дней, как после более длительной (15-20 мин) ишемии, что обусловлено невысокой скоростью синтеза de novo адениннуклеотидов [97]. Следовательно, достаточно высокий уровень АТФ в прекондиционированном органе препятствует гибели клеток и способствует их лучшему энергетическому обеспечению. Короткие эпизоды ишемии и реперфузии вызывают существенные метаболические изменения. Маркерами ишемического повреждения и посредниками прекондиционирования служат белки теплового шока, супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, креатинфосфокиназа и индуцибельная NO-синтаза, уровень которых отличается от нормы даже спустя сутки после реперфузии [66, 107]. Сохранение этих изменений увеличивает толерантность тканей к последующему длительному ишемическому стрессу, обеспечивая лучшее переживание клеток в условиях сниженного обеспечения энергетическими субстратами и кислородом. Так была предложена метаболическая концепция ишемического прекондиционирования. Полагают, что энергосберегающие эффекты ИП вызваны снижением активности протонной митохондриальной F0F1 АТФазы, дефосфорилирующей основное количество АТФ при ишемии [111]. Наряду с этим снижается активность Na+, K+-АТФазы, Са 2+-АТФазы саркоплазматического ретикулума и скорость АТФ-зависимых реакций [66]. В свою очередь, сохранение содержания АТФ обеспечивает ресинтез креатинфосфата. Полезный метаболический эффект ИП проявляется в уменьшении уровня недоокисленных продуктов гликолиза пирувата, фосфоенолпирувата, фосфоглицеридов и др. [99]. В наших исследованиях ишемическое прекондиционирование создавали трехкратной окклюзией общих сонных артерий (по 5 мин) сосудистыми зажимами с интервалом реперфузии 15 мин. В 1-й серии хроническую ишемию мозга моделировали перевязкой сонных артерий через 1 ч после прекондиционирования и квалифицировали это как раннее прекондиционирование, во 2-й серии перевязку сонных артерий осуществляли через 24 ч (позднее прекондиционирование). Неврологический статус животных после окклюзии общих сонных артерий исследовали с помощью шкалы stroke-index McGraw по сумме соответствующих баллов. Для регистрации мышечного тонуса использовали тест подтягивания животных на горизонтальной перекладине, натянутой на высоте 30 см от поверхности стола [2]. Целостность физиологической реакции крыс на ишемию оценивали в тесте «открытого поля» и «приподнятого крестообразного лабиринта» с учетом ориентировочно-исследовательской эмоциональной и двигательной активности, уровня тревожности по поведенческому атласу для грызунов [24]. О когнитивных функциях судили на основании формирования и сохранения условной реакции пассивного избегания. Спустя сутки после этого теста оценивали уровень депрессии животных в тесте Порсолта или «поведенческого отчаяния» в плавательной пробе [93]. Интенсивность свободнорадикальных процессов в мозге определяли по содержанию малонового диальдегида активности супероксиддисмутазы [33]. Установлено, что функционально-метаболические изменения в головном мозге различных по устойчивости к гипоксии животных в постишемическом периоде были более значимы в случае «позднего прекондиционирования». При этом у НУ крыс нарушения неврологического статуса и поведенческих реакций, а также антиоксидантных систем были более выраженны, чем у ВУ к гипоксии крыс. В серии с ранним прекондиционированием на 3-и сутки после ишемии выживало больше животных, чем в серии с поздним прекондиционированием (табл. 3). После окклюзии общих сонных артерий на протяжении семи суток регистрировали животных как с легкой, так и с тяжелой неврологической симптоматикой. Неврологические нарушения были более выраженны в группе НУ крыс. В механизмах прекондиционирования условно можно выделить три последовательных этапа. Первый - это триггерный, заключающийся в восприятии ишемического стимула. Второй - сигнальный - состоит в передаче стимула медиаторами. Сутью третьего эффекторного этапа является воздействие на клеточные мишени, ответственные за реализацию адаптивных перестроек. Предполагают, что запуск ИП осуществляется веществами-триггерами, выделяющимися из клеток при ишемических стимулах и реперфузии (табл. 4). Таких триггеров выделяют две группы: рецептор-зависимые и независимые. К первой группе относятся опиоиды, норадреналин, аденозин, брадикинин, серотонин, ацетилхолин и др. Вторую группу составляют ионы кальция, активные формы кислорода, оксид азота и др. Следует отметить, что триггеры прекондиционирования могут быть не только эндогенными, но и экзогенными. G.S. Liu et al. [71] установили, что для активации ишемического прекондиционирования необходима стимуляция аденозинового рецептора А1 (аденозином или агонистом аденозиновых рецепторов), а использование антагониста этого рецептора блокирует запуск ишемического прекондиционирования. Так был обнаружен один из основных триггеров этого процесса - аденозин [58]. Этот нуклеозид при ишемии быстро высвобождается во внеклеточную жидкость в концентрациях, превышающих необходимые для стимулирования рецепторов аденозина. В экспериментах на животных и на изолированном сердце человека показано, что действие аденозина сходно с эффектом прекондиционирования. Однако в контролируемом исследовании у больных с коронарной болезнью сердца во время коронарной ангиопластики внутрикоронарное введение аденозина (2,4 мг/мин в течение 10 мин) за 20 мин до первого раздувания баллона не оказывает эффекта прекондиционирования, что обусловлено его неблагоприятным влиянием на коллатеральное кровообращение [32]. Описаны механизмы запуска ишемического прекондиционирования посредством брадикинина [112] и опиоидов [101]. К другим триггерам относят норадреналин, простаноиды, эндорфины, ацетилхолин, оксид азота и свободные радикалы кислорода [3, 6]. Их эффект может быть синергичным, несмотря на их действие на разные пути внутриклеточной сигнализации [66]. Активные формы кислорода митохондриального происхождения могут играть важную роль в запуске защитного эффекта при прекондиционировании, а также в механизмах внутриклеточной передачи сигнала. Под действием активных форм кислорода фосфорилируются внутриклеточные протеинкиназы: протеинкиназа С, тирозинкиназы и митоген-активируемые протеинкиназы [3, 48]. Активированные киназы способствуют открытию АТФ-зависимых К+-каналов [117]. Следует отметить, что до настоящего времени полностью механизм участия активных форм кислорода в эффектах прекондиционирования неизвестен и крайне мало научных публикаций, освещающих эту проблему [3, 114]. Из медиаторов, участвующих в проведении сигнала от триггера и инициирующих метаболические изменения, наиболее изучены АТФ-зависимые К+-каналы (Katp) и специфические изоформы протеинкиназы С [49, 61, 85-87, 96]. Эпсилон-изоформа протеинкиназы С подвергается транслокации в процессе ишемии и фосфорилирует сериновые и треониновые группы белка в ферменте или Katp, реализуя таким образом эффекты ИП [61]. В последние годы показано, что митогенактивируемые протеинкиназы (МАП-киназы) и тирозиновые киназы также вовлечены в передачу сигнала при ИП [49, 110]. Кардиопротекторные эффекты ИП у животных разных видов подтверждены также с помощью агонистов протеинкиназы С и доноров NO. Следует отметить, в клинической практике протеинкиназы С и МАП-киназы не используют вследствие их проонкогенных свойств [84]. Важную роль в опосредовании защитных эффектов ИП играют открывающиеся при снижении уровня АТФ в процессе ишемии Katp-каналы [23, 70, 79]. Эти каналы участвуют в сопряжении клеточного метаболизма с электрической активностью плазматических мембран, регулируя ток калия через них. Снижение интенсивности метаболических реакций открывает каналы, вызывая выход ионов из клетки и мембранную гиперполяризацию, что подавляет возбудимость клеток и оказывает энергосберегающее действие. Закрытие каналов при увеличении интенсивности метаболизма деполяризует мембраны и открывает потенциалзависимые СА-каналы, что приводит к высвобождению нейротрансмиттеров или гормонов [42]. Katp-каналы идентифицированы в сарколемме и в митохондриальных мембранах. Первоначально ответственными за ИП рассматривались сарколеммные каналы Katp, активация которых сокращает продолжительность потенциала действия, ингибирует поток кальция через каналы L-типа, в результате чего уменьшается внутриклеточная перегрузка кальцием в процессе ишемии [56, 59]. Позднее было установлено, что укорочение потенциала действия активацией сарколемных Katp-каналов не существенно для индуцированной противоишемической защиты миокарда, а при активации митохондриальных Katp-каналов воспроизводится эффект ИП [56, 57]. В последнее время показано, что активация Katp-каналов внутренней митохондриальной мембраны является не только необходимым, но и достаточным условием для реализации защитного эффекта гипоксического и ишемического прекондиционирования [35]. Механизм этого защитного действия остается нерешенным [80]. Вследствие стереотипии молекулярного ответа клеток на ишемическое повреждение триггеры ИП не являются специфичными для ишемии и могут вызывать ишемическую толерантность в разных органах. Кроме того, индукция толерантности в одном органе может распространяться и на другие органы. Это явление носит название дистанционного ишемического прекондиционирования, сущность которого заключается в коротком, сублетальном для клеток эпизоде ишемии одного органа, защищающем другие органы от последующего длительного и тяжелого эпизода ишемии. Разнообразие путей активации защитного феномена ишемического прекондиционирования свидетельствует об их взаимозаменяемости. При этом основным и самым коротким является аденозиновый путь. Механизмы дистанционного прекондиционирования имеют существенные особенности, связанные со спецификой органа, подвергавшегося кратковременным эпизодам ишемии и реперфузии. Известно, что прекондиционирующий эффект от анатомически удаленных от миокарда органов передается сердцу в основном гуморальным путем преимущественно в результате действия аденозина, брадикинина и опиоидных пептидов [114]. Эффект дистанционного прекондиционирования вследствие ишемии кишки устраняется экзогенными ганглиоблокаторами, капсаицином [54]. Защитный эффект, вызванный ишемией-реперфузией брюшной аорты, не устраняется ганглиоблокаторами [115], однако нельзя исключать нейрогенного влияния. Для органов с богатой сенсорной активацией большое значение имеет активация висцеральных афферентов. Выделяющиеся аденозин и брадикинин включают висцеро-висцеральный рефлекс, эфферентным звеном которого являются симпатические нервы сердца. Их активация стимулирует адренорецепторы кардиомиоцитов эндогенными катехоламинами с последующим кардиопротективным ответом. Очевидно, что активация симпатических нервов сердца может улучшать его трофику и повышать устойчивость к ишемии. Таким образом, феномен ишемического прекондиционирования определяют три ключевые составляющие: триггеры как активаторы процесса, внутриклеточный мессенджер и АТФ-зависимые калиевые каналы (Katp) как конечный эффекторный белок. Воздействием на них можно регулировать полезные эффекты ИП. Введение в кровяное русло или неишемизированные ткани таких триггеров, как аденозин, форболовый эфир, брадикинин или производных глицерина, вызывает сходное с ИП защитное действие [49, 75, 102]. Это действие получило название фармакологического прекондиционирования. Прекондиционирование фармакологическими средствами предпочтительнее воздействия кратковременных ишемических эпизодов. Применение ингибиторов АТФ-зависимых К+-каналов глибенкламида или 5-гидроксидеканоата, а также ингибиторов протеинкиназы С (полимиксина B, калфостина С или стауроспорина) отменяет позитивные эффекты прекондиционирования [82]. Поиск безопасных фармакологических средств, воспроизводящих полезные эффекты ИП, в настоящее время является новым и перспективным направлением экспериментальной фармакологии. В настоящее время в клинической практике начали использоваться фармакологические препараты, способные имитиров

About the authors

Irina V Zarubina

S. M. Kirov Military Medical Academy

Email: i.v.zarubina@inbox.ru
Dr. Sci. (Phathological Physiology and Pharmacology), Senior Scientific Researcher, Dept. of. Pharmacology

Petr D Shabanov

S. M. Kirov Military Medical Academy

Email: pdshabanov@mail.ru
Professor, Head, Dept. of Pharmacology

References