Свободнорадикальное окисление в патогенезе ишемических и стрессорных повреждений миокарда и кардиопротекторное действие антиоксидантов1

В ходе естественного процесса адаптации к коротким стрессорным воздействиям закономерно возникает активация антиоксидантных систем организма. Данные Т.Г.Сазонтовой (1986), представленные в табл. 29, свидетельствуют, что однократный дли-

Таблица 29. Активность антиоксидантных ферментов в сердечной мышце крыс (M±m) при стрессе

тельный эмоционально-болевой стресс, который, как известно, активирует свободнорадикальное окисление, приводит к некоторому снижению активности каталазы и слабой тенденции к снижению активности других антиоксидантных ферментов в сердечной мышце; адаптация к коротким эмоционально-болевым стрессорным воздействиям, напротив, приводит к увеличению активности каталазы на 38%, супероксиддисмутазы на 16% и существенно не влияет на активность глутатионпероксидазы. Соответственно тяжелый стресс у адаптированных животных не приводит к снижению активности антиоксидантных ферментов в сердечной мышце.

Этот результат согласуется с ранее приведенными данными о том, что устойчивость изолированного сокращающегося пред-

¹ Раздел написан совместно с В. В. Диденко.

181

сердия к аритмогенному действию индуктора свободнорадикального окисления липидов Н₂0₂ у адаптированных к стрессорным воздействиям и физическим нагрузкам животных существенно повышена. Они позволяют в новом свете рассматривать кардиопротекторную роль естественных антиоксидантных систем и вводимых извне антиоксидантов. Поскольку антиоксидантные системы или синтетические антиоксиданты блокируют активацию ПОЛ и защищают сердце при стрессе и ишемии [Меерсон Ф. 3., 1984], то они, очевидно, должны предупреждать или ограничивать аритмии при таких состояниях. В этом плане в дальнейшем изложении мы рассмотрим новые данные о роли ПОЛ в патогенезе стрессорных и ишемических повреждений сердца и о кардиопротекторном действии антиоксидантов.

Первые прямые данные о роли ПОЛ в патогенезе инфаркта миокарда были получены А. X. Коганом, А. М. Кудриным, С. М. Николаевым (1976), показавшими увеличение хемилюминесценции, обусловленное активацией свободнорадикальных процессов в зоне ишемии при инфаркте миокарда. Вскоре была показана роль ПОЛ в патогенезе стрессорных некоронарогенных повреждений миокарда [Меерсон Ф. 3., Каган В. Е., Прилипко Л. Л. в др., 1979].

В последние годы была выявлена роль ПОЛ в возникновении аритмий [Меерсон Ф. 3., Салтыкова В. А. и др., 1984; Woodward В., Zakaria M. N., 1985], в механизме кислородного парадокса [Guarnieri G. et al., 1980], в повреждении сердца при анемиях [Меерсон Ф. 3., Евсевьева М. Е., 1984]. Далее, появились многочисленные работы о кардиопротекторном действии естественных и синтетических антиоксидантов, предварительное введение которых, как оказалось, обладает способностью предупреждать повреждения при ишемии и стрессе и способно ограничивать зону ишемического повреждения при инфаркте миокарда [Меерсон Ф. 3., 1980; 1984; Jolly S. et al., 1984].

В итоге этих исследований роль свободнорадикального окисления в патогенезе заболеваний сердца и возможность использования антиоксидантов как кардиопротекторов привлекли широкое внимание кардиологов и по существу стали одним из важных направлений в современной кардиологии.

Детальному рассмотрению данной проблемы посвящен ряд; обзоров, суммирующих представления о роли свободных радикалов в патологии сердца и защитном действии антиоксидантов. В соответствии с имеющимися данными процессы свободнорадикального окисления постоянно протекают в миокарде. Частным проявлением свободнорадикальных процессов является ПОЛ, развивающееся в фосфолипидах мембранных структур кардиомиоцитов. Отсутствие сколько-нибудь значительного повреждения мембранных структур при этом определяется тем фактом, что клетки, обладают мощной антиоксидантной системой, которая слагается из комплекса антиоксидантных ферментов и химических антиоксидантов, т. е. витаминов Е, С, К и других соединений со свободной SH-группой (глутатион, цистеин и др.), и, наконец, дополняется так называемым структурным антиоксидантом, т. е. определенным образом детерминированной организацией липидов в биомембранах [Владимиров Ю. А., Арчаков А. И., 1972].

182

Таким образом, в основе поддержания свободнорадикального гомеостаза клеток лежит баланс между образованием и элиминацией свободных радикалов. Существенно, что устойчивость такого равновесия имеет свои границы и определяется, с одной стороны, мощностью систем антиоксидантной защиты, а с другой — интенсивностью процессов генерации радикалов. Поэтому в основе активации ПОЛ всегда лежит один из трех общих механизмов: во-первых, первичная чрезмерная генерация активных форм кислорода, превышающая физиологические возможности антиоксидантных систем клетки; такая ситуация имеет место при гипербарической оксигенации, перенасыщающей мембранные структуры кислородом и, по-видимому, объясняет также кардиотоксическое действие катехоламинов при стрессе. Во-вторых, первичное снижение мощности антиоксидантных защитных систем, наступающее, например, при авитаминозе Е, при отравлениях ферментными ядами и некоторых наследственных дефектах (акаталазия, желтуха новорожденных и др.). В-третьих, сочетание этих возможностей в случае ишемии, определяемое, с одной стороны, массивной потерей антиоксидантов, выходящих через поврежденную наружную мембрану клеток, а с другой — активной генерацией инициаторов ПОЛ.

Независимо от первичной причины, вызвавшей нарушение баланса и активацию ПОЛ, в сердечной мышце развиваются если не однотипные, то достаточно сходные повреждения клеточных структур и функции.

На основе этих общих соображений мы рассмотрим роль ПОЛ в патогенезе повреждений сердца при стрессе, ишемии, в возникновении аритмий при этих состояниях, а также возможность использования антиоксидантов для предупреждения вызываемых ПОЛ нарушений.

Стресс-реакция, как показано выше, составляет необходимое звено адаптации организма к различным факторам окружающей среды, а адренергическая мобилизация функции и метаболизма сердца — необходимый компонент этой реакции.

Однако при увеличении длительности и интенсивности стрессорных воздействий или при введении больших доз катехоламинов адаптивный эффект закономерно превращается в повреждающий. Так, после длительного — 6-часового — эмоционально-болевого стресса в сердечной мышце развивается значительная активация ПОЛ, проявляющаяся увеличением содержания гидроперекисей липидов и шиффовых оснований в миокарде в 2—3 раза [Меерсон Ф. 3., Каган В. Е., Архипенко Ю. В. и др., 1981]. Это сопровождается лабилизацией лизосом сердечной мышцы и ускоренным выходом в перфузат креатинфосфокиназы (КФК), лактатдегидрогеназы и других ферментов из миокарда изолированных сердец перенесших стресс животных [Меерсон Ф. 3., Каган В. Е., Голубева Л. Ю. и др., 1979]. Одновременно, при исследовании миокарда определяется падение активности и ускорение термоинактивации Na, К-АТФазы сарколеммы [Меерсон Ф. 3.,

183

Сазонтова Т. Г. и др., 1986], а также снижение активности Са-АТФазы и способности связывать Са²⁺ в мембранах СПР [Каган В. Е., Архипенко Ю. В. и др., 1983]. Этот первичный комплекс сдвигов надо рассматривать как результат стрессорного повреждения мембран вследствие чрезмерной активации ПОЛ, фосфолипаз и детергентного действия избытка жирных кислот и лизофосфатидов. Для оценки роли ПОЛ в этом процессе существенно, что повреждения сарколеммальной мембраны и инактивация Na, К-АТФазы, а также упомянутые повреждения саркоплазматической мембраны и инактивация Са-АТФазы закономерно воспроизводятся посредством индукции ПОЛ in vitro. Причем, изучение динамики данного процесса [Архипенко Ю. В. и др., 1983] показало, что на первом этапе при умеренной активации ПОЛ появление гидроперекисей в липидном бислое мембран может привести к увеличению активности липид-белковых комплексов, обеспечивающих функционирование каналов ионной проницаемости. В дальнейшем, при прогрессировании ПОЛ и уменьшении количества ненасыщенных фосфолипидов в мембранах могут реализоваться по меньшей мере два обратимых явления: во-первых, указанные белки оказываются как бы вмороженными в матрицу и функциональная активность их снижается, во-вторых, в мембране формируются новые каналы ионной проводимости — перекисные кластеры, — которые делают мембрану более проницаемой для Са²⁺ и в меньшей степени для других катионов [Лебедев А. В. и др., 1980]. Наконец, еще большее нарастание процесса может привести к фрагментации мембраны, образованию сшивок между ее белками и фосфолипидами, окислению сульфгидрильных групп в активных центрах ферментов и, таким образом,— к необратимым повреждениям мембран и мембранно-связанных белков.

Оценивая эти данные, следует иметь в виду, что эффект стресса на сердце является по своему существу адренергическим и через систему адренорецепторов приводит к увеличенному вхождению Са²⁺ в кардиомиоциты. Данное явление играет роль в положительном инотропном эффекте катехоламинов и при умеренном стрессе оказывается транзиторным, так как благодаря нормальному функционированию мембранных механизмов ионного транспорта избыток Са²⁺ быстро удаляется из саркоплазмы. При чрезмерной по длительности стресс-реакции, повреждении мембран и катионных насосов удаление Са²⁺ из саркоплазмы может оказаться нарушенным, и в кардиомиоцитах может возрастать содержание Са²⁺. Действительно, сочетание методов гистохимии и электронной микроскопии позволило выявить в кардиомиоцитах при стрессе существенное увеличение количества Са²⁺ в субсарколеммальной области, саркоплазме и вокруг митохондрий [Меерсон Ф. 3., Самосудова Н. В. и др., 1983]. Это согласуется с известным фактом, что повреждение сердца большими дозами катехоламинов сопровождается увеличением накопления в миокарде Са²+.

184

Увеличение содержания Са²⁺ в кардиомиоцитах не является оригинальной принадлежностью повреждающего адренергического эффекта, а составляет общее звено патогенеза самых различных повреждений сердечной мышцы — от наследственных кардиопатий до недостаточности гипертрофированного сердца [Меерсон Ф. 3., Уголев А. А., 1980]. Данное изменение может способствовать чрезмерной активации гликолиза, разобщению окисления и фосфорилирования в митохондриях, нарушению процесса расслабления миофибрилл, вплоть до развития их контрактурного повреждения [Меерсон Ф. 3., 1984]. В соответствии с этим после эмоционально-болевого стрессорного воздействия обнаружена активация фосфорилазной системы — переход В-формы фосфорилазы в А-форму (Skinner J. E. et al., 1983], снижение резерва гликогена в миокарде на ¹/₃, разобщение окисления с фосфорилированием в митохондриях [Малышев В. В. и др., 1982 б] и снижение активности креатинфосфокиназы [Голубева Л. Ю., Меерсон Ф. 3., 1986]. В совокупности эти нарушения катионного и энергетического метаболизма закономерно приводят к целому комплексу нарушений электрической стабильности и сократительной функции сердца. Данный комплекс слагается из снижения порога фибрилляции сердца [Меерсон Ф. 3., Белкина А. М. и др., 1985] и аритмий [Lown В. et al., 1980], нарушения растяжимости сердечной мышцы — ее постстрессорной ригидности [Воронцова Е. Я., Пшенникова М. Г., Меерсон Ф. 3., 1982], депрессии силы, а также значительного повышения контрактурной реакции миокарда на избыток Са²⁺ и гипоксию. Важно, что эти нарушения метаболизма и функции, охватывающие миокард в целом, для большинства кардиомиоцитов оказываются обратимыми и постепенно исчезают в течение 3—4 сут. Лишь в ограниченных группах клеток они прогрессируют и приводят к разрушению структур. Соответственно морфологические изменения после перенесенного стресса у животных обычно носят очаговый характер, достигая максимума через 45—48 ч после стрессорного воздействия и проявляются при поляризационной микроскопии контрактурой групп мышечных клеток, которая в некоторых местах приводит к формированию микронекрозов, а затем фибробластических гранул и очагов кардиосклероза [Меерсон Ф. 3., 1984].

Представленная картина стрессорных повреждений миокарда, как указывалось, обладает глубоким сходством с изменениями, развивающимися под влиянием больших доз катехоламинов или их синтетического аналога изопротеренола и может быть предупреждена значительными дозами р-адреноблокатора пропранолола. Таким образом, повреждения сердца при стрессе носят адренергический характер.

Существенно, что все представленные выше компоненты адренергического повреждения сердца при стрессе, начиная от самой активации ПОЛ, увеличенного выхода ферментов из миокарда, нарушений активности ферментов катионного транспорта и кончая нарушениями электрической стабильности, сократительной

185

функции и структуры сердца, могут быть предупреждены или ограничены путем введения перед стрессорным воздействием синтетических или природных антиоксидантов. Этот результат, полученный в наших экспериментах при помощи ионола, веществ из класса оксипиридинов [Меерсон Ф. 3., Абдикалиев Н. А., Голубева Л. Ю., 1981 а], больших доз α-токоферола [Меерсон Ф. 3., Гибер Л. М. и др., 1977] говорит о том, что активация ПОЛ составляет важное, а возможно и ключевое звено патогенеза стрессорного повреждения сердца, а антиоксиданты, подавляющие ПОЛ в сердце и стресс-реакцию на центральном уровне [Меерсон Ф. 3., Малышев В. В. и др., 1982], являются фактором антистрессорной защиты. Это согласуется с установленным в последнее время фактом, что различные антиоксиданты: α-токоферол, цистеин и др. предупреждают повреждающий эффект и, в частности, аритмогенный эффект больших доз катехоламинов [Singal P. et al., 1985]. Такие наблюдения делают исключительно важным вопрос о механизме, через который избыток катехоламинов, возникающий пра стрессе, активирует свободнорадикальное окисление в миокарде.

В настоящее время можно выделить несколько предположительных механизмов адренергической активации свободнорадикального окисления.

1. Известно, что адренергический эффект сопряжен с большим расходом катехоламинов, поступающих в сердце и другие органы из симпатических терминалей и кровотока. В результате происходит значительное уменьшение содержания катехоламинов в мозге, сердце, надпочечниках и т. д. Распад катехоламинов реализуется, помимо прочего, через их автоокисление, которое сопровождается генерацией супероксиданионрадикала и, следовательно, может играть роль в активации ПОЛ [Bors U. et al., 1978]. В дальнейшем, после завершения непосредственного действия стрессорного фактора, происходит восстановление нормального содержания катехоламинов в сердце и других органах, в котором важную роль наряду с обратным захватом играет увеличение интенсивности ресинтеза. При этом образование катехоламинов из фенилаланина сопровождается генерацией свободных радикалов супероксида на каждой из трех стадий процесса [Bors U. et al., 1978]. Таким образом, активация распада и ресинтеза катехоламинов в сердце при стрессе может сама по себе индуцировать свободнорадикальное окисление и ПОЛ. Такое развитие событий при стрессе кажется весьма вероятным, однако при оценке его значения нужно учитывать, что β-блокатор пропранолол предупреждает адренергическую активацию ПОЛ в сердце при стрессе, а вместе с тем и повреждения миокарда [Пшенникова М. Г., Воронцова Е. Ф., 1983; Меерсон Ф. 3., 1984]. Это означает, что активация ПОЛ возникает скорее всего не как результат интенсификации метаболизма самих катехоламинов, а как следствие их действия на адренорецепторы. В связи с этим наибольшее значение приобретают механизмы адренергической активации ПОЛ, которые реализуются через систему адренорецептор — цАМФ.

186

2. Известно, что при стрессорном адренергическом эффекте катехоламины, связываясь с адренорецепторами, вызывают увеличение действующей концентрации цАМФ в миофибриллах, и, как следствие, рост потребления кислорода. Показано, что действие катехоламинов сопровождается усилением свободнорадикального окисления в мембранах митохондрий [Swaroop A., Ramasarma Т., 1981]. При анализе указанного факта следует учитывать, что в основе образования активных форм кислорода в митохондриях лежит «утечка» электронов из электронно-транспортной цепи [McCord J. M., Fridovich I., 1978], а сам процесс генерации свободных радикалов в митохондриях находится под контролем АТФ-синтетазной системы. Контроль этот осуществляется таким образом, что ингибирование АТФ-синтетазы и подавление ресинтеза АТФ прекращает свободнорадикальное окисление, а разобщение дыхания и фосфорилирования устраняет лимитирующую роль АТФ-синтетазы [Маршанский В. П., Новгородов С. А., 1981] и, по-видимому, может способствовать активации свободнорадикального окисления. При этом нужно учитывать, что большие дозы катехоламинов, подобные тем, которые действуют на сердце при стрессе, обладают разобщающим эффектом. Это выражается в том, что потребление кислорода сердцем возрастает больше, чем его работа [Challoner D., 1968], а концентрация креатинфосфата и АТФ снижается [Waldenstrom A. et al., 1978]. В плане нашего изложения существенно, что такое действие больших доз катехоламинов сопровождается, как недавно выяснилось, увеличением продуктов ПОЛ в мембранах митохондрий почти на 90% [Swaroop A., Ramasarma Т., 1981]. Таким образом, весьма вероятно, что увеличение генерации свободных радикалов митохондриями составляет один из факторов активации ПОЛ в миокарде при стрессе.

3. Другой возможный механизм адренергической активации ПОЛ связан с изменением в функционировании ферментной системы ксантиндегидрогеназы-ксантиноксидазы, ответственной за катаболизм конечных продуктов распада АТФ — ксантина и гипоксантина. В обычных условиях эта система представлена главным образом ксантиндегидрогеназой и не генерирует значимых количеств свободных радикалов. В последнее время возникло предположение, что при некоторых нарушениях клеточного гемостаза большая часть ксантиндегидрогеназы может под влиянием кальмодулинзависимых протеаз трансформироваться в ксантиноксидазу, активность которой сопряжена с генерацией супероксидного радикала (Chambers D. E. et al., 1985]. При адренергическом эффекте увеличение вхождения Са²⁺ в миокардиальные клетки хорошо известно, оно вызывает активацию протеаз и с большой долей вероятности может вызывать указанную трансформацию. Одновременно, при большом стрессорном адренергическом эффекте в миокарде реализуются два других фактора, необходимых для генерации свободных радикалов в ксантиноксидазной системе, а именно избыток кислорода и продуктов распада АТФ. Таким об-

187

разом, роль этого механизма в активации ПОЛ при стрессе следует считать вероятной.

4. При адренергическом эффекте катехоламины через цАМФ активируют фосфолипазу А₂ [Higgins A., Blackburn К., 1984; Takasu N. et al., 1986], что может приводить к нарушению упорядоченности расположения липидов в клеточных мембранах. Такой хаотропный эффект может, как известно, активировать ПОЛ [Наtefi Y., Hanstein W., 1970]. Вероятно, что это явление действительно наблюдается при стрессорном повреждении сердечной мышцы, так как доказано, что ингибиторы фосфолипазы А₂ могут предупреждать адренергические повреждения сердца [Higgins A., Blackburn К., 1984].

5. При стрессорном и других адренергических эффектах наблюдается опосредованное через адренорецепторы увеличенное вхождение Са²⁺ в кардиомиоциты. Доказано, что в физиологических концентрациях (от 10^─7 до 5-10^─5 М) Са²⁺ закономерно активирует ПОЛ в мембранах митохондрий и микросом сердечной мышцы [Каган В. Е., Савов В. М. и др., 1983], поэтому можно предположить, что кальциевая активация ПОЛ также составляет один из механизмов общей активации ПОЛ в сердечной мышце. Это согласуется с фактом, что концентрации Са²⁺ выше 10^─3 М, реально существующие в межклеточной жидкости, ингибируют ПОЛ [Каган В. Е., Архипенко Ю. В. и др., 1983] и это может служить причиной мелкоочаговых повреждений миокарда при стрессе.

Очевидно, что рассмотренные факторы не являются альтернативными и могут сочетаться между собой. В целом же молекулярный механизм стрессорной активации ПОЛ в сердечной мышце требует дальнейшего изучения.

Целесообразно подчеркнуть, что имеющиеся данные о ролиПОЛ в патогенезе стрессорного повреждения создают определенные перспективы для кардиологической клиники.

Во-первых, активация ПОЛ и защитное действие антиоксидантов при стрессе реализуются не только в сердце. Оба явления доказаны применительно к головному мозгу [Богданова Е. Д. и др., 1981], сетчатке глаза [Шведова А. А. и др., 1982, и др.], скелетным мышцам и т. д. Выяснилось, что активация ПОЛ при стрессе закономерно возникает у людей [Меерсон Ф. 3., Каган В. Е. и др., 1983]. Это было показано в специальных исследованиях, где активация ПОЛ в организме определялась путем измерения содержания пентана в выдыхаемом воздухе после напряженной операторской работы (рис. 24). Возможность неинвазивным путем количественно оценивать стрессорную активацию ПОЛ у человека может быть использована в функциональной диагностике для оценки стрессорных состояний и эффективности антиоксидантной защиты при заболеваниях сердца и других органов.

Во-вторых, описанные нарушения метаболизма, функции и структуры сердца наблюдаются после прекращения стрессорного воздействия и не только представляют собой реакцию на стресс, но приводят к стойким очаговым повреждениям, сохраняющимся

188

В-третьих, аритмогенный эффект стресса, как теперь доказано, может реализоваться независимо от ишемии или в сочетании с ней [Lown В. et al., 1980; Skinner J. E. 1985] и играет важную роль в механизме внезапной сердечной смерти.

Изложенное не сводится лишь к проблеме антиоксидантной защиты при стрессе, так как стресс часто выступает отнюдь не как самостоятельное явление, а как важное звено в патогенезесамых различных заболеваний и, в частности, в патогенезе ишемической болезни сердца, применительно к которой роль стресса показана в эксперименте и в клинике.

Факт активации ПОЛ в сердце под действием ишемии в настоящее время не вызывает сомнений. Такая активация показана при ишемии целого сердца, а также в зоне и вне зоны некроза при инфаркте миокарда (Коган А. X. и др., 1976; Меерсон Ф. 3., 1984]. Более того, ишемическая активация ПОЛ в сердце не уникальна, этот процесс является неспецифическим ответом на нарушение кровоснабжения многих органов и тканей: мозга, печени, почек, кишечника, конечностей и др. [Биленко М. В., 1978; Yoshida S. et al., 1982]. Установлено также, что предварительное введе-

189

ние антиоксидантных препаратов ограничивает подъем уровня ПОЛ в сердце, уменьшает зону некроза при инфаркте миокарда и предотвращает нарушение сократительной функции неишемизированных отделов, которые обычно повреждаются сопутствующим стрессом [Савов В. М. и др., 1985; Werns S. et al., 1985].

Вместе с тем факт ишемической активации ПОЛ на первый взгляд парадоксален, так как уменьшение или прекращение переноса кислорода к кардиомиоцитам отнюдь не должно способствовать развитию данного процесса. При выяснении причин этого кажущегося парадокса следует иметь в виду, что в случае острой ишемии и инфаркта миокарда в мышце сердца действует не один, а по меньшей мере 3 фактора, способных активировать ПОЛ: 1) ишемия, вызывающая поражения в зоне нарушенного кровотока; 2) стресс, повреждающий неишемизированные отделы сердца; 3) реоксигенация, действующая на границе раздела зон влияния стресса и ишемии.

Роль стресса и реоксигенации в повреждении сердца при инфаркте миокарда велика. Однако основным фактором повреждения при этом заболевании, триггером, способствующим реализации в мышце сердца всех последующих изменений, в том числе и таких как стрессорное повреждение и реоксигенация, является образование в миокарде очага ишемического повреждения. Активация ПОЛ под действием ишемии определяется формированием и интенсивным функционированием нескольких механизмов генерации свободных радикалов.

1. Механизм активации ПОЛ электронно-транспортными переносчиками. Он включается на ранних стадиях ишемии. В его основе лежит хорошо известный факт, что при движении электронов по дыхательной цепи всегда реализуется одна из двух потенциальных возможностей: электроны или доходят до конца цепи и под действием концевого фермента цитохромоксидазы переносятся на кислород с образованием воды, или же они передаются на кислород непосредственно с переносчиков цепи. Принципиальное различие между той и другой возможностями определяется тем, что при действии цитохромоксидазы радикалов не образуется, тогда как «утечка» электронов по пути следования к цитохромоксидазе приводит к образованию Существенным является также то обстоятельство, что восстановление кислорода на цитохромоксидазе возможно лишь при бесперебойной и согласованной работе дыхательной цепи, т. е. в условиях нормального напряжения О₂. При блокаде дыхательной цепи в ее конечном звене, т. е. при действии ишемической гипоксии первый — нерадикальный — путь функционирования дыхательной цепи подавляется; в этих условиях разгрузка дыхательной цепи от постоянно пополняющих ее электронов происходит за счет активации второго, радикалообразующего пути. Изложенная концепция подтверждается многочисленными экспериментальными фактами.

190

Так, показана возможность активной генерации восстановленными электронно-транспортными переносчиками НАД, НАДФ, ФАД,KoQ [Fridovich I., 1980; Rao P. et al., 1983]. Блокада пути переноса электронов антимицином А — средством, препятствующим поступлению ё к цитохромоксидазе,— т. е. моделирование ситуации, сходной с ишемической, приводит к резкому увеличению образования и Н₂О₂ [Ramasarma Т., 1982]. К такому же результату ведет даже кратковременное помещение митохондрий сердца в условия аноксии. Уровень генерации при этом возрастает в 7 раз [Леднев А. Н., Рууге Э. К., 1985]. Тем не менее в условиях дефицита кислорода генерация активных форм О₂ и интенсификация ПОЛ лимитированы. Значительно большее образование активных форм О₂ и продуктов ПОЛ происходит в условиях, когда реализовавшееся во время ишемии накопление восстановленных переносчиков цепи — доноров электронов — сочетается с достаточно высоким напряжением кислорода, т. е. когда вслед за достаточно длительной ишемией и аноксией возникает избыток О₂ — акцептора электронов.

Это состояние, обозначаемое как реоксигенация, характеризуется значительным накоплением вторичных продуктов ПОЛ [Guarnieri G. et al., 1980] и является фактором, эффективно разрушающим клеточные мембраны. При нем быстро реализуется повреждение кардиомиоцитов, проявляющееся увеличенным освобождением в перфузат ферментов КФК, ЛДГ, разрушением сарколеммы, СПГ, набуханием и разрыванием митохондрий, а также появлением в саркоплазме и митохондриях большого количества гранул фосфата кальция и полной контрактурой миофибрилл, при которой диски I на электронограммах не просматриваются [Hearse D. et al., 1980].

Вклад реоксигенации в активацию ПОЛ и повреждение сердца при инфаркте миокарда определяется тем, что зона первичной ишемии всегда больше, чем зона последующего некроза, так как часть первично ишемизированной ткани получает в дальнейшем достаточно эффективное кровоснабжение вследствие аденозиновой гиперемии и раскрытия коллатералей. Такое восстановление кровоснабжения, естественно, должно сопровождаться явлениями реоксигенации. Повреждающее действие ее в этом случае возрастает с увеличением длительности предшествующей ишемии.

Реоксигенация может реализоваться и при запоздалых, и потому неудачных попытках лечить острый инфаркт миокарда путем ферментативного лизиса тромба [Sobel В., Bergman S., 1982] или операции аортокоронарного шунтирования [DeWood M. et al., 1979], т. е. фактически путем реперфузии ишемизированного участка. Однако значимость реоксигенационного повреждения для кардиологической клиники не сводится к этим крайним ситуациям. Реоксигенация в той или иной мере сопровождает окончание каждого приступа стенокардии, и если длительность предшествующей ишемии достаточно велика, то повреждающее действие реоксигенации при этом может стать значимым.

Защита антиоксидантами от реоксигенационного повреждения высокоэффективна и установлена многочисленными экспериментами. Так, при изучении действия реоксигенации, которая следует за 30-минутной локальной ишемией в бассейне левой коронарной артерии, показано, что реперфузия и реоксигенация не только не приводят к восстановлению сократительной функции миокарда, закономерно снижающейся при ишемии, но, напротив, вызывают

191

ее дальнейшую депрессию. Предварительное (до начала ишемии) введение животным антиоксиданта ионола в низкой дозе (20 мг/кг) полностью предотвращает вызываемую реоксигенацией депрессию сократительной функции и даже обеспечивает ее восстановление во время реоксигенации [Меерсон Ф. 3., 1984].

Аналогичное действие оказывает применение антиоксидантного фермента — СОД и свободнорадикальной «ловушки» маннитола. При введении этих веществ в условиях 45-минутной реоксигенации после часовой гипотермической ишемии целого сердца, показатели сократительной функции левого желудочка были значительно выше, чем без использования указанных препаратов. Характерно, что в этом случае более интенсивным был и захват Са²⁺ мембранами СПР кардиомиоцитов [Stewart J. et al., 1982]. Эти данные подтверждаются результатом использования СОД и каталазы при реперфузии после более чем 3-часовой ишемии, проходившей в условиях гипотермии (20°С). В указанных условиях восстановление функции левого желудочка происходило значительно лучше при введении в перфузат ферментов-антиоксидантов [Gardner Т. et al., 1983]. Применение СОД при реперфузии после 1 ч ишемии почти в 4 раза уменьшило зону необратимых повреждений в сердце [Chambers D. et al., 1985].

Эти и другие данные [Jolly S. el a]., 1984] свидетельствуют о высокой эффективности антиоксидантов при реоксигенационном повреждении миокарда.

2. Активация свободнорадикальных процессов вмиокарде ферментной системой ксантиноксид а з ы. Этот механизм рассматривался при обсуждении стрессорного повреждения миокарда. Однако первоначально он был предложен для объяснения интенсификации свободнорадикального окисления в сердце при ишемии ([McCord J. M., Roy R. С., 1982] и при этом получил многочисленные экспериментальные подтверждения [Chambers D. et al., 1985; McCord J. et al., 1985]. Принципиальных отличий между стрессорной и ишемической активацией образований системой ксантиндегидрогеназы — ксантиноксидазы нет. Показано, что даже короткий период ишемии переводит ксантиндегидрогеназу в ксантиноксидазу, которая активно генерирует ', используя О₂ в качестве акцептора электронов. Причина такого перехода до конца не выяснена. Предполагается, что увеличенное вхождение ионов Са²⁺ в клетку при ишемии активирует Са²⁺-зависимые протеазы, которые и участвуют в превращении фермента. Существенно, что одновременно с изменением деятельности фермента в ишемизированной ткани миокарда значительно увеличивается концентрация гипоксантина за счет дефосфорилирования и последующей катаболизации АТФ. Таким образом, в миокарде в этом случае имеются два из трех необходимых для генерации компонентов — избыток гипоксантина и ксантиноксидаза. Третьим, требующимся для протекания реакции веществом, является молекулярный кислород. Концентрация его в ише-

192

мизированной ткани недостаточна для активной продукции радикалов ксантиноксидазной системой. Однако при реоксигенации, когда напряжение О₂ в клетке резко возрастает, генерация супероксиданионрадикалов значительно увеличивается. Рост концентрации является одной из причин реоксигенационного парадокса.

Существенно, что введение ингибитора ксантиноксидазы аллопуринола или антиоксидантного фермента СОД после начала реперфузии, ограничивает зону инфаркта. Так, если после часовой ишемии осуществляется 4-часовая реперфузия, то без каких-либо вмешательств зона инфаркта составляет 23% от зоны первоначальной ишемии, аллопуринол уменьшает эту величину до 8,7%, а введение СОД до 5,1% (Chambers D. et al., 1985].

Механизм защитного эффекта аллопуринола в этой ситуации определяется тем, что он ингибирует ксантиноксидазу, генерирующую свободные радикалы, а СОД является высокоэффективной «ловушкой» этих радикалов.

3. Наконец, третий механизм — ацидоззависимая активация ПОЛ. Внутриклеточный ацидоз развивается в кардиомиоцитах при ишемии и является одним из ранних проявлений ее действия на миокард. Так, показано, что снижение рН регистрируется уже через 5 с после начала ишемии, через 15 мин оно составляет 0,66, а через 30 мин 1,41 [Cobbe S., 1980]. В ишемизированном миокарде кролика рН за 20 мин снижается до 5,8 [Malloy С. et al., 1983].

Важно подчеркнуть, что ацидоз способен прямо активировать свободно-радикальное повреждение мембранных структур клеток. Так, для кардиомиоцитов показано, что снижение рН с 7,0 до 6,4 приводит к значительному усилению повреждающего действия ПОЛ, индуцированного ксантиноксидазной системой, на мембраны СПР [Hess M. et al., 1982]. При рН 7,0 эта система генерирует , который угнетает транспорт Са²⁺ и активность АТФазы. При рН 6,4 в системе образуется гораздо более токсичный гидроксильный радикал (۰ОН), вызывающий полное разобщение транспорта Са²⁺ и гидролиза АТФ. Цепь химических превращений, лежащих в основе такой замены, до конца не выяснена и требует дальнейших исследований. Однако ясно, что переход обратимых ишемических повреждений в необратимые в значительной степени связан с изменением спектра свободных радикалов, образующихся при снижении рН, и переходом от генерации к образованию его более активных производных [Hess M. el at., 1982, и др.].

Для объяснения механизмов воздействия ацидоза на процессы свободнорадикального окисления необходимо также иметь в виду, что при генерации свободных радикалов в биологических системах, и, в частности, при гипоксии и ишемии, первым и основным продуктом в большинстве случаев является радикал супероксида (). Этот радикал малоактивен, представляет собой чрезвы-

193

чайно слабый окислитель и не способен непосредственно инициировать реакции ПОЛ [Метелица Д. И., 1982]. Повреждающая роль в этом случае определяется его превращением в более

активные соединения [Kameda К. et al., 1979; Gebick J., Bielski В., 1981]. Именно снижение рН в кардиомиоцитах при ацидозе может играть роль фактора, модулирующего процессы превращения в более агрессивные радикалы, например НО₂

и ОН.

4. Фактором активации ПОЛ может служить антиоксидантная недостаточность миокарда, закономерно развивающаяся при ишемии. Быстрое возникновение этого состояния подтверждается многочисленными экспериментальными данными.

Так, показано, что значительное, в 1,6 раза, снижение функции основных антиоксидантных ферментов — СОД и каталазы, отмечается уже через 2—15 мин после создания экспериментального инфаркта миокарда [Ланкин В. 3. и др., 1982]. Выраженное снижение активности СОД, каталазы, глутатионпероксидазы наблюдается как в зоне ишемии, так ц в неишемизированной зоне через 1—3 ч после перевязки коронарной артерии [Коновалов Г. Г. и др., 1984]. Спустя 1 сут после коронарной окклюзии активность этих ферментов в зоне ишемии снижается в еще большей степени в 2—4 раза, что сопровождается 3—4-кратным подъемом содержания продуктов ПОЛ. Вне зоны ишемии через сутки после воспроизведения экспериментального инфаркта миокарда также наблюдаются значительные изменения: подъем ПОЛ приблизительно в 2 раза и снижение активности антиоксидантных ферментов в 1,2—1,8 раза [Диденко В. В., Досмагомбетова Р. Р., 1983; Савов В. М. и др., 1985]. Существенные нарушения отмечены и среди неферментных антиоксидантов. Так, ишемия и реоксигенация приводят к быстрому снижению в миокарде концентрации растворимого антиоксиданта восстановленного глутатиона [Julicher R. et al., 1984]. Уже в ранний период ишемического воздействия резко снижается антиокислительная активность липидов [Биленко М. В., 1982].

Эти факты наряду с другими свидетельствуют о быстро развивающейся недостаточности антиоксидантных систем кардиомиоцитов при ишемии. В таких условиях процессы ПОЛ оказываются нелимитированными и значительно возрастают.

В основе возникновения антиоксидантной недостаточности миокарда лежит ряд причин: потеря антиоксидантных ферментов и растворимых антиоксидантов, выходящих через поврежденную сарколемму, расход запасов антиоксидантов вследствие активации ПОЛ и др. Независимо от того, какая из этих причин является наиболее существенной, сам факт наличия локальной антиоксидантной недостаточности представляет важный дополнительный аргумент в пользу применения антиоксидантных препаратов с целью защиты от ишемического повреждения.

Этот вывод подтверждается многочисленными экспериментальными данными.

Твердо установлено, что предварительное введение α-токоферола [Ferrari R. et al., 1983], ионола [Меерсон Ф. 3., Каган В. Е., Голубева Л. Ю. и др., 1979], оксипиридина [Меерсон Ф. 3.. Абдикалиев Н. А., Голубева Л. Ю., 1981], маннитола [Stewart J., 1982], убихинона [Nagai S. et al., 1985] и других

194

антиоксидантных препаратов в значительной степени снижает интенсивность свободнорадикальных реакций и предупреждает патологические эффекты ишемии и реоксигенации. Аналогично действует введение антиоксидантных ферментов СОД и каталазы [Werns S. et al., 1985].

5. Лейкоцитарный механизм активации ПОЛ включается благодаря тому, что образующиеся при ишемии вещества, в том числе продукты взаимодействия с белками, лейкотриены и др. [Hammond В. et al., 1985] обладают свойствами лейкотаксинов и способствуют активной миграции лейкоцитов в зону ишемии. Нейтрофильные и другие лейкоциты способны активно продуцировать свободные радикалы, которые играют значительную роль в процессах фагоцитоза, приводя к разрушению мембранных структур чужеродных микроорганизмов, а также участвуют в процессах воспаления (Fantone J., Ward P., 1982]. Инфильтрация ишемизированного миокарда лейкоцитами и сопутствующая этому процессу лейкоцитарная деструкция поврежденных ишемией клеток миокарда, опосредованная активными формами 02, способствует интенсификации ПОЛ [Schaper J. et al., 1979]. Результаты конкретных исследований подтверждают эти общие положения. Известно, что инфильтрация лейкоцитами ишемизированного миокарда отмечается через 24 ч после начала ишемии. Более того, уже через час после окклюзии коронарной артерии наблюдается адгезия нейтрофилов к эндотелию сосудов ишемизированной зоны. При последующей реперфузии лейкоциты активно проникают в ткань миокарда и скапливаются преимущественно в области наиболее тяжелых повреждений [Mullane R. et al., 1984].

Существенными при этом являются данные о повреждающем, цитотоксическом эффекте активированных лейкоцитов. Показана способность лейкоцитов человека активно генерировать свободные радикалы и угнетать аккумуляцию Са²⁺ миокардиальным СПР, а также их ингибирующее действие на Са, Mg-АТФазу. Такого рода токсические эффекты снижаются добавлением смеси СОД и каталазы [Rowe G. et al., 1983].

Существуют многочисленные работы, посвященные механизмам генерации оксигенных радикалов активированными лейкоцитами [Hammond В. et al., 1985]. Показана роль арахидоновой кислоты и ее метаболитов в этом процессе. Так, установлено, что ингибитор обмена арахидоновой кислоты ограничивает миграцию лейкоцитов в зону ишемии, уменьшает размеры инфаркта миокарда и снижает частоту возникновения аритмий [Mullane R. et al., 1984]. Ограничение повреждающих эффектов лейкоцитов может достигаться и другими путями. Снижение содержания в крови циркулирующих нейтрофилов после введения антилейкоцитарных антител приводило у собак к уменьшению зоны некроза после 90 мин ишемии на 43% [Romson J. et al., 1983]. Такое же действие оказывало угнетение способности к агрегации полиморфно-ядерных лейкоцитов.

Рассмотрение механизмов активации ПОЛ, реализующихся в очаге ишемии и его ближайших «окрестностях», не должно заслонять того существенного факта, что стрессорное повреждение

195

отделов сердца, не затронутых ишемией, может иметь не меньшее, а в некоторых случаях и большее значение в клинике инфаркта миокарда, так как функционирование именно этих, уцелевших, отделов в высокой степени определяет минутный объем сердца и судьбу больного. Роль стрессорного компонента в активации ПОЛ при ишемии миокарда определяется тем фактом, что коронарные приступы и инфаркт нередко провоцируются эмоциональным стрессом, а возникнув, неизбежно вызывают боль и страх смерти, т. е. становятся причиной эмоционально-болевого стресса эндогенного происхождения. Схема 3 демонстрирует роль стрессреакции в патогенезе инфаркта миокарда и показывает подробно описанный в литературе [Меерсон Ф. 3., 1984] вклад различных эффектов стресса в развитие этого заболевания. Для двух из этих эффектов, а именно для повреждения неишемизированных отделов сердца при инфаркте и аритмогенного эффекта стресса, роль ПОЛ в настоящее время доказана экспериментально [Меерсон Ф. 3., 1984; Меерсон Ф. 3., Салтыкова В. А. и др., 1984]. Действительно, выраженная депрессия сократительной функции правого предсердия при инфаркте левого желудочка сердца, представляющая собой стрессорное по своему происхождению изменение, закономерно предупреждается не только β-блокатором пропранололом, но в такой же степени может быть предупреждена ингибиторами ПОЛ ионолом и никотинамидом [Досмогамбетова Р. С., 1983; Меерсон Ф. 3., Досмогамбетова Р. С., 1983]. Указанные данные далеко не исчерпывают проблему взаимосвязи стресса и ишемии. Отмечено, что острая ишемия сердца повышает чувствительность миокарда к действию медиаторов стрессорного повреждения — катехоламинов. Это связано с тем, что под влиянием даже кратковременного ишемического воздействия содержание β-адренорецепторов в сарколемме кардиомиоцитов значительно возрастает [Maisel A. et al., 1985]. Соответственно увеличивается и патогенное, активирующее ПОЛ действие катехоламинов на миокард, в этих условиях оно может усиливаться и в том случае, когда концентрация гормонов в крови не повышается или даже снижается.

В заключение необходимо отметить, что положительные результаты лимитирующего ПОЛ воздействия на ишемизированный миокард, полученные к настоящему времени в ряде клиник и лабораторий при использовании антиоксидантов [Голиков А. П. и др., 1984; Gardner Т. et al., 1983], можно обобщить в виде двух основных проявлений:

1. Ограничивается зона необратимых повреждений. Этот факт связан с действием антиоксидантных препаратов на миокард в «окрестностях» очага ишемии, в зоне реоксигенации.

2. Предупреждаются нарушения функциональной активности неишемизированных отделов сердца, вызванные действием стресса.

Возможность ограничения ПОЛ в самом очаге ишемии сомнительна, так как редуцированный кровоток не позволяет создавать там высокие концентрации антиоксидантов. Кроме того, в указан-

196

ной ситуации не затрагивается основной этиологический фактор, приводящий к формированию в зоне некроза механизмов активации ПОЛ, т. е. — окклюзия коронарной артерии.

Поэтому необходимо отметить, что устранение коронароокклюзии приводит к двум основным событиям в зоне восстановленного кровотока: 1) в этой зоне значительно активизируются процессы ПОЛ, обусловленные реоксигенацией; 2) устраняются препятствия для проникновения в указанную зону антиоксидантных препаратов. Именно поэтому целесообразно применение антиоксидантов при кардиохирургических вмешательствах, сопровождающихся восстановлением кровотока в очаге ишемии.

Представленные выше данные о роли ПОЛ в патогенезе ишемических, стрессорных, реоксигенационных повреждений сердца свидетельствуют о целесообразности дальнейшего изучения этой проблемы. Однако они не дают оснований для того, чтобы абсолютизировать достигнутые к настоящему времени успехи антиоксидантной терапии. Во-первых, активация ПОЛ вызывает лабилизацию лизосом, в которых сосредоточена значительная часть клеточных фосфолипаз. Освобождающиеся из лизосом, а также активируемые при стрессе и ишемии другим путем мембранно-связанные фосфолипазы могут играть роль в разрушении липидного бислоя мембран и образовании лизофосфатидов и свободных жирных кислот. Лизофосфатиды, как и высокие концентрации свободных жирных кислот, наблюдаемые в крови при стрессе и инфаркте, за счет своего детергентного действия нарушают упорядоченное расположение фосфолипидов в мембранах, что может быть причиной дополнительной активации ПОЛ. Наступающее в результате этой цепной реакции увеличение проницаемости мембран для Са²⁺ и возникающий таким образом избыток этого катиона в саркоплазме в свою очередь активирует фосфолипазы. В итоге замыкается порочный круг, в котором блокада любого из звеньев может затормозить или существенно ограничить повреждение в целом. Такое представление в полной мере согласуется с тем, что для антистрессорной и антиишемической защиты могут быть использованы наряду с антиоксидантами также ингибиторы липаз, фосфолипаз и блокаторы кальциевых каналов.

Во-вторых, результаты применения антиоксидантной терапии в клинике пока не однозначны. Опубликованы данные о том, что антиоксиданты подавляют чрезмерную активацию ПОЛ при больших физических нагрузках и увеличивают выносливость к таким нагрузкам [Меерсон Ф. 3., Красиков С. И. и др., 1982; Dillard С. et al., 1978], а также положительно влияют на течение инфаркта миокарда [Голиков А. П. и др., 1984]. Вместе с тем имеются результаты исследований, свидетельствующие о неэффективности применения антиоксидантов при ишемической болезни сердца. По-видимому, расширение спектра эффективных и нетоксичных ингибиторов ПОЛ, а также более обоснованное определение показаний для антиоксидантной терапии позволит приблизиться к решению этого вопроса. Многие исследования показывают, что

197

одним из направлений развития этой проблемы является отбор антиоксидантов, которые одновременно являются «ловушкой» свободных радикалов и индукторами биосинтеза антиоксидантных ферментов. В последнее время показано, что такими свойствами обладает пищевой антиоксидант ВНА 2/3/-(третбутил)-4-гидроксианизол, который чрезвычайно резко — более чем в 10 раз — индуцирует синтез антиоксидантного фермента ДТ-диафоразы [НАД(Ф)Н: хинон-редуктазы] [Wefers H. et al., 1984]. Иными, но сходными свойствами обладает ионол ВНТ (2,6-дитретбутил-4-метилфенол), защитные эффекты которого описаны выше, а также в дальнейшем. Этот антиоксидант поглощает свободные радикалы и вместе с тем снижает в клетках содержание комплексов Fe²⁺... О₂, которые являются активными центрами ферментов типа оксигеназ, в том числе и такого активного прооксиданта, как липоксигеназа [Касаганова Н. Ю. и др., 1984].

В плане нашего изложения существенно, что этот общий кардиопротекторный эффект антиоксидантов находится в коренной связи с их антиаритмическим эффектом, который будет рассмотрен ниже.