Установлено, что специфические модуляторы митоКАТФ (см. таблицу 1) влияют на ФИА. Так активатор митоКАТФ, диазоксид, и неселективный активатор КАТФ каналов, кромакалим, имитируют «preconditioning», увеличивая время сокращения миокарда и способствовуя восстановлению функций изолированных сердец крыс, подвергавшихся общей ишемии миокарда с последующей реперфузией. Кi диазоксида для митоКАТФ (0.8 мкМ в МХ сердца быка) в 1000 раз превышала Кi для цитоКАТФ [Gross et al., 1992]. Кромакалим проявлял аналогичный эффект в тех же концентрациях. Глибенкламид и 5-ГД блокировали действие диазоксида и кромакалима, следовательно, эффект активаторов на ФИА опосредован через КАТФ каналы [Auchampach, 1992; Garlid, 1997; Tsai et al., 1998; Vanden Hoek, 2000]. Активирующе действие диазоксида на митоКАТФ показано также на изолированных МХ сердца крысы, что доказывает роль МХ канала в кардиопротекции [Gross et al., 1992]. Полученные данные подтверждают также результаты исследований, по изучению флуоресценции флавопротеинов на изолированных кардиомиоцитах желудочков сердца кроликов [Liu et al., 1998; Sato et al., 1998]. Однако поскольку было обнаружено, что диазоксид снижает мембранный потенциал на МХ, независимо от активации митоКАТФ канала, его кардиопротекторный эффект вызывает сомнение.
Показано, что потенциальный медиатор сигнального пути, ответственного за формирование ишемической адаптации, протеинкиназа С, [Sato et al., 1998; Liu et al., 1994; Sasaki et al., 2000] модулирует активность митоКАТФ. 5-ГД полностью блокирует этот кардиопротекторный эффект, подтверждая участие митоКАТФ в защите миокарда от ишемических повреждений. Следует отметить, что сами по себе глибенкламид и 5-ГД не оказывают никакого влияния [Gross and Fryer, 1999]. Неспособность специфического ингибитора цитоКАТФ, HMR-1883, ингибировать анти-ишемический эффект активаторов митоКАТФ [Fryer et al., 2000], также говорит в пользу участия в защитном механизме МХ канала.
Следует отметить, что неселективные активаторы КАТФ каналов, такие как пинацидил, оказывая кардиопротекторное действие, вызывали побочный проаритмический эффект и приводили к существенному понижению давления у подопытных животных [Grover, 1997]. Подобные нежелательные последствия способны свести на нет кардиопротекторное действие данных препаратов. Использование селективных активаторов МХ или цитоплазматического КАТФ каналов позволило бы избежать таких побочных явлений. Можно ожидать, что селективные активаторы цитоКАТФ, такие как HMR-1883, оказывая антиаритмическое действие, не будут негативно влиять на ишемическую адаптацию, вызванную активацией митоКАТФ. Так, показано, что HMR-1883 является потенциальным антифибрилляторным агентом при острой ишемии на модели собаки [Billman et al., 1998]. И наоборот, сайт-специфичные активаторы митоКАТФ не будут оказывать проаритмического действия [Gross and Fryer, 1999].
2.2.2 Механизмы защиты сердца при гипоксии, опосредованные активацией митоКАТФ
Несмотря на то, что роль митоКАТФ в адаптации организма к гипоксии доказана, остается неясным, каким образом открытие канала приводит к защите сердца от ишемических повреждений. Недавно были предложены три различных механизма защиты сердца при гипоксии, которые могут проявляться при открытии митоКАТФ: 1) механизм, при котором усиление входа К+ в МХ ведет к набуханию матрикса, что предупреждает распад АТФ; 2) механизм, основанный на снижении концентрации Са2+ в МХ, что уменьшает вероятность открытия митохондриальной поры и предупреждает гибель кардиомиоцитов; 3) механизм, связанный с изменением уровня активных форм кислорода (АФК), повышенная концентрация которых, с одной стороны, активирует ряд ферментов, а с другой, необратимо повреждает мышечную ткань при гипоксии.
Известно, что при набухании МХ усиливается окисление жирных кислот и увеличивается продукция АТФ [Grover, 2000; Halestrap, 1989]. Хотя ранее было продемонстрировано, что набухание МХ является следствием открытия митоКАТФ, вопрос о связи этого эффекта непосредственно с сохранением целостности МХ после ишемии и реперфузии остается открытым [Lim et al., 2002]. Идея о том, что потребление К+ митохондриями и сопутствующее ему набухание этих органелл оказывает кардиопротекторный эффект, подтверждается тем, что активация других митохондриальных К+ каналов, например, Ca2+-активируемого К+ канала, также предупреждает ишемические повреждения [Xu et al., 2002]. Однако, этот эффект не блокируется ингибитором митоКАТФ, что наблюдается при «preconditioning». Следовательно, именно митоКАТФ задействован в формировании феномена «preconditioning».
Согласно второй гипотезе [Liu et al., 1999; Murata et al., 2001; Korge et al., 2002; Holmuhamedov et al., 1999], в состоянии аноксии МХ мембрана деполяризуется, скорость электрофоретического входа кальция снижается и, соответственно, уменьшается количество Са2+ в МХ. Это, в свою очередь, предупреждает образование Ca2+-активируемой митохондриальной поры, открытие которой ведет к развитию апоптоза и некроза ткани [Szabo et al., 2004]. Полученные данные согласуются с результатами исследований о предотвращении апоптоза при активации митоКАТФ [Takashi et al., 1999], возможно, путем ингибирования митохондриальной поры [Akao et al., 2003]. Однако, как показано в лаборатории проф. Гарлида, при открытии митоКАТФ снижение потенциала настолько мало [Carreira et al., 2005], что не может существенно отразиться на скорости входа Ca2+ в МХ.
Третий механизм, в настоящее время наиболее обсуждаемый, основан на обнаружении изменений уровня АФК, как во время прекондиции [Ozcan et al., 2002], так и в условиях реперфузии [Vanden Hoek et al., 2000]. Стимуляция образования АФК короткими эпизодами гипоксии или при введении активаторов митоКАТФ, предотвращаемая 5-ГД, оказывает защитное действие, ингибируемое антиоксидантами [Forbes et al., 2001; Vanden Hoek et al., 1998]. Этот эффект связан, вероятно, с активацией протеинкиназ, активируемых АФК, что ведет к инициированию целого ряда реакций, приводящих к кардиопротекции [Takashi et al., 1999]. Однако ингибиторы протеинкиназ не всегда устраняют кардиопротекторное действие активатора, как это наблюдалось в случае диазоксида [Krenz et al., 2002]. В противоположность этому АФК, образуемые при реперфузии после продолжительной ишемии, могут быть причиной необратимого клеточного повреждения. Предварительная обработка активаторами митоКАТФ подавляет образование АФК при реперфузии [Pain, et al., 2000; Zweier et al., 1987]. Следовательно, митоКАТФ может способствовать продукции «защитных» АФК при адаптации к гипоксии и уменьшать образование «повреждающих» АФК при реоксигенации.
Учитывая все вышесказанное можно сделать вывод, что механизм антиишемического действия активаторов митоКАТФ до сих пор окончательно не выяснен. Кроме того, остается непонятной причина сохранения устойчивости миокарда к гипоксии в течение длительного времени после ишемической адаптации сердца. Именно этот феномен может лежать в основе гипобарической адаптации животных и человека к гипоксии и связан он, вероятно, с экспрессией ряда белков, в том числе и белков, формирующих митоКАТФ [Kuzuya et al., 1993; Marber et al, 1993].
Известно, что синтетические активаторы митоКАТФ оказывают кардиопротекторный эффект. Обнаруженный в нашей лаборатории природный активатор митоКАТФ (УДФ) обладает по сравнению с ними рядом преимуществ, поскольку он не обладает побочными эффектами, которые могут наблюдаться при использовании синтетических препаратов и его концентрацию в клетке легко регулировать. В связи с этим, в работе исследовались анти-ишемическое и антиаритмическое действие уридина и УМФ (предшественников УДФ в клетке [Matsushita et al., 1970]) и опосредованы ли эти эффекты препаратов активацией митоКАТФ.
2.2.3 Феномен прерывистой гипобарической тренировки
В любой популяции неинбредных животных существуют особи с различной резистентностью к гипоксии [Березовский, 1978]. Индивидуальные различия в чувствительности к гипоксии и ее переносимости определяются при подъеме животных в барокамере на критическую высоту. Время жизни крайних типов животных (высоко- и низкоустойчивых к гипоксии) на критической высоте различается в 5 и более раз [Березовский, 1978; Чернобаева, Лукьянова, 1989]. Индивидуальные особенности реакции организма на гипоксию играют существенную роль в развитиии, течении и исходе возникающего при этом патологического состояния [Лукьянова и др., 1999; Лукьянова, Коробков, 1981].
Еще в 60-х годах прошлого века было замечено, что в популяциях, живущие на возвышенностях, частота возникновения инфаркта миокарда и смертности от сердечных заболеваний существенно ниже [Hurtado, 1960; Mortimer et al., 1977]. В 1966 г. Поупа с соавторами показали наличие кардиопротекторного эффекта гипобарической гипоксии у крыс с инфарктом миокарда, индуцированным протеренолом [Poupa et al., 1966]. В 1973 Меерсон с соавторами сообщили о том, что симуляция большой высоты 5 минут в день 5 дней в неделю, на 84% сокращает смертность крыс с лигацией коронарной артерии и на 35% размер инфаркта миокарда [Meerson et al., 1973]. Позднее блыло показано, что у крыс, подвергавшихся прерывистой гипоксии, уменьшались желудочковые аритмии, индуцированные ишемией/реперфузией, и лучше сохранялась сократительная функция желудочка [Meerson et al., 1987]. У крыс разных возрастов также увеличивалась устойчивость к аноксии после гипоксической тренировки [McGrath et al., 1973]. В дальнейшем в ряде исследований было показано, у животных, подвергавшихся нескольким предварительным циклам гипоксии, даже в нормобарических условиях, почти на 50% сокращается размер области инфаркта миокарда, вызванного лигированием коронарной артерии [Xi et al., 2002; Cai et al.,2003]. В 2004 Zong с соавторами показали эффективность прерывистой гипоксической тренировки в отношении снижения инфаркта миокарда и аритмии желудочка у собак [Zong et al., 2004]. Это нашло подтверждение и в последующих работах [Downey, 2006].
Интерес исследователей к гипоксической тренировке (ГТ) вызван тем, что она позволяет усилить эффект натренированности, ускоряет акклиматизацию к высоте, предотвращает и лечит некоторые заболевания [Roach., 2001; Levine.,2002; Powell and Garcia., 2000; Boning., 1997; Tin’kov and Aksenov., 2002]. Существуют два типа ГТ: гипобарическая и нормобарическая. В последнем случае животных помещают в камеру, в которую подвется воздух с вдвое сниженной концентрацией кислорода. ГТ включает в себя ~5 минутные эпизоды такой умеренной гипоксии с последующей нормоксией несколько раз в день в течение нескольких недель. Эта процедура не требует сложных приспособлений, а потому может использоваться в клинике [Zong et al., 2004]. Следует подчеркнуть, что Россия является пионеромв этих клинических исследованиях.
Кардиопротекторный эффект ГТ аналогичен открытому позднее действию прекондиции [Murry et al., 1983]. Это подтверждается результатами недавних экспериментов, согласно которым, из 46 пациентов с сердчно-сосудистыми заболеваниями, в течение 10 месяцев подвергавшихся ГТ, у 37 инфаркт миокарда не развился [Tin’kov and Aksenov, 2002]. ГТ нормализует и другие патологические состояния [Roach., 2001; Levine.,2002].
Однако, механизм ГТ до сих пор неясен. Колар предложил ряд возможных механизмов для объяснения ее кардиопротекторного действия. 1) Повышенная васкуляризация миокарда и коронарного кровотока, 2) увеличенное содержание гемоглобина в крови и миоглобина в миокарде, 3) оптимизированный энергетический метаболизм, 4) появление специфических нейрогуморальных факторов, простагландинов и стресс белков, 5) увеличенное содержание или активность антиоксидантов, и 6) высвобождение аденозина [Kolar, 1996].
Недавно было высказано предположение о том, что в защитный механизм ГТ вовлечен КАТФ канал [Asemu et al., 1999; Neckar et al., 2002; Zhu et al., 2003]. Так, показано, что у животных, подвергавшихся ГТ, защитный эффект тренировки при ишемии/ реперфузии (30 мин/30 мин) полностью блокировался глибенкламидом и 5-ГД. Следовательно, защитный эффект ГТ опосредуется КАТФ каналами [Zhu et al., 2003]. Усиление же кровотока не является основной причиной защитного действия ГТ [Zong et al., 2004].
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
