Механизмы ишемического прекондиционирования

Первые исследования механизмов ИПК осуществлялись группой исследователей под руководством Downey ²⁹. Сразу стала очевидна сложность этого процесса. Наш анализ механизмов ИПК будет ограничен рассмотрением защиты от такой ключевой точки как клеточная гибель кардиомиоцита. Другие ключевые точки (аритмии^21,30, автономная денервация³¹,сосудистый ответ) подробно не рассматриваются.

Механизмы прекондиционирования изучались на целом ряде экспериментальных моделей, включая:

1. прекондиционирование изолированных кардиомиоцитов кролика³²,крысы, ципленка³³, человека³⁴,

2. перфузируемые сердца мышей, крыс³⁵, кроликов³⁶ in vitro,

3. оценка размеров инфаркта на сердцах мелких грызунов ^37-39.

Эффекты ИПК максимальны в сердцах крупных животных, у который метаболизм и частота сердечных сокращений ниже. Поэтому модели с сердцами крупных животных наиболее приемлемы, так как полученные более данные более соотносимы с процессами, происходящими в сердце человека.

Как замедляется смерть миоцита при прекондиционировании?Механизм, предложенный для объяснения – это снижение потребности в энергии в тканях, прошедших ишемическое прекондиционирование.

Для миокарда, который подвергается первому эпизоду полноценного ишемического прекондиционирования, характерны метаболические и физиологические изменения, соответствующие обратимому повреждению, включая снижение пула аденин нуклеотидов (сумму АТФ + АДФ + АМФ), избыток внутриклеточной глюкозы, избыток креатинфосфата, и станнинг ^14,11. Реакция на второй эпизод ишемии после ИПК существенно отличается от реакции интактного миокарда. Важно, что намного более медленно расходуется АТФ, накапливаются ионы водорода (т.е. медленнее нарастает внутриклеточный ацидоз) ^11,17,40,41. Ситуация замедленного анаэробного гликолиза, (а это главный путь синтез АТФ в условиях тяжелой ишемии), при одновременном снижении скорости истощения запасов высокоэнергетических фосфатов, легче всего объясняется снижением потребности в энергии тканей, подвергшихся ИПК.^{32,37 45,58}. Низкий уровень внутриклеточного АТФ, высокие уровни лактата и ионов водорода тесно коррелируют с ишемической смертью клетки. Прекондиционированная ткань дольше сохраняет АТФ, в ней замедляется развитие осмотической перегрузки и внутриклеточного ацидоза ¹⁷. Задержка изменений, характерных для ишемической смерти клетки, объясняет замедление перехода к необратимости ⁴⁴. Таким образом, прекондиционированная ткань погибает более медленно как следствие снижения потребности в энергии. Хотя очевидно, что сводить все к простому снижению потребности в энергии клетки без учета сложности каскадных процессов, происходящих в миоците,- как минимум упрощением.

Точные клеточные механизмы, ответственные за ИПК не прояснены до конца, несмотря на интенсивное изучение. Данные исследований, накопленные до настоящего времени, показывают, что ИПК представляет собой сложный каскад внутриклеточных событий, начинающийся с активации рецепторов ишемическим стимулом, который последовательно усиливается до влияния наконечный эффекторный элемент, наиболее вероятно - АТФ - зависимый калиевый канал (K ATP).

Механизм ишемического прекондиционирования запускается через триггеры. В процесс, через вторичных биохимических "посредников" (мессенджеров), включаются сложные биохимические пути. Много рецепторов и внутриклеточных компонентов имеют отношение к ИПК, включая несколько связанных с G_i/oбелком мембранных рецепторов (например, аденозин-A1 рецепторы, альфа- адренергические рецепторы, мускарин M2, и брадикинин B2) и внутриклеточные протеинкиназы (например, протеинкиназа C и ее эпсилон-изоформа, протеинкиназа тирозина; а так же другие компоненты, включая аденозин, опиоиды, парадоксальную защитную роль кислородных радикалов. Механизмы, лежащие в основе индукции как ранней, так и поздней фазы прекондиционирования исследуются.

Установлено, что механизм отсроченной (поздней) фазы прекондиционирования во-многом отличается от механизмов ранней фазы («классического» прекондиционирования). ⁴⁵

Неожиданные выводы относительно роли свободных кислородных радикалов, образующиеся в процессе реперфузии. Murry и соавт.⁴⁶ показали еще в 1988, что внутривенное назначение скевенджеров свободных радикалов (супероксиддисмутазы, каталазы), предотвращают ишемическое прекондиционирование. Эти данные заставляют предложить, что свободные радикалы производят парадоксальный защитный эффект (а не только повреждающий) при реперфузии после ишемии миокарда. Было недавно показано, что эффект открытия калиевых каналов митохондрий диазоксидом сопровождается увеличением продукции свободных радикалов в митохондриях ⁴⁷. Эти свободные радикалы могут опосредовать защитный эффект ИПК через какие-то, пока еще неизвестные, механизмы, в которые вовлечены митохондрии ⁴⁷.

Триггеры ИПК.

Триггерами рассматриваются вещества, высвобождаемые в процессе ишемии и, возможно, при реперфузии, которые индуцируют запуск цепной реакции в миоцитах. Последовательность специфических биохимических реакций вызывает изменения метаболизма клетки, позволяющие миоцитам переживать повторный эпизод ишемии существенно дольше. Предполагаемый «ключевой» триггер проявлял бы следующие признаки:

(1) концентрация «ведущего» триггера нарастает в течение ишемии;

(2) введение предполагаемого триггера в коронарное сосудистое русло или непосредственно в миокард вызовет состояние «фармакологического прекондиционирования» само по себе, без ишемии. Это состояние защиты, подобное ишемическому прекондиционированию, но вызванное лекарственным средством, а не ишемией;

(3) назначение ингибитора триггера устранит развитие защитного эффекта прекондиционирования;

(4) ингибитор предотвратит прекондиционирование самой ишемией. ⁴⁸

Есть 2 главных кандидата на роль основных точек реализации эффекта ИПК: каналы K ATP И специфические изоформы протеинкиназы С (РКС).

K ATP канал, открывающийся в процессе ишемии, играет центральную роль в опосредовании защитных эффектов ИПК^{55, 57}. K ATP каналы были идентифицированы как в сарколемме, так и в митохондриальных мембранах. Каналы K ATP, обнаруженные в высокой концентрации в сарколемме, открываются всегда, когда существенно снижается концентрация АТФ. На сердце собак такой уровень АТФ достигается за 5-минутный эпизод ишемии. Эффект ишемии может быть блокирован предварительным обработкой миокарда, перед эпизодом ишемического прекондиционирования, ингибиторами KATP каналов, типа glibenclamide, glyburide и 5-hydroxydecanoate (5HD) ^{49,50, 56,58}. Сарколеммальные каналы K ATP первоначально рассматривались как ответственные за ИПК. Активация этих каналов сокращает продолжительность потенциала действия (APD), ингибирует поток кальция через каналы L-типа, вследствие чего уменьшается внутриклеточнуя перегрузка кальцием в процессе ишемии. Препараты, которые открывают (например, bimakalim,pinacidil) эти каналы также имитируют ИПК ^{55, 57}. Как было показано, bimakalim ⁵¹ и pinacidil ⁵², открывающие K ATP каналы, дают укорачивание APD в процессе ишемии и, как следствие, уменьшают размер миокардиального инфаркта. Вопросы, касающиеся уникальности роли сарколеммальных каналов K ATP в опосредовании защитных эффектов ИПК,возникли, когда были найдены некоторые агонисты KATP каналов, уменьшающих размер инфаркта без очевидной корреляции с APD ^53,54.Например, dofetilide- антиаритмическое лекарственное средство класса III, которое сохраняет APD, но не противодействует защитному эффекту ИПК ⁵⁷. Эти данные указывали, что укорочение потенциала действия (APD)активацией сарколеммальных K ATP каналов не является существенным для индуцированной противоишемической защиты миокарда. Позднее митохондриальные K ATP -каналыбыл вовлечен в объяснение эффекта ИПК ^55,59. KATP каналы в митохондриях весьма специфично открываются диазоксидом и блокируются 5-hydroxydecanoate Na (5HD) (Блокада происходит при значительно более низких концентрациях, по сравнению с количествами 5HD, необходимыми, чтобы блокировать сарколеммальные KATP каналы) ⁶⁰. Исследования показали, что назначение диазоксида с целью фармакологического прекондиционирования сердца собак, уменьшает размер инфаркта аналогично ИПК, хотя этот эффект был менее заметен на модели кроликов in vivo.^{61, 60.}Остается нерешенным вопрос о том, каким образом открытие митохондриальных АТФ - зависимых калиевых каналов (K ATP) обеспечивает защиту от ишемии. ^{47, 62,63}.

Второй вероятная точка приложения эффекта- эпсилон изоформа протеинкиназы С (PKC). Эта изоформа киназы (но не общее количество протеинкиназ) подвергается транслокации в процессе ишемии.^64-68. Будучи активированной, эта изоформа PKC фосфорилирует сериновые и треониновые группы белка в ферменте или канале и, вероятно, реализует эффекты ИПК через это фосфорилирование. Механизмы этого феномена трудно изучать in vivo, потому что многие из потенциальных агонистов и ингибиторов нерастворимы в воде, а также потому, что ингибиторы часто не так специфичны, как хотелось бы⁶⁴. Большинство исследований были выполнены in vitro на перфузируемых сердцах кроликов или крыс, когда подавление фосфорилирования ингибиторами (типа chelerythrine) блокирует полезный эффект прекондиционирования ишемией ⁴⁸

Кроме того, некоторые киназы, производные от PKC, такие как ERK и киназы тирозина Src и Lck, вероятно, вовлечены в процесс ИПК⁶⁹. Vahlhaus и соавт. показали, что ингибирование как PKC, так и тирозин киназы, предотвращает ишемическое прекондиционирование в свином сердце, тогда как ингибирование только PKC не дает этого эффекта ⁷⁰.

Идут исследования механизмов предотвращения активации некротических процессов в тканях и блокады клеточного апоптоза. ()

Аденозин

Этот нуклеозид очень рано и быстро высвобождается во внеклеточную жидкость во время ишемии и присутствует в больших концентрациях, чем требуется для стимулирования рецепторов аденозина. Таким образом, он является потенциальным триггером. Было показано in vivo на сердцах кроликов⁷¹ и собак⁷², что аденозин и агонисты A1 аденозиновых рецепторов фармакологически прекондиционируют сердце для эффектов последующего эпизода ишемии ⁷³. Кроме того, эти эффекты могут быть блокированы назначением ингибиторов аденозина, таких как 8- (p-sulfophenyl) -theophylline⁷¹ или ингибитором KATP канала glibenclamide⁷². Результаты этих экспериментов представляют сильные доказательства того, что аденозин вовлечен в ИПК и что KATP каналы опосредуют эффекты аденозина. Получены данные, что полезный эффект аденозина реализуется через A1 receptor^71,73 и что этот рецептор стимулирует транслокацию (или активацию) изоформ PKC.²⁹

Дата добавления: 2015-12-01