Начало >> Статьи >> Архивы >> Феномен адаптационной стабилизации структур и защита сердца

Возможности воспроизведения ФАСС и его использование для защиты сердца - Феномен адаптационной стабилизации структур и защита сердца

Оглавление
Феномен адаптационной стабилизации структур и защита сердца
Основные механизмы долговременной адаптации
Роль HSP70
Кардиопротекторные эффекты адаптации к стрессу
Динамика становления и обратного развития ФАСС коррелирует с изменением содержания hsp70 в миокарде
Формирование феномена адаптационной стабилизации структур
Роль инозитол-фосфатного цикла в кардиопротекторном эффекте адаптации к повторным стрессорным воздействиям
Феномен адаптационной стабилизации структур при адаптации организма к периодической гипоксии
Адаптация к гипоксии по сравнению с адаптацией к стрессу сопровождается меньшим накоплением стресс-белков
Биологическое значение белков теплового шока
Клеточная локализация и функции hsр70 в стрессированных клетках
Функции hsp 70, локализованных вдоль актиновых миофиламентов
Механизмы транскрипции и стресс-индуцированной активации синтеза hsp70
Роль hsp70 в адаптивных реакциях на примере развития термотолерантности и гипертрофии сердца
Компенсаторная гипертрофия и роль белков теплового шока в ее механизме
Механизм адаптационного накопления белков теплового шока
Роль белков теплового шока в механизме формирования феномена адаптационной стабилизации клеточных структур
Место защитной системы, связанной с hsp70 среди других клеточных систем защиты
Перспективы использования активации системы белков теплового шока в адаптационной медицине
Другие механизма феномена адаптационной стабилизации структур
Возможности воспроизведения ФАСС и его использование для защиты сердца
Механизмы ФАСС участвуют в повышении устойчивости организма к тяжелой гипоксии
Summary

Глава шестая
ВОЗМОЖНОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФАСС И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СЕРДЦА И  ОРГАНИЗМА В ЦЕЛОМ
Разумеется механизмы ФАСС, о которых мы говорили в предыдущей главе, требуют дальнейших исследований. Вместе с тем само существование ФАСС уже не вызывает сомнений, более того этот феномен работает - так, например, он защищает миокард от ишемических некрозов, а целый организм от сублетальной гипоксии.

ЦИТОПРОТЕКТОРНЫЙ ЭФФЕКТ ФАСС ЛЕЖИТ В ОСНОВЕ АДАПТАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ СЕРДЦА ОТ ИШЕМИЧЕСКОГО НЕКРОЗА

На первом этапе изучалось влияние предварительной адаптации к стрессу и ФАСС на размеры ишемизированной зоны и некроза миокарда (158).
Известно, что даже при перевязки левой коронарной артерии на одном и том же уровне размер зоны ишемии и развивающегося в последствии некроза у разных животных может сильно варьировать в зависимости от индивидуальных особенностей коронарного русла. Поэтому мы определяли зону первичной ишемии, зону восстановления и зону некроза у одного и того же животного. Для этого у крыс с предварительно наложенной на левую коронарную артерию лигатурой создавали окклюзию при закрытой грудной клетке по методу J.Lepran (142) на 30 мин, затем лигатуру распускали и через одни сутки при наличии в миокарде сформировавшегося некроза эту же лигатуру вновь затягивали для воспроизведения зоны первичной ишемии. Одновременно в полость левого желудочка вводили эмульсию жировых микросфер, заполнявших кровеносное русло в неишимизированной части миокарда. Сердце извлекали и замораживали при -10. Далее замороженное сердце разрезали по поперечной оси на три равных блока. Из каждого блока готовили по одному срезу, остальной материал фиксировали в 10%-ном нейтральном формалине, после чего из каждого блока готовили еще по одному срезу. Участки некроза выявляли в нефиксированных срезах гистохимической реакцией с нитросиним тетразолием. В срезах, полученных из фиксированного материала, проводили реакцию на жир смесью судана 3 и 4. При этом перфузируемый после перевязки левой коронарной артерии миокард окрашивался, а ишемизированный не изменял своей окраски.

Из табл.6 следует, что курс адаптации к кратковременным стрессорным воздействиям в наших опытах не оказал влияния на объем ишемизированной зоны через 5 мин после перевязки левой коронарной артерии у крыс. Однако объем некротизированной ткани, которую мы определяли через 2 сут после перевязки артерии в сердцах адаптированных животных, оказался уменьшенным более чем на 40%, потому что некрозу подверглась значительно меньшая часть первично ишемизированной ткани, чем в контроле. Интересно, что при адаптации к гипоксии, когда ФАСС по сравнению с адаптацией к стрессу выражен существенно меньше, цитопротекторный эффект полностью отсутствовал, а антиишемическое действие было обусловлено главным образом ростом коронарных сосудов.
Таблица 6. Влияние предварительной адаптации к кратковременным стрессорным воздействиям и к гипоксии на размеры зон первичной ишемии и последующего некроза при экспериментальном инфаркте миокарда

Таким образом, адаптация к стрессу в противоположность адаптации к гипоксии лишена антиишемического действия, но обладает сильным цитопротекторным эффектом. Мы полагаем, что этот цитопротекторный эффект представляет собой выражение ФАСС.

ФАСС И ЕГО КАРДИОПРОТЕКТОРНЫЕ ЭФФЕКТЫ МОГУТ БЫТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНЫ С ПОМОЩЬЮ ФИЗИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ПРОЦЕДУР

Развитие представлений о ФАСС может иметь один очень важный практический аспект. Он состоит в том, чтобы попытаться воспроизвести ФАСС, не подвергая организм стрессорным воздействиям, так как стресс-реакция всегда связана с неэкономным расходованием структурных и энергетических ресурсов. Ранее в нашей лаборатории было показано, что курс трансаурикулярной электроакупунктуры ОАП) повышает резистентность сердца животных к стрессорному воздействию и аритмиям примерно так же, как адаптация к стрессу (32). Однако реализуется ли эта защита на уровне самого сердца? Иными словами, реализуется ли ФАСС в результате курса ЭАП и можно ли его выявить на уровне изолированного сердца. Этот вопрос стал предметом нашего дальнейшего исследования. При этом осуществлялась количественная оценка устойчивости изолированных сердец животных, прошедших курс ЭАП, к повреждающему действию реперфузии, токсических концентраций катехоламинов, Са2+, а также оценка влияния курса ЭАП на размеры ишемической зоны и последующего некроза после перевязки коронарной артерии.


Рис. 55. Влияние предварительного курса ЭАП на контрактуру, амплитуду сокращений и выход КК в перфузат изолированного сердца крысы при ишемии и последующей реперфузии
Ось абсцисс - время от начала эксперимента, мин; ось ординат - соответствующие показатели; 1 - контроль, n=7; 2 - ЭАП, n=7. Значимость различий между контролем и ЭАП: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001
При проведении курса ЭАП иглы вкалывали в обе ушные раковины крысы около наружного слухового прохода и затем осуществляли электростимуляцию с помощью "Laaper-c-504" остроконечными импульсами 0,8-2,0 мА, длительностью 1,5 мс с частотой 3 Гц в течение 20 мин. Такие сеансы проводили ежедневно в течение 12 дней. Эксперименты проводились совместно с Е. Я. Воронцовой и В. И. Вовк (27).

Данные сравнительного анализа реакции на тотальную ишемию и последующую реперфузию изолированных сердец, контрольных животных и животных, прошедших курс ЭАП, представлены на рис. 55. Видно, что контрактура, возникающая в ответ на ишемию у обеих групп животных оказалась примерно равной и достигала величины амплитуды исходных ритмических сокращений до начала действия ишемии.
При реперфузии у животных, прошедших курс ЭАП, контрактура упала более круто и на 5-й минуте реперфузии оказалась в 2 раза меньше, чем в контроле. При этом амплитуда сокращений у животных, прошедших курс ЭАП, уже на 5-й минуте достигала 0,95 мм, а на 20-й минуте - 1,22 мм. В контроле соответствующие величины составляли 0,45 и 0,5 мм, т.е. были более чем в 2 раза меньше.
Наиболее выраженным оказался антиаритмический эффект ЭАП. Изолированные сердца контрольных животных реагировали на реперфузию множественными аритмиями. В первые 5 мин ре перфузии у 8 из 9 сердец контрольных животных наблюдались короткие периоды желудочковой тахикардии, а среднее число экстрасистол составляло 96±14 на одно сердце. В сердцах крыс, получивших предварительный курс ЭАП, желудочковая тахикардия полностью отсутствовала, а число экстрасистол составляло 33±10, т.е. было меньше в 3 раза.
Один из важных показателей реперфузионного повреждения сердечной мышцы - выход КК в перфузат, в контроле на 5-й минуте ре перфузии достигал максимальных величин и составлял 552 мЕ/мин/г массы сердца. В дальнейшем выход КК снижался до 180-106 мЕ/мин/г веса сердца (рис.  55). Для сердец животных, прошедших курс ЭАП, выход КК в перфузат на всех сроках ре перфузии был достоверно снижен на 1/3.
Таким образом, курс ЭАП ограничивал повреждение сердца, оцениваемое по выходу КК, нарушениям сократительной функции и обладал выраженным антиаритмическим эффектом.
Оценка влияния курса ЭАП на устойчивость изолированных сердец к токсическим концентрациям адреналина показала, что в ответ на действие одной и той же концентрации адреналина аритмии и депрессия амплитуды сокращений у контрольных животных оказались выраженными значительно больше, чем при ЭАП (рис.  56). При этом наиболее отчетливо был выражен антиаритмический эффект. Оказалось, что среднее количество желудочковых экстрасистол составляло в контроле 122±23, а после ЭАП 32±5, т.е. было уменьшено в 4 раза.
Токсические дозы адреналина вызывали как в контроле, так и после ЭАП выход в перфузат КК. Однако, на 15-й минуте действия адреналина выход КК из сердец крыс, прошедших курс ЭАП, был меньше на 35%.
Таким образом, курс ЭАП вызывал изменения, которые повышают резистентность миокарда к контрактурному и аритмогенному эффектам, а также к повреждению сарколеммы, от которого зависит выход КК как при реперфузии, так и при действии токсических доз адреналина.


Рис. 56. Влияние предварительного курса ЭАП на развитие контрактуры и аритмий в изолированном сердце крысы при действии высокой концентрации адреналина
А - электрокардиограмма; Б - запись сокращений изолированного сердца

Рис. 57. Влияние предварительного курса ЭАП на развитие контрактуры и депрессии амплитуды сокращений в изолированном сердце крысы при действии высокой концентрации Са2+.
Известно, что при действии обоих этих факторов, повреждающих миокард, важную роль играет возникновение избытка Са2+ в кардиомиоцитах. Поэтому было изучено влияние курса ЭАП на резистентность изолированных сердец к увеличению концентрации Са2+ в перфузионном растворе с 1,35 до 10 мМ.

Данные,представленные на рис.  57 и в табл. 7, свидетельствуют, что изолированные сердца животных, прошедших курс ЭАП, реагируют на увеличение концентрации Са2+ меньшей депрессией амплитуды и меньшей контрактурой. При этом в двое уменьшена как начальная, транзиторная контрактура, возникающая сразу же после увеличения концентрации Са2+, так и развивающаяся позже непрерывно прогрессирующая контрактура.
Таблица 7 . Влияние трансаурикулярной электроакупунктуры (ЭАП) на показатели сократительной функции изолированного сердца и контрактуру при увеличении внешней концентрации Са2+ с 1,35 до 10 мМ

В целом изложенные данные свидетельствуют, что под влиянием курса ЭАП у животных на уровне сердца развиваются изменения, которые повышают резистентность этого органа к реперфузионному парадоксу, токсическим концентрациям катехоламинов и Са2+.
Результаты, представленные выше, и их анализ свидетельствуют о четком кардиопротекторном эффекте так называемой электроакупунктуры. Вместе с тем данные электрофизиологического анализа показали, что ток, используемый нами, в величинах, применяемых при электроакупунктуре у человека (0,8-2,0 мА), на крысах действовал не только за счет раздражения определенных рецепторных точек ушных раковин. Дело в том, что сопротивление головы человека многократно превышает сопротивление, которое встречает электрический ток той же силы, проходя через миниатюрную голову крыс. Соответственно реальная сила тока, проходившего через ткани животного, оказалась значительно больше, чем у человека. В результате амперметрического измерения, проводившегося между полушариями головного мозга, показано, что ток при нашей методике фактически проходит через кости черепа и головной мозг. Животные хорошо переносили эту процедуру и находились в состоянии легкой сонливости. Таким образом, процедура, осуществляемая с помощью аппарата для электроакупунктуры ОАП), на самом деле представляла собой отнюдь не ЭАП, а гораздо более глубокое, но вполне безопасное физиотерапевтическое воздействие, сопровождавшееся прямым действием тока на головной мозг. По-видимому, это явилось причиной сходства такой физиотерапевтической процедуры и курса стрессорных воздействий. Дальнейшие исследования, вероятно, позволят оценить возможность применения такого рода процедур у человека.
Полученный нами кардиопротекторный эффект близко напоминает рассмотренные выше эффекты ФАСС при адаптации к стрессу. Поэтому целесообразно было оценить влияние курса физиотерапевтических процедур (ФТП) на объем первоначально возникшей ишемической зоны и последующего некроза при перевязке коронарной артерии. Данные, представленные в табл. 8, свидетельствуют, что курс ФТП так же, как и адаптация к повторным стрессорным воздействиям (табл.6), не влияет на зону ишемии непосредственно после перевязки коронарной артерии. Вместе с тем ФТП более чем в 2 раза увеличивает ту небольшую часть ишемического участка - зону восстановления, которая в дальнейшем не подвергается некрозу. В результате объем некроза, выраженный в процентах по отношению ко всему миокарду левого желудочка, оказался достоверно уменьшенным на 13% по сравнению с контролем.
Следовательно, ФАСС, развивающийся при физиотерапевтическом воздействии, так же, как и при адаптации к стрессорным воздействиям (табл.6 ), лишен какого-либо антиишемического действия, но обладает четким цитопротекторным эффектом (табл. 8).
Таблица 8. Влияние предварительного курса физиотерапевтических процедур (ФТП), адаптации к периодической гипоксии (АГ) и их комбинации на размеры зон первичной ишемии и последующего некроза при экспериментальном инфаркте миокарда

При адаптации к повторным стрессорным воздействиям, с которой мы сравниваем эффекты курса физиотерапевтических процедур, определяемые в изолированных сердцах адаптированных животных, ФАСС может зависеть от доказанной в нашей лаборатории десенситизации α-адренорецепторов (26), увеличения активности антиоксидантных ферментов (157) или увеличения содержания простагландинов (30). Однако, наиболее вероятно, что механизм, полученного результата идентичен тому, который мы подробно рассмотрели выше при обсуждении механизма ФАСС, возникающего в результате повторных стрессорных воздействий, т.е. связан с накоплением hsp70 и других генетически детерминированных факторов.
Другой, не менее важный вопрос состоит в том, возникает ли регуляторно-обусловленный кардиопротекторный эффект курса физиотерапевтических процедур в результате прямого действия электрического тока, проходящего через подкорковые структуры головного мозга, или в результате рефлекторной активации этих структур.
При всей сложности этих вопросов, требующих дальнейшего изучения, несомненно, что курс физиотерапевтических процедур приводит к резкому увеличению устойчивости сердца по отношению к прямому действию основных повреждающих факторов. Следовательно, с помощью физиотерапевтических процедур можно воспроизводить ФАСС. Это положение может иметь существенное значение для клиники. Поскольку адаптация к периодической гипоксии в барокамере в настоящее время уже успешно применяется для лечения ряда заболеваний человека, представлялось целесообразным изучить возможность защиты сердца при инфаркте с помощью комбинированной адаптации к гипоксии и курса физиотерапевтических процедур.
Из табл. 8 далее видно, что при комбинации адаптации к периодической гипоксии и курса физиотерапевтических процедур в полной мере был воспроизведен как антиишемический эффект первого, так и цитопротекторный эффект второго воздействия. В итоге, зона ишемии при использовании комбинированного воздействия была уменьшена на 45% по сравнению с контролем, а зона восстановления увеличилась в 2,4 раза. Конечный размер некроза в этой серии составил лишь 9,4% левого желудочка, т.е. был уменьшен более чем в 3 раза по сравнению с контролем. Этот эффект оказался больше, чем при действии адаптации к гипоксии и курса физиотерапевтических процедур по отдельности (табл. 8).
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о чрезвычайно высокой эффективности комбинации этих типов воздействия. Учитывая, что и адаптация к гипоксии и используемый нами метод физиотерапевтических процедур в настоящее время применяются в клинике, полученные данные открывают новые еще неиспользованные возможности адаптационной защиты сердца и, возможно и других органов от ишемических и других повреждений.



 
« Фармакотерапия сердечной недостаточности у детей   Физико-биологические основы лучевой терапии »