Как применить концепцию ишемического прекондиционрования для защиты миокарда?

Теория ишемического прекондиционирования зародилась пятнадцать лет назад. В данной статье мы представим ее основные положения, результаты по исследованию механизмов прекондиционирования, рассмотрим возможное клиническое применение этой теории и ее ближайшие перспективы.

Теория ишемического прекондиционирования

Теория прекондиционирования была разработана в северо-американской лаборатории R.B. Jennings - а в 1985 году. Исследования его группы показали, что слишком непродолжительные, чтобы вызвать инфаркт, коронарные окклюзии, предшествуя длительной окклюзии, снижают выраженность ее некротического действия на 50%-75%. Таким образом суть феномена - в том, чтобы кратковременной ишемией спровоцировать запуск механизмов эндогенной защиты миокарда. По сути это стрессовая адаптация после первичной незначительной ишемии. Феномен назвали ишемическим прекондиционироваием.

Многообещающие результаты испытаний на лабораторных животных

Прекондиционирование – короткий эпизод ишемии-реперфузии, который оказывает кардиопротективное действие, и ,таким образом, является методом превентивного лечения. Разработка новых путей защиты миокарда представляется особенно важными, потому что средства, которые предлагает медицина на данный момент не отвечает запросам специалистов. Действие ишемического прекондиционирования намного шире, чем ограничение степени некротических изменений ткани. Этот эпизод препятствует аппоптозу большого числа кардиомиоцитов, улучшает восстановление сократительной функции ишемизированного сердца за счет уменьшения выраженности некроза, не действуя непосредственно на сократительные элементы. Спорной остается взаимосвязь между ишемическим прекондиционированием миокарда и желудочковой аритмией.
Кардиопротекцию может вызвать не только ишемия, но и другие виды воздействия: термический стресс, перерастяжение кардиомиоцитов, стимуляция пассингом. В экспериментальных моделях вышеперчисленные эффекты воспроизводят с помощью многочисленных кардиоактивных препаратов: A1/A2 агонистов аденозина, брадикина, опиоидов, АТ2, норадреналина, эндотелина. Главный результат проведенных экспериментов – полученная возможность разработки новых противоишемических препаратов.
Эффект ишемического прекондиционирования ограничен во времени. С одной стороны защита, которая появляется в первые минуты после инициации механизмов прекондиционирования, эффективна только если инфарктогенная коронарная окклюзия и последующая реперфузия будут очень близки по времени. Если же между прекондиционированием и инфарктом проходит значительное время, то защита исчезает. Также защита - транзиторна, т.е. при повторении индуцирующего стимула она возникает вновь. Наконец, кардиопротекция двухфазна: к только что описанному предварительному прекондиционированию (классическому), добавляется позднее прекондиционирование, иначе называемое “вторым окном защиты”. Второе окно намного эффективнее, оно открывается после 24 часов от момента инициации и закрывается в диапазоне между 48-ю и 72-мя часами.
…однако, теория ишемического прекондиционирования не применима в клинической практике stricto sensu.

Если оказывается, что у пациента до инфаркта миокарда уже были незначительные эпизоды ишемии-реперфузии, то миокард может быть уже менее чувствителен к продолжительной окклюзии коронарных артерий благодаря включенным механизмам каридиопротекции. Но очевидно, что обнаружение предшествовавшего инфаркту прекондиционирования может быть только post factum и только если эти эпизоды имели клинические проявления.
Есть только две исключительные ситуации, при которых кардиолог имитирует ишемию, когда сознательно создаются условия для ишемического прекондиционирования миокарда: коронарная ангиопластика и операции на сердце. Во время этих операций врачу достоверно известно , что механизмы кардиопротекции запущены и что они дают значительный эффект. Но и в этих случаях польза не очевидна, потому что данные операции если и сопровождаются, то очень незначительными инфарктами.

И теперь уже совершенно ясно, почему главным интересом иследователей является не непосредственное применение ишемического прекондиционирования, а разработка новых фармакологических препаратов – кардиопротекторов по моделям молекулярно-биологических механизмов действия ишемического прекондиционирования.

От механизма к лечению

Исследованию путей передачи межклеточных сигналов, задействованных в осуществлении прекондиционирования, посвящены многочисленные работы. В передачу сигналов могут быть вовлечены различные рецепторы сарколеммы: A1/A3, рецепторы брадикинина, ангиотензина, эндотелина, рецепторы АТФ-зависимых калиевых каналов и рецепторы растяжения. Но эти рецепторы могут быть включены в цепь передачи сигналов не напрямую, как в случае инициации ишемического прекондиционирования свободными радикалами кислорода( сюда относится и NO) или экзогенным кальцием. Исследования показали, что антагонисты протеинкиназы С (PKC) такие как хелеритин, стороспорин, уменьшают эффекты ишемического прекондиционирования, тогда как ее агонисты дают нужный положительный эффект. Поэтому одним из возможных посредников прекондиционирования считают PKC (в опытах на животных применялись только некоторые изоформы).
Так же в проведении межклеточных сигналов предположительно могут участвовать тирозинкииназы(TK) и митоген-активированные протеинкиназы (MAPK): ERK, JNK и особенно p38MAPK.

Ключевая роль калиевой АТФ-азы митохондрий

Повышенный интерес различных групп ученых обращен к установлению роли митохондрий в реализации механизмов прекондиционирования, что объясняется функциями этих органелл в энергетическом обмене клетки: митохондриальные контроль уровня АТФ и уменьшение уровней ацидоза, солей натрия и кальция прекондиционированного миокарда, - в производстве свободных радикалов кислорода, которые являются медиаторами прекондиционирования, и участием органелл в процессах некроза и аппоптоза через изменение проницаемости митохондриальной плазмолеммы.

С другой стороны, интерес подпитывается частыми экспериментальными подтверждениями причастности митохондриальных калиевых атф-зависимых каналов к механизму прекондиционирования. Пионерами в этих исследованиях стали ученые команды G.J.Gross, но они ограничивались исследованием К+атp каналов сарколеммы. И только потом, после открытия К+атр каналов, локализованных на внутренней мембране митохондрий, вектор исследований изменился. Многими исследователями было показано, что агонисты этих каналов индуцируют прекондиционирование, в то время как их антагонисты угнетают его эффекты.
Физиологическая роль mK+atp , как и их место в кардиопротекции, остаются плохо установенными. Есть два эффекта, позволяющие объяснить повышение клеточной резистентности к ишемии-реперфузии. С одной стороны, калий входящий через mК+атp каналы деполяризует внутреннюю мембрану митохондрии и тем самым препятствует накоплению излишка кальция в цитоплазме, что предохраняет клетку. С другой стороны, регуляция матриксного заряда калиевыми каналами влияет на митохондриальное дыхание и, значит, на продукцию АТФ.
Анализ некоторых данных позволяет считать, что данные каналы модулируют изменение ионной проницаемости внутренней мембраны митохондрий, приводящее к вздутию митохондрий, потере мембранного потенциала, к разобщению дыхательной цепи и к возникновению потока через образованные (неселективных каналов )НСК на внутренней мембране митохондрий из межмембранного пространства и митохондриального матрикса мелких белков и молекул, по большей части являющихся проаппоптотическими факторами. Образование НСК на внутренней мембране митохондрий является пусковым фактором в двух механизмах клеточной смерти: аппоптозе и некрозе.
Экспериментально, у крыс под влиянием циклоспорина А – специфического блокатора неспецифических водных пор на внутренней мембране митохондрий, после ишемии-реперфузии наблюдают открытие этих пор и ослабление межклеточных связей. Недавние исследования показывают, что прекондиционирование способно модулировать изменение митохондриальной проницаемости во время фаз ишемии и реперфузии. НСК открывается при избытке кальция в матриксе митохондрии и ,несмотря на то, что ишемия уменьшает резистетность НСК к избытку ионов кальция, прекондиционирование ее увеличивает, и тем самым замедляет открытие НСК, обеспечивая кардиопротективный эффект. V.PIriou и его рабочая группа в недавних исследованиях показали, что активация калиевых каналов десфлураном замедляет открытие НСК, но в его отсутствии или (при длительной ишемии )эффект прекондиционирования блокируется ингибитором mk+atp 5- гидрогсидеканоатом (5 HD). Хотя механизмы данного эффекта остаются мало известными, некоторые авторы утверждают, что активация mK+atp уменьшает захват ионов кальция, тем самым избавляет митохондрию от вызванного ишемией избытка Ca2+.

Поиск новых фармакологических мишеней

За последнее десятилетие ученые в многочисленных работах обнаружили новые фармакологические мишени для кардиопротекции, некоторые из которых уже нашли применение в клинике. Так, M. A. Lesar и его рабочая группа показали, что интракоронарная перфузия аденозина вызывает кардиопротекторный эффект по типу прекондиционирования. Такие выводы были сделану на основании сдвига сегмента ST во время повторной ангиопластической баллонной дилатации. Эта же группа ученых получила подобный результат при перфузии брадикиниина лабораторным животным. Что касается F.Tomai и его рабочей группы,они показали, что глибенкламид, являясь антагонистом калиевой атф-азы, в тех же моделях коронарной ангиопластики блокирует прекондиционирование у человека. Практическое значение этих работ остается небольшим, потому что применение вышеописанных фармакологических агентов достаточно затруднительно и клиническая картина не выверена в полной мере.
Более интересные варианты применения концепции прекондиционирования миокарда дали разработки ИОНА. Задачей было установить уменьшает ли длинный курс никорандила вероятность летального исхода у больных людей со стойкой стенокардией при повышенном кардиоваскулярном риске, поскольку известно никорандил – агент, индуцирующий прекондиционирование активацией mK+atp каналов у лабораторных животных. Результаты показали, что длительное применение никорандила коррелирует со значительным уменьшением статистических чисел острых коронарных синдромов, летальных исходов, инфарктов миокарда и госпитализаций по поводу сосудистых болей. Результаты ИОНА хотя и получены без непосредственного лабораторного применения схемы прекондиционирования, все равно имею большое значение в клинической практике, показывая единственно возможное применение концепции прекондиционирования. К тому же, еще один вопрос, который ставят работы ИОНА перед научным сообществом – приводят ли к летальному исходу гипогликемические препараты группы сульфонилмочевины, применяемые в лечении диабета второго типа, являющиеся антагонистами К+atp каналов, у больных с диабетической коронарной недостаточностью?

Перспективы прекондиционирования : посткондиционирование

В развитии прекондиционирования и кардиопротекции в целом возможы два приниципиальных направления. Первое заключается в продолжении изучения и анализа сигнальных клеточных путей. Так, сейчас интенсивно проводятся исследования киназных каскадов, особенно, звеном которых является P13K или Аkt, а так же механизмов изменения митохондриальной проницаемости, принципов работы mK+atp, влияния и возникновения свободных радикалов кислорода ( так же NO) и механизма рецепции факторов роста.
Второе направление заключается в теоретическом обосновании одного уникального феномена, названного “посткондиционированием”. У Z. Q. Zhao и его рабочей группы появилась идея провести короткие эпизоды ишемии-реперфузии не до длительной ишемии, как при прекондиционировании, а непосредственно в момент реперфузии инфарктного сердца. И ,как ни удивительно, это дало результаты, сравнимые с результатами прекондиционирования. Объясняют этот эффект уменьшением количества свободных радикалов кислорода в фазу реперфузии.
Описанные навыки способны выйти за пределы лабораторных манипуляций. Все эти новые данные открывают серьезные возможности для клинической практики. На сегодняшний день вспомогательная терапия не дает никаких гарантий своей эффективности для снижения количества инфарктов. Колоссальный же прирост возможностей для терапии дадут методы, основанные на посткондиционировании миокарда, если удастся доказать их действенность для человека. Интерес к посткондиионированию столь велик, потому что по моделям проведенных опытов на животных легко воспроизвести кратковременные эпизоды ишемии-реперфузии при коронарной ангиопластике.
Помимо этого, исследования феномена посткондиционирования возобновли дискусси в научном сообществе о связи некротических изменений и реперфузии. Допускается, что необратимые изменения,возникающие у миокардиоцитов происходят не в фазу реперфузии, а только в фазе ишемии. Однако, тот факт, что определенные вмешательства в момент фазы реперфузии способны уменьшить инфарктогенность ишемии, говорит о том, что как бы то ни было, но часть инфарктов связана с повреждениями миокарда в фазе реперфузии. Группа ученых под руководством D.Yellon показала, что управление рецепторами к факторам роста ( в том числе, к инсулину, который ,скорее всего, принимает участие в механизме защиты через метаболизм глюкозы) в течение первых 15 минут после постишемической реперфузии значительно снизил степень выраженности инфарктов. Предполагается, что такая фармакологическая защита миокарда осуществляется через такие посредники как Akt илиERK1/2, принимающие участие и в реализации механизмов прекондиционирования. Данные об изменении проницаемости во время фаз ишемии и реперфузии так же сопоставимы с таковыми при прекондиционировании. Много лет назад E.F.Griffiths и его группа ученых доказали, что являющийся ключевым звеном в сигнальной клеточной цепи НСК открывается не в фазу ишемии, а только в фазу реперфузии. Исходя из всего вышеперечисленного, можно заключить, что действие циклоспорина А в момент реперфузии такое же, как и при прекондиционировании.

Заключение

Работы по ишемическому пре- и посткондиционированию миокарда открывают интересные возможности для развития методов противоинфарктной терапии. Клиническое подтверждение эффективности посткондиционирования и обнаружение новых фармакологических мишеней реперфузии позволили бы создавать точной терапией серьезную защиту для миокарда от инфарктов. И такой результат обладает безусловной привлекательностью для врачей и пациентов.