МОЛЕКУЛА ВЕКА: ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

Болезни сердечно-сосудистой системы являются бичом современного общества. На их долю приходится более 60% фатальных исходов в общей смертности населения Украины. Наверное, трудно найти человека, который бы не слышал о таком лекарственном препарате, как нитроглицерин. Однако мало кто знает, что, начиная с 1879 г., когда это средство было впервые использовано в клинической практике для лечения грудной жабы, и вплоть до начала 80-х годов ХХ столетия, клеточные механизмы его действия оставались неизвестными. Кстати, в истории фармакологии и медицины это не единственный случай. Аналогичной была судьба другого, не менее известного препарата — аспирина, механизмы действия которого также очень долго оставались неизвестными. Потребовалось больше века на то, чтобы уяснить: в основе действия нитроглицерина лежит освобождение молекулы оксида азота с последующей активацией специального фермента и запуском сложного комплекса внутриклеточных процессов, приводящих в итоге к расслаблению гладких мышц сосудов.

Что собой представляет это соединение? Синтез оксида азота (NO) в организме человека и животных осуществляется в результате окисления атома азота, входящего в состав одной из аминокислот, с помощью семейства ферментов. NO представляет собой гидрофобный газ с химическими свойствами, делающими его удивительно подходящим на роль внутри- и межклеточного посредника.

Сегодня молекула оксида азота является общепризнанным регулятором жизненных функций организма человека и животных. Открытие в 80-е годы NO как биологического регулятора послужило началом развития нового направления исследований в регуляции клеточных функций и коммуникаций. Количество публикаций по физиологии, фармакологии, биохимии и патофизиологии оксида азота стало увеличиваться с необыкновенной быстротой, и в 1992 году NO был объявлен молекулой года. Эта же молекула была идентифицирована как нейропередатчик в центральной и периферической нервной системе, где она, как оказалось, принимает участие в регуляции целого ряда важных биологических функций, включая процессы обучения и памяти. С каждым годом заметно увеличивается число известных физиологических и патофизиологических функций, протекающих с участием NO.

Отрадно заметить: большой вклад в мировую копилку знаний в этой области внесен и отечественными учеными. Речь идет о цикле научных работ «Исследование фундаментальных механизмов действия оксида азота на сердечно-сосудистую систему как основы патогенетического лечения ее заболеваний», выдвинутых на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники 2003 года.

Авторы цикла задались вопросом: почему болезни системы кровообращения, в частности, гипертоническая болезнь и ее осложнения, остаются на первом месте среди причин смертности трудоспособного населения, а эффективность их лечения оставляет желать лучшего, несмотря на интенсивные исследования в этом направлении во многих лабораториях? Причина этого лежит, во-первых, во множественности механизмов, приводящих к повышению артериального давления, а во-вторых, увы, в их незнании. Успешное лечение немыслимо до тех пор, пока не станут известными механизмы развития заболевания. На это и были направлены основные усилия украинских ученых.

Давно известно, что в механизмы повышения артериального давления вовлечен целый ряд органов и систем: сердце и сосуды, надпочечники, почки, вегетативная нервная система и т.д. Многоконтурная система регуляции и стабилизации артериального давления состоит из множества гуморальных и нервных контуров регуляции и, несмотря на заложенную в нее надежность, достаточно легко уязвима именно в силу ее большой сложности.

Вполне очевидно, что имеющийся в настоящее время набор лекарственных лечебно-профилактических средств, во-первых, не всегда является этиологически направленным, а во-вторых, не позволяет воздействовать на все возможные звенья патогенеза гипертонической болезни.

Одним из новых и наиболее многообещающих направлений в выяснении патогенеза гипертонической болезни, активно разрабатываемых отечественными учеными, являются исследования роли соединений, синтезируемых внутренним, тончайшим слоем сосудистой стенки, т.н. эндотелием. Среди них наибольшую известность имеет NO.

Сейчас уже хорошо известно, что уровень сосудистого тонуса в норме и при патологии в значительной степени определяется балансом в крови соединений, обладающих способностью расслаблять и сокращать гладкие мышцы сосудистой стенки. Снижение синтеза и выделения эндотелием расслабляющих факторов и/или увеличение синтеза сокращающих в каком-то определенном участке сосудистого русла приводит к локальному спазму сосудов, а в случае распространения процесса — к развитию гипертензии.

Авторы на основании проведенных исследований пришли к выводу о необходимости создания нового класса лекарственных средств — эндотелиотропных препаратов, способных влиять на синтез и освобождение факторов эндотелиального происхождения, что могло бы существенно усилить и дополнить существующий набор антигипертензивных средств.

Повышение артериального давления при гипертонической болезни обусловлено в значительной степени нарушением эндотелий-зависимого расслабления сосудов. В экспериментах на крысах с генетически детерминированной гипертензией нашим ученым удалось практически полностью восстановить эту сосудистую реакцию. Аналогичный результат был получен и в опытах на животных, подвергшихся воздействию ионизирующей радиации. Интересно, что для облученных животных (как, впрочем, и для людей) также характерно нарушение эндотелий-зависимой регуляции и развитие гипертензии. Самым простым объяснением лечебного эффекта липосом могло бы быть предположение о восстановлении под их влиянием синтеза эндотелиальными клетками оксида азота. Однако опыты с измерениями выделения NO в сосудах здоровых, спонтанно гипертензивных и облученных крыс показали парадоксальное отсутствие достоверных различий в количестве NO, синтезируемого эндотелиальными клетками у всех этих животных.

Таким образом, хотя эндотелий-зависимое расслабление сосудов при гипертензии и воздействии гамма-радиации подавлено, синтез и освобождение NO эндотелиальными клетками не нарушены. По-видимому, в этом случае снижается скорее биодоступность NO для гладкомышечных клеток сосудистой стенки. Одна из возможных причин этого явления заключается в том, что при гипертензии и облучении в сосудистой стенке существенно повышен уровень т.н. свободных радикалов. Взаимодействие NO с этими высоко реакционноспособными соединениями приводит к его быстрой деактивации и превращению в пероксинитрит, который не только обладает значительно меньшей способностью расслаблять сосуды, но и сам по себе способен активировать свободно-радикальные процессы, замыкая тем самым «порочный круг».

Другая причина снижения биодоступности NO заключается в том, что при гипертензии нарушаются нормальные пути транспорта NO в сосудистой стенке. В норме синтезируемый эндотелиоцитами NO диффундирует в основном к подлежащему мышечному слою сосуда, где и реализуется его расслабляющий эффект. При гипертензии структурная целостность эндотелиального слоя нарушается и поэтому часть молекул NO попадает в поток крови, где инактивирется в результате взаимодействия с оксигемоглобином и реакций свободно-радикального окисления.

Третья возможная причина — высокая активность в сосудистой стенке особого фермента — протеинкиназы С.

Таким образом, установлен один из ключевых механизмов развития артериальной гипертензии — снижение эффективности действия синтезируемого эндотелием NO на гладкие мышцы сосудов.

Коллектив исследователей обстоятельно изучил возможные причины снижения чувствительности гладкомышечных клеток к NO. Как известно, влияние эндотелиальных факторов на эффекторные элементы сосудистой стенки реализуются, в значительной степени посредством их воздействия на ионные каналы плазматической мембраны. Это понятно — мембранный потенциал клетки является одной из основных характеристик живой системы, и уровень сосудистого тонуса, как правило, является функцией мембранного потенциала. Такие эндотелиальные факторы, например, как NO и гиперполяризующий фактор, расслабляют гладкомышечные клетки, в частности, благодаря своему влиянию на калиевые каналы плазматической мембраны, увеличению выходящего калиевого тока и гиперполяризации мембраны. Фосфорилирование белка ионного канала протеинкиназой С, активность которой при гипертензии резко повышена, может привести к нарушению его способности к активации, т.е. сделать его неспособным отвечать на физиологический стимул.

Здесь следует добавить, что нашими учеными был обнаружен и принципиально новый механизм действия оксида азота на сосуды, не связанный с его влиянием на клеточную мембрану и ионные каналы. Легко проникая через мембрану, NO способен прямо воздействовать на сократительные белки гладкомышечных клеток. Это открывает перспективы создания совершенно новых лекарственных препаратов, оказывающих прямое и избирательное влияние на сократительные белки мышц.

Эксперименты показали: эндотелий сосудов обладает определенным запасом прочности, который может быть реализован при развитии патологического процесса. При подавлении NO-зависимого компонента расслабления гладких мышц его роль берет на себя т. н. эндотелиальный гиперполяризующий фактор (ЭГФ), о котором стало известно относительно недавно. Авторским коллективом было продемонстрировано: в то время как NO-зависимый компонент расслабления сосудов при гипертензии практически полностью исчезает, компонент расслабления сосудов, зависимый от эндотелиального гиперполяризующего фактора практически не изменяется. Иными словами, ЭГФ обладает существенно большей стойкостью к действию свободных радикалов в сравнении с NO. Практическое значение этих данных трудно переоценить. И хотя окончательно химическая природа самого фактора пока еще не установлена, теоретические предпосылки для разработки лекарственных препаратов, обладающих влиянием на его синтез с целью активации последнего, уже созданы, так как известен механизм действия ЭГФ — активация калиевых каналов клеточной мембраны.

Как токсиколог, не могу не остановиться на исследованиях украинских ученых, связанных с изучением роли так называемого пероксинитрита, являющегося продуктом реакции NO с супероксидом. Это очень интересная молекула, о которой, к сожалению, не только практикующие врачи, но и многие фармакологи и физиологи ничего не знают. В последние годы стало известно, что именно пероксинитрит отвечает за ряд токсических эффектов, приписываемых ранее NO. По сути дела, это как бы второе, недоброе лицо оксида азота. Профессор Григлевский из Ягеллонского университета в Кракове сравнивает переход оксида азота в пероксинитрит с превращением доброго лица доктора Джекилла в злобную физиономию мистера Хайда.

Превращение лица доктора Джекила (оксида азота) в физиономию атакующего мистера Хайда (пероксинитрит) происходит очень быстро, а последствия такой трансформации часто бывают фатальными для окружающих тканей и организма в целом. После его образования, пероксинитрит распадается в процессе диффузии от места образования к органу-мишени на ряд токсичных соединений, буквально сокрушая при этом на своем пути самые различные биомолекулы и биомембраны, что приводит к деструкции не только многих ферментных и структурных систем, но и блокированию ряда механизмов клеточной сигнализации.

Приведу пример из области сердечно-сосудистой патофизиологии и фармакологии, имеющих прямое отношение к данным исследованиям. Известно, что последующее за прекращением кровоснабжения сердечной мышцы восстановление кровотока не менее, если не более, опасно для тканей сердца, чем само нарушение притока крови. Дело в том, что в условиях дефицита кислорода эндотелиальные клетки накапливают ионы кальция, необходимого для активации синтазы оксида азота. При восстановлении кровотока резко увеличивается производство оксида азота и свободных радикалов. Десятикратное увеличение концентрации этих соединений приводит к стократному приросту синтеза пероксинитрита. Именно его избыток в крови и тканях сосудов и мышцы сердца является причиной появления тяжелых, часто смертельных, нарушений ритма сердца, а также развития сердечной недостаточности.

В результате кропотливых исследований удалось установить: появление аритмий сердца под влиянием пероксинитрита связано с его повреждающим действием на липидное окружение ионных каналов мембраны сердечных клеток. Кроме того, пероксинитрит способен прямо влиять на функцию ионных каналов посредством воздействия на соответствующие белки, формирующие ионный канал.

Один из ключевых вопросов современной медицинской науки заключается в том, каким образом можно предотвратить появление сердечных аритмий в период восстановления коронарного кровотока. С этой целью украинскими учеными было использовано соединение кверцетина, относящееся к группе витамина Р и обладающее выраженными антиоксидантными свойствами. Кверцитин был заключен в липосомальные пузырьки, приготовленные из липида фофатидилхолина (лецитина). Липосомальная форма кверцетина показала высокую эффективность в предотвращении появления сердечных аритмий в опытах на животных с экспериментальным инфарктом миокарда.

Терапевтический эффект кверцитина обусловлен его способностью как бы «тушить» образующиеся сободные радикалы. Кроме того, он обладает способностью блокировать ряд ферментов, препятствуя таким образом развитию спазма кровеносных сосудов.

В заключение этой статьи представим читателям авторский коллектив цикла работ, выдвинутых на соискание Государственной премии Украины. Возглавлял его корифей отечественной медицинской науки — академик, физиолог и геронтолог с мировым именем, к несчастью, рано ушедший из жизни, В.В.Фролькис, светлую память которого высоко чтит медицинская общественность. В составе авторского коллектива академик Л.Т.Малая. До последних дней она возглавляла созданный ею Институт терапии АМНУ в Харькове. Ее вклад в клиническую медицину неоценим. Институт физиологии им. А.Богомольца НАНУ представлен экспериментаторами академиком НАНУ А.А. Мойбенко, чл.-корр. НАНУ В.Ф.Сагачем и доктор медицинских наук М.Н.Ткаченко. Известны не только в Украине, но и за рубежом работы украинских фармакологов академика АМНУ А.В. Стефанова и доктора медицинских наук А.И.Соловьева. И наконец, в цикле научных работ представлен ряд ведущих геронтологов страны — сотрудники и коллеги В.В. Фролькиса — чл.-корр. НАНУ и РАМН, академик АМНУ О.В. Коркушко, чл.-корр. АМНУ В.В.Безруков и доктор медицинских наук О.К. Кульчицкий.

Несомненно, что цикл научных работ «Исследование фундаментальных механизмов действия оксида азота на сердечно-сосудистую систему как основы патогенетического лечения ее заболеваний» вносит весомый вклад в развитие современных представлений о роли оксида азота в регуляции жизненных процессов и позволяет принципиально по-новому взглянуть на механизмы развития основных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Эти работы позволят обосновать новые принципы терапии сердечно-сосудистых заболеваний, занимающих, как уже было отмечено выше, одно из первых мест в структуре общей заболеваемости. Следует также подчеркнуть особую значимость проблемы в связи с тем, что в настоящее время эта форма патологии усугубляется повсеместным воздействием на человека неблагоприятных экзогенных факторов химического, физического и биологического происхождения. Речь идет о производственных и экологически обусловленных заболеваниях — примете XX и XXI веков.