МОЛЕКУЛА СТОЛІТТЯ: ЕВОЛЮЦІЯ УЯВЛЕНЬ

Хвороби серцево-судинної системи є бичем сучасного суспільства. На них припадає понад 60% фатальних випадків у загальній смертності населення України. Мабуть, важко знайти людину, котра не чула б про такий лікарський препарат, як нітрогліцерин. Проте мало хто знає, що, починаючи з 1879 р., коли цей засіб уперше використали в клінічній практиці для лікування грудної жаби, і аж до початку 80-х років ХХ століття клітинні механізми його дії залишалися невідомими. До речі, в історії фармакології та медицини це не єдиний випадок. Аналогічною була доля іншого, не менш поширеного препарату — аспірину, механізми дії якого також дуже довго залишалися невідомими. Знадобилося понад століття, щоб зрозуміти: в основі дії нітрогліцерину лежить вивільнення молекули оксиду азоту з наступною активацією спеціального ферменту й запуском складного комплексу внутрішньоклітинних процесів, що приводять у результаті до розслаблення гладких м’язів судин.

Що ж це за сполука? Оксид азоту (NO) в організмі людини і тварин синтезується в результаті окислення атома азоту, що входить до складу однієї з амінокислот, із допомогою сімейства ферментів. NO — гідрофобний газ із хімічними властивостями, які роблять його навдивовижу придатним для ролі внутрішньо- й міжклітинного посередника.

Сьогодні молекула оксиду азоту є загальновизнаним регулятором життєвих функцій організму людини і тварин. Відкриття у 80-х роках NO як біологічного регулятора започаткувало розвиток нового напряму досліджень регуляції клітинних функцій і комунікацій. Кількість публікацій із фізіології, фармакології, біохімії та патофізіології оксиду азоту зростала надзвичайно швидко, і 1992 року NO оголосили молекулою року. Цю ж молекулу було ідентифіковано як нейропередатчик у центральній і периферичній нервовій системі, де вона, як виявилося, бере участь у регуляції цілої низки важливих біологічних функцій, зокрема процесів навчання та пам’яті. Рік у рік помітно збільшується кількість відомих фізіологічних і патофізіологічних функцій, що виконуються з участю NO.

Приємно відзначити: великий внесок у світову скарбничку знань у цій царині зробили й вітчизняні вчені. Йдеться про цикл наукових праць «Дослідження фундаментальних механізмів дії оксиду азоту на серцево-судинну систему як основи патогенетичного лікування її захворювань», висунутих на здобуття Державної премії України в галузі науки й техніки 2003 року.

Автори циклу поставили собі запитання: чому хвороби системи кровообігу, зокрема гіпертонічна хвороба та її ускладнення, залишаються на першому місці серед причин смертності працездатного населення, а ефективність їх лікування далека від бажаної, попри інтенсивні дослідження в цьому напрямі в багатьох лабораторіях? Причина цього лежить, по-перше, у безлічі механізмів, що призводять до підвищення артеріального тиску, а по-друге, на жаль, у їх незнанні. Успішне лікування немислиме без з’ясування механізмів розвитку захворювання. На це й спрямували основні зусилля українські вчені.

Давно відомо, що в механізми підвищення артеріального тиску втягнуто цілу низку органів та систем: серце й судини, надниркові залози, нирки, вегетативна нервова система тощо. Багатоконтурна система регуляції та стабілізації артеріального тиску складається з безлічі гуморальних і нервових контурів регуляції і, попри закладену в неї надійність, є досить легко уразливою саме через її високу складність.

Цілком очевидно, що наявний нині набір лікувально-профілактичних препаратів, по-перше, не завжди етіологічно спрямований, а по-друге, не дозволяє впливати на всі можливі ланки патогенезу гіпертонічної хвороби.

Один із нових і найбільш багатообіцяючих напрямів у з’ясуванні патогенезу гіпертонічної хвороби, активно розроблюваних вітчизняними вченими, — дослідження ролі сполук, що синтезуються внутрішнім, найтоншим шаром судинної стінки, т.зв. ендотелієм. Найвідомішою серед них є NO.

Сьогодні вже добре відомо, що рівень судинного тонусу в нормі та при патології значною мірою визначається балансом у крові сполук, спроможних розслаблювати і скорочувати гладкі м’язи судинної стінки. Зниження синтезу й виділення ендотелієм розслаблюючих чинників і/або збільшення синтезу скорочуючих на якійсь певній ділянці судинного русла призводить до локального спазму судин, а в разі поширення процесу — до розвитку гіпертензії.

Автори на основі проведених досліджень дійшли висновку про необхідність створення нового класу лікарських засобів — ендотеліотропних препаратів, спроможних впливати на синтез і вивільнення чинників ендотеліального походження, що могло б істотно посилити й доповнити існуючий набір антигіпертензивних засобів.

Підвищення артеріального тиску при гіпертонічній хворобі значною мірою зумовлене порушенням ендотелій-залежного розслаблення судин. В експериментах на пацюках із генетично детермінованою гіпертензією нашим ученим удалося практично повністю відновити цю судинну реакцію. Аналогічний результат було одержано й у дослідах на тваринах, які зазнали впливу іонізуючої радіації. Цікаво, що опроміненим тваринам (як, утім, і людям) також властиве порушення ендотелій-залежної регуляції та розвиток гіпертензії. Найпростішим поясненням лікувального ефекту ліпосом могло б бути припущення про відновлення під їхнім впливом синтезу ендотеліальними клітинами оксиду азоту. Проте досліди з вимірюваннями виділення NO у судинах здорових, спонтанно гіпертензивних і опромінених пацюків показали парадоксальну відсутність достовірних відмінностей у кількості NO, синтезованого ендотеліальними клітинами в усіх цих тварин.

Таким чином, хоч ендотелій-залежне розслаблення судин при гіпертензії та впливі гамма-радіації пригнічене, синтез і вивільнення NO ендотеліальними клітинами не порушені. Очевидно, у цьому випадку знижується, радше, біодоступність NO для гладком’язових клітин судинної стінки. Одна з можливих причин цього явища в тому, що при гіпертензії та опроміненні в судинній стінці помітно підвищується рівень т.зв. вільних радикалів. Взаємодія NO із цими сполуками з високою реакційністю призводить до його швидкої деактивації та перетворення на пероксинітрит, який не тільки має значно нижчу здатність розслаблювати судини, а й сам по собі може активувати вільно-радикальні процеси, замикаючи цим «зачароване коло».

Інша причина зниження біодоступності NO полягає в тому, що при гіпертензії порушуються нормальні шляхи транспортування NO в судинній стінці. У нормі синтезований ендотеліоцитами NO дифундує переважно до підлягаючого м’язового шару судини, де й реалізується його розслаблюючий ефект. При гіпертензії структурна цілісність ендотеліального шару порушується, тож частина молекул NO потрапляє в потік крові, де інактивується в результаті взаємодії з оксигемоглобіном і реакцій вільнорадикального окислення.

Третя можлива причина — висока активність у судинній стінці особливого ферменту — протеїнкінази С.

Таким чином, з’ясовано один із ключових механізмів розвитку артеріальної гіпертензії — зниження ефективності дії синтезованого ендотелієм NO на гладкі м’язи судин.

Колектив дослідників скрупульозно вивчив можливі причини зниження чутливості гладком’язових клітин до NO. Як відомо, вплив ендотеліальних чинників на ефекторні елементи судинної стінки реалізуються значною мірою через їхній вплив на іонні канали плазматичної мембрани. Це зрозуміло — мембранний потенціал клітини є однією з основних характеристик живої системи, і рівень судинного тонусу, як правило, — функція мембранного потенціалу. Такі ендотеліальні чинники, як, приміром, NO і гіперполяризуючий чинник, розслаблюють гладком’язові клітини, зокрема, завдяки своєму впливу на калієві канали плазматичної мембрани, збільшенню вихідного калієвого току й гіперполяризації мембрани. Фосфорилування білка іонного каналу протеїнкіназою С, активність якої при гіпертензії різко підвищується, може призвести до порушення його здатності до активації, тобто зробити його неспроможним відповідати на фізіологічний стимул.

Тут слід додати, що наші вчені виявили і принципово новий механізм дії оксиду азоту на судини, не пов’язаний із його впливом на клітинну мембрану та іонні канали. Легко проникаючи через мембрану, NO може безпосередньо впливати на скорочувальні білки гладком’язових клітин. Це відкриває перспективи створення цілком нових лікарських препаратів, які безпосередньо й вибірково впливають на скорочувальні білки м’язів.

Експерименти показали: ендотелій судин має певний запас міцності, який може бути реалізований при розвитку патологічного процесу. При пригніченні NO-залежного компонента розслаблення гладких м’язів його роль перебирає т.зв. ендотеліальний гіперполяризуючий чинник (ЕГФ), про який стало відомо відносно недавно. Авторським колективом було продемонстровано: тоді як NO-залежний компонент розслаблення судин при гіпертензії практично повністю зникає, компонент розслаблення судин, залежний від ендотеліального гіперполяризуючого чинника, практично не змінюється. Інакше кажучи, ЕГФ має значно більшу стійкість до дії вільних радикалів, порівняно з NO. Практичне значення цих даних важко переоцінити. І хоча остаточно хімічну природу самого чинника досі не з’ясовано, теоретичні передумови для розробки лікарських препаратів, що впливають на його синтез із метою активації останнього, вже створені, оскільки відомий механізм дії ЕГФ — активація калієвих каналів клітинної мембрани.

Як токсиколог, не можу не зупинитися на дослідженнях українських учених, пов’язаних із вивченням ролі так званого пероксинітриту, що є продуктом реакції NO із супероксидом. Це дуже цікава молекула, про яку, на жаль, не тільки практикуючі лікарі, а й багато фармакологів та фізіологів нічого не знають. Останніми роками стало відомо, що саме пероксинітрит відповідає за низку токсичних ефектів, приписуваних раніше NO. По суті, це наче друге, лихе обличчя оксиду азоту. Професор Григлевський із Ягеллонського університету в Кракові порівнює перехід оксиду азоту в пероксинітрит із перетворенням доброго обличчя лікаря Джекілла на злобну фізіономію містера Хайда.

Перетворення обличчя лікаря Джекілла (оксиду азоту) на фізіономію атакуючого містера Хайда (пероксинітрит) відбувається дуже швидко, а наслідки такої трансформації часто бувають фатальними для оточуючих тканин й організму загалом. Після його утворення, пероксинітрит розпадається в процесі дифузії від місця утворення до органа-мішені на ряд токсичних сполук, буквально трощачи при цьому на своєму шляху найрізноманітніші біомолекули й біомембрани, що призводить не тільки до деструкції багатьох ферментних і структурних систем, а й до блокування низки механізмів клітинної сигналізації.

Наведу приклад зі сфери серцево-судинної патофізіології та фармакології, яка має пряму причетність до цих досліджень. Відомо, що відновлення кровотоку, яке відбувається після припинення кровопостачання серцевого м’яза, не менш, якщо не більш небезпечне для тканин серця, ніж саме порушення притоку крові. Річ у тому, що в умовах дефіциту кисню ендотеліальні клітини накопичують іони кальцію, необхідного для активації синтезу оксиду азоту. При відновленні кровотоку різко збільшується вироблення оксиду азоту й вільних радикалів. Десятикратне збільшення концентрації цих сполук призводить до сторазового приросту синтезу пероксинітриту. Саме його надлишок у крові й тканинах судин та м’язів серця є причиною тяжких, часто смертельних порушень ритму серця, а також розвитку серцевої недостатності.

У результаті кропітких досліджень удалося встановити: поява аритмій серця під впливом пероксинітриту пов’язана з його пошкоджуючою дією на ліпідне оточення іонних каналів мембрани серцевих клітин. Крім того, пероксинітрит спроможний прямо впливати на функцію іонних каналів, впливаючи на відповідні білки, що формують іонний канал.

Одне з ключових питань сучасної медичної науки полягає в тому, як можна запобігти появі серцевих аритмій у період відновлення коронарного кровотоку. З цією метою українські вчені скористалися сполукою кверцетин, яка належить до групи вітаміну Р і має виражені антиоксидантні властивості. Кверцитин було запаковано в ліпосомальні капсули, виготовлені з ліпіду фофатидилхоліну (лецитину). Ліпосомальна форма кверцитину проявила високу ефективність у запобіганні появі серцевих аритмій у дослідах на тваринах з експериментальним інфарктом міокарда.

Терапевтичний ефект кверцитину обумовлений його властивістю ніби «гасити» утворювані вільні радикали. Крім того, він спроможний блокувати низку ферментів, перешкоджаючи таким чином розвиткові спазму кровоносних судин.

На завершення цієї статті представимо читачам авторський колектив циклу робіт, висунутих на здобуття Державної премії України. Очолював його корифей вітчизняної медичної науки — академік, фізіолог і геронтолог зі світовим ім’ям, який, на жаль, рано пішов із життя, В.В.Фролькіс, чию світлу пам’ять глибоко шанує медична спільнота. У складі авторського колективу академік Л.Т.Малая. До останніх днів вона очолювала створений нею Інститут терапії АМНУ в Харкові. Її внесок у клінічну медицину неоціненний. Інститут фізіології ім. О.Богомольця НАНУ представлено експериментаторами академіком НАНУ А.А.Мойбенком, членом-кореспондентом НАНУ В.Ф.Сагачем і д.м.н. М.Н.Ткаченком. Відомі не тільки в Україні, а й за кордоном роботи українських фармакологів академіка АМНУ А.В.Стефанова та доктора медичних наук А.І.Соловйова. І, нарешті, у циклі наукових праць представлений ряд провідних геронтологів країни: співробітники й колеги В.В.Фролькіса — член-кореспондент НАНУ й РАМН, академік АМНУ О.В.Коркушко, член-кореспондент АМНУ В.В.Безруков і доктор медичних наук О.К.Кульчицький.

Безперечно, цикл наукових праць «Дослідження фундаментальних механізмів дії оксиду азоту на серцево-судинну систему як основи патогенетичного лікування її захворювань» — це вагомий внесок у розвиток сучасного бачення ролі оксиду азоту в регуляції життєвих процесів і дозволяє принципово по-новому поглянути на механізми розвитку основних захворювань серцево-судинної системи. Ці праці дозволять обгрунтувати нові принципи терапії серцево-судинних захворювань, що посідають, як уже було зазначено вище, одне з перших місць у структурі загальної захворюваності. Слід також наголосити на особливій значимості проблеми у зв’язку з тим, що нині ця форма патології посилюється повсюдним впливом на людину несприятливих екзогенних чинників хімічного, фізичного й біологічного походження. Йдеться про виробничі та екологічно зумовлені захворювання — прикмету XX і XXI століть.