Введение к работе
Актуальность проблемы.Апоптоз представляет собой одну из форм клеточной гибели, свойственную эукариотическим организмам, находящимся на разных ступенях эволюционного развития [А.В. Гордеева и др., 2004]. Это регулируемый процесс, сопровождающийся изменением экспрессии определенных генов и формированием специфического клеточного фенотипа, обеспечивающий тканевый гомеостаз и, главное, постоянство генетического материала [S.Elmore, 2007].Нарушения в механизмах инициации и реализации апоптотической гибели клеток могут способствовать развитию различных патологических процессов, особенно если это касается клеток с низким пролиферативным потенциалом, к числу которых относятся и кардиомиоциты (КМЦ) [B.Favaloroetal., 1012]. В последние десятилетия интерес ученых во всем мире привлекает исследование роли гибели КМЦ в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Уже накоплено немало экспериментальных доказательств усиления апоптоза в миокарде при ишемии, острой и хронической перегрузке, миокардитах [N.H.Bishopricetal., 2001; Y. Lee, AB.Gustafsson, 2009; М.Л.Благонравов, 2011].
Артериальная гипертензия (АГ) является одной из наиболее распространенных форм патологии сердечно-сосудистой системы[Ж.Д.Кобалава, Ю.В. Котовская, В.С. Моисеев, 2009]. Будучи органом-мишенью, поражаемым при стойком повышении артериального давления, сердце подвергается настолько выраженным морфологическим и функциональным изменениям, что в научной литературе прочно закрепился термин «гипертоническое сердце» [В.А.Фролов, Г.А.Дроздова, 1984]. В ремоделировании миокарда и развитии хронической сердечной недостаточности при АГ участвует ряд механизмов, к числу которых относится потеря КМЦ, чем обусловлено существенно возросшее в последнее время внимание к изучению программированной гибели клеток миокарда в условиях повышенного артериального давления [A.Gonzalezetal., 2003; J.Dez, 2009; P.Morillasetal., 2012].Апоптогенными стимулами при гипертонии могут выступать активные формы кислорода [A.C.Montezano, R.M.Touyz, 2012], ангиотензинII [M.Pauletal., 2006], растяжение КМЦ [M.A.Fortunoetal., 2001] и другие факторы.Возможно также, что существенное влияние на гибель сердечных миоцитов оказывает развивающаяся при АГ гипертрофия миокарда [B.C.Bernardoetal., 2010]. Вместе с тем, несмотря на исследования, проводимые в данной области, многие аспекты, касающиеся инициации и реализации апоптотической программы в КМЦ остаются не до конца изученными. Так, в частности, практически нет сведений о влиянии хронической гемодинамической перегрузки левого желудочка (ЛЖ) на программированную гибель клеток миокарда правого желудочка (ПЖ). В свете результатов экспериментов, проведенных на кафедре общей патологии и патологической физиологии РУДН, показавших, что при перегрузке ЛЖ ПЖ вовлекается в процесс немедленно и в дальнейшем определяет динамику функции сердца [Т.А.Казанская, В.А.Фролов, 1995], представляется необходимым сравнительный подход к изучению апоптотических процессов в миокарде обоих желудочков сердца.
Известно, что приблизительно 90% случаев повышения артериального давления является результатом эссенциальной АГ, а остальные случаи представляют собой следствие заболеваний других органов и систем [Ж.Д.Кобалава и др., 2009]. В этой связи возникает вопрос, не имеющий на сегодняшний день однозначного ответа: отличаются ли механизмы инициации и реализации апоптоза КМЦ при различных формах АГ?
Для разработки новых подходов к лечению заболеванийсердечно-сосудистой системы требуется более детальное изучение молекулярных механизмов, вовлеченных в программированную гибель клеток миокарда. В настоящее время предлагаются разные способы прямого подавления апоптоза, в том числе ингибирование каспаз и блокада Fas-рецепторов [U.Fischer, K.Schulze-Osthoff, 2005]. Однако неселективнаясупрессияапоптотической гибели может привести к сохранению в организме генетически дефектных и функционально неполноценных клеток. Следует учитывать и тот факт, что усиление апоптоза указывает на существенные нарушения физиологических внутриклеточных процессов, поэтому представляется более целесообразным исследование возможности подавления не самой гибели клеток, а механизмов, создающих условия для индукции данного процесса.
Цель исследования
Изучить особенности инициации и реализации апоптотической гибели кардиомиоцитов левого и правого желудочков сердца при первичной генетически обусловленной и вторичной вазоренальной артериальной гипертензии; оценить возможности медикаментозной супрессииапоптоза клеток миокарда при артериальной гипертензии различного генеза.
Задачи исследования
-
Определить интенсивность апоптотических и гипертрофических процессов в миокарде желудочков сердца в динамике генетически обусловленной и вазоренальной АГ.
-
Изучить возрастные особенности апоптоза КМЦ нормотензивных и гипертензивных животных.
-
Выявить пути передачи апоптогенного сигнала в сердечных миоцитах ЛЖ и ПЖ в условиях системной гипертензии различного генеза.
-
Определить значимость энергетического дефицита для индукции апоптотической гибели КМЦ при АГ различного генеза.
-
Оценить роль окислительного стресса в инициации и реализации апоптотической программы в сердечных миоцитах.
-
Исследовать влияние эндотелина-1 на апоптотические и гипертрофические процессы в миокарде в условиях повышенного артериального давления.
-
Провести сравнительную оценку эффективности медикаментозной супрессииапоптоза КМЦ с помощью экзогенногофосфокреатина, мексидола, обладающего антигипоксическим и антиоксидантным действием, и BQ-123, относящегося к селективным антагонистам ЕТА-рецепторов.
Научная новизна
В рамках представленной работы впервые проведено сравнительное изучение особенностей апоптоза сердечных миоцитов ПЖ и ЛЖ при генетически обусловленной и вторичной АГ.
Впервые обнаружено, что при АГ различного генеза преобладает митохондриальный путь передачи апоптогенного сигнала, вместе с тем в ЛЖ спонтанно гипертензивных крыс определенный вклад в инициацию программированной гибели клеток миокарда вносит рецепторно-опосредованная сигнальная трансдукция.
На основании данных, полученных при иммуногистохимической и биохимической оценке интенсивности апоптоза, впервые установлено, что при реализации апоптотической программы в КМЦ в условиях АГ ведущими являются некаспазныеэффекторные механизмы.
Впервые показано, что умеренный энергетический дефицит, возникающий в клетках миокарда при АГ, становится одним из основных индукторов апоптоза КМЦ в ЛЖ, реализующегося с участием белков р53 и Bax.
Биохимическое исследование клеток миокарда ЛЖ спонтанно гипертензивных крыс показало, что окислительный стресс выступает наиболее вероятным фактором, стимулирующим рецепторно-опосредованную передачу апоптогенного сигнала, а также принимает участие в индукции гипертрофических процессов. При иммуногистохимическом исследовании КМЦ ПЖ было обнаружено, что в условиях окислительного стресса в них повышается экспрессия проапоптотического белка р53.
При исследовании миокарда крыс линии SHR с генетически обусловленной АГ, леченых селективным антагонистом ЕТА-рецепторов BQ-123, были получены принципиально новые данные, согласно которым эндотелин-1 является одним из основных факторов, стимулирующих в ЛЖ гипертрофические процессы, и создающих условия, при которых в ЛЖ индукторы апоптоза преобладают над его супрессорами. Также полученные результаты позволяют полагать, что экспрессия Bax как при АГ, так и в норме, опосредуется эндотелином-1.
В результате проведенных экспериментов впервые выявлено отличие механизмов инициации и реализации апоптотической программы в миоцитах левого и правого желудочков сердца в условиях повышенного артериального давления.
На основании полученных данных с применением метода многомерного шкалирования разработан новый интегративный показатель, характеризующий величину терапевтического эффекта каждого из использованных препаратов (неотона, мексидола и BQ-123) по комплексу изучаемых признаков. Исходя из значений данного показателя, установлено, что эффективность данных препаратов в ЛЖ значительно выше, нежели в ПЖ. Величины терапевтического эффекта неотона и BQ-123 приблизительно равны, хотя эффективность неотона в ЛЖ несколько выше. Лечение мексидолом оказало наименьшее влияние на комплекс исследованных признаков в обоих желудочках сердца.
При исследовании миокарда нормотензивных крыс разного возраста было обнаружено, что старение организма сопровождается повышением интенсивности ПКГ КМЦ в обоих желудочках сердца, причем происходит переключение с каспазоопосредованного на некаспазный механизм реализации апоптотической программы. Потеря сердечных миоцитов с возрастом приводит к компенсаторной гипертрофии миокарда.
Теоретическая и практическая значимость работы
Результаты проведенного исследования способствуют детализации представлений о механизмах, лежащих в основе повышения интенсивности апоптотической гибели КМЦ при АГ различного генеза.
Полученные в ходе экспериментов данные ставят новые задачи для дальнейших научных изысканий, заключающиеся в поиске индукторов апоптоза и способов регуляции клеточной гибели в ПЖ сердца, т.к. они оказались отличными от таковых в ЛЖ.
Важное практическое значение имеет установление роли энергетического дефицита, окислительного стресса и эндотелина-1 в инициации апоптотической гибели КМЦ при АГ различного генеза, открывающее новые возможности для медикаментозной регуляции данного процесса. Показана эффективность применения макроэргических препаратов, антиоксидантов и селективных антагонистов ЕТА-рецепторов с целью снижения интенсивности апоптоза и гипертрофических процессов в миокарде ЛЖ.
Предложенный подход к разработке информативного количественного показателя, характеризующего эффективность лечения по комплексу оцениваемых признаков, может быть использован в клинической практике для оценки влияния применяемых препаратов на различные комплексы исследуемых параметров.
Внедрение результатов исследования
Результаты представленной работы внедрены в учебный процесс при изучении дисциплины «Патофизиология» на кафедре общей патологии и патологической физиологии и дисциплины «Биология» на кафедре биологии и общей генетики медицинского факультета ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов».
Положения, выносимые на защиту:
-
Артериальная гипертензия различного генеза сопровождается повышением интенсивности апоптоза и развитием гипертрофии КМЦ, причем основные механизмы, лежащие в основе этих процессов, в ЛЖ и ПЖ отличаются.
-
При артериальной гипертензии одним из ключевых индукторов апоптоза КМЦ является энергетический дефицит, активирующий митохондриальный путь передачи апоптогенного сигнала и высвобождение некаспазных эффекторов. Определенный вклад в инициацию апоптотической программы вносит окислительный стресс, стимулирующий рецепторно-опосредованную сигнальную трансдукцию. В миокарде ЛЖ спонтанно гипертензивных крыс в индукции программированной гибели сердечных миоцитов участвует эндотелин-1, повышающий экспрессию в клетках белков р53 и Bax.
-
Гипертрофия миокарда ЛЖ и ПЖ у крыс линии SHR начинает развиваться в первые недели жизни и не зависит от интенсивности апоптоза и величины артериального давления. В ЛЖ спонтанно гипертензивных крыс триггерами гипертрофических процессов выступают окислительный стресс и эндотелин-1.
-
Старение организма сопровождается усилением апоптотической гибели КМЦ в обоих желудочках сердца и развитием компенсаторной гипертрофии миокарда.
-
Количественный анализ комплекса исследуемых показателей у спонтанно гипертензивных крыс методом многомерного шкалирования показал эффективность применения макроэргических препаратов, антиоксидантов и селективных антагонистов ЕТА-рецепторов с целью снижения интенсивности апоптоза и гипертрофических процессов в миокарде ЛЖ.
Апробация работы
Работа апробирована на VIII Всероссийской конференции по патологии клетки, г. Москва, 2010 г.; на XI Международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке. Научные и прикладные аспекты здоровья и здорового образа жизни», г. Москва, 2010 г.; на I Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине», г. С.-Петербург, 2010 г.; на научно-практической конференции «Развитие идей академика А.И. Струкова в современной патологической анатомии», г. Москва, 2011 г.; на Международной конференции «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация», г. Пущино, 2011г.; на II Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине», г. С.-Петербург, 2011 г.; на VII Международной научно-практической конференции «Перспективные исследования науки и техники», г. Пшемысль (Польша), 2011 г.; на II Международной интернет-конференции «Актуальные проблемы биохимии и бионанотехнологии», г. Казань, 2012 г.; на V региональной научно-практической конференции «Новые технологии в рекреации здоровья населения», г. Владикавказ, 2012 г.; на XIX Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», г. Москва, 2012 г.; на XV Всероссийском симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации», г. Москва, 2012 г.; на III Съезде геронтологов и гериатров России, г. Новосибирск, 2012 г.; на II Российском съезде по хронобиологии и хрономедицине с международным участием, г. Москва, 2012 г;совместном заседании кафедры общей патологии и патологической физиологии РУДН и кафедры биологии и общей генетики РУДН, 2012 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 29 работ, в том числе 15 статей в журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК при Министерствеобразования и науки РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материала и методов исследования, 6 глав, в которых изложены результаты собственного исследования, главы, посвященной обсуждению полученных результатов, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Диссертация изложена на 209 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы и 27 рисунков. Библиография включает 543 источника российской и зарубежной литературы.
![Клинико-диагностическое значение эндотелиальной дисфункции у больных с вторичной легочной гипертензией различного генеза [Электронный ресурс]](/i/i/4362/182585.png "Клинико-диагностическое значение эндотелиальной дисфункции у больных с вторичной легочной гипертензией различного генеза [Электронный ресурс] Орлова Елена Евгеньевна")