Введение к работе
Актуальность проблемы.
Сердечно-сосудистые заболевания занимают ведущее место в структуре общей заболеваемости и смертности в России и во всем мире (Levi et al, 2002). Острый инфаркт миокарда (ОИМ) – основная причина смертности больных с ИБС. Главным средством борьбы с разви-вающимся поражением миокарда при инфаркте служит реперфузия – восстановление кровотока в ишемизированном участке. В течение последних лет в экспериментах на животных удалось показать, что не только ишемия, но и реперфузия вносит весомый вклад в гибель кардиомиоцитов (D. Hausenloy, D. Yellon, 2008). Известно, что репер-фузия вызывает оксидативный стресс, отек кардиомиоцитов, поступ-ление в клетки избытка кальция, и, как следствие, нарушение митохонд-риальной проницаемости и гибель клетки (A. Halestrap et al, 2007). Основная роль в перегрузке клетки кальцием при реперфузии принадле-жит натрий-кальциевому обменнику (NCX). Блокада «обратного режи-ма» с помощью препарата KB-R7943 приводит к уменьшению размера некроза (Seki et al, 2000). Кроме того, существует ряд методик, позволяющих снизить ишемическое-реперфузионное повреждение. Одной из наиболее эффективных является ишемическое постконди-ционирование (J.V.Johansen, 2006). Оно существенно снижает размер ин-фаркта и постишемическую сократительную дисфункцию. Механизмы защитного действия посткондиционирования активно изучаются, показа-но участие каскадов протеинкиназ (MAP-киназы, протеинкиназы С и В), что свидетельствует об активации эндогенных механизмы клеточной за-щиты. В ряде работ имеются данные о взаимосвязи между кальциевым метаболизмом и посткондици-онирование, однако природа ее не установлена.
Важным механизмом развития ишемического-реперфузионного повреждения является также интерстициальный и клеточный отек мио-карда. Известно, что до трети водного транспорта в кардиомиоцитах осу-ществляется белками аквапоринами (Egan et al, 2006). Работ по исследо-ванию роли аквапоринов в патофизиологии миокарда на данный момент не более десяти, в них было показано, что аквапорин-1 и аквапорин-4 (Aqp-1 и Aqp-4) экспрессируются в миокаде мыши и человека (Wakayama et al, 2007), причем Aqp-1 локализован преимущественно в эндотелии сосудов сердца, а Aqp-4 – на клеточной мембране кардио-миоцитов (T. Butler et al, 2006). В 2007 году A. Warth и соавт. показали, что экспрессия Aqp-4 повышается под действием ишемии.
Таким образом, исследование молекулярных механизмов, участ-вующих в реализации ишемического и реперфузионного повреждения миокарда является весьма актуальным, и может быть основанием для дальнейшей разработки способов защиты сердца от повреждения.
Цель исследования.
Изучить роль мембранных белков – обменника натрия и кальция (NCX) и водных каналов (аквапоринов) в механизмах формирования эндогенной устойчивости миокарда к ишемическому и реперфузионному повреждению (ИРП).
Задачи исследования.
-
Изучить эффективность посткондиционирования и исследовать его механизмы при экспериментальной ишемии/реперфузии на модели изолированного сердца мыши.
-
Оценить значение «обратного режима» работы NCX в патогенезе ишемического-реперфузионного повреждения.
-
Определить возможность суммации эффектов посткондициониро-вания и блокады обратного режима NCX в отношении эндогенной клеточной защиты.
-
Исследовать влияние экспрессии гена aqp4 на устойчивость миокар-да к ИРП на модели изолированного сердца мышей, нокаутных по гену apq4.
-
Изучить экспрессию аквапоринов Aqp-1 и Aqp-4 при ишемии-реперфузии миокарда на модели изолированного сердца мыши и при проведении операций на открытом сердце человека.
Научная новизна.
Впервые показано угнетение эндогенной клеточной защиты миокарда при комбинировании ишемического посткондиционирования с пре- и постишемическим введением блокатора обратного режима натрий-кальциевого обменника (NCX) на модели изолированного сердца мыши.
Впервые получены данные об активации протеинкиназ ERK и PKC в ходе сочетания блокатора NCX с посткондиционированием, а также снижение активации протеинкиназы В (АКТ).
Впервые показана повышенная ишемическая толерантность миокарда мышей, генетически нокаутных по гену aqp-4, что свидетель-ствует о значительной роли аквапоринов в патогенезе ишемического-реперфузионного поражения.
Впервые получены данные о снижении экспрессии аквапоринов Aqp-1 и Aqp-4 в миокарде человека в результате операции маммаро-коронарного шунтирования с применением аппарата искуственного кро-вообращения и комбинированной антеро- и ретроградной кардиоплегии.
Впервые получены данные о снижении экспрессии аквапоринов Aqp-1 и Aqp-4 в миокарде мыши под действием ретроградной перфузии по Лангендорфу.
Теоретическая и практическая значимость.
Данные, полученные в исследовании, расширяют представления о патофизиологии эндогенной кардиопротекции, в частности о молеку-лярных механизмах посткондиционирования. Полученные данные могут рассматриваться как теоретическая предпосылка использования посткон-диционирующих воздействий в клинической практике.
Представление о роли натрий-кальциевых каналов и водных ка-налов в патогенезе ишемического-реперфузионного повреждения мио-карда являются теоретической основой для создания препаратов, активи-рующих эндогенные механизмы клеточной защиты, а также создают предпосылки для дальнейших углубленных исследований роли натрий-кальциевых и водных каналов в патофизиологии миокарда.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Реперфузия является важным компонентом повреждения миокарда в постишемический период, и реперфузионное повреждение может быть уменьшено при помощи дробной реперфузии (посткондици-онирование).
-
В патогенезе ишемического и реперфузионного поражения важную роль играет натрий-кальциевый обменник, фармакологическая бло-када которого уменьшает степень ишемического и реперфузионного повреждения.
-
Защитные механизмы посткондиционирования и блокады натрий-кальциевого обменника связаны с активацией различных киназ; при сочетании этих способов защиты их протективное действие взаи-моисключается, приводя к «отмене» кардиопротективного действия каждого механизма.
-
В патогенезе ишемического и реперфузионного повреждения боль-шое значение имеют белки-транспортеры воды – аквапорины.
Реализация работы.
Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре патофизиологии Санкт-Петербургского государственного меди-цинского университета им. акад. И.П. Павлова.
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе три статьи в журнале, входящем в список рекомендованных ВАК.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на ряде Российских и международных конференцияй и симпозиумов:
-
Февраль 2006, 2007, 2008 гг – Ежегодная конференция Скандинавс-кого Общества Исследователей в области Кардиоторакальной Хи-рургии (Scandinavian Society for Research in Cardiothoracic surgery (SSRCTS) в Гейло, Норвегия.
-
Апрель 2007 г. – конференция молодых ученых “Актуальные проб-лемы патофизиологии” в Санкт-Петербурге.
-
Июнь 2007 г. - XIX Всемирный конгресс Международного Общества Исследователей в области Кардиологии (World congress of the Inter-national Society for Heart Research) в г. Болонья, Италия.
-
Октябрь 2007 г. – V ежегодный симпозиум Центра по изучению Сер-дечной Недостаточности (5th Annual Symposium of a Center for Heart Failure research (CHFR), в Осло, Норвегия.
-
Май 2008 г.- Российско-норвежский научный симпозиум «Защита миокарда: молекулярные, патофизиологические и клинические аспекты», Санкт-Петербург.
-
Июнь 2008 г. Заседание Европейской Секции Международного Общества Исследователей в области Кардиологии (World congress of the International Society for Heart Research) в г. Афины, Греция.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 40 отечественных и 190 иностранных источников. Работа иллюстрирована 11 таблицами и 20 рисунками.
