Введение к работе
Актуальность проблемы. Как известно, заболевания сердца и сосудов ежегодно уносят жизни миллионов человек по всему миру. Накоплено достаточно большое количество исследований, демонстрирующих связь между нарушением функции эндотелия и сердечно-сосудистыми заболеваниями, представляя ЭД как важнейший фактор атеросклеротического процесса. В патогенезе и клинике артериальной гипертонии, ишемической болезни сердца, атеросклероза, сахарного диабета и их осложнений одним из важных аспектов считается нарушение структуры и функции эндотелия.
В прошлом полагали, что эндотелий представляет собой полупроницаемую перегородку, покрывающую внутрипросветную часть всех сосудов, лишенную каких-либо функций. Благодаря многочисленным работам в данной области стало известно, что эндотелий - это слой клеток, выстилающий внутреннюю стенку сосудов, общей площадью 4000-7000 м2, управляющий сосудистой проницаемостью и выделяющий в окружающие ткани большое количество вазоактивных веществ. Эндотелиоциты имеют выраженную метаболическую активность и выполняют различные функции.
Среди функций эндотелия описаны регуляция адгезии лейкоцитов, регуляция роста сосудов, атромбогенность и тромбогенность сосудистой стенки, иммунные функции. Клетки эндотелия, вырабатывая различные биологически активные вещества, участвуют в регуляции тонуса сосудов. Среди медиаторов, синтезируемых эндотелием, выделяют вазоконстрикторы (эндотелии I, ангиотензин II) и вазодилататоры (эндотелиальный гиперполяризующий фактор, простациклин и оксид азота (NO)). Дисбаланс между вазодилататорами и вазоконстрикторами с преобладанием последних и принято называть эндотелиальной дисфункцией. Основным вазодилатирующим агентом является молекула оксида азота (NO). В нормально функционирующем эндотелии низкие уровни NO постоянно высвобождаются для поддержания кровеносных сосудов в состоянии дилатации. Таким образом, под эндотелиальной дисфункцией понимают нарушение синтеза NO.
Оксид азота образуется из аминокислоты L-аргинина при участии NO-синтаз (NOS). Существуют три фермента, участвующие в синтезе NO: две конституциональные NO-синтазы, всегда присутствующие в клетках, и индуцибельная (iNOS), активность которой определяется действием на клетку стимулирующих факторов. NO-синтазы осуществляют присоединение молекулярного кислорода к атому азота из терминальной гуанидиновой группы L-аргинина. Период полураспада для оксида азота исчисляется несколькими секундами в условиях in vitro и сотыми долями секунды in vivo. Нарушение продукции оксида азота при эндотелиальной дисфункции связано со снижением экспрессии или транскрипции NO-синтазы, уменьшением доступности запасов L-аргинина для эндотелиальной синтазы оксида азота, ускоренным метаболизмом оксида азота или их комбинацией. Иными словами, единственным источником NO в организме является L-аргинин.
Однако метаболизм L-аргинина в клетках протекает по двум путям. L-аргинин посредством аргиназы гидролизуется в орнитин и мочевину. Другой путь превращения L-аргинина - в оксид азота и цитрулин - катализируется NO-синтазой. Ферменты аргиназа и NO-синтаза конкурируют между собой за общий субстрат L-аргинин.
Установлено, что аргиназа - фермент цикла мочевины, обладающий высокой активностью, в тысячи раз превышающей таковую у NO-синтазы. Аргиназа в организме представлена в виде двух изоформ: аргиназа I -печеночная форма и аргиназа II - внепеченочная форма, локализующаяся чаще в почках, простате, тонкой кишке. Они катализируют одинаковые биохимические реакции, но различаются локализацией. Существует множество исследований, подтверждающих связь повышения активности аргиназы с развитием ЭД при различных заболеваниях сосудов и сердца. Кроме того, аргиназа ингибируёт NOS, препятствуя таким образом продукции N0. Снижение активности аргиназы приводит к повышению выработки оксида азота, благоприятно воздействует на нормализацию сосудистой функции. Становится очевидной необходимость применения ингибиторов аргиназ для увеличения синтеза NO и предотвращения развития дисфункции эндотелия.
Ингибиторы аргиназы - это вещества природного происхождения, механизм действия которых заключается в блокировании фермента аргиназы, а следовательно, в нарушении превращения L-аргинина в орнитин и мочевину. Вследствие этого большее количество L-аргинина расщепляется под действием NO-синтазы с образованием оксида азота. Тем самым ингибиторы аргиназы предотвращают развитие дефицита оксида азота как одного из важнейших этиологических факторов эндотелиальной дисфункции. Ингибиторы аргиназы могут быть селективными и неселективными. Некоторые из ингибиторов аргиназы уже исследованы in vitro. L-норвалин - наименее изученный из неселективных ингибиторов аргиназы.
Номер государственной регистрации темы - 01201053308.
Цель исследования: провести комплексное исследование эндотелио- и кардиопротективного действия ингибитора аргиназы L-норвалина при L-NAME-индуцированной и гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
Задачи исследования:
-
Исследовать эндотелио- и кардиопротективную активность различных дозировок ингибитора аргиназы L-норвалина при моделировании L-NAME-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
-
Исследовать эндотелио- и кардиопротективную активность малых дозировок L-аргинина при моделировании L-NAME-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
-
Исследовать эндотелио- и кардиопротективную активность комбинации L-норвалина и малых дозировок L-аргинина при моделировании L-NAME-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
-
Исследовать эндотелио- и кардиопротективную активность ингибитора аргиназы L-норвалина при моделировании гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
-
Исследовать эндотелио- и кардиопротективную активность малых дозировок L-аргинина при моделировании гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
-
Исследовать эндотелио- и кардиопротективную активность комбинации L-норвалина и малых дозировок L-аргинина при моделировании гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции.
Научная новизна. В исследовательской работе впервые показано, что ежедневное введение ингибитора аргиназы L-норвалина внутрижелудочно в дозах 10 мг/кг и 100 мг/кг в течение семи суток на фоне L-NAME-индуцированной и гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции вызывает протективное действие на эндотелий сосудов, что выражается в снижении коэффициента эндотелиальной дисфункции (КЭД) и предотвращении развития отрицательной динамики морфологических показателей сердечно-сосудистой системы.
Продемонстрировано эндотелио- и кардиопротективное действие комбинации ингибитора аргиназы L-норвалина в дозе 10 мг/кг и донатора оксида азота L-аргинина в дозе 70 мг/кг, вводимых крысам ежедневно однократно в сутки внутрижелудочно в течение семи дней, на выбранных моделях патологии.
Практическая значимость. В исследовании показана эффективность коррекции L-NAME-индуцированной и гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции в эксперименте ингибитором аргиназы L-норвалином, а также его комбинацией с донатором NO L-аргинином. В связи с выраженным эндотелио- и кардиопротективным действием видится возможным применение L-норвалина и его комбинации с L-аргинином для профилактики и лечения патологических состояний, сопровождающихся развитием эндотелиальной дисфункции. Результаты исследования позволяют рекомендовать проведение целенаправленных клинических испытаний ингибитора аргиназы L-норвалина, а также его комбинации с L-аргинином.
Внедрение результатов научных исследований. Данные экспериментального исследования, имеющие отношение к эндотелио- и кардиопротективной активности L-норвалина и его комбинации с L-аргинином, используются в обучающих лекционных курсах кафедры фармакологии ГБОУ ВПО КГМУ, кафедры фармакологии и фармацевтических дисциплин ИПМО ГБОУ ВПО БелГУ и кафедры фармакологии, клинической фармакологии и фармации ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет».
Личный вклад автора. Автором проанализированы отечественные и зарубежные источники по теме диссертационного исследования, проведены серии экспериментов, получены и обобщены результаты исследования, проведены статистическая обработка и анализ полученных данных.
В публикациях, рекомендуемых изданиях ВАК, указанных в автореферате в статье № 9, представлена статистическая обработка результатов
исследования влияния L-норвалина и фиксированной комбинации лозартана и гидрохлоротиазида на эндотелиальную дисфункцию. В статью № 10 автором включены данные по исследованию эндотелиог и кардиопротективной активности L-норвалина на модели L-NAME-индуцированной эндотелиальной дисфункции. В статье № 7 описаны лично проведенные серии экспериментов по изучению эндотелиопротективной активности L-норвалина при различных моделях дисфункции эндотелия.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлены на 75-й и 76-й итоговых межвузовских научных конференциях студентов и молодых ученых «Молодежная наука и современность» (Курск, 2010, 2011), всероссийских научно-практических конференциях «Биомедицинская инженерия и биотехнология» (Курск, 2010, 2011), V конгрессе «Рациональная фармакотерапия и клиническая фармакология» (Санкт-Петербург, 2010), молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К.» (Белгород, 2010), Всероссийском молодежном научно-инновационном форуме «Зворыкинский проект» (Селигер, 2010), Третьей международной дистанционной научной конференции «Инновации в медицине» (Курск, 2010), на межвузовской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы фармакологии и фармации - 2011» (Белгород, 2011), III Всероссийском научно-практическом семинаре для молодых ученых «Методологические аспекты экспериментальной и клинической фармакологии» (Волгоград, 2011). Апробация диссертации проведена на научно-практической конференции кафедр фармакологии, клинической фармакологии, внутренних болезней № 2, анатомии человека, биологической химии, мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф, НИИ экологической медицины Курского государственного медицинского университета, фармакологии и фармацевтических дисциплин ИПМО НИУ БелГУ.
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе две из них - в журналах, рекомендуемых ВАК для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, и одна статья - в иностранном цитируемом журнале.
Положения, выносимые на защиту.
-
Ингибитор аргиназы L-норвалин в дозах 10 мг/кг и 100 мг/кг, вводимый внутрижелудочно ежедневно в течение семи суток, в эксперименте оказывает выраженное эндотелио- и кардиопротективное действие на модели L-NAME-индуцированной NO-дефицитной эндотелиальной дисфункции, выражающееся в снижении показателя коэффициента эндотелиальной дисфункции, способности предотвращать повышение адренореактивности на фоне снижения реакции на реоксигенацию, предотвращении развития гипертрофии кардиомиоцитов при морфологическом исследовании и снижения концентрации стабильных метаболитов оксида азота.
-
Комбинация L-аргинина в дозе 70 мг/кг и ингибитора аргиназы L-норвалина в дозе 10 мг/кг обладает эндотелио- и кардиопротективными свойствами в эксперименте на модели L-NAME-индуцированного дефицита NO, проявляющимися в снижении коэффициента эндотелиальной дисфункции,
в положительной динамике результатов нагрузочных проб и морфологических исследований.
-
При моделировании гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции L-норвалин, . вводимый внутрижелудочно ежедневно в течение семи суток в дозе 10 мг/кг, проявляет эндотелио- и кардиопротективное действие, что выражается в снижении коэффициента эндотелиальной дисфункции, положительной динамике при проведении нагрузочных проб, а также предотвращении повышения концентрации гомоцистеина в сыворотке крови.
-
Сочетанное применение L-аргинина в дозе 70 мг/кг и L-норвалина в дозе 10 мг/кг оказывает кардио- и эндотелиопротективное действие на модели гипергомоцистеин-индуцированной эндотелиальной дисфункции, что характеризуется снижением коэффициента эндотелиальной дисфункции, предотвращением повышения адренореактивности на фоне снижения реакции на реоксигенацию, предотвращением повышения концентрации гомоцистеина в сыворотке крови.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов и списка используемой литературы, включающего 183 источника, из которых 46 отечественных и 137 зарубежных авторов. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит таблиц - 9, схем - 1, рисунков - 26.
