Стресс и патология

-зависимой трансформации ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу [193].

Исходя из идеологии окислительного стресса, т. е. отталкиваясь от очевидной необходимости нейтрализации активных форм кислорода, применение витамина С для коррекции и профилактики адренергических повреждений миокарда обосновано патогенетически. Но в связи с NO можно предполагать и другие возможности реализации кардиотропной активности аскорбиновой кислоты, обусловленные тем, что окись азота выступает в качестве активного компонента эндотелиального фактора релаксации сосудов, образующегося в эндотелиальных клетках сосудов и вызывающего их расслабление [196, 274].

В системе кровообращения непрерывное образование физиологических (пикомолярных) концентраций NO конституитивной нитрогеноксидсинтетазой в сосудистом эндотелии поддерживает тканевую перфузию на соответствующем уровне и регулирует артериальное давление крови [175]. NO легко диффундирует в соседние гладкомышечные клетки, где связывается с железопорфиринами, т. е. с простетической группой (гем или железосерные кластеры) соответствующих ферментов, вызывая их активацию или ингибирование [341]. При этом акцепция NO гемовой частью гуанилатциклазы ведет к стимуляции синтеза цГМФ – медиатора вазодилятации [230].

Источником NO в организме могут быть и нитратсодержащие лекарства. Органические нитраты (нитроглицерин, изосорбиддинитрат и его однонитратный метаболит – изосорбид-5-мононитрат) вызывают диастолу гладких мышц [336]. В малых дозах, главным образом, они являются фактором, расширяющим вены, а в больших —

расширяют как вены, так и артерии [93]. Механизм действия нитратов, инициирующий релаксацию гладких мышц, известен и связан с выделением окиси азота. Так, нитроглицерин и другие органические нитраты превращаются в неорганические нитраты и окись азота под влиянием восстановителей, например сульфгидрильных групп цистеина [215]. Среди витаминов сильным восстановителем является аскорбиновая кислота, поэтому было интересно использовать ее для потенцирования антиангинального действия NO-доноров.

2. Кардиопротекторные эффекты тиамина в эксперименте

2.1. Стрессорные кардиопатии

Стрессорная альтерация миокарда – причина гибели животных при иммобилизационном стрессе по Г. Селье. При моделировании иммобилизационного стресса одни авторы относят фатальный исход экспериментов за счет гиперпродукции стрессреализующих гормонов (катехоламины, кортикостероиды) [141], другие – стресслимитирующих (инсулин) [121].

В наших опытах отмечалась гибель 56 % крыс к 72 ч иммобилизации [27, 30], что не расходится с данными литературы. Практически в 100 % случаев наиболее вероятной причиной гибели животных при иммобилизационном стрессе является постепенно нарастающая стрессорная альтерация сердечной мышцы, приводящая к ее функциональной несостоятельности и развитию недостаточности кровообращения. Об этом свидетельствуют морфологические, а также биохимические признаки (нарушение окислительного фосфорилирования, активация ПОЛ, повышение текучести митохондриальных и микросомальных мембран кардиомиоцитов).

Тиамин, оптимизируя стресс-реакцию организма на действие неспецифических раздражителей, предотвращает гибель животных при иммобилизационном стрессе.

Из рис. I-1 видно, что у контрольных животных в стадии тревоги иммобилизационного стресса (1—12 ч) наблюдается резкий подъем содержания 11-ОКС в крови, который сохраняется на высоком уровне в течение 24 ч нервно-мышечного раздражения с последующим снижением в конце периода резистентности. В фазе истощения (48–72 ч) наблюдается новая волна стероидогенеза.

Рис. I-1. Стероидогенная реакция надпочечников в динамике хронического стресса до (черные столбики) и после (серые столбики) введения тиамина. Контроль – белые столбики. По оси абсцисс – срок наблюдения; по оси ординат – содержание 11-ОКС в крови, мкМ/л.

* Достоверные изменения – p < 0,05

Рис. I-2 демонстрирует динамику уровня ИРИ в крови тех же животных: существенный спад содержания гормона спустя 1 ч иммобилизации (стадия тревоги), затем стабилизация его на относительно низком уровне между 12–24 ч опыта с заметным уменьшением в конце стадии резистентности (24–48 ч) и резкий подъем к 72 ч (стадия истощения).

Длительность стадий иммобилизационного стресса определена в соответствии с данными [140]. Фазовая градация стресса традиционно приводится в терминах Г. Селье, хотя об истощении надпочечников при активации гормоносинтеза в корковом слое адреналовых желез при отсутствии тотальной деструкции кортикоцитов [16] в терминальную стадию раздражения говорить не приходится. Динамика 11-ОКС в течение 72 ч иммобилизационного стресса подтверждается результатами аналогичного эксперимента, проведенного ранее [6], а динамика ИРИ при хроническом истощающем раздражении – данными [121].

Если абстрагироваться от уровня нормы (интактные животные) и за точку отсчета взять стадию резистентности, то можно заметить, что начиная с 24 ч опыта содержание обоих гормонов в крови крыс изменяется однонаправленно. Это указывает на подчиненность инсулинового ритма кортикостероидному и находится в соответствии с известными данными о том, что гормоны коры надпочечников способны лимитировать инсулиногенез [13]. Реципрокное соотношение 11-ОКС и ИРИ в стадии тревоги (1—12 ч) свидетельствует о том, что инсулинотропное влияние кортикостероидов в первую и большую часть второй фазы иммобилизационного стресса, очевидно, нивелируется катехоламинами, которые подавляют секрецию инсулина, связываясь с ?-рецепторами ?-клеток поджелудочной железы [58]. Таким образом, не исключено, что при длительной иммобилизации животных динамика ИРИ в крови de facto определяется динамикой стресс-гормонов.

Рис. I-2. Содержание ИРИ (пкМ/л) в крови крыс в динамике хронического стресса до (черные столбики) и после (серые столбики) введения тиамина. Контроль – белые столбики. По оси абсцисс – срок наблюдения, по оси ординат – единицы измерения. * Достоверные изменения – p < 0,05

По мнению Л. Панина, при хроническом истощающем стрессе в фазу резистентности «продукция катехоламинов и глюкокортикоидов стремится к максимуму, а продукция инсулина к минимуму. Организм работает на пределе своих адаптационных возможностей и быстро переходит в стадию истощения, где происходит срыв регуляторных механизмов, в результате чего продукция инсулина может резко возрастать, развивается сильнейшая гипогликемия и организм погибает» [121].

Однако К. Судаков [153] считает, что в принятых условиях гибнут, прежде всего, стрессчувствительные животные от стрессорных кардиопатий – острой сердечной недостаточности или инфаркта миокарда. Так, в его опытах из 40 изученных беспородных крыс устойчивыми к иммобилизационному эмоциональному стрессу оказались 26, из них у 6 вообще не обнаружили изменений артериального давления, у 12 наблюдалось первичное его повышение с последующей стабилизацией. 14 крыс этой группы оказались предрасположенными к эмоциональному стрессу и погибли, проявляя различную динамику изменений артериального давления. У них при вскрытии были обнаружены массивные участки инфаркта миокарда [153].

Согласно Г. Селье, при длительной иммобилизации у животных нарушается Na

/K

баланс в организме (развивается гипокалиемия), что предрасполагает к возникновению под влиянием продолжающейся стрессорной нагрузки неинфарктных некрозов сердечной мышцы, подобных тем, которые вызываются глюкокортикостероидами на фоне десенсибилизации с помощью ортофосфата натрия [141].

Следовательно, сегодня фактически существуют 3 гипотетических сценария гибели животных в терминальной фазе истощающего стресса: 1) срыв адаптации из-за функционального истощения надпочечников [140]; 2) фатальная гипогликемия, обусловленная нарушением (разбалансировкой) гуморальной регуляции, приводящей к гиперпродукции инсулина [121] и 3) несовместимые с жизнью стрессорные кардиопатии, обусловленные гиперактивностью симпато-адреналовой системы [153].

Первое допущение проверяли исследованием морфофункционального состояния кортикоцитов в течение всего периода иммобилизации животных, второе – измерением уровня глюкозы и ИРИ в крови крыс, а третье – электронномикроскопическим изучением альтерации кардиомиоцитов при непрерывном хроническом раздражении и применением тиамина, способного снижать продукцию кортикостероидов и катехоламинов при стрессе [17] и в силу этого являющегося потенциальным кардиопротектором. В последнем случае предполагалось, что если стрессорные кардиопатии на самом деле являются причиной гибели животных, то тиамин, как и любой антистрессор, должен увеличивать процент их выживания.

Результаты проверки показали, что на самом деле 3-суточная иммобилизация для значительной части животных (56 %) заканчивается фатально [16, 17, 27, 30]. При этом уровень 11-ОКС в строгом соответствии со сменой фаз ИС изменяется синусоидально: подъем – плато – снижение, т. е. до 48 ч опыта (начало фазы истощения) все происходит так, как предсказывает традиционная схема ОАС. А вот далее наблюдающийся подъем уровня 11-ОКС в предагональном состоянии (72 ч) ей явно противоречит.

Проведенные параллельно электронномикроскопические исследования ультраструктуры кортикоцитов позволяют понять, за счет чего это происходит. Действительно, как и предполагал Г. Селье, в фазу истощения в коре НП увеличивается количество изношенных секреторных клеток. На электронограммах видно, что в кортикоцитах, прилегающих к запустевшим, спавшимся или забитым продуктами микроклазматоза капиллярам, начинается краевая деструкция внутриклеточных структур, ответственных за различные этапы стероидогенеза: митохондрии разрушаются (рис. I-3), эндоплазматический ретикулум исчезает, цитозоль гомогенизируется (рис. I-4); хотя в дистальных отделах клетки органеллы еще сохраняют интактную ультраструктуру.

Наконец процесс дезинтеграции захватывает нуклеоплазму, ядерный хроматин фрагментируется, происходит кариорексис ядра (рис. I-5) и клетка перестает существовать как самостоятельная функциональная единица. Однако валовый рост деструкции клеточных элементов коры НП в терминальной стадии ИС (72 ч) не превышает 10 %, остальные 90 % кортикоцитов имеют совершенно нормальный вид.

Рис. I-3. Деструкция митохондрий кортикоцитов при 72-часовом иммобилизационном стрессе. ? 71 000

Рис. I-4. Дезорганизация цитозоля кортикоцитов при 72-часовом иммобилизационном стрессе. ? 71 000

Более того, к началу фазы истощения (48 ч) в клеточном спектре пучково-сетчатой зоны коры НП (рис. I-6) преобладают темные и очень темные кортикоциты с мощным регенераторным потенциалом, создающим громадный и легко мобилизуемый функциональный резерв стероидогенеза. К концу фазы истощения (72 ч) их количество несколько снижается за счет последовательной трансформации очень темных клеток в темные, затем в полутемные и наконец в секретирующие светлые клетки, которые и обеспечивают искомый прирост 11-ОКС в терминальной фазе стресса (рис. I-6).

Следовательно, ни о каком функциональном истощении НП здесь речь идти не может, так же как и том, что этот феномен может быть причиной гибели животных при ИС.

Рис. I-5. Кариорексис ядер кортикоцитов при 72-часовом иммобилизационном стрессе: выход гетерохроматина. ? 71 000 Рис.

I-6. Клеточный спектр пучковой зоны коры надпочечника крысы при 72-часовом стрессе: очень темные и просветленные кортикоциты. ? 71 000

То же относится и к стресслимитирующей системе, роль которой в принятых условиях выполняет инсулин. В аварийную фазу ИС уже в первые часы уровень ИРИ в крови резко падает (рис. I-2) в результате прекращения инсулиногенеза при блокаде ?-рецепторов ?-клеток поджелудочной железы катехоламинами [58]. Развивается так называемый «транзиторный диабет напряжения», который в фазу резистентности (24 ч) плавно переходит в типичный стероидный диабет благодаря перераздражению инсулоцитов повышенным уровнем 11-ОКС, что не исключает развитие вторичной инсулярной недостаточности, т. е. истощение гормонобразовательной функции островкового аппарата к 48 ч опыта. Однако никакого истощения здесь тоже нет, поскольку в предагональном состоянии животных (72 ч) наблюдается достоверное повышение уровня ИРИ в крови. Такой всплеск инсулиногенеза Л. Панин считает результатом разбалансировки в системе гормональной регуляции гомеостаза, которая имеет фатальные последствия из-за развивающейся инсулиновой гипогликемии [121]. Измерение уровня глюкозы в крови с помощью ферментных электродов показало, что рост инсулинемии в терминальной стадии ИС (72 ч) сопровождается не гипо-, а гипергликемией. Несмотря на резкое повышение инсулинемии в фазу истощения (от 48 до 72 ч опыта – рост в 4 раза), содержание глюкозы в крови крыс в этот период достоверно не снижается (опыт 48 ч – 6,2 мМ/л (р>0,05); опыт 72 ч – 7,1 мМ/л (р>0,05); контроль – 8,1 мМ/л). Аналогичные данные были получены в эксперименте на крысах с применением летальной дозы ионизирующей радиации [123], где в предагональном состоянии (72 ч опыта) при всплеске инсулинопродукции (увеличение в 3–5 раз) содержание сахара в крови существенно возрастало (более чем в 1,5 раза) по сравнению с начальным периодом развития лучевой болезни (6 ч опыта) и в 1,3 раза по отношению к предыдущему сроку наблюдения (48 ч опыта). Следовательно, гибель половины животных к 72-му часу иммобилизации происходит не от гиперинсулинемии и сопутствующей гипогликемии, а от каких-то других причин.

Что касается гиперсекреции инсулина в терминальную фазу раздражения (рис. I-2), то скорее всего – это не разбалансировка в системе гуморальной регуляции гомеостаза [121], а признак начала функционирования инсулярного аппарата поджелудочной железы, освобождающейся к этому времени от катехоламинового блока. Восстановление же эндогенного (физиологического) механизма инсулиногенеза не может приводить к фатальной гипогликемии в принципе. Факт нормализации биологического ритма секреции инсулина в принятых условиях документируется тиаминовыми эффектами. В частности, на фоне введения тиамина уровень ИРИ в крови животных при иммобилизационном стрессе обнаруживает четкий 48-часовый ритм (рис. I-2), что соответствует данным литературы о 2-суточных осцилляциях содержания глюкозы в крови интактных крыс [117].

Экстраполируя эти результаты на динамику 11-ОКС, можно заметить, что кривая 1 (стресс) на рис. I-1 фактически демонстрирует развитие стероидогенной реакции на фоне «выключенного» инсулиногенеза (катехоламиновый блок ?-клеток поджелудочной железы), а кривая 2 (стресс + тиамин) – ту же реакцию, но на фоне активированного гормоносинтеза в инсулоцитах. Как видно, разница существенная и по амплитуде стероидогенной реакции (снижение), и по ее шагу (сдвиг влево).

Тиамин, активируя инсулинсинтетическую функцию поджелудочной железы [13], обеспечивает более раннее выхождение пика ИРИ в крови крыс при истощающем стрессе – сдвиг влево по временной шкале опыта с 72 ч на 48 ч иммобилизации (рис. I-2).

Синхронизация, т. е. удовлетворительное совпадение кривых 2 (стресс + тиамин) на рис. I-1 и I-2, свидетельствует о том, что при активированном инсулиногенезе стрессорный ритм 11-ОКС лимитируется уровнем ИРИ в крови крыс. Одновременно это означает, что антистрессорное действие тиамина, очевидно, опосредовано инсулином, который способен тормозить образование гормонов как в мозговом [355], так и корковом слое [177] надпочечников. Этим же объясняется и факт отсутствия гибели животных, получавших тиамин, при 3-суточной экспозиции иммобилизационного стресса, поскольку инсулин является мощным кардиопротектором [116]. Комбинацию инсулина с глюкозой давно используют в клинике для реабилитации больных с ишемическими повреждениями миокарда [82].

Таким образом, есть веские основания считать, что роль «киллеров» при истощающем стрессе выполняют стресс-гормоны (катехоламины и кортикостероиды), длительная гиперпродукция которых закономерно приводит к функциональной несостоятельности основной системы жизнеобеспечения – сердечно-сосудистой. Инсулину же здесь явно принадлежит хелперная функция поддержания жизнедеятельности. Данная констатация диктует стратегию выживания – применение антистрессорных средств, в том числе тиамина, оптимизирующего процессы гормоносинтеза в кортикальной и хромаффинной тканях надпочечников через механизм их инсулинового контроля.

Ультраструктура кардиомиоцитов. Поскольку при гистологическом исследовании сердец погибших животных, инфарктов или внеинфарктных некрозов миокарда не удалось обнаружить, основное внимание было уделено клеточному составу, морфологическим критериям нативности митохондриального и сократительного аппарата кардиомиоцитов, состоянию их саркоплазматического ретикулума, а также изменениям капиллярного русла во всех фазах развития стрессорной реакции, так как любые изменения функции сопровождаются морфологическими сдвигами [137].

В каждом случае оценивали ультраструктуру преобладающего типа клеток.

Контроль. Электронномикроскопически у интактных крыс в левом желудочке сердца выявляются кардиомиоциты двух типов: разносокращенные электронопрозрачные и равноплотные во всех частях светлые клетки (30 %) и релаксирующие полутемные клетки (70 %) с инвагинированным гиперхромным ядром, содержащим многочисленные впячивания нуклеолеммы и подстилающей широкой полосы маргинального гетерохроматина, слабоосмиофильными саркорплазмой, контрактильным аппаратом и очень темными митохондриями. Первые, которые находятся в явном меньшинстве, очевидно, осуществляют сократительную функцию миокарда в период относительного покоя, а вторые служат их функциональным резервом, легко мобилизуемым при рабочих нагрузках. По сравнению со светлыми клетками количество митохондрий в полутемных кардиомиоцитах заметно больше, а их площадь меньше. Мембраны всех органелл и их кристы практически не деструктированы, митохондриальный матрикс мелкозернист, одинаково темен и плотен. Все это свидетельствует о том, что энергообразовательный аппарат резервных клеток находится в спокойном состоянии и не участвует в сократительном акте (рис. I-7).

Митохондрии располагаются между миофибриллами в виде цепочек, иногда они образуют небольшие скопления. Большинство митохондрий имеют овальную, угловатую или вытянутую форму, двухконтурную наружную мембрану и значительное количество параллельно расположенных крист, пересекающих органеллы в поперечном направлении. Миофибриллы в полутемных клетках имеют типичное строение. На продольном срезе в них отчетливо дифференцируются диски А, I, полоса Н, мезофрагма М, иногда полосы N. Латентное состояние сократительного аппарата документируют отсутствие полос сокращения и одинаковая длина контрактильных элементов.

Границы саркомеров, ограниченные дисками Z, соседних миофибрилл совпадают друг с другом, сообщая кардиомиоцитам равномерную параллельную исчерченность. Канальцы Т-системы и гладкого саркоплазматического ретикулума без особенностей. Просвет капилляров расширен. Почти всегда в нем обнаруживаются эритроциты. Одни капилляры близко примыкают к кардиомиоцитам, другие отделены от них широким перикапиллярным пространством, которое плавно переходит в межклеточную щель. Эндотелий истончен, темен, содержит пиноцитозные пузырьки. Сморщенные гиперхромные ядра эндотелиальных клеток, отграниченные тонким ободком цитоплазмы и клеточной мембраной, выступают в просвет капилляра.

Фаза напряжения (1—12 ч опыта). В аварийную стадию иммобилизационного стресса в клеточном спектре левого желудочка преобладают светлые кардиомиоциты (80 %), резко снижается количество полутемных (18 %) и появляются единичные темные клетки (2 %).

Незначительная часть светлых кардиомиоцитов левого желудочка в эту фазу обнаруживает явную тенденцию к равномерному потемнению (переходные клетки), т. е. имеет признаки пересокращения, крайней формой которого является образование темных клеток. Большинство же светлых клеток находятся в состоянии умеренного сокращения или даже релаксации (рис. I-8). Все они имеют ядра вытянутой или округлой формы с уменьшенным количеством хроматина и просветленной нуклеоплазмой. Маргинация хроматина не выражена. Сохраняется двухконтурность ядерной мембраны. Канальцы Т-системы и саркоплазматического ретикулума несколько расширены.

Рис. I-7. Миокард левого желудочка интактной крысы. Полутемные кардиомиоциты. ? 71 000

Рис. I-8. Миокард левого желудочка крысы при иммобилизационном стрессе. Фаза напряжения (1 ч опыта). Светлые кардиомиоциты. ? 71 000

Миофибриллы слегка отечны, местами волокнисты. Диски Z хорошо видны. Вставочные диски утолщены, имеют расширенные щели, границы их несколько расплывчаты. Между миофибриллами расположены двухконтурные митохондрии, имеющие овальную или вытянутую форму. Наблюдается повсеместное набухание органелл и самих клеток. Электронная плотность митохондрий, саркоплазмы, нуклеоплазмы и миофибрилл кардиомиоцитов выравнивается. В светлых клетках по сравнению со всеми остальными количество митохондрий найменьшее, площадь их – найбольшая, кристы сильно деструктированы, матрикс просветлен, пятнисто вымыт или вакуолизирован. Все эти особенности позволяют оценить наблюдаемую картину как отражающую состояние гиперфункции митохондриального аппарата.

Просвет большинства капилляров сужен как за счет набухания собственного эндотелия, так и сдавливания их тесно прилегающими гипертрофированными кардиомиоцитами. Перикапиллярные пространства и межклеточные щели как самостоятельные объемные образования между светлыми клетками не выявляются.