Ишемическое посткондиционирование сердца. Часть I

Общеизвестно, что ишемические и реперфузионные (ИР) повреждения сердца являются главной причиной гибели пациентов с острым инфарктом миокарда [1]. После того, как в 1986 г. трое американских исследователей открыли феномен ишемического прекондиционирования [37], стало вполне очевидным, что можно эффективно предупреждать ишемические и реперфузионные повреждения сердца. Однако было неясно, можно ли как-то повлиять на реперфузионные повреждения сердца, воздействуя на миокард после коронароокклюзии. Только в 2003 г. группа физиологов из Атланты (США) во главе с проф. J. Vinten-Johansen [61] обнаружила феномен, названный ими “ишемическим посткондиционированием” (ischemic postconditioning). Эксперименты выполняли на собаках с 60-минутной окклюзией и последующей 3-часовой реперфузией левой нисходящей коронарной артерии (группа контроля). Оказалось, что, если в реперфузионном периоде осуществляли три сеанса 30-секундной коронароокклюзии, чередующиеся с 30-секундными интервалами возобновления коронарного кровотока, то миокард становится устойчивым к реперфузионным повреждениям. Проявляется этот защитный эффект уменьшением соотношения размер инфар-кта/область риска (РИ/ОР) на 44% по сравнению с конт- ролем [61]. Кроме того, у посткондиционированных животных в области риска авторы работы зафиксировали уменьшение аккумуляции нейтрофилов. Последние, как известно, участвуют в реперфузионном повреждении сердца [4]. Опираясь на этот факт, можно предположить, что кардиопротекторный эффект посткондиционирования мог быть следствием уменьшения количества нейтрофилов в реперфузируемом миокарде. Посткондиционирование ослабляло реперфузионную дисфункцию эндотелия левой нисходящей коронарной артерии [61]. Уровень малонового диальдегида (основной конечный продукт перекисного окисления липидов) был в 1,5 раза ниже в плазме крови посткондиционированных особей по сравнению с группой контроля [61], что свидетельствует об “антиоксидантном действии” посткондиционирования. Годом позже тот же коллектив американских исследователей попытался подобрать оптимальный режим посткондиционирования [26]. Оказалось, что у крыс три сеанса 10-секундной ИР или шесть сеансов 10-секундной ИР (раннее посткондиционирование) оказывают более слабый кардиопротекторный эффект, чем ишемическое прекондиционирование. Посткондиционирование не влияло на соотношение РИ/ОР и уровень креатинфосфокиназы (КФК) в крови подопытных животных, если кратковременная ИР выполнялась через 1 мин после сня- тия лигатуры с коронарной артерии [26]. Авторы назвали подобное посткондиционирование отсроченным. Основываясь на этом факте, H. Kin и соавт. [26] выдвинули предположение, что посткондиционирование предупреждает появление необратимых повреждений кардиомиоцитов, которые возникают в первую минуту после возобновления коронарной перфузии. Как раннее, так и отсроченное посткондиционирование снижало аккумуляцию нейтрофилов в реперфузируемом миокарде, но отсроченное посткондиционирование в этом отношении действовало слабее [26]. Следовательно, уменьшение аккумуляции нейтрофилов не имеет решающего значения в механизме защитного действия транзиторной ИР. Раннее посткондиционирование предупреждало подъем уровня малонового диальдегида (МДА) в плазме крови в ответ ИР сердца [26, 27], в то время как отсроченное посткондиционирование не влияло на этот показатель. По мнению авторов [26], эти наблюдения указывают на то, что посткондиционирование ингибирует образование активных форм кислорода (АФК), и подобный эффект может иметь прямое отношение к ограничению размера очага некроза. Вместе с тем, к подобной трактовке своих результатов американские физиологи относятся осторожно, поскольку имеются данные о том, что блокада генерации АФК не оказывает кардиопротекторного эффекта [34].

В опытах in vivo было показано, что посткондиционирование оказывает антифибрилляторный эффект при моделировании коронароокклюзии и реперфузии у собак [21] и повышает устойчивость сердца к аритмогенно-му действию реперфузии у крыс [13, 29]. Антиаритмичес-кий эффект посткондиционирования отмечается у молодых и старых животных [13].

Выше мы уже отмечали, что одним из основных проявлений ишемического повреждения сердца является феномен no-reflow, который формируется только в том случае, если продолжительность коронароокклюзии составляла не менее 60–90 мин [28]. По этой причине китайские физиологи в исследованиях, направленных на изучение влияния посткондиционирования на функциональное состояние коронарного кровообращения, моделировали 3-часовую коронароокклюзию и 2-часовую реперфузию у мини-свиней [60]. В группе контроля зона no-reflow составляла 81% от области риска, а в случае посткондиционирования область no-reflow была равна 54% (p<0,01) [60]. Следовательно, посткондиционирование способно эффективно предупреждать формирование no-reflow.

Кардиопротекторный эффект посткондиционирования, впервые обнаруженный физиологами из Атланты, был подтвержден в независимых исследованиях, выполненных на собаках [16], кроликах [2, 3, 23, 55, 59], свиньях [43, 60], мышах [18, 19, 25, 30, 36, 53], крысах [29, 33, 50] и в клинических наблюдениях, выполненных на пациентах с острым инфарктом миокарда [7, 46, 51]. В ходе исследований, проводившихся L. Argaud и соавт. [2, 3], было показано, что у кроликов, в отличие от собак, можно добиться повышения толерантности сердца к действию ИР с помощью 4 эпизодов 1-минутной ИР, начиная первый сеанс коронароокклюзии через 1 мин после возобновле- ния коронарной перфузии. Напротив, согласно данным греческих исследователей [23], повышения устойчивости сердца кролика к ИР можно добиться в реперфузионном периоде только с помощью чередования 10-секундных интервалов коронароокклюзии и реперфузии. Причина подобных разногласий неясна. Необходимо отметить, что посткондиционирование ограничено жесткими временными рамками. Обычно первый сеанс ишемии моделируют уже через 10–30 с реперфузии, продолжительность ишемии не превышает 10–30 с, а длительность реперфузии составляет 10–30 с [13, 21, 23, 26, 28, 29, 53, 55, 61]. Американские исследователи в опытах на крысах подбирали оптимальный режим посткондиционирования [54]. Оказалось, что добиться кардиопротекторного эффекта у этих животных in vivo удается только с помощью трех или шести сеансов реперфузии (10 с) и коронаро-окклюзии (10 с) [54]. Кардиопротекторный эффект посткондиционирования был слабее, чем инфаркт-лимити-рующий эффект прекондиционирования. Кроме того, выяснилось, что, если первый сеанс коронароокклюзии выполнять через 1 мин от момента начала реперфузии, то защитный эффект посткондиционирования не формируется. Однако некоторые авторы для моделирования посткондиционирования прибегают к чередованию 1минутной ишемии и 1-минутной реперфузии [16, 18, 19]. Исследователи из Университета Южной Алабамы [59] в экспериментах на изолированном перфузируемом сердце кролика попытались подобрать оптимальный режим посткондиционирования. Выяснилось, что максимального ограничения очага некроза удается добиться при чередовании 6 циклов реперфузии (10 с) и глобальной ишемии (10 с).

Таким образом, общепринятого протокола прекондиционирования не существует, каждый коллектив исследователей вырабатывает подобный протокол, базируясь на своих собственных данных. Так, например, согласно данным H. Kin и соавт. [26], добиться повышения толерантности сердца к ИР можно с помощью трех сеансов 10-секундной коронароокклюзии, тогда как, согласно данным C. Wang и соавт. [55], у кроликов in vivo подобная схема посткондиционирования абсолютно неэффективна и повысить резистентность сердца к ИР можно только с помощью трех экспозиций 20-секундной коронаро-окклюзии. В большинстве публикаций, посвященных кар-диопротекторному эффекту посткондиционирования, продолжительность ишемии сердца составляет 30–45 мин. Вместе с тем некоторые литературные данные говорят о том, что посткондиционирование может оказывать инфаркт-лимитирующий эффект при более длительной коронароокклюзии [16, 60]. Так, китайские исследователи в опытах на мини свиньях показали, что 3-часовая коронароокклюзия и последующая 2-часовая реперфузия характеризуется соотношением РИ/ОР, равным 98%, а в случае посткондиционирования этот показатель снижался до 76% (p<0,05) [60]. Согласно данным японских физиологов [16], посткондиционирование оказывает кардиопротекторный эффект при 90-минутной коро-нароокклюзии и 6-часовой реперфузии.

Общеизвестно, что одним из основных проявлений ИР сердца является реперфузионная сократительная дис- функция сердца, поэтому было важно выяснить, как влияет посткондиционирование на насосную функцию во время возобновления коронарной перфузии. В 2006 г. N. Couvreur и соавт. [8], выполняя эксперименты на кроликах и собаках in vivo, не смогли обнаружить улучшения сократимости сердца в ответ на посткондиционирование. Прямо противоположные данные получили французские исследователи [18], проводившие эксперименты на мышах с 25-минутной коронароокклюзией и последующей реперфузией. Размер зоны инфаркта оценивали через 24 ч и 30 сут после коронароокклюзии, а насосную функцию оценивали через 30 сут после возобновления коронарного кровотока. Оказалось, что посткондиционирование почти в 2 раза уменьшало соотношение РИ/ ОР и увеличивало фракцию выброса в среднем на 20%. Необходимо отметить, что in vivo положительный инотропный эффект посткондиционирования в реперфузионном периоде пока не подтвержден в независимых исследованиях.

В опытах на изолированном перфузируемом сердце крысы было показано, что посткондиционирование предупреждает возникновение реперфузионных желудочковых аритмий [17, 41] и уменьшает соотношение РИ/ОР на 39% [52] или на 70% [59]. Кардиопротекторный эффект посткондиционирования отмечен и в ряде других исследований, выполненных на изолированном сердце [6, 11, 31, 36, 39]. В случае моделирования 20–45-минутной ишемии изолированного сердца посткондиционирование устраняет реперфузионную сократительную дисфункцию сердца [5, 9, 24, 36, 38, 57], уменьшает реперфузионный выброс из миокарда лактатдегидрогеназы (ЛДГ), КФК и тропонина I [5, 31, 36, 38, 57]. Положительный эффект посткондиционирования в отношении реперфузионной насосной функции сердца подтвержден в независимых исследованиях [11, 15, 30, 31, 32, 41]. Вместе с тем, некоторым исследователям в опытах на изолированном посткондиционированном сердце не удалось обнаружить улучшения сократимости миокарда в реперфузионном периоде [58]. Эти же исследователи после посткондиционирования не выявили улучшения коронарной перфузии в реперфузионном периоде [58]. Согласно данным группы проф. J.M. Downey [59], наибольшего усиления толерантности изолированного сердца к действию ИР удается добиться с помощью 6 сеансов ишемии (10 с) и реперфузии (10 с).

В экспериментах, выполненных V. Sivaraman и соавт. [45] на изолированных из предсердия человека трабекулах, было показано, что посткондиционирование способно предупредить реперфузионную сократительную дисфункцию мышечных трабекул. Защитный эффект посткондиционирования in vitro наблюдается на изолированных сердцах, как самцов, так и самок крыс [9]. Согласно данным B. Lauzier и соавт. [30], протекторный эффект посткондиционирования отмечается в отношении реперфузионной сократительной дисфункции сердца, изолированного из организма мышей с ускоренным старением (линия SAM-P8). Прямо противоположные данные получили K. Przyklenk и соавт. [40]. Они выполняли эксперименты на сердцах изолированных из организма 4месячных мышей (взрослые особи) и 24-месячных мы- шей (старые особи). Оказалось, что в условиях ИР изолированного сердца посткондиционирование оказывало кардиопротекторный эффект только у взрослых особей и не влияло на РИ/ОР у старых животных. Следовательно, старение может быть серьезным препятствием к реализации кардиопротекторного эффекта посткондиционирования.

Исследователи из Японии показали, что посткондиционирование может защищать сердце крыс не только от патогенного действия реперфузии, но и устранять повреждения миокарда, вызванные длительной перфузией сердца, раствором, содержащим H2O2 [32]. Последний факт свидетельствует о том, что посткондиционирование способно устранить негативное влияние окислительного стресса на сердце. В экспериментах на изолированном перфузируемом сердце было показано, что посткондиционирование предупреждает реперфузионный подъем уровня МДА в миокарде [15]. Этот факт свидетельствует о том, что посткондиционирование увеличивает толерантность сердца к действию окислительного стресса, вызванного гипоксией-реоксигенацией. Сходный с посткондиционированием защитный эффект оказывает 3-минутная реперфузия изолированного сердца раствором с пониженным содержанием кислорода [44] или 2-минутная реперфузия раствором с рН 6,9 [6], поэтому исследователи полагают, что триггерным фактором посткондиционирования может быть умеренная гипоксия или умеренный ацидоз миокарда. Это предположение было подтверждено в независимом исследовании, выполненном японскими физиологами [16]. Они проводили опыты на собаках с катеризированной левой нисходящей артерией и катеризированной коронарной веной, “собирающей” кровь, оттекающую от левого желудочка. Экспериментальный инфаркт моделировали с помощью окклюзии названной коронарной артерии. Оказалось, что посткондиционирование сопровождается транзиторным ацидозом ткани сердца. Инфузия в левую нисходящую коронарную артерию NaHCO3 во время посткондиционирования полностью устраняла инфаркт-лимитирую-щий эффект посткондиционирования. Коронарная реперфузионная инфузия NaHCO3 животным с экспериментальным инфарктом без посткондиционирования не влияла на соотношение РИ/ОР [16]. Эти данные говорят о важной роли ацидоза в механизме посткондиционирования.

Феномен посткондиционирования удается моделировать на изолированных кардиомиоцитах [10, 47, 48, 56]. Так, H.C. Wang и соавт. [56] в группу контроля включили изолированные кардиомиоциты взрослых крыс, которые подвергали 2-часовой гипоксии и 3-часовой реоксигенации. Посткондиционирование индуцировали с помощью двух сеансов реоксигенации (5 мин) и гипоксии (5 мин) [56]. Некротическую гибель кардиомиоцитов оценивали по утечке в среду инкубации ЛДГ. Посткондиционирование способствовало снижению уровня ЛДГ [56]. Антинек-ротический эффект посткондиционирования в опытах на изолированных кардиомиоцитах отмечен и другими исследователями [10]. Исследователи из Атланты (США) [47, 48] установили, что посткондиционирование заметно ингибирует в изолированных кардиомиоцитах реок- сигенационную генерацию АФК, уменьшает перегрузку клеток и митохондрий ионами кальция. Возможно, что подобное уменьшение Са2+-перегрузки имеет прямое отношение к кардиопротекторному и положительному инотропному эффекту посткондиционирования. Действительно, W.R. Herzog и соавт. [22] еще в 1997 г. было показано, что интакоронарная инфузия блокатора Са2+-каналов дилтиазема в момент начала реперфузии сердца у свиней обеспечивает уменьшение размера инфаркта.

Если во время ишемии главной причиной гибели кардиомиоцитов является некроз, то после возобновления коронарной перфузии важной, если не основной причиной гибели клеток сердца, становится апоптоз [35, 62]. Антиапоптозный эффект посткондиционирования впервые был показан в экспериментах на изолированных кардиомиоцитах [56]. Апоптоз оценивали по количеству так называемых “TUNEL-позитивных клеток” (terminal deoxyribonucleotide transferase-mediated dUTP nick end labeling). Оказалось, что посткондиционирование уменьшало на 21% количество TUNEL-позитивных клеток после гипоксии и реоксигенации кардиомиоцитов [56]. Ан-тиапоптозный эффект посткондиционирования был подтвержден в независимых исследованиях, выполненных на изолированных кардиомиоцитах, которые подвергали воздействию гипоксии-реоксигенации [10, 48], в опытах на крысах с коронароокклюзией и реперфузией [14, 27, 49]. По данным некоторых авторов, посткондиционирование снижает интенсивность реперфузионного апоптоза в 2 раза [14, 27, 49].

Следует отметить, что некоторым исследователям не удалось подтвердить кардиопротекторный эффект посткондиционирования [12, 20, 25, 42, 43]. Так, при моделировании у крыс 30- и 45-минутной коронароокклюзии и последующей реперфузии in vivo американские исследователи не смогли обнаружить инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования [12]. Для посткондиционирования авторы публикации использовали чередование 4 циклов 10-секундной реперфузии и реокклюзии, 4 циклов 20-секундной реперфузии и реоокклюзии или 8 циклов 30-секундной реперфузии и реокклюзии. Ни одно из названных воздействий не повлияло на соотношение РИ/ОР. Тот же коллектив исследователей [20] не смог подтвердить существование феномена посткондиционирования у кроликов in vivo при моделировании 30-минутной коронароокклюзии и 3-часовой реперфузии. Использовали два протокола посткондиционирования: (1) 4 цикла 30-секундной реперфузии и реокклюзии; (2) 4 цикла 60-секундной реперфузии и реокклюзии. Выполняя эксперименты на свиньях, L.M. Schwartz и C.J. Lagranha [43] также не смогли обнаружить инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования. Американские физиологи не подтвердили существование инфаркт-лимитиру-ющего эффекта посткондиционирования у крыс in vivo с 45- или 60-минутной коронароокклюзией и 24-часовой реперфузией [42]. Противоречивые данные были получены в работе M.L. Kaljusto и соавт. [25]. В экспериментах на изолированном перфузируемом сердце крыс им не удалось воспроизвести феномен посткондиционирования при моделировании феномена по трем различным протоколам. В то же время в опытах in vivo на крысах им удалось добиться повышения толерантности сердца к реперфузионным повреждениям с помощью посткондиционирования [25]. Возможно, что неудача, постигшая исследователей при моделировании посткондиционирования, определяется жесткими временными рамками, от которых зависит эффективность посткондиционирования. Так, например, в экспериментах, выполненных P.R. Crisostomo и соавт. [9] на изолированном сердце крысы, посткондиционирование после 20-минутной глобальной ишемии полностью устраняло реперфузионную сократительную дисфункцию. В случае 25-минутной ишемии посткондиционирование частично восстанавливало сократимость сердца самцов во время реперфузии, а у самок не оказывало протекторного эффекта. Установлено, что инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования зависит от продолжительности коронароок-клюзии. Так, X.L. Tang и соавт. [50] моделировали у крыс посткондиционирование с помощью 20 циклов окклюзии (10 с) и реперфузии (10 с). Продолжительность длительной коронароокклюзии составляла 30, 45 и 60 мин. В случае 30-минутной ишемии посткондиционирование уменьшало соотношение РИ/ОР на 47%. В случае 45- и 60-минутной ишемии посткондиционирование не оказывало кардиопротекторного эффекта [50]. Спустя год были опубликованы результаты аналогичного исследования, выполненного O.C. Manintveld и соавт. [33] на крысах с 15-, 30-, 45- и 60-минутной коронароокклюзией и последующей 2-часовой реперфузией. Посткондиционирование моделировали с помощью трех циклов ишемии (30 с) и реперфузии (30 с). Оказалось, что в случае 15- и 30-минутной коронароокклюзии посткондиционирование усугубляет ишемические и реперфузионные повреждения сердца, способствуя увеличению соотношения РИ/ ОР. Напротив, в случае 45-минутной коронароокклюзии посткондиционирование обеспечивает уменьшение размера инфаркта на 31% по сравнению с контролем, а при 60-минутной коронароокклюзии с последующей транзи-торной ИР сердца очаг некроза уменьшается на 22% [33]. В чем причина подобных расхождений между данными X.L. Tang и соавт. [50] и результатами исследований O.C. Manintveld и соавт. [33], неизвестно. Возможно, причина кроется в различных анестетиках, использованных для общего наркоза, O.C. Manintveld и соавт. [33] использовали пентобарбитал, а X.L. Tang и соавт. [50] применяли сочетание кетамина и ксилазина. Представленные данные в очередной раз подтверждают справедливость утверждения о том, что защитный эффект посткондиционирования ограничен строгими временными рамками.

Заключение

Таким образом, основными проявлениями защитного действия посткондиционирования in vivo являются ограничение размеров зоны некроза, снижение реперфузионного уровня КФК в плазме крови, ослабление интенсивности свободнорадикального окисления липидов, повышение устойчивости сердца к аритмогенному действию реперфузии, улучшение сократимости сердца в реперфузионном периоде, ослабление проявлений феномена no-reflow, снижение интенсивности процессов апоптоза кардиомиоцитов. Поскольку феномен посткондиционирования моделируется на изолированном сердце и культуре кардиомиоцитов, то есть основания утверждать, что в механизме посткондиционирования решающее значение имеют локальные процессы, происходящие на уровне кардиомиоцитов и миокарда, а не циркулирующие в крови гуморальные факторы или вегетативная нервная система. Феномен посткондиционирования не имеет половой специфичности, по крайней мере, у крыс.

Работа подготовлена при поддержке государственных контрактов №02.740.11.0714, контракт № 11.519.11.2016, № 11.519.11.2028, и РФФИ гранты: 10-04-00288, 11-04-00467, 11-04-98001, 11-04-98000, 11-04-98004, 12-04-91152. Авторы выражают признательность Н.А. Данильченко, Р.В. Ужаченко, И.С. Хохловой, В. Ключарёву за техническую помощь при подготовке обзора.