Механизм действия Этоксидола на показатели окислительного стресса при сердечной недостаточности и гипертонии

Введение

В результате окислительно-восстановительных реакций, лежащих в основе метаболических процессов организма человека, образуются перекисные соединения. В последнее время идет изучение влияния активных форм кислорода (АФК) на патофизиологию многих заболеваний, причем этот интерес обусловлен не только прямой токсичностью, но и изменением сигнальных путей, которые регулируют функции клеток и органов.

Органические перекиси являются первыми продуктами реакций, происходящих между клеточными компонентами и АФК. Существует прямая зависимость между присутствием АФК (, Н₂О₂) и циркулирующими биологическими перекисями. АФК являются необходимыми компонентами жизнедеятельности клеток и организма в целом. Они принимают участие во многих метаболических и регуляторных процессах. Условием осуществления всех этих процессов является поддержание физиологического уровня АФК за счет функционирования антиоксидантных систем. Например, коэнзим Q10 участвует в антиоксидантной защите организма [1–4]. Нарушение работы убихинона ведет к дестабилизации цепи переноса электронов (ЦПЭ), что является одной из причин снижения сократимости мио­карда. Антиоксиданты также служат переносчиками электронов, и это способствует нормализации работы ЦПЭ и улучшению сократимости миокарда.

Окислительный стресс связан со свободными радикалами и вызывает снижение активности ферментов и субстанций, в том числе 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ). Этот вторичный мессенджер, находящийся в эритроцитах, влияет на основную их функцию — транспорт кислорода. Изменение содержания 2,3-ДФГ в свою очередь изменяет сродство гемоглобина к кислороду: ускоряет диссоциацию оксигемоглобина на гемоглобин и кислород. При снижении содержания 2,3-ДФГ уменьшается напряжение кислорода в крови. 2,3-ДФГ полностью блокируется Н₂О₂ [5–7]. Авторы [5] в 2000 г. доказали, что при добавлении Н₂О₂ синтез 2,3-ДФГ снижается, а в работах [6–8] было установлено, что он полностью блокируется.

При гипоксии увеличиваются концентрации кислых продуктов — лактата, активного кислорода, что вызывает снижение активности изоферментов цитохрома P450, к примеру изофермента CYP 3A4, и это ухудшает течение сердечной недостаточности. CYP 3A4 участвует в метаболизме альдостерона, поэтому его активация повышает уровень метаболизма альдостерона [9], что способствует снижению концентрации и нормализации водно-электролитного обмена [10].

На сегодняшний день в Российской Федерации зарегистрирован антиоксидант второго поколения — малотоксичный отечественный лекарственный препарат 2-этил-6-метил-3-гидроксипиридина малат (Этоксидол), который проявляет антигипоксический эффект при ишемических состояниях, развивающихся на фоне сахарного диабета (зарегистрированное показание). Он был синтезирован и изучен в 1993 г. Л.Н. Серновым.

Установлено, что под действием Этоксидола при экспериментальной ишемии миокарда у 10-месячных белых крыс повышается активность ферментов антиоксидантной системы клеток — супероксиддисмутазы и каталазы, уменьшается выраженность оксидативного стресса, снижается количество продуктов перекисного окисления липидов — диенового конъюгата и малонового диальдегида. Все это сопровождается признаками стабилизации мембран кардиомиоцитов, уменьшением степени тканевой гипоксии и повышением содержания АТФ в гомогенате миокарда.

На основе полученных положительных результатов доклинических исследований была проведена пострегистрационная клиническая оценка эффективности и безопасности Этоксидола, расширяющая показания [8].

Целью исследования явилось изучение механизма действия 2-этил-6-метил-3-гидроксипиридина малата (Этоксидола) на концентрацию метаболитов окислительного стресса у пациентов с хронической сердечной недостаточностью и гипертонией.

Материалы и методы

В исследовании участвовало 126 человек с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) I–III функционального класса (ФК). Пациенты дополнительно к индивидуальной терапии получали внутривенные инфузии Этоксидола. Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией (2013) и одобрено Этическим комитетом Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова. От каждого пациента получено информированное согласие.

Выявляли содержание в их крови 2,3-ДФГ, напряжение кислорода (рО₂), рН, концентрацию общих перекисей, лактата, альдостерона. Уровень 2,3-ДФГ (г/л эритроцитов) в цельной крови определяли ферментным методом с использованием набора реагентов ф. Rosh (Германия); рО₂, рСО₂, рН, лактат в венозной крови измеряли на газовом анализаторе Stat Profil pHOx Ultra (Nova Biomedical, США). Показатели окислительного стресса — концентрацию общих перекисей в плазме крови — оценивали методом ИФА с помощью набора OxyStat (Biomedica, Австрия). Всем пациентам проводили забор крови из периферической вены до и через 6 дней после ежедневного внутривенного введения Этоксидола.

Статистическая обработка данных. Статисти­чес­кий анализ результатов выполняли при помощи программы IBM SPSS Statistics 20.0. Для описания показателей, представленных в количественных переменных при предполагаемом нормальном распределении генеральной совокупности, использовали параметрические методы описательной статистики: среднее выборочное значение ± стандартное отклонение (x±σ). Различия считали значимыми при р<0,05.

Результаты

У пациентов с ХСН I, II, III ФК на 7-й день после внутривенного введения Этоксидола в дозе 100 мг/сут отмечалось статистически значимое (p=0,0002) повышение уровня PаO₂ по сравнению со значениями до лечения на 15,7; 17,4 и 22,8% соответственно (см. таблицу). У пациентов I, II, III ФК ХСН при оценке эффективности стандартной терапии (до введения Этоксидола) отмечено статистически значимое (p=0,002) снижение уровня 2,3-ДФГ по сравнению со значениями до лечения на 2,7; 2,4 и 4,0% соответственно; на 7-й день после внутривенного введения Этоксидола в дозе 100 мг/сут выявлено статистически значимое (p<0,0001) более существенное снижение его уровня на 5,7; 10,5 и 26,2% соответственно.

Динамика показателей у пациентов с хронической сердечной недостаточностью до и после лечения Этоксидолом (х±σ)

Обсуждение

Полученные нами данные позволяют предположить, что действие Этоксидола зависит от механизма обратной связи оксидазных систем, а именно от повышения активности супероксиддисмутазы (СОД). Это может быть связано с увеличением продукции , что впоследствии снижает концентрацию органических перекисей [11].

Sousa с соавт. [12] изучали особенности патогенеза гипертонии. Учитывая, что ангиотензин II (Ang II) является основным гормоном, повышающим давление, они вводили его крысам для установления путей развития гипертонии. Этот гормон вызывает сужение выносящих артериол и, как следствие, снижение гидростатического и повышение онкотического давления в перитубулярных капиллярах — оба эти эффекта приводят к увеличению реабсорбции воды и натрия. Для оценки эффекта лечения крысам также вводили полиэтиленгликоль-каталазу (ПЭГ-каталазу).

При введении Ang II отмечалось увеличение экспрессии Н₂О₂. Уровень Н₂О₂ повышался в плазме и моче, однако Ang II оказывал двойной эффект на уровень ангиотензиногена: он был увеличен в моче, но снижен в плазме. Кроме того, Аng II повышал уровень Н₂О₂ в мозговом слое почки, а ПЭГ-каталаза снижала его (рис. 1).

Рис. 1. Механизмы, участвующие в повышении артериального давления и активации ренин-ангиотензиновой системы с помощью Ang II и Н2О2 [12]

У крыс с гипертонической болезнью установлено повышение системного уровня Н₂О₂ и в моче, что вызывает сужение сосудов и в результате приводит к повышению давления.

Повышение уровня Н₂О₂ увеличивает синтез Ang II в почках, что способствует активации ренин-ангиотензиновой системы, а следовательно, и повышению давления. ПЭГ-каталаза имела лишь кратко­временную эффективность, несмотря на устойчивое снижение уровня Н₂О₂ [12]. Хотя артериальное давление было заметно снижено в первые дни введения ПЭГ-каталазы, этого эффекта не замечено в конце лечения, что свидетельствует о необходимости применения антиоксидантов.

Münzel с соавт. [13] рассмотрели молекулярные основы окислительного стресса при сердечной недостаточности. Она характеризуется активацией симпатической нервной и ренин-ангиотензин-альдостероновой систем. Эта нейроэндокринная активация связана с окислительным стрессом в миокарде и сосудистой сети. У пациентов с сердечной недостаточностью окислительный стресс возникает в миокарде и плазме крови и коррелирует с дисфункцией левого желудочка. АФК отрицательно влияют на перемещение кальция в миокарде (Ca²⁺), что становится причиной аритмии и способствует ремоделированию сердца, вызывая гипертрофическую передачу сигналов, апоптоз и некроз. Ферментативные источники для АФК, такие как NADPH-оксидазы (NOX), несвязанный оксид азота (NO) и митохондрии, считаются источниками АФК при сердечной недостаточности, что вызывает дисфункцию сосудов и миокарда. Важно, что митохондрии усиливают синтез АФК, происходящих из NOX, и могут таким образом функционировать как окислительно-восстановительные центры в физиологии сердца и при его болезни [13].

В митохондриях миоцитов O₂ генерируется ЦПЭ, но быстро превращается в Н₂О₂ с помощью марганецзависимой СОД. Н₂О₂ затем удаляется антиоксидантными ферментами (глутатионпероксидазой и пероксиредоксином), которые генерируют NADPH [13].

В митохондриях цикл Кребса генерирует NADH, который отдает электроны ЦПЭ для производства АТФ. Тем не менее цикл Кребса также производит субстраты, которые восстанавливают NADPH, что в свою очередь регенерирует антиоксидантные ферменты. При сердечной недостаточности дефекты в расположении цитозольных Ca²⁺ и Na⁺ в миоцитах сердца (например, уменьшение высвобождения саркоплазматического ретикулума Ca²⁺ и повышение Na⁺) уменьшают накопление митохондриального Ca²⁺ и тем самым препятствуют регенерации NADH и NADPH, что нарушает выработку АТФ, провоцируя выброс АФК из митохондрий [13, 14].

При сердечной недостаточности ограниченные субстраты для производства АТФ (т.е. NADH) и элиминации АФК (т.е. NADPH) сталкиваются с повышенной потребностью в энергии, вызванной повышенной преднагрузкой сердца, постнагрузкой и частотой сердечных сокращений. При сердечной недостаточности повышенная продукция и снижение элиминации АФК в миоцитах сердца способствуют увеличению чистого выброса митохондриальных АФК, которые играют основную роль в патогенезе сердечной недостаточности (снижение концентраций антиоксидантных ферментов) [13].

Активные формы кислорода регулируют множественные клеточные функции, включая рост и пролиферацию эндотелиальных и гладкомышечных клеток. Однако чрезмерные уровни окислителей опосредуют сосудистые заболевания через прямое и необратимое окислительное повреждение макромолекул, а также повышение редокс-потенциала в стенке сосудов [13, 14].

В сосудистой сети O₂ генерируется NADPH-оксидазой, ксантиноксидазой и митохондриями. СОД преобразует O₂ в Н₂О₂. Благодаря реакции Фентона Н₂О₂ может самопроизвольно превращаться в гидроксильный радикал OH. Из-за своей чрезвычайной реактивности ОН способен повредить большинство клеточных компартментов [13].

Образование АФК и окислительный стресс опосредуют повреждение тканей и клеток, которое может обернуться циклом воспаления. Исследования показали, что АФК могут ускорить укорочение теломер и повредить ДНК и таким образом вызвать старение. Окислители вызывают истощение теломер в культивируемых эндотелиальных клетках человека, тогда как антиоксиданты предотвращают их укорочение. Старение в свою очередь приводит к дальнейшему образованию АФК. Дисфункция теломер и старение сосудов связаны с повышенным образованием АФК, молекул адгезии и воспаления, а также бета-галактозидазы. Деление клеток и повреждение теломерной ДНК являются основными факторами, приводящими к укорочению и дисфункции теломер. Окислительный стресс и воспаление сильно способствуют истощению теломер, что ведет к клеточному старению. И наоборот, в порочном круге клеточное старение вызывает воспаление и образование окислительных радикалов [15] (рис. 2).

Рис. 2. Факторы, влияющие на теломеры [15]

Таким образом, отрицательное действие АФК вызывает прогрессирование сердечной недостаточности, поэтому обосновано применение антиоксидантов, направленное на блокировку и инактивацию их действия. В приведенных отечественных и зарубежных исследованиях отмечается важная роль этих форм в метаболизме клеток, но в то же время указано отрицательное воздействие повышенной концентрации АФК, в особенности Н₂О₂, на различные функции организма, а также негативное влияние на патофизиологию многих заболеваний (рис. 3).

Рис. 3. Отрицательные проявления Н2О2

Заключение

Установлено отрицательное воздействие повышенной концентрации активных форм кислорода на различные функции организма и негативное влияние их на патофизиологию различных заболеваний. Использование антиоксидантов, в том числе представленного нами Этоксидола, может стать ключом к разработке профилактических мер для многих тяжелых заболеваний.

Финансирование исследования. Работа не финансировалась никакими источниками.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.