Dynamics of changes in glutathione fluctuations in experimental heart defects

Abstract

Understanding the mechanism of cardiac decompensation requires knowledge of both hemodynamic and protoplasmic-dynamic factors. Protoplasmic-dynamic processes are intimately associated with redox processes. From this point of view, recently, great importance has been attached to glutathione, as a representative of a thermostable redox system.

Full Text

Понимание механизма декомпенсации сердца требует знания как гемодинамических, так и протоплазмо-динамических факторов. Протоплазмо-динамические процессы интимно связаны с окислительно-восстановительными процессами. С этой точки зрения за последнее время придают большое значение глютатиону, как представителю термостабильной окислительно-восстановительной системы. После открытия Гопкинсом глютатиона появилось много работ, которые подтверждают важную роль глютатиона, как окислительно-восстановительного фермента. Целой серией исследований (Гопкинс, Кендаль, Гроссман) установлено химическое строение глютатиона, представляющего собой трипептид, состоящий из трех аминокислот: цистеина, глютаминовой кислоты и гликокола. Оказалось, что сульфидные группы SH глютатиона способны легко отдавать свой водород с превращением цистеина в цистин:

CH₂SH + HSH₂C = CH2S — SCH₂

Гексапептид, присоединяя водород, вновь может восстанавливаться, образуя две молекулы глютатиона. Поэтому глютатион встречается в двух формах: восстановленной SH и окисленной—SS.

Когда глютатион в дисульфидной форме отщепляет от какого- либо вещества водород, то освобождающийся при этом в химически активной форме кислород обладает способностью вызывать характерное для тканевых элементов окисление. Таким образом глютатион может служить в организме переносчиком водорода и, благодаря наличию сульфгидрильных групп, является в этом отношении катализатором, способствуя окислительно- восстановительным процессам.

Пользуясь методикой, предложенной Туннеклиф, ряд исследователей (Бланше, Бине и др.) определили содержание глютатиона в различных органах и тканях. Они нашли, что наибольшее количество его содержится в железистых органах (печень, ночки), тогда как в мышцах, в легких его значительно меньше. В крови, по Голдэну, Хунтер и Иглис, он находится только в эритроцитах, причем в количестве, вдвое большем, чем в мышцах. В плазме крови его нет, как нет его и в хрящах. Габс нашел, что существует строгое соотношение между количеством глютатиона и функциональной способностью мышц: наибольшее количество его содержится в сердечной мышце (Мунилла), затем в красных мышцах, наименьшее—в белых, обладающих наименьшей функциональной способностью. Злокачественные опухоли содержат больше глютатиона, чем соответствующая нормальная ткань. Эмбрион содержит глютатиона больше, чем злокачественная опухоль. В опытах Розенталя, Сонфорда и Веглиша у крыс после продолжительной мышечной работы количество глютатиона в крови возрастало. В легочной ткани на 50—70% находится глютатион в дисульфитной форме S — S, в других же органах (печень, селезенка и др.)—в восстановленной форме S — Н.

Большой теоретический и клинический интерес представляют исследования относительно содержания глютатиона в крови. Глютатион находится в крови в сравнительно большем количестве, чем в других тканях, и содержится он исключительно в эритроцитах. Из исследований Габбе, который пользовался собственной методикой количественного определения глютатиона, видно, что в венозной крови на 90—98% глютатион содержится в виде сульфгидрильной формы. В артериальной же крови от 60 до 100% глютатиона бывает в виде дисульфидной формы S —S. В эту форму он переходит в легких. В виду этого исследования глютатиона при сердечной недостаточности имеют особенно большое значение.

Причины недостаточности сердца и оценка последней является одной из самых неясных проблем патологии кровообращения. Исследование одних только гемодинамических факторов не дает достаточно твердой опоры для функциональной диагностики, и еще меньше—для понимания биохимических процессов в тканях при сердечно-сосудистой недостаточности. Сердечно-сосудистая система не является изолированной и независимой физиологической системой. Доставка О₂ тканям и эвакуирование продуктов метаболизма определяет основную задачу сердечно-сосудистой функции, тем самым устанавливая интимную функциональную связь между сердечно-сосудистой системой и тканями. Следовательно, интенсивность метаболизма в тканях предъявляет определенные требования к сердечно-сосудистой системе.

Патологические изменения в клеточном химизме, отражающиеся на потреблении тканями кислорода, должны влиять на состояние сердечно-сосудистой системы и могут быть способствующими, а в некоторых случаях и первичными моментами, обусловливающими патологию кровообращения. Эти процессы в клетках, могущие играть роль патогенетических моментов в патологии кровообращения, Эппингер назвал протоплазмо-динамическими в отличие от гемодинамических. С этой точки зрения, по Эппингеру, патология кровообращения является частью патологии обмена веществ, а сердечного больного следует рассматривать как больного с расстройством обмена веществ. Это делает необходимым оценку имеющихся данных о соотношении между деятельностью сердечно-сосудистой системы и окислительно-восстановительными процессами в тканях.

В свете этих воззрений нам представилось интересным выяснить механизм окислительно-восстановительных процессов при экспериментальных пороках сердца у собак. С этой целью у подопытных животных мы вызывали экспериментальную недостаточность аортального и трехстворчатого клапанов сердца путем механического разрушения их.

Переходя к описанию явлений нарушения деятельности сердца и кровообращения при недостаточности аортальных клапанов, мы должны указать на результаты относящихся сюда экспериментов, имеющих несомненно во многом руководящее значение для правильной оценки характера клинических явлений недостаточности полулунных клапанов аорты. На основании опытов искусственного прободения аортальных клапанов следует прежде всего отметить тот заслуживающий интереса факт, что, несмотря на произведенное повреждение, наличность которого определяется после травматического инсульта появлением характерного диастолического шума, артериальное давление сохраняется на высоте, близкой к норме. Развивающаяся по истечении некоторого времени, в зависимости от упомянутого воздействия на клапаны аорты, гипертрофия мускулатуры левого желудочка сопровождается, как показывает наблюдение над вскрытыми сердцами животных, увеличением полости левой камеры, совершенно соответствующим клиническим явлениям. Получается так называемая эксцентрическая гипертрофия. Описываемый порок недостаточности полулунных клапанов аорты представляет, согласно экспериментальному наблюдению, мало отличительных черт от данных клиники. Наблюдается характерная особенность пульса при названном пороке сердца у собак: он делается полным и скорым. За сильным растяжением сосудистой стенки следует ее быстрое спадение.

Описанные уклонения от физиологических свойств сосуда являются, по-видимому, одной из причин расстройств не только в капиллярном, но и в венозном кровообращении. Исходя из этого, нужно ожидать, что нарушение кровообращения, связанное с этим видом порока, должно непосредственно влиять на протоплазмо-динамические процессы в тканях, тем самым определяя и направляя динамику окислительно-восстановительных процессов в тканях.

Изменения глютатиона при экспериментальных пороках сердца как в отечественной, так и в иностранной литературе не описаны. Имеющиеся работы по изучению изменений глютатиона при сердечно-сосудистых заболеваниях у людей немногочисленны и подчас дают противоречивые результаты. Так, согласно Габбе, при состояниях диспноэ, недостаточности сердца, бронхиальной астме имеет место увеличение глютатиона в крови. Вовси, Диксон, Яковлева отмечают довольно значительное понижение глютатиона при тяжелых декомпенсациях сердечно-сосудистой системы. По Малкину глютатион крови колеблется в нормальных пределах при болезнях органов кровообращения в состоянии компенсации. В своих позднейших работах Малкин нашел, что при декомпенсированных сердечных пороках у людей резко увеличивается в венозной крови окисленная форма глютатиона и уменьшается восстановленная форма.

Пестрота результатов и противоречивость выводов различных исследователей по вопросу о содержании глютатиона крови при болезнях аппарата кровообращения объясняются, с одной стороны, недоучетом ряда привходящих моментов, могущих оказать влияние на уровень глютатиона крови (легочные, почечные, печеночные, острые инфекционные процессы и т. д.), а с другой стороны—различными пределами нормы глютатиона у людей в зависимости от применяемого метода определения. Большинство исследователей, занимавшихся исследованием глютатиона при сердечно-сосудистых заболеваниях у людей, ограничивались определением только общего глютатиона. Между тем для выяснения механизма окислительно-восстановительных процессов имеет значение определение обеих фракций глютатиона. Нас интересовал вопрос, как изменяются фракции глютатиона при чистых пороках клапанов сердца без привходящих моментов. Мы определяли фракции глютатиона в крови у животного с пораженными клапанами сердца во время развития патологического процесса.

Определение общего глютатиона нами производилось по методу Габбе, в принципе основанном на том, что при действии вольфрамовой кислоты все дисульфидные формы восстанавливаются. Восстановленный глютатион мы определяли осаждением крови трихлороуксусной кислотой по Бланшатье и Бине. При этом восстановленный глютатион в неизмененном виде переходил в фильтрат. В дальнейшем мы придерживались методики Габбе. О количестве окисленного глютатиона судили по разности между общим и восстановленным глютатионом. Параллельно с этим мы определяли индекс Габбе и ретикулоциты, желая проследить реактивность эритропоэтической системы при пороках сердца.

Наши экспериментальные исследования проведены на двух сериях собак, часть из них—с недостаточностью аортальных клапанов, другая часть—с недостаточностью трикуспидальных клапанов. У подопытных собак определялись фракции глютатиона крови на протяжении 15 и больше дней с тем, чтобы установить нормальную кривую колебания фракции глютатиона крови в норме и при пороках сердца.

Представленные таблицы и кривые свидетельствуют о строгой закономерности колебаний отдельных фракций глютатиона, дающих незначительное расхождение между общим и восстановленным глютатионом; это указывает на полноценность совершающихся окислительно-восстановительных процессов у обследуемого животного. Содержание ретикулоцитов в норме у собак колебалось в пределах от 0,48 до 0,5%.

Как указано выше, опытные животные были подразделены на две группы. У первой группы собак мы изучали состояние окислительно-восстановительных процессов в связи с недостаточностью аортальных клапанов, у второй группы—в связи с недостаточностью трехстворчатого клапана. У собак первой группы, предназначенных для наложения порока недостаточности аортального клапана, под морфийным наркозом обнажалась сонная артерия, периферический конец которой перевязывался лигатурой, центральный же конец—зажимался особой клеммой с подушечками, во избежание травмы стенок сосуда. Стенка артерии в середине этого отрезка надрезалась, и в это отверстие вставлялся серебряный пуговчатый зонд. Для предупреждения артериального кровотечения сосуд вокруг введенного зонда слегка перевязывался толстой шелковой ниткой. Затем клемма разжималась, плавным движением зонда от периферии к центру мы нащупывали клапан и резким толчком зонда прорывали один или два клапана. Тотчас вслед за нарушением целости полулунных клапанов аорты, артериальный пульс приобретал скачущий характер, подъем и падение пульсовой волны были быстрыми. Вместе с тем выслушивался ясный диастолический шум, лучше всего—на месте сердечного толчка. После наложения порока зонд вынимался из артерии, и оба конца артерии перевязывались. Накладывались швы. Рана в большинстве случаев заживала без нагноений, первичным натяжением.

Таблица 1

Исследование глютатиона мы обычно производили на другой, максимум на третий день. Фракции глютатиона определялись у некоторых собак ежедневно, у некоторых через день, в продолжение того же срока, что и при норме. В таблицах 1 и 2 приведены цифры и кривые, показывающие изменение отдельных фракций глютатиона при аортальных пороках. Из этих цифр видно, что по сравнению с нормой общий глютатион хотя и незначительно, но все же увеличивается на 7,3 мг%. Окисленная форма глютатиона возрастает по сравнению с нормой в 3½ раза, т. е. возрастает на 14,3 мг%, что указывает на значительное нарушение окислительно-восстановительных процессов при экспериментальной недостаточности аортальных заслонок.

Таблица 2.Материал по обследованию глютатиона и ретикулоцитов у собак в норме и при экспериментальных пороках insuf. valvulae aortae.

№№ п/п	Порода собак и масть	Обследовано до наложения порока								Обследовано после наложения через определенный промежуток времени
		Вес в кг	Время определения глютатиона	Общий глют.	Восстановл. глют. в%	Окисленный глютатион	Кол-во эритроцитов в 1 см3 m.m.	Индекс Таббе г/э	%% содер. ретикулоц.	Время определения глютатиона	Время, истекшее после налож. порока	Общий глютат.	Восстановл. глютатион	Окисл.  глютат.	количество эритроцитов	Индекс Таббе г/э	%% содержание ретикуло цитов
1	Дворняжка (желт.)	5,5	7/III 35 г.	32,4	26,5	5,9	5500000	5,8	0,95	23/III.35 г.	16 дней	48,2	32,0	16,0	5700000	8,3	2,1
2	Сеттер гордон	16,9	8/IV. 35 г.	33,5	27,5	6,0	5200000	5,4	0,1	29/IV.35 г.	21 дней	45,2	30,1	15,1	6500000	6,9	0,32
3	Дворняжка (рыж.).	6,3	15/IV.36 г.	40,5	34,4	6,1	6800000	5,9	0,918	3/V.36 г.	18 дней	48,2	31,0	14,0	7100000	6,7	4,1
4	Дворняж.(Шарик)	17,0	15/III.36 г.	32,2	28,0	4,25	5400000	5,9	0,18	15/IV.36 г.	30 дней	39,0	24,0	15,0	5600000	6,9	1,1
5	Дворняжка (Уран)	18,0	2/IV.36 г.	35,0	30,0	5,0	6200000	5,6	0,75	18/IV.36	16	40,'	25,7	14,4	6000000	6,6	0,65
6	Дворняжка (чалая)	10,0	7/III.36 г.	29,5	24,2	5,3	6500000	4,5	0,2	17/III.36 г.	10	32,5	18,1	14,4	6550000	5,0	0,2
7	Дворняжка (черн.)	9,5	18/III.36 г.	29,5	22,3	7,2	5800000	5,9	0,98	5/IV.36 г.	17	37,5	20,6	16,9	6100000	6,2	2,0
8	Дворняжка (рыж.).	7,0	7/V.36 г.	30,0	23,0	7,0	4700000	6,3	0,4	28/V.36 г.	21	32,3	15,1	17,2	4850000	6,7	0,38
9	Такса	4,0	1/IV.36 г.	23,5	18,0	5,5	5000000	4,7	0,99	20/VI.36 г.	19	25,0	11,5	13,5	5100000	4,9	2,4
10	Дворняжка (черн.)	4,5	7/VI.36 г.	22,0	20,0	2,0	4200000	5,1	1,2	28/VI.36 г.	21	35,0	20,0	15,0	4550000	7,7	1,9
И	Собака № 12	10,0	—	50,0	48,5	1,5	6200000	8,0	—	—	17	52,5	35,0	17,5	5400000	8,2
12	М пс	—	—	42,5	35,0	7,5	6100000	6,9	—	—	20	51,0	23,3	17,7	6250000	8,2	—
13	Лаверак	16,0	2/II.36 г.	38,5	31,5	7,0	6100000	6,3	0,2	15/II.36 г.	13	45,1	28,5	16,6	6500000	6,9	2,37
14	Дворняжка (рыж.)	13,5	10/II.36 г.	29,8	24,3	5,5	5100000	5,8	0,985	22/II.36 г.	12	38,3	20,1	18,2	5800000	6,6	1,9
15	Такса № 2	8,0	4/II.36 г.	35,4	31,8	3,6	6 00000	5,9	0,35	2/III.36 г.	25	40,1	22,3	17,8	6100000	6,9	0,31
16	Шакал	9,3	10/III.36 г.	39,6	34,2	5,4	6200000	6,3	неизв.	1/IV.36 г.	20	42,3	25,4	16,9	7000000	6,0	неизв.
17	Шпиц	7,1	5/V.36 г.	50,1	49,0	1,1	6500000	7,6	0,21	3/VII.36 г.	28	58,3	38,5	19,8	6750000	8,7	0,3
	Средне-арифм.	9,56	—	34,5	30,0	4,5	5800000	6,0	0,5	—	19	41,8	25,0	16,8	6050000	6,6	1.18

Прослеживая динамику изменения фракций глютатиона у собак с недостаточностью аортального клапана, мы установили интересную закономерность: окисленная форма увеличивается не сразу, а имеет тенденцию возрастать постепенно. Во всяком случае, в более поздние сроки, после образования порока, дисульфидная форма глютатиона становилась больше, чем в начале. Эти данные позволяют нам утверждать, что даже при компенсированных пороках сердца имеется нарушение окислительно-восстановительных процессов, и гипертрофия сердечной мышцы не снимает этих нарушений, как должны были бы мы ожидать, исходя из представлений о ее компенсаторном значении.

Таблица 3

Что касается ретикулоцитов, то последние возрастают не сразу, а постепенно, достигая на 15—16-й день своего максимума, на котором остаются с незначительны и колебаниями в течение всего заболевания.

Таблица 4. Обследование глютатиона в норме и при insuf v. tricuspidalis.

Обследовано до наложения порока
№№ собак	Вес собак в кг	Общий глютатион	Восстановленный глютатион	Окисленный глютатион	Количество эритроцитов	Индекс Габбе	Процентное содержание ретикулоцитов
1	20,1	36,5	31,5	5,0	5400000	6,7	0,5
2	8,5	24,0	19,5	4,5	6220000	4,0	0,25
3	10,5	32,0	27,1	4,9	490000	5,5	0,41
4	9,3	27,9	22,7	5,15	5200000	5,3	0,67
5	10,8	30,5	24,0	6,5	4800000	6,3	0,7
6	13,0	21,5	19,0	2,5	4100000	5,2	0,3
7	8,6	20,5	14,0	6,5	5100000	4,0	0,5
8	13,1	37,2	30,3	6,9	5200000	7,1	0,48
	11,7	28,7	23,5	5,2	5112500	5,6	0,48

Таблица 4 - продолжение обследования

Обследовано после наложения порока через определенный промежуток времени
№№ собак	Время, истекшее после налож. порока	Общий глюта тион	Восстано вленный глютатион	Окисленный глютатион	Количество эритроцитов	Индекс Габбе	Процентное содержание ретикулоцитов
1	8 дней	49,0	20,5	28,5	6180000	8,0	2,0
2	4	58,0	10,0	48,0	7200000	5,2	0,98
3	12	55,0	14,0	41,0	5900000	9,3	0,7
4	5	42,5	14,0	28,5	7250000	5,9	0,72
5	8	53,4	16,0	37,4	6250000	8,6	0,79
6	6	49,3	13,0	36,3	5210000	8,4	0,8
7	9	49,3	16,0	33,3	7100000	6,2	1,0
8	И	64,0	40,0	24,0	7500000	8,5	1,5
	8	52,6	18,0	34,6	6573750	7,5	1,06

У собак второй группы мы также обследовали фракции глютатиона до и после наложения порока правого сердца. Особым зондом (крючкообразным) мы проникали через яремную вену в правое сердце. После введения зонда в полость вены, чтобы попасть в полость правого сердца, приходилось отводить зонд несколько латерально от серединной линии шеи и, слегка приподняв его вверх, осторожно проталкивать вперед. При этих условиях зонд попадал в полость правого сердца, причем ощущалась мышечная стенка сердца. Оставленный в таком положении зонд при сокращении сердца выталкивался обратно. После этого мы коротким рывком выдергивали зонд для того, чтобы имеющимся на нем крючком с лезвием нарушить целость трикуспидального клапана. Показателем разрыва клапанов служило появление положительного венного пульса и систолического шума, правда, не всегда прослушиваемого, несмотря на разрыв клапана.

Таблица 5

Обследование фракций глютатиона при трикуспидальном пороке в первые два дня показало резкое снижение общего глютатиона (таблица 5 и 6) и увеличение окисленного Начиная примерно с 3—4-го дня общий глютатион, как правило давал резкий скачок вверх, восстановленный-резко снижался; окисленный глютатион по сравнению с исходным повышался в 7— 8 раз. Резкое расхождение между общим и восстановленным глютатионом показывает серьезное нарушение окислительно- восстановительных процессов при правых пороках сердца. При правых пороках сердца ретикулоцитоз наступал раньше и бывал резче выражен, чем при аортальных пороках, и имел тенденцию к дальнейшему увеличению.

Таблица 6

Анализируя результаты, установленные при экспериментальных пороках правого и левого сердца, следует указать на особенности и разницу в окислительно-восстановительных процессах, связанных с колебаниями глютатиона при этих видах диопатий. 

При левых пороках общий глютатион повышается медленно, достигая своего максимума в более поздние сроки. При правых пороках в начальной стадии порока, в первые три дня, общий глютатион дает резкое снижение по сравнению с нормой и затем, как правило, нарастает по сравнению с нормой примерно в полтора раза, проявляя тенденцию к дальнейшему повышению. Нарастание общего глютатиона при правых пороках, в отличие от этого процесса при левых пороках, имеет скачкообразный характер.

Восстановленный глютатион при левых пороках снижается незначительно, при правых пороках имеет место резкое его снижение. Окисленная фракция глютатиона при правых пороках сердца резко нарастает, при левых пороках сердца нарастает незначительно. Сдвиг ретикулоцитов в сторону увеличения при правых и левых пороках сердца указывает на связь этого вида пороков сердца с эритропоэтической системой в смысле стимулирования ее функций.

Нужно отметить, что наблюдаемый при правых пороках сердца ретикулоцитоз происходит в ранней стадии порока и главным образом за счет 4-й группы ретикулоцитов. При левых пороках ретикулоцитоз совершается за счет I и 2-й групп и отмечается в более поздние сроки.

В свете этих данных нам кажется, что в патогенезе кардиопатий глютатион играет немаловажную роль, поэтому определение его может пролить свет на состояние окислительно-восстановительных процессов в больном организме.

Выводы:

1. При левых пороках сердца увеличивается общий глютатион по сравнению с нормой:

• в норме общего глютатиона в крови собаки 34½ мг%, после порока содержание общего глютатиона увеличивается до 41,8 мг%; восстановленный глютатион при этих пороках сердца падает по сравнению с нормой; нормальное содержание восстановленного глютатиона 30 мг%, после порока—25 мг%;
• окисленный глютатион крови увеличивается при пороках с аортальной недостаточностью по сравнению с нормой: норма 4,5 мг%; после порока—16,8 мг%.

2. При правых пороках сердца:

• общий глютатион крови увеличивается по сравнению с нормой; норма 32,7 мг%, после порока—52,6 мг%,
• восстановленный глютатион крови падает при этих пороках по сравнению с нормой; норма 27% мг%, после порока— 18 мг%;
• окисленный глютатион увеличивается по сравнению с нормой. Норма 5,2 мг%, после порока 34,6 мг%.