Особенности динамики содержания кортикостероидных рецепторов в миокарде животных с разной устойчивостью к гипоксии в постреанимационном периоде

Аннотация

Ключевые слова

Многочисленными клинико-экспериментальными исследованиями установлено, что клиническая смерть и последующее оживление организма, в основе которых лежат два взаимосвязанных типовых процесса — гипоксия и реоксигенация, вызывают тяжёлые нарушения функций жизненно важных органов и систем, индуцируют множество как повреждающих, так и защитных реакций [1]. В любой популяции неинбредных животных существуют особи, значительно различающиеся по устойчивости к гипоксии, у которых функциональные и метаболические последствия дефицита кислорода имеют существенные особенности [2], способные влиять на выживаемость и характер течения постреанимационного периода.

Метаболическое обеспечение адаптивно-компенсаторного ответа при экстремальных воздействиях реализуется, в числе прочих, при участии гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы [3]. Отклонения в функциональном состоянии нейроэндокринной системы могут быть обусловлены не только нарушением характера секреции глюкокортикоидов и дизрегуляцией механизмов обратной связи, но и функциональной несостоятельностью гормон-рецепторного взаимодействия, не позволяющей осуществить эффективную трансдукцию сигнала для регуляции контроля разворачивания адаптивного ответа, что способно вызывать развитие дезадаптивных состояний и гибель организма [3].

Реализация большинства эффектов эндогенных глюкокортикоидов осуществляется через близкородственные глюкокортикоидные (ГР) и минералокортикоидные (МР) рецепторы. Концентрации эндогенных глюкокортикоидов превосходят концентрации альдостерона на два-три порядка, поэтому они служат физиологическим лигандом и для МР, и для ГР, за исключением клеток-мишеней альдостерона, в которых происходит предрецепторная инактивация глюкокортикоидов ферментом 11β-гидроксистероиддегидрогеназой 2-го типа [4]. В кардиомиоцитах практически отсутствует указанный фермент [5]. Следовательно, эффекты глюкокортикоидов в кардиомиоцитах потенциально опосредуются как ГР, так и МР. Оба типа рецепторов способны связывать и активировать многие из одних и тех же генов-мишеней, вызывая, тем не менее, разные, а иногда и противоположные эффекты при действии глюкокортикоидов [6]. Таким образом, баланс между экспрессией МР и ГР играет существенную роль в сохранении гомеостаза, а выяснение соответствующих физиологических ролей этих рецепторов в сердечно-сосудистой системе важно для понимания их патофизиологической значимости и разработки новых терапевтических подходов к лечению сердечной патологии.

Цель исследования — охарактеризовать особенности динамики уровня кортикостероидных рецепторов в миокарде животных с разной устойчивостью к гипоксии в постреанимационном периоде.

Экспериментальные исследования проведены в соответствии с этическими принципами, декларированными Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей (принятой в Страсбурге 18.03.1986). Все исследования одобрены локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России.

Опыты проводили в первой половине дня. В группу исследования после тестирования на устойчивость к гипоксии вошли 160 здоровых половозрелых беспородных белых крыс-самцов с массой тела 200–220 г. Определение устойчивости к острой гипобарической гипоксии проводили с использованием полуколичественной оценки угнетения и восстановления двигательной активности и позных рефлексов при барокамерном «подъёме на высоту» 9000 м, являющуюся пороговой для крыс с наличием заболеваний [7].

В эксперимент брали животных, отнесённых к двум крайним по устойчивости группам: высокоустойчивым (ВУ) и неустойчивым (НУ) к гипоксии. Группы включали по 70 опытных (по 10 животных на каждый срок наблюдения) и 10 контрольных крыс. Через неделю после тестирования под эфирным наркозом воспроизводили остановку системного кровообращения длительностью 5 мин интраторакальным пережатием сосудистого пучка сердца с последующей реанимацией по методу В.Г. Корпачева [8]. У контрольных животных после эфирного наркоза клиническую смерть не моделировали. В 1-е, 3-и, 5-е, 7-е, 14-е, 21-е и 35-е сутки животных под эфирным наркозом выводили из эксперимента декапитацией и осуществляли забор крови и тканей для исследования.

Для определения уровня кортикостерона и альдостерона в плазме крови использовали стандартные тест-системы фирмы IMMUNOTECH (Франция). Содержание ГР и МР в гомогенатах миокарда определяли методом иммуноферментного анализа, используя стандартные тест-наборы ELISA Kit (Китай) фирмы Cloud-Clone Сorp. (США), предназначенные для крыс, строго в соответствии с протоколом производителя.

Для статистической обработки результатов использовали стандартный пакет программ Statistica 6.0. Описательная статистика данных приведена в виде медианы и квартильного размаха Ме [Q₁–Q₃]. Статистическую значимость различий определяли, используя непараметрический критерий Манна–Уитни (U). Статистические взаимосвязи изучали при помощи непараметрического корреляционного анализа, выполняя расчёт коэффициентов корреляции рангов по Спирмену (R). Различия считали статистически значимыми при р ≤0,05.

К концу первых 24 ч после критического воздействия у ВУ к гипоксии крыс зарегистрирован рост концентрации плазменного кортикостерона, служащего основным лигандом для кортикостероидных рецепторов в миокарде, и уровня ГР (между показателями выявлена значимая корреляционная связь, R=0,78, р=0,0287) (рис. 1, а, табл. 1). Со стороны МР выявлена тенденция к повышению содержания.

Рис. 1. Содержание кортикостерона (а) и альдостерона (б) в плазме крови крыс с разной устойчивостью к гипоксии в динамике постреанимационного периода; статистическая значимость различий в сравнении с группой контроля: #р ≤0,05; ^р ≤0,01; *р ≤0,001.

Поскольку реализация эффектов глюкокортикоидов осуществляется через ГР и МР, логично предположить, что уровень экспрессии рецепторов отражает степень вовлечения гормонов в регуляцию метаболических процессов в миокарде, позволяющих противостоять вызовам внешней среды. Благотворное влияние глюкокортикоидов при действии ишемии-реперфузии обусловлено в основном их способностью ограничивать острый воспалительный ответ. ГР подавляет активацию генов воспалительного ответа, ингибируя такие факторы транскрипции, как белок-активатор-1 и ядерный фактор-κB, с одной стороны, и увеличивая транскрипцию компонентов противовоспалительных генов — с другой стороны. Эта функция, называемая транспрессией, обусловливает большинство противовоспалительных эффектов глюкокортикоидов [9].

Кроме того, кардиозащитное действие глюкокортикоидов при ишемически-реперфузионном повреждении миокарда может быть связано с избирательным увеличением уровня экспрессии L-простагландин D-синтазы через ГР и активацией синтеза простагландинов с преобладанием простагландина D₂ в кардиомиоцитах, что предотвращает агрегацию тромбоцитов, индуцирует эндотелий-зависимую артериальную релаксацию, оказывает несколько противовоспалительных и антиоксидантных эффектов через механизм, опосредованный PPARγ [10].

Начиная с 3-х суток эксперимента, у ВУ к гипоксии животных отмечено снижение уровня кортикостерона, сопровождающееся значительным уменьшением содержания кортикостероидных рецепторов, что отражает в целом физиологичность отношений «рецептор-лиганд». Однако со следующего контрольного отрезка содержание обоих видов рецепторов увеличивалось. После скачка, зарегистрированного на 5-е сутки, уровень МР впоследствии удерживался на цифрах, близких к контрольным, а содержание ГР градуально росло, достигнув максимума на 14-е сутки (167,1% уровня контроля, р=0,0002; см. табл. 1) и оставаясь до окончания эксперимента значимо выше исходных показателей.

Следует отдельно оговорить, что рост уровня рецепторов происходил на фоне сопоставимой с контролем (5–7-е сутки) и статистически значимо сниженной концентрации плазменного кортикостерона (14–21-е сутки). Однако активные глюкокортикоиды также могут быть регенерированы локально из циркулирующих инертных 11-кето-метаболитов ферментом 11β-гидроксистероиддегидрогеназой 1-го типа [5, 11], экспрессия и активность которого в сердце обычно низкие, но могут быстро изменяться в ответ на внешние раздражители [5].

Следуя вышеозначенной логике, можно предполагать, что выявленное нами увеличение уровня ГР в период с 7-х по 35-е, а также МР на 5-е сутки у ВУ к гипоксии животных связано с усилением экспрессии 11β-гидроксистероиддегидрогеназы 1-го типа. Стимулировать индукцию активности этого фермента в миокарде могут, в частности, провоспалительные цитокины интерлейкин-1 и фактор некроза опухоли α [12], масштабное образование которых происходит в период эндотоксикоза постреанимационного периода.

Очевидно, отмеченный на 5-е сутки кратковременный подъём уровня МР, обладающих высоким сродством к глюкокортикоидам, — результат повышенной перекрёстной стимуляции рецепторов не только возросшей концентрацией циркулирующего кортикостерона на фоне минимальных показателей альдостерона, но и локально синтезированным кортикостероном. В дальнейшем по мере повышения концентрации регенерированного кортикостерона начинает расти уровень ГР, обладающих меньшим аффинитетом к кортикостерону. Однако длительное усиление экспрессии фермента может способствовать ремоделированию желудочков, так как глюкокортикоиды, как эндо-, так и экзогенные, подавляют ангиогенез [5]. Кроме того, показано, что 11β-гидроксистероиддегидрогеназа 1-го типа в фибробластах регулирует высвобождение провоспалительных медиаторов [11].

В группе животных НУ к гипоксии рост содержания кортикостерона в крови к концу 1-х суток не только не привёл к увеличению уровня ни ГР (R=–0,82, р=0,0233), ни МР (R=–0,79, р=0,0308), но и сопровождался их снижением соответственно на 42% (р=0,0009) и 31% (р=0,0002) , что служит косвенным свидетельством ослабления гормон-рецепторного взаимодействия. Снижение уровня ГР и МР в раннем восстановительном периоде, возникшее в условиях тяжёлого энергетического дефицита у животных с низкой устойчивостью к гипоксии, — отражение процессов дезадаптации, поскольку глюкокортикоидная регуляция служит необходимым условием для развития адаптивных изменений [13].

На 3-и сутки постреанимационного периода на фоне высокого содержания кортикостерона и альдостерона отмечены минимальный уровень ГР и повышенный МР, которые способствуют экспрессии воспалительных цитокинов [14]. В отсутствие 11β-гидроксистероиддегидрогеназы 2-го типа, превращающей глюкокортикоид в неактивные метаболиты, альдостерон не может конкурировать с кортикостероном за связь с МР, поэтому представляется вероятным, что именно кортикостерон, а не альдостерон, оккупирует МР и влияет на провоспалительный ответ после действия ишемии [15]. Следовательно, кардиозащитное действие глюкокортикоидов может быть нивелировано провоспалительной МР-активацией в ответ на гипоксический стресс [9].

Однако в обычных условиях оккупация МР глюкокортикоидами в ткани миокарда не имитирует эффекты альдостерона [16]. Стимулом для активации комплекса глюкокортикоид-МР могут стать нарушения редокс-равновесия и развитие окислительного стресса [17]. Индукция МР активными метаболитами кислорода приводит к активации НАДФH-оксидазы1, стимулирует дальнейший синтез этих метаболитов и повреждение ткани, тем самым формируя порочный круг [18]. Кроме того, есть данные, что в патологических условиях, включая гипоксию, экспрессия и активность 11β-гидроксистероиддегидрогеназы 2-го типа (которой в сердце обычно мало, за исключением сосудистого эндотелия) увеличиваются, что позволяет альдостерону конкурировать за связь с МР [11].

С 5-х суток постреанимационного периода в группе НУ к гипоксии животных уровень кортикостерона резко снижается при сохранении высокой концентрации альдостерона в плазме крови (рис. 1б). Такая ситуация сохраняется вплоть до окончания эксперимента и позволяет проявиться эффектам альдостерона. К настоящему времени установлен ряд негативных эффектов альдостерона по отношению к сердечно-сосудистой системе, за физиологические эффекты которого отвечают МР. Аномальная активация ренин-ангиотензин-альдостероновой системы — один из важнейших механизмов развития хронической сердечной недостаточности [16]. Повышенная МР-сигнализация в миокарде ассоциируется с развитием воспаления, гипертрофии и фиброза, желудочковых аритмий [19].

Выводы

1. В группе высокоустойчивых к гипоксии животных в постреанимационном периоде в миокарде происходит нарушение баланса содержания кортикостероидных рецепторов с преобладанием глюкокортикоидных, что в целом даёт адаптивный эффект, ограничивая воспалительный ответ. Выявленное нами увеличение уровня глюкокортикоидных рецепторов может быть связано с усилением экспрессии 11β-гидроксистероиддегидрогеназы 1-го типа.

2. В группе неустойчивых к гипоксии животных в постреанимационном периоде в миокарде также нарушается баланс кортикостероидных рецепторов. Усиленная сигнализация посредством минералокортикоидных рецепторов в миокарде может быть сопряжена с развитием гипертрофии и фиброза, воспалением, нарушением электрической функции. Выявленные особенности способны оказать существенное влияние на течение постреанимационного периода и определить долгосрочный прогноз.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.