Cardiomyocyte apoptosis in vasorenal hypertension as a consequence of catabolism error

Full Text

Апоптотическая гибель кардиомиоцитов (КМ) - один из факторов, способствующих развитию хронической сердечной недостаточности, который в последние десятилетия привлекает внимание многочисленных отечественных и зарубежных исследователей [3, 9]. Установлено, что в КМ, как и во многих других клеточных популяциях, существуют механизмы, обеспечивающие программированную клеточную гибель как с участием внутриклеточных сигнальных путей, так и за счёт экзогенных факторов, взаимодействующих с рецепторами смерти на клеточной мембране [10]. В миокарде преобладанию индукторов апоптоза над его супрессорами способствуют гипоксия, перегрузка миокарда, токсины, окислительный стресс [4, 5, 9, 13]. Известно, что один из патологических процессов в сердечно-сосудистой системе, приводящих к хронической перегрузке сердца, - артериальная гипертензия (АГ). Возрастание нагрузки на сердечную мышцу и гипертрофические процессы вызывают увеличение энергопотребления в КМ и формирование энергетического дефицита, который в свою очередь влияет на транспорт ионов через мембрану, что приводит к кальциевой перегрузке митохондрий [11], нарушению работы дыхательной цепи, дальнейшему нарастанию энергетического дефицита и образованию активных форм кислорода [8, 13]. Таким образом, можно предполагать, что значимыми триггерами апоптотической гибели КМ при АГ выступают энергетический дефицит и окислительный стресс. Раскрытие механизмов инициации апоптоза КМ и возможностей их регуляции позволит усовершенствовать терапевтические подходы к предупреждению формирования и прогрессирования хронической сердечной недостаточности при АГ. Целью данной работы было исследование влияния фосфокреатина, относящегося к макроэргическим соединениям, и этилметилгидроксипиридина сукцината, являющегося антигипоксантом и антиоксидантом, на интенсивность апоптоза и степень гипертрофии КМ желудочков сердца кроликов с вазоренальной АГ. Исследование выполняли на 12 самцах кроликов породы «шиншилла» c массой тела 3-3,5 кг. У кроликов опытных групп моделировали АГ по H. Goldblatt [7] путём сужения брюшной аорты на треть исходного диаметра над местом отхождения от неё почечных артерий. Контрольная группа была представлена интактными животными. Эксперимент проводили в двух параллельных сериях. В первой серии эксперимента животные с вазоренальной АГ сроком 4 нед не получали лечения (опыт 1). Во второй серии кроликам опытных групп, начиная с 18-х суток АГ, вводили внутримышечно фосфокреатин (неотон) в дозе 30 мг/кг (опыт 2) или этилметилгидроксипиридина сукцинат (мексидол) в дозе 5 мг/кг (опыт 3) 1 раз в сутки в течение 10 дней. Численность каждой группы - 3 особи. Под общим обезболиванием кроликам контрольной и опытных групп вскрывали грудную клетку и производили экстирпацию сердца. Содержание животных и работа с ними соответствовали приказу Минздрава СССР №755 от 12.08.1977. Образцы миокарда левого и правого желудочков фиксировали в течение 72 ч в 10% нейтральном забуференном формалине. Далее проводили обработку материала и заливку в парафин по общепринятой методике. Для гистологического исследования срезы миокарда окрашивали по стандартной методике гематоксилином и эозином. Анализировали 15 полей зрения в каждом препарате, и с помощью сетки Автандилова определяли содержание ядер и миофибрилл. Для оценки степени гипертрофии миокарда вычисляли ядерно-цитоплазматическое отношение. Апоптоз КМ оценивали по интенсивности фрагментации дезоксирибонуклеиновой кислоты в ядрах, определяемой методом TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP Nick-End Labeling) с использованием набора реактивов «Apo-BrdU-IHC in situ DNA fragmentation assay kit» (BioVision, США). Анализировали 20 полей зрения в каждом препарате. Вычисляли индекс апоптоза - отношение числа TUNEL-позитивных ядер к общему количеству ядер КМ в поле зрения. Статистические расчёты осуществляли с использованием программы «Statistica 6.0» (StatSoft Inc., США), для оценки достоверности различий изучаемых выборок применяли t-критерий Стьюдента. В табл. 1 представлены результаты исследования методом TUNEL интенсивности апоптоза КМ кроликов контрольной и опытных групп. У кроликов с 4-недельной АГ статистически значимо повышался индекс апоптоза в обоих желудочках сердца. Применение макроэргического соединения фосфокреатина (неотона) сопровождалось достоверным снижением индекса апоптоза КМ левого желудочка, однако данный показатель оставался значимо выше, чем в контрольной группе. Следовательно, можно предположить, что энергетический дефицит - существенный, но не единственный индуктор апоптотической гибели КМ при АГ. Аналогичным влиянием на апоптоз клеток миокарда обладает и комбинированный препарат мексидол, содержащий как сукцинат, окисление которого сопровождается синтезом аденозинтрифосфорной кислоты, так и антиоксидант этилметилоксипиридин. Таким образом, при АГ наряду с изменением энергетического баланса клетки и дисфункцией митохондрий, обусловленной кальциевой перегрузкой и нарушением работы электрон-транспортной цепи, что сопровождается образованием активных форм кислорода, значимым апоптогенным эффектом обладают и другие факторы. К их числу, согласно литературным данным, можно отнести ангиотензин II, стимулирующий апоптоз КМ через повышение экспрессии проапоптотического белка Bax, и растяжение КМ [6, 12]. Проведённое нами ранее в тех же группах животных исследование активности каспазы 3 (одного из проапоптотических ферментов) показало достоверное повышение её активности в левом желудочке у кроликов с 4-недельной АГ, причём введение неотона или мексидола снижало данный показатель до контрольного уровня [1, 2]. Сравнение полученных данных позволяет предполагать наличие некаспазных механизмов реализации апоптотической гибели КМ левого желудочка при вазоренальной АГ. В правом желудочке неотон оказывал такое же действие на интенсивность апоптотических процессов, как и в левом желудочке, хотя его эффект не был столь резко выражен, в то время как применение мексидола не влияло на индекс апоптоза, который сохранялся на уровне, характерном для животных с 4-недельной АГ, не получавших медикаментозного лечения. Следовательно, механизмы инициации апоптоза в правом желудочке несколько отличаются от таковых в левом желудочке и в меньшей степени определяются нарушением энергетического баланса в клетке и окислительным стрессом. Для изучения возможного влияния гипертрофии миокарда, сопровождающей вазоренальную АГ у кроликов, на интенсивность апоптоза КМ нами было также исследовано действие мексидола и неотона на ядерно-цитоплазматическое отношение в КМ, отражающее степень гипертрофии миокарда. Как видно из табл. 2, ядерно-цитоплазматическое отношение в КМ обоих желудочков сердца при введении препаратов не менялось и оставалось достоверно ниже контрольных значений, указывая на наличие гипертрофии. Таким образом, неотон и мексидол, снижая интенсивность апоптоза, не оказывают влияния на гипертрофические процессы в миокарде. Вероятно, в условиях достаточного энергообеспечения сердечных миоцитов при АГ гипертрофия КМ не обладает выраженным апоптогенным эффектом. ВЫВОДЫ 1. Один из факторов, индуцирующих апоптоз кардиомиоцитов, - энергетический дефицит, в связи с чем применение фосфокреатина или этилметилгидроксипиридина сукцината может стать важным компонентом профилактики и лечения хронической сердечной недостаточности при артериальной гипертензии. 2. В условиях достаточного энергообеспечения гипертрофия миокарда не влияет на интенсивность апоптоза кардиомиоцитов. Таблица 1 Индекс апоптоза кардиомиоцитов в желудочках сердца кроликов, % (M±m) Контроль Опыт 1 (АГ) Опыт 2 (АГ + неотон) Опыт 3 (АГ + мексидол) Левый желудочек 4,74±0,46 31,97±1,04* 9,71±0,63*# 10,62±0,69*# Правый желудочек 2,17±0,53 11,15±1,08* 8,08±0,77*# 11,07±1,18* Примечание: АГ - артериальная гипертензия; *р ≤0,05 по сравнению с контролем; #р ≤0,05 по сравнению с опытом 1. Таблица 2 Ядерно-цитоплазматическое отношение в кардиомиоцитах желудочков сердца кроликов (M±m) Контроль Опыт 1 (АГ) Опыт 2 (АГ + неотон) Опыт 3 (АГ + мексидол) Левый желудочек 0,15±0,01 0,09±0,01* 0,09±0,01* 0,09±0,01* Правый желудочек 0,15±0,01 0,10±0,01* 0,09±0,01* 0,10±0,01* Примечание: АГ - артериальная гипертензия; *р ≤0,05 по сравнению с контролем.

About the authors

M M Azova

Peoples’ Friendship University of Russia, Moscow, Russia

Email: azovam@mail.ru

M L Blagonravov

Peoples’ Friendship University of Russia, Moscow, Russia

V A Frolov

Peoples’ Friendship University of Russia, Moscow, Russia

References

Supplementary files