Вместе с доказательством важной биологической роли оксида азота возник огромный интерес к этой молекуле со стороны теоретической и практической медицины.
Перспектива применения препаратов, влияющих на содержание NO, представляется многообещающей. Однако разнообразие функций NO заставляет задуматься о реальной возможности целенаправленных терапевтических воздействий на физиологические механизмы: слишком велика вероятность побочных эффектов. Кроме вазодилятирующего эффекта с NO связаны регуляции секреции инсулина и развитие диабета вследствие гибели клеток поджелудочной железы при вирусных инфекциях, регуляция почечной фильтрации, регуляция репаративных процессов в костях, регуляция слизеобразования в кишечном эпителии и это далеко не полный перечень.
Вместе с тем, в клинической практике давно применяются воздействия на физиологические механизмы, ведущая роль в которых отводится NO. Речь идет о ннтровазодилятаторах и в первую очередь о нитроглицерине. Молекулярные механизмы оказываемых нитратами эффектов долгое время не были изучены. Микросомальные ферментные системы гладкомышечных клеток метаболизируют нитроглицерин с образованием NO, который и опосредует терапевтическое действие вазодилятаторов. В острых ситуациях может оказаться полезным насыщение NO инфузируемых растворов. В эксперименте, таким образом, удалось предотвратить развитие постишемических повреждений миокарда. Усилия фармакологов направлены в настоящее время на поиски доноров NO, продуцирующих оксид азота либо под действием ферментов, либо спонтанно.
Другой терапевтический подход может быть связан с использование блокаторов NOS. Так, например, при добавлении селективного блокатора NOS - S-метилтизотиола (SМТ) сокращались размеры инфарктной зоны, улучшался региональный кровоток. С помощью ингибиторов NOS в эксперименте удалось также сократить размеры инфарктной зоны и при ишемии головного мозга. Интересно, что такой результат получен при воздействии ингибитора в течение нескольких суток после периода ишемии.
Кроме ингибиторов NOS активно исследуется терапевтический потенциал блокаторов индукции NOS. Из числа уже используемых препаратов таким действием обладают глюкокортикостероиды. Кроме того, способностью блокировать NOS обладают интерлейкины 4, 8,10, трансформирующие факторы роста b-типа, эпидермальный фактор роста.
Усиление действия NO может быть основано на предотвращении его инактивации, что и делают различные препараты супероксиддисмутазы (SOD) и ее миметиков. Есть работы, доказывающие, что полезным может оказаться аргинин. Инфузия раствора аргинина приводит к снижению системного кровяного давления, к увеличению ЧСС, форсированному диурезу.
Воздействия на механизмы образования и инактивации NO могут представлять интерес не только для кардиологии, а также для неврологии, диабетологии (в связи с участием NO в регуляции синтеза инсулина и в гибели клеток поджелудочной железы), гастроэнтерологии (участие NO в регуляции слизеобразования в кишечнике, регуляции моторики ЖКТ, уменьшении проявлений пилоростеноза, трасплантологии, сексопатологии (участие NО в эрекции). Огромен потенциал воздействий, направленных на процессы образования NO для пульмонологии в лечении всего комплекса пульмонологических расстройств, которые относят к респираторному дистресс синдрому взрослых. Ингаляция NO снижает уровень легочной гипертензии, предотвращает гипоксическую вазоконстрикцию в легких.
В целом, при использовании и разработке препаратов, влияющих на содержание NO, необходимо помнить, что NO вовлечен как в нормальную регуляцию, так и во многие патофизиологические процессы. Поэтому идеальным препаратом окажется тот, который будет обладать способностью ограничивать гиперпродукцию или компенсировать недостаток NO в организме, и при этом не затрагивать существенные регуляторные и защитные функции NO [3].
Роль оксида азота в организме человека при различных заболеваниях и травмах
Черепно-мозговая травма
Патогенез черепно-мозговой травмы (ЧМТ) сегодня представляется весьма сложным, затрагивающим практически все основные функции головного мозга, – биоэлектрогенез, синтез и высвобождение нейротрансмиттеров, а также обмен макромолекулярных соединений. Причем в основе развития последствий ЧМТ лежит своеобразный воспалительный процесс, протекающий с участием как специфических медиаторов воспаления (интерлейкинов, простагландинов, биогенных аминов и др.), так и нейромедиаторов, обеспечивающих специфические функции головного мозга [4, 5]. В последнее время установлено наличие взаимосвязи между системами контроля функции нейронов и иммунологической системой – как лимфоцитарным звеном, так и факторами гуморальной природы [6,7].
Известно, что ЧМТ сопровождается значительным высвобождением нейротрансмиттеров, например глутаминовой кислоты, и увеличением внутриклеточного содержания ионизированного кальция. Следует подчеркнуть, что глутаминовая кислота – один из важнейших медиаторов, обеспечивающих патогенетические изменения при ЧМТ. В экспериментах показано, что в условиях модели ЧМТ у крыс антагонисты рецепторов глутамата и антагонисты пуриновых рецепторов оказывают нейропротекторный эффект в отношении двигательных нарушений, объема повреждения ткани мозга.
Следует подчеркнуть, что в патогенезе ЧМТ первичную роль играет экспрессия цитокинов, которые могут индуцировать активность iNOS.
Оксид азота – один из универсальных медиаторов биологических эффектов в мозге, и его продукция возрастает в условиях воспроизведения ЧМТ. Доказано, что все три изоформы фермента: индуцибельная, эндотелиальная и нейрональная формы синтазы оксида азота – увеличивают свою активность в посттравматическом периоде. При этом экспрессия индуцибельной формы синтазы максимальна в течение 6 часов с момента перенесенной ЧМТ пациентами, с пиком – в период между 8 и 23 часами. Экспрессия индуцибельной формы синтазы отмечается в нейронах, макрофагах, нейтрофилах, астроцитах и олигодендроцитах. В различные периоды времени посттравматического периода источниками данного фермента выступают различные клеточные компартменты.
Через 2 дня с момента травмы головного мозга в ткани мозга пациентов, погибших от ЧМТ, обнаружена активность iNOS. Активность фермента преобладает в нейтрофилах и микроглии/макрофагах зон, окружавших очаги некроза в коре головного мозга, а также в глубоких отделах коры и зубчатой извилине гиппокампа, соседствующей с участком геморрагии. Кроме того, активность выявляется также в цитоплазме гладкомышечных клеток сосудов артерий малого калибра и артериолах, окружавших участок некроза. Подобная картина не обнаруживается через 8 суток с момента ЧМТ. Полученные результаты показывают, что iNOS играет ключевую роль в цереброваскулярной патологии и вторичном повреждении ткани мозга. При этом интенсивная продукция оксида азота может иметь существенное значение во вторичной гибели нейронов в посттравматическом периоде.
Исследования экспериментальной травмы мозга также свидетельствуют о двойственной патогенетической роли iNOS. Вскоре после действия травматического агента активность данного фермента, сопровождающаяся накоплением пероксинитритов, может рассматриваться в качестве патогенного фактора, а применение ингибиторов iNOS – фармакопротективного.
Следует также отметить, что дезоксигемоглобин, карбоксигемоглобин и оксигемоглобин легко взаимодействуют с NO с образованием устойчивых комплексов или превращением NO в нитрат. Гемоглобин можно рассматривать как важный фактор модуляции уровня оксида азота в организме, а HbNO оказывается одним из промежуточных соединений между синтезом и местом приложения действия NО и влияет на его эффекты в норме и патологии. Поэтому в патогенезе ишемического травматического повреждения ткани мозга существенными могут быть компоненты, связанные с гемической гипоксией.
Оксид азота принимает активное участие в возникновении и прекращении судорожных реакций. Так, на высоте судорожного припадка содержание NO в коре мозга в 3-5 раз превышает контрольную величину.
Генерирование свободных радикалов представляет собой один из наиболее важных механизмов последующих нарушений в ткани головного мозга при его травме. Мишенью нейротоксических эффектов продуктов ПОЛ в нервной ткани является дофаминергическая система мозга. Снижение активности данной системы, отмечающееся в процессе старения, связано с накоплением в результате стрессорных реакций токсических катехолэстрогенов и последующими нейродегенеративными изменениями дофаминергических нейронов. Подобная нейродегенерация обусловливает снижение двигательной активности, повышение мышечного тонуса, угнетение активности репродуктивной системы и другие признаки старения.
Широкий спектр биорегуляторных эффектов сосудистого NO указывает на то, что снижение его уровня в эндотелиоцитах под влиянием тех или иных факторов должно вызывать существенные изменения их функций и системы кровообращения в целом. Эти нарушения включают: снижение эффектов эндотелийзависимых вазодилататоров и повышение вазоконстрикторных влияний, рост АД, нарушения системной и региональной гемодинамики, функций сердца, увеличение экспрессии адгезивных молекул эндотелия, агрегации тромбоцитов; прилипание их и лейкоцитов к сосудистой стенке; пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток с образованием неоинтимы, синтез внеклеточного матрикса и др [8].
Болезнь Паркинсона
Болезнь Паркинсона (БП) – хроническое прогрессирующее заболевание нервной системы. Клиническую картину составляют, главным образом, двигательные нарушения в виде брадикинезии, ригидности и тремора. Впоследствии к ним присоединяется постуральная неустойчивость, когнитивные нарушения и вегетативная недостаточность. Заболевание впервые было описано Джеймсом Паркинсоном в 1817 г. под названием «дрожательный паралич».
Распространенность БП с учетом возраста во всем мире составляет 1 %, средний возраст дебюта – 60-65 лет, в 5-10 % случаев заболевание начинается в возрасте до 40 лет; мужчины и женщины болеют одинаково часто.
Заболевание носит преимущественно спорадический характер, однако при наличии БП у ближайших родственников риск развития заболевания увеличивается в два раза. С наследственными факторами связано лишь небольшое количество случаев БП (5-10 %). Возможно, генетическая предрасположенность увеличивает чувствительность нигростриарной системы к влиянию внешних повреждающих факторов и процессов старения.
В основе заболевания лежит дегенерация нигростриарных нейронов черной субстанции и снижение уровня дофамина в базальных ганглиях, избыток глутамата и ацетилхолина, а также недостаточный синтез норадреналина и серотонина.
Патоморфологические исследования при БП обнаруживают дегенерацию и депигментацию нигростриарных нейронов, нейронов голубого пятна и характерные внутриклеточные включения, являющиеся продуктами дегенерации белков, – тельца Леви. Повреждение нигростриарных нейронов при БП происходит преимущественно по механизму апоптоза и связано с нарушениями внутриклеточного метаболизма: окислительным стрессом, эксайтотоксичностью глутамата и аспартата, избыточным поступлением внутрь клеток ионов кальция, возрастанием активности внутриклеточных протеаз, нарушением митохондриального дыхания с энергетическим дефицитом нейронов.
Определенный интерес в патогенезе паркинсонизма представляет оксид азота. NO имеет значение в реализации оксидантного стресса. Посмертное изучение нейронов, содержащих NO-синтазу, у больных, страдавших болезнью Паркинсона, показывает их селективное поражение. Гипотеза, согласно которой оксидантный стресс является важнейшим звеном развития паркинсонизма, появилась на основании открытия того, что 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (МФТП) служит селективным токсическим агентом нигро-стриарной системы; это позволило создать экспериментальные модели паркинсонизма на животных. В дальнейшем стало известно, что окисление МФТП до его активного метаболита до МФП+ приводит к повреждению митохондриального аппарата клетки и генерации оксидантного стресса. Кроме того, оксидантный стресс при паркинсонизме может быть спровоцирован дофамином. Самоокисление дофамина ведет к появлению цитокинов, которые сами по себе являются токсическими агентами.
Тем не менее, конкретный пусковой механизм, взаимодействие и последовательность патогенетических факторов нейродегенерации остаются неясными [8].
Эпилепсия
В патогенезе судорожно-пароксизмальных состояний существует много неясных звеньев, что затрудняет поиск эффективных средств и способов их лечения. Ранее коллективом авторов было выделено патогенетическое звено клещевого энцефалита (КЭ) названное «синдром микромультилокулярного токсикоза» зависящее от выработки оксида азота в ЦНС и, возможно, играющее важнейшую роль в патогенезе КЭ. Морфологическими проявлениями этого синдрома являются: расширение сосудов, геморрагии, скопление лейкоцитов, макрофагов, глиальных клеток (т.е. продуцентов ОА), апоптоз, некроз клеток, их пикноз, гиперхроматоз, нейронофагия, выпадение нейронов. Были разработаны направления поиска новых лекарственных препаратов для лечения КЭ. Очаговым и хроническим формам КЭ нередко сопутствуют эпилептические припадки (генерализованные, фокальные, кожевниковские и др.). Глутамат, запускающий выработку оксида азота в нервной системе и приводящий к микромультилокулярному NO-зависимому токсикозу при КЭ, является одним из возбуждающих медиаторов ЦНС. Известно, что активация глутаматергической нейропередачи в мозге может приводить к судорожным пароксизмам. Можно предположить, что некоторые эффекты глутамата опосредуются ОА.
Литературные сведения о роли NO в патогенезе судорожных расстройств противоречивы. С одной стороны показано, что судорожный эффект агониста глутаматных рецепторов каиновой кислоты сопровождается увеличением содержания NO в мозге. С другой стороны отмечено, что эпилептические припадки индуцируются ингибитором NOS L-гуанидиноглутаровой кислотой, ее эффект контролируется L-аргинином. Известно также, что концентрация супероксидного радикала – субстрата супероксиддисмутазы, который инактивирует NO, значительно повышается при гипервентиляции, которая, как известно, может провоцировать эпилептический приступ и используется для выявления эпиактивности на ЭЭГ. Интересно и следующее наблюдение: у группы экспериментальных мышей с отсутствием гена, кодирующего NOS, самцы (но не самки) превращаются в насильников и серийных убийц. Система NO-NOS по всей видимости контролирует поведенческие реакции человека, в этой связи любопытен взгляд на деструктивность (агрессивность) при таких состояниях как патологическое опьянение, сумеречные расстройства сознания, дисфории как на обусловленные нарушениями в этой системе.
Противоречивость роли NO при судорожных расстройствах, кажущаяся и обусловлена двойственной ролью NOS, которая, с одной стороны, вырабатывает нейропротекторный фактор NO, а с другой, в отсутствие аргинина генерирует супероксиданион.
В заключение отметим, что открытие в 1987 году образования NO в живом организме, играющего ключевую роль при многих физиологических и патологических процессах, позволило по-новому взглянуть на проблему эпилептогенеза и лечения пароксизмальных состояний [8].
Заключение
Открытие высокоактивного межклеточного посредника – оксида азота (NO) позволило прояснить многие неясные вопросы жизни клеточного сообщества в организме человека и животных. В 1992 году NO в знак большого интереса к нему исследователей был назван молекулой года. В 1998 году Р. Фуршготт, Л. Игнарро и Ф. Мурад за работы по выяснению механизмов, связанных с участием NO, получили высшую оценку мировой науки – Нобелевскую премию. Однако, как это всегда бывает на пути познания, новое порождает еще больше вопросов. По-видимому, NO еще долго будет привлекать внимание исследователей, и можно надеяться, что будут получены новые интересные и значимые результаты.
На сегодняшний день известно, что молекула оксида азота, являясь короткоживущим соединением (срок жизни молекулы составляет около 10 сек.), активно участвует в процессе регуляции тонуса сосудистой системы, выполняя роль так называемого «эндотелиального релаксирующего фактора». Достижения последних лет в изучении структуры и функции эндотелия сосудов открыли совершенно новые его свойства, что способствовало внедрению новых форм лекарственных средств.
Не вызывает сомнения тот факт, что система оксида азота в организме является чрезвычайно важной для поддержания гомеостаза и нормального функционирования всех без исключения систем организма.
Современный научный мир активно занимается проблемой оксида азота, постоянно появляются новые данные о его участии в до сих пор не познанных разделах медицины, остается множество вопросов, на которые еще предстоит ответить.
Список литературы
1. Ванин А.ф. Оксид азота – регулятор клеточного метаболизма
2. Недоспасов А.А. Биогенные оксиды азота
3. Ивашкин В.Т. Драпкина О.М. Клиническое значение оксида азота и белков теплового шока
4. Гусев Е.И., Скворцова В.И., Коваленко А.В., Соколов М.А. Механизмы повреждения ткани мозга на фоне острой фокальной ишемии // Журнал неврологии и психиатрии, 1999, №2. – С.65-70.
5. Ochoa J.B., Udekwu A.O., BilliarT.R. et al. (1991) Nitrogen oxide levels in patients after trauma and during sepsis. Ann. Surg., 214(5): 621-626.
6. Дамулин И.В. Значение сосудистых нарушений в патогенезе болезни Альцгеймера у пожилых // Лечащий врач. 2002. № 12. С.72-76.
7. Шестакова М.В. (2001) Дисфункция эндотелия – причина или следствие метаболического синдрома? Рос. мед. журнал, 2: 88-92.
8. Малахов В.О., Завгородня Г.М., Личко В.С., Джанелідзе Т.Т., Волох Ф.О. Проблема оксиду азоту в неврології: Монографія. – Суми: Видавництво СумДПУ ім. А.С. Макаренка, 2009 р. – 242 с