Ігрунова Ксенія Миколаївна. Механізми розвитку пошкоджень серця при багаторазовому стресі та їх корекція

Короткий опис

Ігрунова Ксенія Миколаївна. Механізми розвитку пошкоджень серця при багаторазовому стресі та їх корекція : дис... д-ра мед. наук: 14.03.04 / Національна медична академія післядипломної освіти ім. П.Л.Шупика. — К., 2007. — 360арк. — Бібліогр.: арк. 299-325.

Ігрунова К. М.Механізми розвитку пошкоджень серця при багаторазовому стресі та їх корекція. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук за спеціальністю 14.00.16 патологічна фізіологія. Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ, 2007.
В дисертаційній роботі представлена нова концепція розвитку пошкоджень серця при стресі - активація неспецифічної запальної реакції в організмі через систему прозапальних цитокінів без специфічного імунного ураження міокарда. В експерименті при моделюванні імобілізаційного стресу було показано в культурі підвищення чутливості мононуклеарних клітин крові (МНК) до серцевого антигену і продукція ними інтерлейкіну-1. У відповідь на ендоксин МНК стресованих тварин починали активно виробляти фактор некрозу пухлин (ФНП). При тому, антитіл та сенсибілізованих лімфоцитів до серцевого антигену, тобто специфічного імунного пошкодження серця не було виявлено. При вивченні в клітинах крові ферментів енергообміну: анаеробного -лактатдегідрогенази, аеробного - сукцинатдегідрогенази та цитоплазматичної К-Na-АТФ-ази було виявлено пригнічення окисного фосфорилювання та активація гліколіза. Стрес ініціював підвищення рівнів ФНП та апоптозу МНК через 14 днів і пригнічення - через 28. В експерименті визначено, що в нормі співвідношення функціональної активності МНК(спонтанного апоптозу) до функціонального резерву МНК (індукованого апоптозу) відповідає значенню золотого перетину і відхилення від цього значення вказують на зміни функціонального стану клітин і метаболічні зрушення в організмі, так як стан МНК є відображенням дії нейрогенних, імунних та ендокринних медіаторів. За результатами досліджень була розроблена нова діагностична методика по вивченню в культурі МНК спонтанного та індукованого дексаметазоном апоптозу з допомогою ядерного флуоресцентного барвника Hoechst 44432. При морфологічному дослідженні показано розвиток запальної реакції в міокарді на рівні мікроциркуляторного русла та сполучної тканини при стресі. Спектрофотометричне та гістохімічне дослідження мембран та активності ферментів: сукцинатдегідрогенази, цитохромоксидази та АТФ-синтетази мітохондрій міокарда стресованих тварин показали зниження інтактності мітохондріальних мембран та активності ферментів окисного фосфорилювання. При вивченні в міокарді рівнів лактату, пірувату, аденілових та пірідінових нуклеотидів визначено активацію гліколізу та глюконеогенезу, що є характерним для стресу. Морфологічно ( світлова та електронна мікроскопія) показано, що дія стресу призводить до розвитку апоптозу кардіоміоцитів. Таким чином, сформульована нова концепція пошкодження серця при стресорній мобілізації - активація системи прозапальних цитокінів, розвиток неспецифічної запальної реакції в міокарді, порушення інтактності мітохондріальних мембран, перебудова енергообміну з активацією гліколізу, ініціація апоптозу кардіоміоцитів, поступове зниження функціонального резерву міокарда. Корекція енергообміну препаратом поліфенолів з аскорбіновою кислотою або запальної реакції тімаліном призводила до зниження кількості апоптозних клітин в міокарді, що підтверджує нову концепцію. Клінічно у хворих на ішемічну хворобу серця та гіпертонічну хворобу було проведено вивчення нової діагностичної методики верифіковане дослідженням морфо-функціонального стану міокарда методом радіонуклідної вентрикулографії. Показані особливості спонтанного та індукованого апоптозу МНК, характерні відхилення від значення золотого перетину при різних формах захворювання, що має діагностичну інформативність. На основі вивчення апоптозу клітин серцево-судинної системи в експерименті та клініці розроблено нові концептуальні підходи до діагностики та корекції пошкоджень серця.

У дисертаційній роботі було проведено експериментальне дослідження ролі факторів імунної системи та неспецифічної резистентності, зокрема прозапальних цитокінів у змінах енергообміну та ініціації апоптозу імуноцитів та кардіоміоцитів при імобілізаційному стресі, корекція стресорних пошкоджень. Запропоновано концептуально новий підхід до діагностики пошкоджень міокарда. Розроблено і апробовано в клініці нову методику визначення функціонального стану клітин за процесами їх спонтанного та індукованого апоптозу.

Встановлено, що імобілізаційний стрес не викликав гуморальної та клітинної відповіді на серцевий антиген, але імуноцити дослідних тварин через 14 днів стресу при інкубації з серцевим антигеном in vitro починали продукувати прозапальний цитокін інтерлейкін-1 (ІЛ-1). В контрольних тварин імуноцити не реагували на дію серцевого антигена секрецією прозапальних цитокінів. Через два тижні стресування зростав рівень фактору некрозу пухлин (ФНП) в крові дослідних тварин через підвищення чутливості імуноцитів до дії ендотоксину. Через місяць дії стресу чутливість імунокомпетентних клітин до ендотоксину падала і рівень фактору некрозу пухлин в крові знижувався, що свідчить про падіння функціональної активності та функціонального резерву мононуклеарів при тривалому стресі.

В експериментальних та клінічних дослідженнях було встановлено, що в нормі оптимальне співвідношення функціональної активності (спонтанного апоптозу) до функціонального резерву (індукованого апоптозу), вираховане як індекс індукції апоптозу, дорівнює значенню золотого перетину. Відхилення від цього значення в сторону збільшення означає незабезпеченість функції резервом і подальше виснаження. Відхилення в сторону зменшення свідчить про порушення стимуляції функції і перевагу синтетичних процесів - анаболізму над катаболізмом.
За допомогою імунологічних і цитологічних досліджень встановлено, що дія імобілізаційного стресу супроводжувалася ініціацією апоптозу імунокомпетентних клітин мононуклеарів (МНК). Через 14 днів відбувалася активація клітин, що проявлялося підвищенням продукції прозапальних цитокінів ІЛ-1 та ФНП та рівнів спонтанного і індукованого дексаметазоном апоптозу в культурі МНК. При цьому індекс індукції апоптозу зменшувався, а синтетична активність лімфоцитів була стимульована, що також свідчить про активацію МНК. Через 28 днів стресу спостерігалося виснаження МНК, що супроводжувалося зниженням рівня ФНП і зниженням індексів спонтанного та індукованого апоптозу в культурі МНК, які становили майже половину від вихідних показників. Індекс індукції апоптозу зростав, що свідчить про зниження функціонального резерву та життєздатності клітин крові, чутливості до дії глюкокортикоїдів.
В результаті морфологічного та цитохімічного дослідження було знайдено, що при дії 14-денного стресу розвивалися прозапальні зміни мікроциркуляторного русла та сполучної тканини міокарда, набряк митохондрій, гіпертрофія ядер, ініціація апоптозу кардіоміоцитів, які набували хронічного характеру після 28 днів стресу. Рівень апоптозу кардіоміоцитів був вищий ніж у міокарді інтактних тварин.
Формування запальної реакції в міокарді, порушення мікроциркуляції, сполучнотканинного матриксу при дії імобілізаційного стресу супроводжувалися в частині кардіоміоцитів порушенням інтактності клітинних мембран, набряком та деструкцією мітохондрій, зниженням активності ферментів окисного фосфорилювання, залежної від мембранного потенціалу мітохондріальних мембран сукцинатдегідрогенази (СДГ), цитохромоксидази (ЦХО), протонної АТФ-ази (Н-АТФ-ази), енергодефіцитом, компенсаторною активацією гліколізу та синтетичних процесів, що ініціює апоптоз кардіоміоцитів. При подовженні термінів стресування вираженість морфологічних змін переважала над змінами біохімічних показників. Пошкодження міокарда, незалежно від етіологічного чинника формує гіпоксичний тип метаболізму міокарда, який є базисним біоенергетичним станом і першим пунктом патогенетичних методів корекції через покращення енергообміну.
Імунологічними, гістохімічними, біохімічними та морфологічними дослідженнями було показано, що і препарат поліфенолів, і тімалін сприяли зменшенню вираженості реакції організму на імобілізаційний стрес, що може бути пов’язаним з антиоксидантними, енергонормалізуючими, імуномодулюючими властивостями препаратів. Ефект препаратів супроводжувався зниженням інтенсивності запального процесу в міокарді, що позначалось на покращенні стану мікроциркуляції та сполучної тканини міокарда, мембран, мітохондрій та зменшенні апоптозу кардіоміоцитів. Лікувальна дія корегуючих препаратів у дослідних тварин чіткіше виявлялася при подовженні дії стресорних чинників.
Біохімічними, гістохімічними та морфологічними дослідженнями показано, що препарат корекції нормалізував енергообмін міокарда, що підтвердилося збільшенням кількості мітохондрій, відновленням стану мітохондріальних мембран, активацією ферментів окисного фосфорилювання, вбудованих у внутрішню мембрану мітохондрій, а також вміст макроергів.
Мобілізаційні реакції при дії тривалого невираженого стресу супроводжувалися активацією клітин адаптаційних систем, у тому числі імуноцитів, що згодом зменшувало їх енергетичне забезпечення та рівень функціонального резерву. Компенсаторно, через активацію системи прозапальних цитокінів, пригнічення окисного фосфорилювання та активацію гліколізу, активувалася структурна підтримка функції, що призводило до ініціації апоптозу в імуноцитах і кардіоміоцитах. Таким чином, апоптоз МНК та рівень його індукторів відображають стан клітин організму і мають діагностичне та прогностичне значення.
Клінічно при ішемічній хворобі серця у хворих в крові відмічали дисбаланс у редокс-системі, підвищення рівня прозапального цитокіну ФНП, що зумовлює активацію експресії проапоптозних генів bax та апоптозу в мононуклеарах. Спонтанна продукція ФНП (функціональна активність) у групі хворих на ішемічну хворобу серця була вища у порівнянні з донорами. Продукція ФНП у відповідь на індукцію in vitro (функціональний резерв) була знижена. В сироватці крові хворих знаходили підвищення рівня циркулюючого ФНП, що свідчить про зміни в цитокіновому статусі хворих з перевагою прозапальних реакцій.
Цитологічними та молекулярно-генетичними дослідженнями крові хворих була знайдена невідповідність функціональної активності (індексу спонтанного апоптозу) мононуклеарів їх функціональному резерву (індексу індукованого апоптозу) у хворих на ішемічну хворобу серця ІІІ ФК, в той час як у хворих ІІ ФК функціональна активність підвищувалася адекватно функціональному резерву, що показує індекс індукції апоптозу (ІІА), який відображає метаболічний стан клітин та тяжкість захворювання. Експресія проапоптозного гену bax та рецепторів апоптозу в клітинах крові всіх груп хворих на ІХС була підвищеною у порівнянні з донорами.
За даними радіонуклідної вентрикулографії (РНВГ)при відсутності ознак серцевої недостатності в хворих на ішемічну хворобу серця з шлуночковими аритміями відмічалися при незмінених гемодінамічних показниках зони зниження скоротливості міокарда, збільшене енергоспоживання, яке опосередковано може свідчити про гіпоксичний тип метаболізму та енергодефіцит кардіоміоцитів, що співпадає зі змінами метаболічного статусу при визначенні індексу індукції апоптозу мононуклеарів крові хворих.
Розвиток дифузних апоптотичних процесів у міокарді може бути безсимптомним за рахунок перерозподілу внутрішньо-серцевих об’ємів і здійснення гемодинамічної компенсації зон гіпокінезії, що зберігає загальну фракцію викиду міокарда.
За даними РНВГ у хворих з ІІ стадією гіпертонічної хвороби гіпокінетичні зони виявлялись навіть у хворих з нормальною загальною фракцією викиду. Погіршення скоротливої функції міокарда відбувалося на стадії ще стійкої кардіальної компенсації і компенсувалося розвитком гіпертрофії лівого шлуночку.
У всіх хворих на гіпертонічну хворобу визначалися підвищені рівні циркулюючого інтерферону та фактора некрозу пухлин, що свідчить про запальну реакцію в організмі. Рівень спонтанного та індукованого апоптозу мононуклеарів був знижений в порівнянні з показниками у донорів, що свідчить про зміну метаболічного обміну - збільшення синтетичної активності клітин серцево-судинної системи. Індекс індукції апоптозу мав зворотний зв’язок зі ступенню гіпертрофії міокарда.
Індекс індукції апоптозу в культурі мононуклеарних клітин крові показує на відміну від абсолютних значень діагностичних показників індивідуальний вихідний стан клітинного метаболізму, що відображає тяжкість і специфічність захворювання, і може виступати діагностичним та прогностичним критерієм розвитку патології.