| начало :: поиск :: подписка :: издатели :: карта сайта | |
| Том 02/N 2/2007 | ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ |
Цель исследования. Изучить влияние внутривенного
введения аспартата калия и магния (К-Мg-Асп), смеси глюкоза–инсулин–калий (ГИК),
комбинации глюкозы, инсулина с аспартатом калия (ГИКАсп) и одного инсулина (И)
после периода региональной ишемии миокарда на метаболизм зоны риска (ЗР) и
повреждения клеточных мембран кардиомиоцитов у крыс.
Материалы и методы. Острый инфаркт миокарда (ИМ) моделировали 40-минутной
окклюзией передней нисходящей коронарной артерии и 60-минутной реперфузией. Во
время реперфузии в яремную вену со скоростью 1 мл/кг/ч вводили один из
растворов: физиологический раствор (контроль), К-Мg-Асп, ГИК, ГИКАсп или И. По
окончании опытов определяли размеры ИМ или замораживали биоптаты ЗР в жидком
азоте для определения метаболитов.
Результаты. Размеры ИМ в экспериментальных группах были достоверно
меньше, чем в контроле, и снижались в ряду К-Мg-Асп>ГИКАсп>И>ГИК. Под действием
протекторов содержание аденозинтрифосфата (АТФ) и фосфокреатина в ЗР к концу
реперфузии восстанавливалось в 2–2,5 раза лучше, чем в контроле (в среднем до
56,3±3,4 и 81,8±7,9% от исходных значений). В экспериментальных группах потери
фонда аспарагиновой и глутаминовой кислот, а также накопление лактата и глюкозы
в ЗР были достоверно ниже, чем в контроле. Содержание общего креатина (
Материалы и методы
Препарирование животных. Эксперименты проводили на
крысах-самцах Вистар массой 300–450 г, наркотизированных кетамином (100 мг/кг
веса внутрибрюшинно). Искусственную вентиляцию легких осуществляли комнатным
воздухом с добавлением кислорода с частотой 60–80 в 1 мин, под постоянным
контролем насыщения кислородом артериальной крови. Правую яремную вену
катетеризировали для введения гепарина и испытываемых растворов. Левую сонную
артерию катетеризировали для регистрации артериального давления (АД;
“Мингограф-804”, “Siemens Elema”) и взятия проб артериальной крови (“ABL-30”,
“Radiometer”, Копенгаген). Грудную клетку вскрывали во II–IV межреберье слева
или продольным рассечением грудины, и освобождали сердце от перикарда.
Для создания региональной ишемии миокарда левый желудочек (ЛЖ) прошивали
атравматической иглой 5–0 под левым ушком в направлении, перпендикулярном
большой оси сердца. Затягивание лигатуры на передней нисходящей коронарной
артерии (ПНА), находящейся в толще прошитого миокарда, прекращало кровоснабжение
перфузируемого ею участка миокарда и вызывало образование цианозного пятна на
поверхности миокарда. Ослабление лигатуры приводило к восстановлению кровотока и
исчезновению цианозного пятна. По окончании опытов сердце окрашивали 2%
раствором Эванса синего, введенным через яремную вену при затянутой лигатуре,
отделяли ЛЖ, который замораживали при –20оС для последующей гистохимической
обработки [15]. В отдельных сериях опытов ЗР ЛЖ быстро вырезали и замораживали
щипцами Волленбергера, охлажденными в жидком азоте, для последующей оценки
метаболического состояния.
Таблица 1. Изменения в содержании метаболитов энергетического обмена в ЗР левого желудочка сердца крысы при региональной ишемии и реперфузии (M±m; мкмоль/г сухого веса ткани)
|
Группа |
АТФ |
ФКр |
Креатин |
|
Исходное состояние |
22,39±1,20 |
23,78±1,59 |
35,49±2,13 |
|
Контроль |
5,26±0,61а |
7,53±0,87а |
11,62±1,87а |
|
К-Мg-Асп |
11,35±0,75а,б |
18,87±1,74a,б |
18,67±2,34a,б |
|
ГИК |
13,96±1,06а,б |
20,14±2,76а,б |
27,31±3,14а,б |
|
И |
12,47±0,92a,б |
20,05±2,01a,б |
26,28±2,15а,б |
|
Примечание. Здесь и в табл. 2 представлены
данные серий из 10–12 опытов. Исходное состояние – 30-минутная
стабилизация гемодинамических показателей после препарирования
животных. Контроль – 40-минутная окклюзия ПНА с последующей
60-минутной реперфузией. К-Мg-Асп, ГИК или И – 60-минутная
реперфузия с соответствующим протектором со скоростью 1 мл/кг/час
после 40-минутной окклюзии ПНА. |
|||
Таблица 2. Влияние реперфузии с метаболическими протекторами на содержание аминокислот, глюкозы и лактата в ЗР левого желудочка (M±m; мкмоль/г сухого веса ткани)
|
Группа |
Аспартат |
Глутамат |
Лактат |
Глюкоза |
|
Исходное состояние (n=8) |
6,75±0,56 |
23,45±2,12 |
2,15±0,14 |
2,46±0,29 |
|
Контроль (n=10) |
0,46±0,11а |
9,35±0,84а |
12,83±1,80а |
38,26±4,12а |
|
К-Мg-Асп (n=12) |
3,98±0,45а,б |
16,27±0,90а,б |
10,05±0,55а |
26,30±2,74а,б |
|
ГИК (n=8) |
1,94±0,20а,б,в |
12,92±0,98а,б |
9,10±2,32а |
92,22±19,58а,б,в |
|
И (n=9) |
2,87±0,24а,б,в |
14,77±1,18а,б |
8,50±0,85а |
17,58±2,96а,б,в |
|
Примечание: p<0,05 по сравнению, а – с исходным состоянием, б – с контролем, в – с К-Mg-Асп. |
||||
Рис. 1. Ограничение размеров ИМ левого желудочка
сердца крысы под действием метаболических протекторов.
Здесь и на рис. 2: представлены данные серий из 10–12 опытов. Контроль –
40-минутная окклюзия ПНА с последующей 60-минутной реперфузией; ГИК, И, К-Мg-Асп
и ГИКАсп – 60-минутная реперфузия с соответствующим протектором со скоростью 1
мл/кг/ч после 40-минутной окклюзии ПНА. *p<0,05 по сравнению с контролем.

Рис. 2. Влияние реперфузии с метаболическими протекторами на содержание общего креатина в ЗР левого желудочка сердца крысы. Общий креатин (
SКР=ФКр+Кр) выражали в % к исходному содержанию в ЗР, которое составляло 59,26±1,96 мкмоль/г сухой ткани. p<0,05 по сравнению *с контролем, +с К-Mg-Асп.

Рис. 3. Корреляция между средними значениями потерь общего креатина (SКр) в ЗР и средними значениями отношения ИМ/ЗР в исследуемых группах. Представлены данные серий из 10–12 опытов. 1 – ГИК, 2 – И, 3 – К-Мg-Асп, 4 – контроль.

Показатели кислотно-щелочного баланса артериальной
крови контролировали на кислотно-щелочном газоанализаторе “ABL-30”
(“Radiometer”) и поддерживали на физиологическом уровне в течение всего опыта.
Протоколы опытов. По окончании препарирования животных и стабилизации
в течение 30 мин гемодинамических показателей (исходное состояние) для создания
региональной ишемии на 40 мин окклюзировали ПНА. Продолжительность последующей
реперфузии составляла 60 мин. В течение всего периода реперфузии в яремную вену
со скоростью 1 мл/кг/ч вводили физиологический раствор (контроль). Эффективность
защиты ишемизированного миокарда с помощью метаболических протекторов оценивали
в отдельных сериях опытов, вводя с той же скоростью во время реперфузии К-Мg-Асп
(K-аспартат 2,6 М, Mg-(аспартат)2 2,75 М); ГИК (глюкоза 2,8 М, И 100 МЕ/л, K+
0,1 М), ГИКАсп (глюкоза 2,8 М, И 100 МЕ/л, K-аспартат 0,1 М) или И (100 МЕ/л в
физиологическом растворе). Оптимальное содержание компонентов в составе
протекторов и их дозы введения были подобраны, исходя из имеющихся в литературе
данных, и оценены в сериях предварительных опытов на используемой модели ИМ.
Измерение размеров ИМ. Срезы ЛЖ толщиной около 1,5 мм инкубировали 10
мин в 1% растворе 2,3,5-трифенилтетразолия хлорида, растворенном в 0,1 М
фосфатном буфере рН 7,4 при 37оС. Затем их взвешивали для определения
общей массы ЛЖ. После подсушивания окрашенные срезы сканировали, размеры ИМ и ЗР
определяли методом компьютерной планиметрии, используя программу “Imagecal”
[16]. В каждой группе рассчитывали отношения ЗР/ЛЖ и ИМ/ЗР (в %).
Обработка ткани и анализ метаболитов. По окончании исходного состояния
или периода реперфузии ткань ЗР ЛЖ быстро вырезали и замораживали в жидком
азоте. Замороженные образцы ткани измельчали в холодной 6% HСlO4 (10 мл/г ткани)
и гомогенизировали с помощью “Ultra-Turrax” T225 ("IKA-Labortechnik"). Затем их
экстрагировали 20 мин во льду и центрифугировали при 3000 g в течение 10 мин при
4oС. Супернатанты нейтрализовали 5 М К2СО3 до рН 7,40 и повторно
центрифугировали при 4oС для удаления осадка KClO4. Безбелковые экстракты
хранили замороженными до определения метаболитов. Сухой вес ткани определяли
взвешиванием части осадка ткани после экстракции HClO4, высушенной при 110oС в
течение ночи [17]. Концентрации АТФ, фосфокреатина (ФКр), креатина (Кр),
аспартата (Асп), глутамата (Глу), лактата и глюкозы определяли
спектрофотометрически энзиматическими методами [18].
Статистическая обработка. Данные представляли как M±m. Отличия между
группами оценивали по t-критерию Стьюдента, различия между величинами считали
достоверными при p<0,05.
Результаты
Влияние протекторов на размеры ИМ. Введение
физиологического раствора или метаболических протекторов во время реперфузии не
влияло на АД и кислотно-щелочное состояние артериальной крови. Во всех группах
эти показатели в конце реперфузии не отличались от исходных значений и
составляли в среднем: АД – 100±3 мм рт. ст., рН – 7,40±0,03; pCO2 –
24,5±1,8 мм рт. ст., PO2 – 299±30 мм рт. ст. Таким образом, животные
всех групп были гемодинамически стабильны, и поддерживался адекватный аэробный
обмен.
В экспериментальных группах отношение ЗР/ЛЖ не отличалось от аналогичного
показателя в контроле и в среднем составляло 24,2±1,3%, что указывало на
стандартное повреждение миокарда при окклюзии ПНА. Отношение ИМ/ЗР составляло
55,5±3,9% в контроле и достоверно снижалось под влиянием всех протекторов (рис.
1). Размеры ИМ в экспериментальных группах, оцененные по этому показателю,
снижались в ряду ГИКАсп> К-Мg-Асп>И>ГИК. Существенно, что достоверных различий в
размерах ИМ после реперфузии ГИК или И не обнаружено. Это свидетельствует о том,
что И играет ключевую роль в защитном эффекте ГИК. Замена К+ в смеси
ГИК эквимолярным количеством К-аспартата (0,1 М) не приводила к дальнейшему
ограничению размеров ИМ по сравнению с этим показателем в группе ГИК. Отношение
ИМ/ЗР (в %) в группе ГИКАсп было самым высоким, но достоверно ниже, чем в
контроле, поэтому исследование влияния ГИКАсп на метаболизм ЗР не проводили.
Изменения в метаболическом состоянии ЗР. Содержание макроэргических
фосфатов, аминокислот, глюкозы и лактата в ЛЖ сердца крысы до окклюзии ПНА
(исходное состояние) соответствовало значениям, указанным в литературе (табл. 1,
2) [5, 8].
Под влиянием региональной ишемии и последующей реперфузии содержание АТФ и
ФКр в ЗР в контроле снижалось до 23,5±2,7 и 31,7±3,6% от исходного
соответственно (см. табл. 1). В конце реперфузии содержание макроэргических
фосфатов в ЗР сердец, защищенных ГИК, И или К-Мg-Асп, было в 2,5 раза выше, чем
в контроле, и в среднем соответствовало 56,3±3,4 и 81,8±7,9% от исходных
значений для АТФ и ФКр соответственно. Достоверных различий в содержании АТФ или
ФКр в ЗР между экспериментальными группами не обнаружено.
Низкое содержание АТФ и ФКр в ЗР в контрольной группе в конце реперфузии
соответствовало метаболическим сдвигам, характерным для неэффективного
восстановления аэробного обмена. К ним относятся высокое содержание продуктов
гликолиза/гликогенолиза – лактата и глюкозы в ЗР к концу опыта и сниженное
содержание аспарагиновой и глутаминовой кислот (до 6,8±1,6 и 41,1±3,6% от
исходных значений соответственно), указывающее на их включение в анаэробный
обмен.
Под влиянием реперфузии с метаболическими протекторами потери фонда
аспарагиновой и глутаминовой кислот в ЗР достоверно снижались. Наибольшее
содержание как аспарагиновой, так и глутаминовой кислоты в ЗР было отмечено при
использовании К-Мg-Асп. В этом случае общий фонд этих аминокислот был в 2 раза
выше, чем в контроле, и составлял 67,2±6,6 и 33,5±4,9% от исходного уровня
соответственно (p<0,01). Это предполагало транспорт аспарагиновой кислоты в
кардиомиоциты и ее последующее трансаминирование в глутаминовую кислоту.
Накопление лактата и глюкозы в ЗР уменьшалось в наибольшей степени под влиянием
И, что свидетельствовало об активации аэробного гликолиза. При реперфузии с ГИК
содержание глюкозы в ЗР было наибольшим, что отражало увеличение не только
внутриклеточного, но и внеклеточного содержания глюкозы, а уровень лактата был
практически таким же, как и после реперфузии с И. Реперфузия с К-Мg-Асп также
достоверно снижала уровни глюкозы и лактата в ЗР по сравнению с контролем.
Целостность мембран кардиомиоцитов в ЗР оценивали по внутриклеточному маркеру
– содержанию общего Кр (SКр=ФКр+Кр). В конце реперфузии этот показатель был
минимальным в контроле за счет трехкратного снижения уровня ФКр и Кр (табл. 1) и
составлял 32,3±2,3% от исходного содержания SКр (рис. 2). Под влиянием
протекторов тканевой фонд SКр сохранялся значительно лучше, чем в контроле.
После реперфузии с ГИК и И содержание SКр в ЗР составляло 80,1±4,9 и 78,2±5,6%
от исходного уровня соответственно и было достоверно более высоким, чем у крыс
группы К-Мg-Асп (63,3±5,5%; p<0,05). Поскольку мембрана интактных кардиомиоцитов
непроницаема для ФКр и Кр [19], более высокое содержание SКр предполагает лучшую
интегрированность сарколеммы кардиомиоцитов в ЗР при реперфузии с ГИК и И, чем
К-Мg-Асп.
Корреляционный анализ выявил тесную положительную взаимосвязь между средними
значениями потерь общего креатина в ЗР (DSКр в % от
исходного содержания) и средними значениями отношений ИМ/ЗР (в %) в исследуемых
группах (r=0,99; p<0,05; рис. 3). Таким образом, под влиянием протекторов при
большем ограничении размеров ИМ лучше сохранялось содержание
DКр в ЗР, а следовательно, и меньше были разрывы сарколеммы
ишемизированных кардиомиоцитов.
Обсуждение
Эффективность протекторов при реперфузии. Полученные
результаты свидетельствуют о том, что внутривенное введение всех изучавшихся
протекторов на реперфузии увеличивает толерантность постишемических
кардиомиоцитов ЗР к реперфузионному повреждению по сравнению с изменениями в
контроле. Наибольшее и практически одинаковое снижение необратимого повреждения,
охарактеризованное отношением ИМ/ЗР (в %), обеспечивала ранняя реперфузия ГИК и
И, в меньшей степени ИМ снижался под действием К-Мg-Асп (см. рис. 1). Включение
аспартата К в состав ГИК не увеличивало кардиопротекторную эффективность ГИК.
Отсутствие дополнительного защитного эффекта, вероятно, связано как с низким
содержанием самого Асп в составе ГИКАсп по сравнению с его содержанием в
К-Мg-Асп, так и с отсутствием второго необходимого компонента для проявления
протекторных свойств Асп – Мg2+.
Полученные данные непосредственно указывают на метаболическую природу
защитного действия использованных реперфузионных составов: ГИК, И и К-Мg-Асп
улучшали восстановление аэробного обмена в постишемических кардиомиоцитах. Это
подтверждалось более высоким содержанием АТФ и ФКр, лучшим сохранением фонда
ключевых аминокислот сердца – Асп и Глу – одновременно со снижением накопления
лактата в ЗР в конце реперфузии (см. табл. 1, 2). Также нами была обнаружена
тесная корреляция между сохранением содержания SКр в ЗР и снижением размеров ИМ
во всех группах (см. рис. 3). В целом восстановление аэробного обмена и
уменьшение повреждения мембран кардиомиоцитов, оцененное по содержанию SКр, было
максимальным в группах И и ГИК и незначительно ниже после реперфузии К-Мg-Асп.
Таким образом, метаболическая эффективность протекторов соответствовала
ограничению размеров ИМ и увеличивалась в ряду контроль<К-Мg-Асп<И<ГИК.
Механизмы защитного действия ГИК. Особый интерес представляет анализ
влияния ГИК и И на снижение гибели кардиомиоцитов в ЗР. Ранее защитные механизмы
«поляризующей смеси» ГИК связывали с обеспечением электрической стабильности
сердца при ишемии [20]. Впоследствии L.Opie и соавт. была разработана
метаболическая концепция действия ГИК, основанная на регуляции энергетического
обмена [21]. На разных моделях ишемии и реперфузии миокарда было подтверждено,
что под влиянием ГИК увеличивается продукция АТФ в гликолизе, лучше сохраняются
запасы гликогена, происходит образование пирувата, сопряженное с обеспечением
физиологических уровней интермедиатов цикла трикарбоновых кислот [6]. Следствием
этого является большая интегрированность плазматических мембран и поддержка
ионного гомеостаза кардиомиоцитов. Принципиально важно, что ГИК способен
оптимизировать утилизацию энергопродуцирующих субстратов ишемизированным
сердцем, снижая уровень циркулирующих в крови СЖК и их захват миокардиальными
клетками [22]. В экспериментальных работах и у пациентов, подвергавшихся
реваскуляризации коронарных артерий, были обнаружены тесные взаимосвязи между
увеличенной экстракцией миокардом глюкозы, метаболическими эффектами ГИК и
снижением постишемической дисфункции сердца [10, 23]. Совокупность этих
результатов принципиально согласуется с ограничением ИМ при использовании ГИК в
период реперфузии, продемонстрированным нами и другими исследователями [6, 11,
13, 14]. Очевидно, что факторами, определяющими уменьшение гибели кардиомиоцитов
в ЗР, являются снижение ингибирующего действия СЖК на энергетический обмен,
увеличение продукции АТФ при окислении глюкозы, меньшее накопление лактата и H+,
инициирующее перегрузку ионами C
Заключение
Тромболитическая терапия или первичная ангиопластика являются стандартной
помощью при остром ИМ. Очевидно, что восстановления коронарного кровотока и
снабжения кислородом ЗР недостаточно для спасения постишемических
кардиомиоцитов, и следующей мишенью терапевтического воздействия должен быть
миокард, поэтому для успешной миокардиальной защиты в условиях срочной
реперфузии необходимо использовать метаболические протекторы. Это, в частности,
подтверждают клинические исследования ECLA и DIGAMI, в которых
продемонстрирована высокая кардиопротективная эффективность реперфузии ГИК,
снижавшая смертность больных с острым коронарным синдромом [29, 30]. Результаты
нашей работы, так же как и данные более ранних экспериментальных исследований,
указывают на перспективность такого подхода. Применение метаболических
протекторов позволяет снижать обе составляющие необратимого повреждения
миокардиальных клеток – некроз и апоптоз. Это достигается комплексным
воздействием на внутриклеточный обмен и ионный гомеостаз модуляцией активности
сигнальных каскадов и мессенджерных систем. Полученные результаты указывают на
целесообразность дальнейшего изучения действия этого класса кардиопротекторов в
условиях реперфузионного стресса.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №05-04-48524).
Литература
|
|
| © Издательство Media Medica, 2000. Почта :: редакция, webmaster |