CC BY
114
НАУЧНЫЕ ОБЗОРЫ
© ГОРБАЧЕВА С. М., КОЗИЕВ М.П. — 2006
БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ ПРИ ГЕМОРРАГИЧЕСКОМ ШОКЕ
С. М. Горбачева. М.П. Козиев (Иркутский государственный институт усовершенствования врачей, ректор — д.м.н., проф. А.А. Дзизинский; кафедра скорой медицинской помощи и медицины катастроф,
зав. — д.м.н., проф. С. М. Горбачева)
Резюме. В обзоре литературы представлены данные по биохимическим механизмам адаптации при геморрагическом шоке. Показана взаимосвязь между нитроксидергической, пероксидазной системами и тиолдисульфидного отношения в патогенезе и процессах адаптации к геморрагическому шоку.
Ключевые слова: геморрагический шок, адаптация, оксид азота, перекисное окисление липидов, ти-олдисульфидное отношение.
Актуальность проблемы геморрагического шока обусловлена тем, что он представляет собой тяжелый и опасный для жизни патологический процесс, часто возникающий вследствие осложненного течения различных заболеваний, оперативных вмешательств и травм. Кровопотеря вызывает глубокие нарушения гомеостаза, следствием этого являются нарушение всех механизмов транспорта кислорода, развитие гипоксии смешанного типа, активация симпатической и эндокринной систем, централизация кровообращения, нарушение периферического кровообращения, ацидоз, нарушение водно-солевого равновесия, свертываемости крови, дисфункция органов и систем и является одной из наиболее частых причин развития критических состояний [17, 28].
При острой кровопотери возникшее несоответствие ОЦК и емкости сосудистого русла приводит к уменьшению минутного объема крови сердца и расстройству микроциркуляции. Замедление кровотока в капиллярах приводит к агрегации форменных элементов, застою крови в капиллярах, повышению внутрикапиллярного давления и переходу плазмы из капилляров в интерстициальную жидкость. Наступает сгущение крови, что наряду с образованием монетных столбиков эритроцитов, агрегацией тромбоцитов приводит к повышению ее вязкости и внутрикапиллярному свертыванию с образованием микротромбов. Расстройство микроциркуляции независимо от механизма его возникновения приводит к гипоксии клетки и нарушению окислительно-восстановительных процессов в ней. В тканях начинают преобладать анаэробные процессы над аэробными, развивается метаболический ацидоз. Конечным результатом всех перечисленных выше процессов является циркуляторная недостаточность, при которой невозможно поддержание адекватной перфузии и оксигенации органов, приводящие к изменению обмена веществ, что в свою очередь приводит к полиорганной недостаточности, которая может явиться причиной смерти больного.
При проведении интенсивной терапии при острой кро-вопотере, помимо восполнения объема циркулирующей крови (ОЦК), контролем за гемодинамическими показателями, профилактике и лечения полиорганной недостаточности, особого внимания требуют процессы, характеризующие адаптивные возможности организма.
В формировании защитных эффектов адаптации к стрес-сорным воздействиям вовлечены практически все основные системы организма: сердечно-сосудистая, нервная, и др. Поэтому при анализе антистрессорного эффекта такой адаптации необходимо обратить особое внимание на один из наиболее универсальных регуляторов физиологических функций систем — оксид азота (N0) [10, 33].
Оксид азота синтезируется из Ь-аргинина синтазой оксид азота в присутствии ряда кофакторов и кислорода. Конечными продуктами этой реакции являются одна молекула Ь-цитруллина и один радикал N0 [14]. По физиологическим свойствам синтазы оксида азота подразделяются на конститутивные (нейрональную (I тип) и эндотелиальную (III тип)) и индуцибельную (II тип). Индуцибельная синтаза ок-
сида азота, в покое обычно не определяющаяся, активируется патологическими факторами и медиаторами воспаления, что приводит к гиперпродукции N0, которая оказывает повреждающее действие на биологические структуры [4, 6, 12].
По данным X. М. Маркова [16] и А. Ре^ов [34] при геморрагическом шоке, в условиях циркуляторной и гемической гипоксии, происходит активация индуцибельной синтазы оксида азота, приводящая к гиперпродукции N0, значительно превышающую физиологический уровень его синтеза. Резкий избыток N0, возникающий под влиянием индуцируемой N0-синтазы становится существенным фактором развития геморрагического шока.
Гиперпродукция N0 может оказывать повреждающее действие на клетку за счет прямых и опосредованных механизмов, приводящих к резкой вазодилатации, утрате реакции сосудов на вазоконстрикторные стимулы и в итоге к тяжелой необратимой гипотензии [13].
Все многообразие биологических эффектов N0 можно представить как регуляторное влияние N0 на сосудистый тонус, адгезию клеток, проницаемость сосудов, агрегацию тромбоцитов, антиоксидантную активность, ингибирование адгезии лейкоцитов. Повреждающее действие N0 выражается в ингибировании ряда ферментов, нарушении структуры ДНК, индукции процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), снижении антиоксидантного потенциала клеток [20].
Оксид азота необратимо инактивируется реакцией с гемоглобином в просвете кровеносного сосуда, супе-роксидным радикалом в стенке кровеносного сосуда или кислородом в свободном растворе. Реакция оксида азота с кислородом сопровождается образованием стабильных конечных продуктов — нитрита и нитрата, которые являются косвенными маркерами концентрации N0 в организме [4].
N0 — лабильная, короткоживущая молекула со временем жизни несколько секунд. Однако эта молекула может стабилизироваться, что позволяет ей выполнять не только ауто-кринные, но и паракринные функции. Депонирование N0 в стенке сосудов начинается при любом повышении уровня N0 в организме независимо от вызвавшей его причины [14].
Исследованиями последних лет было показано, что N0 вовлечен в формирование срочной и долговременной адаптации и обладает выраженными защитными свойствами при стрессорных воздействиях, это позволяет предположить, что система N0 может представлять собой одну из стресс-лимитирующих систем. Активация N0 системы способствует активации других стресс-лимитирующих систем (ГАМКергической, опиоидергической, простагландинов Е и Ц, что дополнительно усиливает ее антистрессорные и адап-тогенные функции [12, 15].
Оксид азота является одним из важнейших факторов эндогенной защиты организма от повреждающих воздействий. N0 обеспечивает передачу сигналов в центральной и периферической нервной системе, сохранение нормального тонуса сосудов, атромбогенность эндотелия, эффективное функционирование иммунной системы. Повышение мощности N0-продуцирующих систем способствует формиро-
ванию адаптации к факторам среды и, по-видимому, лежит в основе адаптивной устойчивости к повреждающим факторам. По мере формирования такой адаптации происходит закономерное нарастание концентрации метаболитов N0 нитритов/нитратов в плазме, которое свидетельствует об усилении синтеза N0. Однако при избыточной продукции N0 начинает оказывать чрезмерное вазодепрессорное и прямое цитотоксическое действие [19, 22, 27].
Роль N0 определяется соотношением стресс-лимити-рующей роли N0 в неспецифической стресс-реакции и патогенетической роли изменения продукции N0 в специфическом повреждении при действии конкретного фактора [12, 23, 35].
Критические состояния любого генеза сопровождаются активацией свободнорадикальных процессов в тканях и органах больного. Основные формы активных форм кислорода (АФК) исходно являются нормальными компонентами клеточного метаболизма и выполняют определенные биологические функции. Их реактивная агрессивность сдерживается мощной антиоксидантной системой, но в патологических условиях этот баланс нарушается в сторону неконтролируемой генерации АФК, что приводит к формированию окислительного стресса и является одним из факторов, определяющих развитие повреждений при геморрагическом шоке. Индуцированные процессы свободнорадикального перекисного окисления оказывают влияние как на входящие в состав липидов полиненасыщенные жирные кислоты, так и на белки, в результате модификации аминокислотных остатков [9, 18, 21].
Все радикалы, образующиеся в организме человека можно разделить на 3 категории: первичные, вторичные и третичные. К первичным относятся, прежде всего, супероксид ОО-, а также оксид азота N0. Супероксид далее превращается в перекись водорода Н202 и в дальнейшем — в гипохлорит С10-. Первичные радикалы специально вырабатываются нашим организмом и выполняют жизненно важные функции. При недостаточной нейтрализации супероксида его избыток, взаимодействуя с N0, образует пероксинитрит или переводит Бе3+ в Бе2+, который при взаимодействии с Н202 и НС1О' образует гидроксильный радикал ОН. Эти радикалы, как и пероксинитрит, представляют категорию вторичных радикалов, именно эта категория обладает сильным токсическим действием вследствие своей способности необратимо повреждать мембранные липиды, а также молекулы ДНК, углеводов и белков. При соединении вторичных радикалов с молекулами антиоксидантов и других легкоокисляющихся соединений образуются третичные радикалы, роль которых может быть различна [1, 8].
Прямое воздействие N0 с такими АФК, как супероксид является важным моментом в механизме передачи сигнала в сосудах, что следует из высокой эффективности химической реакции между супероксидом и N0. Поскольку скорость реакции N0 с супероксидом в 3 раза выше, чем скорость реакции последнего с супероксиддисмутазой (СОД), N0 будет конкурировать с СОД за супероксид. Продукт этой реакции — пероксинитрит, вызывает повреждение белков и липидов клеточных мембран, повреждает сосудистый эндотелий, увеличивает агрегацию тромбоцитов, участвует в процессах эндотоксемии [3, 29, 30, 36]. При этом N0 легко проходит через внешнюю и внутреннюю мембраны клеток и, оказавшись внутри клетки, он повреждает ДНК клетки-мишени путем ее дезаминирования, а также ингибиции рибонуклеотидредук-тазы, которая регулирует скорость репликации ДНК. Кроме того, N0 инактивирует глицеральдегид-3-фосфатдегидроге-назу, блокируя этим гликолитический синтез АТФ, и ингибирует электронный транспорт в митохондриях [11, 31, 32]. Гемоглобин может обеспечивать защиту от пероксинитрита, выполняя функцию внутриклеточного антиоксиданта. Его способность связывать N0 не только в результате образования комплексов с гемовым железом, но и путем образования комплексов с тиоловыми группами, обеспечивает защиту клеток и субклеточных структур от избыточного образования N0. При этом уменьшается вероятность образования высоких концентраций пероксинитритов, а, следовательно, и повреждающего действия высокореакционных продуктов, образующихся в результате распада пероксинитритов. Гемоглобин, регулируя содержание N0 в том или ином участке организма, формирует определенный уровень прооксидантно-антиокси-дантного состояния [7, 26].
Одной из важных молекулярных мишеней для N0 являются белки, содержащие БН-группы. Оксид азота явля-
ется мощным катализатором образования дисульфидных мостиков. Благодаря взаимодействию с БН-группами N0 может регулировать такой важный для клетки процесс, как биосинтез белка [6].
Оценить степень продукции АФК прямыми методами в клинических условиях сложно. Это обусловлено малой продолжительностью жизни основных форм АФК в связи с их высокой реакционной способностью. Поэтому о выраженности окислительного стресса традиционно судят по результатам взаимодействия АФК и липидов — продуктам перекисного окисления липидов [18].
В настоящее время все больше исследователей приходят к выводу, что первичной мишенью АФК являются белки, а их окислительная модификация ведет к изменению структуры белковых молекул и, соответственно, их физико-химических и биологических свойств [5].
Это проявляется в агрегации и фрагментации белков, подвергнутых действию АФК. Следствием таких структурных повреждений является, в частности, резкое повышение чувствительности белков к протеолитической деградации. Окислительная модификация белков генерирует новые антигены и провоцирует иммунный ответ [21].
Развитию окислительного стресса препятствует сложный многокомпонентный механизм антиоксидантной системы (АОС), который превращает радикалы в малоактивные продукты, прерывает цепные реакции перекисного окисления липидов, инактивирует перекисные соединения [1, 2]. Истощение и срыв АОС ведет к интенсификации процессов свободнорадикального окисления и развитию окислительного стресса [24].
Антиоксидантная система представлена низкомолекулярными соединениями — ловушками радикалов, к которым относят витамины А, С, Е и К, биофлавоноиды, низкомолекулярные тиолы (глутатион и эрготионеин), а также антиперекис-ные ферменты (супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, каталаза и т.д.). Вместе с тем многолетние исследования, выполненные под руководством профессора В. В. Соколовского свидетельствуют, что ведущую роль в функционировании АОС и в адаптивном процессе играют низкомолекулярные и высокомолекулярные (белки) тиоловые соединения. Тиолсодержащие соединения — молекулы, имеющие в своем составе БН-группы, очень широко представлены в клетке в виде трипептидов и многочисленных белков. Эти соединения присутствуют в клетке в двух состояниях — восстановленном (-БН) и окисленном(-ББ), причем концентрация БН-групп в несколько раз выше концентрации ББ-групп, так как большинство тиоловых белков обладают физиологической активностью в восстановленном состоянии [5].
Наиболее важную в биологическом плане роль играют окислительно-восстановительные реакции, в ходе которых тиоловые группы легко окисляются с образованием, как правило, дисульфидных группировок, и вновь регенерируют при их восстановительном расщеплении: 2Ё — БН ч-> Ё — Б-Б — Ё + 2Н. Возникающая на основе этих превращений обратимая тиолдисульфидная система (ТДС) имеет очень большое значение в регуляции окислительно-восстановительного равновесия в клетках и тканях организма [6].
В свете современных данных становится все более очевидной ведущая роль тиоловых соединений и ТДС в целом в механизме АОС. Неферментное звено АОС наиболее широко представлено биотиолами, в их состав входят НБ — глютатин, эрготионеин, тиоредоксин, глютаредоксин и другие тиолсодер-жащие белки. Ферменты АОС либо относятся к числу типичных тиоловых энзимов (глютатионредуктаза, глютатионперок-сидаза), либо нуждаются в присутствии тиолов для проявления каталитической активности (супероксиддисмутаза, каталаза). Обратимость окисления тиоловых групп в дисульфидные обуславливает возможность поддержания гомеостаза ряда тиоловых антиоксидантов в клетке без активации их биосинтеза. Альтернатива «адаптация или дезадаптация» во многом зависит от сохранения или нарушения оптимального количественного соотношения между восстановленными и окисленными формами биоантиоксидантов. Имея в виду ведущую роль тиолдисульфидной системы в механизме АОС, предложено оценивать функциональное состояние последней величиной отношения концентраций БН и Б-Б групп в биологическом субстрате (тиолдисульфидное отношение — ТДО) [5, 24, 25].
Рассмотрение патогенеза геморрагического шока проводимое с позиции адаптации является одним из механизмов понимания сложных биологических процессов происходя-
щих в организме. В условиях циркуляторной и гемической гипоксии происходит напряжение процессов адаптации, и все усилия организма направлены на активацию защитных сил, адекватный ответ и стабилизацию состояния. При слабом защитном ответе и (или) мощном повреждающем агенте происходит выраженное повреждение биологических структур, приводящее к полиорганной недостаточности и гибели организма.
Из приведенного обзора, очевидно, что нитроксидер-гическая, пероксидазная системы и тиолдисульфидное отношение взаимосвязаны и очень тесно взаимодействуют между собой при геморрагическом шоке. Поэтому синтез оксида азота, продукты перекисного окисления липидов и окислительной модификации белков должны находиться под постоянным лабораторным контролем при геморрагическом шоке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты II Вестник РАМН. — 1998. — № 7. — С. 43-50.
2. Владимиров Ю. А., Азизова О. А., Деев А. И. и др. Свободные радикалы в живых системах II Итоги науки и техники. СеР. «Биофизика». — М., 1991. — Т. 29. — 250 С.
3. Волин М.С., Дэвидсон К. А., Камински П. М. и др. Механизмы передачи сигнала оксидант — оксид азота в сосудистой ткани II Биохимия. — 1998. — № 7. — С. 958-965.
4. Голиков П.П., Голиков А.П. Роль оксида азота в патологии II Топ медицина. — 1999. — № 5. — С. 3-8.
5. Гончарова Л. Л. Тиолдисульфидная система в клинической практике. II TERRA MEDICA nova. — 2003. — № 2. — С. 3-6.
6. Драпкина О. М., Задорожная О. О., Ивашкин В. Т. и др. Особенности синтеза оксида азота у больных инфарктом миокарда II Клиническая медицина. — 2000. — № 3. — С. 19-22.
7. Зинчук В.В. Деформируемость эритроцитов: физиологические аспекты II Успехи физиол. наук. — 2001. — Т. 30, № 3. — С. 68-78.
8. Капелько В.И. Регуляторная роль кислородных радикалов в неокардиальных клетках II Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. — 2004. — Т. 90, № 6. — С. 681-692.
9. Кизиченко Н.В., Архипенко Ю.В. Защитный эффект адаптации к стрессу от повреждений, вызванных геморрагическим шоком: роль антиоксидантной системы II Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 1998. — Т. 126, № 9. — С. 270-273.
10. Маленюк Е.Б., Аймашева Н.П., Манухина Е.Б. и др. Вовлечен ли оксид азота в адаптационную защиту органов от стрессорных повреждений? II Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 1998. — Т. 126, № 9. — С. 274-277.
11. Малкоч А.В., Майданник В.Г., Курбанова Э.Г. Физиологическая роль оксида азота в организме II Нефрология и диализ. — 2000. — Т. 2, № 1-2. — С. 165-169.
12. Малышев И.Ю., Манухина Е.Б. Стресс, адаптация и оксид азота II Биохимия. — 1998. — № 7. — С. 992-1006.
13. Малышев И. Ю., Монастырская Е.А., Смирин Б.В. и др. Гипоксия и оксид азота II Вестник РАМН. — 2000. — № 9. — С. 44-49.
14. Манухина Е.Б., Лямина Н.П., Долотовская П.В. и др. Роль оксида азота и кислородных радикалов в патогенезе артериальной гипертензии II Кардиология. — 2002. — № 11. — С. 73-84.
15. Манухина Е.Б., Малышев И.Ю. Стресслимитирующая система оксида азота II Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. — 2000. — Т. 86, № 10. — С. 1283-1292.
16. Марков Х.М. О биорегуляторной системе L— аргинин — ок-сись азота II Патологическая физиология и экспериментальная терапия. — 1996. — № 1. — С. 34-39.
17. Мороз В.В, Остапченко Д.А., Мещеряков Г.Н. и др. С. М. Острая кровопотеря. Взгляд на проблему II Анестезиология и реаниматология. — 2002. — № 6. — С. 4-9.
18. Пасечник И.Н. Окислительный стресс и критические состояния у хирургических больных II Вестник интенсивной терапии. — 2004. — № 3. — С. 27-30.
19. Пшенникова М.Г., Смирин Б.В., Бондаренко О.Н. и др. Депонирование оксида азота у крыс разных генетических линий и его роль в антистрессорном эффекте адаптации к гипоксии II Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. — 2000. — Т. 86, № 2. — С. 174-181.
20. Рябов ГА., Азизов Ю.М. Роль оксида азота как регулятора клеточных процессов при формировании полиорганной недостаточности II Анестезиология и реаниматология. — 2001. — № 1. — С. 8-13.
21. Рябов Г.А., Азизов Ю.М., Дорохов С. И. и др. Окислительная модификация белков плазмы крови у больных в критических состояниях II Анестезиология и реаниматология. — 2000. — № 2. — С. 72-75.
22. Салей А.П., Рецкий М. И. Роль оксида азота в формировании мотивационного поведения и обучения II Вестник ВГУ. — 2003. — № 1. — С. 75-80.
23. Смирин Б.И., Покиды1шев Д.А., Малыьшев И.Ю. и др. Депонирование оксида азота как фактор адаптационной защиты II Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. — 2000. — Т. 86, № 4. — С. 447-454.
24. Соколовский В.В. Тиолдисульфидная система в биохимическом механизме реакции организма на экстремальное воздействие II Вестник Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова. — 2004. — № 4. — С. 97-100.
25. Соколовский В. В. Тиолдисульфидное соотношение крови как показатель состояния неспецифической резистентности организма: Учебное пособие. — СПб., 1996. — 30 С.
26. Alayash A.I. Hemoglobin-based blood substitutes and the hazards of blood radicals II Free Rad. Res. — 2000. — Vol. 33. — R341-348.
27. Benjamin N., Vallance P. Plasma nitrite as a marker of nitric oxide production II Lancet. — 1994. — Vol. 344. — P.960.
28. Burgess F.W., Sborov M.J., Calcagni D.R. II Textbook of Military Medicine. Part IV. Anesthesia and Perioperative Care of the Combat Casualty. — 1995. — P.81-100.
29. Gunther M.R., His L.S., Curtis J.F. et al. II J. Biol. Chem. — 1997. — Vol. 272. — P17086-17090.
30. Landino L.M., Crews B.C., Timmons M.D. et al. II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1996. — Vol. 93. — P.15069-15074.
31. Lepoivre M., Fieshi F., Coves J. Inactivation of ribonucleotide reductase by nitric oxide II Biochem. biophys. Res. Commun. — 1991 — Vol. 179. — P442-448.
32. Lowenstein C.J., Dinerman J.L., Snyder S.H. Nitric oxide: a physiologic messengers. II Ann.intern.Med. — 1994. — Vol. 120. — P.227-237.
33. Moncada S. II J. Hypertens. — 1994. — Vol. 12, № 10. — P.35-39.
34. Petros A., Lamb G., Leone A. II Cardiovasc. Res. — 1994. — Vol. 28. — P34-39.
35. Tanaka H., Bassett D.R. Jr., Howley E.T. et al. Swimming training lowers the resting blood pressure in individuals with hypertension II J. Hypertens. — 1997. — Vol. 15. — P651-657.
36. Zou M.H., Ullrich V II FEBS Lett. — 1996. — Vol. 382. — Р. 101104.
BIOCHEMICAL MECHANISMS OF ADAPTATION IN HEMORRHAGIC SHOCK
S.M. Gorbacheva, M.P. Koziev (Irkutsk State Institute for Advanced Medical Studies)
In the review of the literature data about biochemical mechanisms of adaptation in hemorrhagic shock are presented, ^e interrelation between nitroxide, peroxide systems and thioldisulfides relation in pathogenesis and processes of adaptation in hemorrhagic shock has been shown,
