CC BY
68
Анестезиология и реаниматология 2018, №4, с. 22-29
https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201804122
The Russian Journal of Anaesthesiology and Reanimatology 2018, №4, pp. 22-29 https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201804122
Гликокаликс — рождение новой клинической парадигмы
© С.В. СОКОЛОГОРСКИИ
ФГАОУ ВО «Первый Московским государственный медицинским университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовским университет), 119991, Москва, Россия
Эндотелиальная дисфункция лежит в основе многих нозологии и патологических процессов. Долгое время «виновником» этих нарушений считали непосредственное повреждение самих эндотелиоцитов. В последнее время появилось большое количество исследований, свидетельствующих, что истинной причиной является деструкция гликокаликса — тонкой молекулярной структуры из протеогликанов, гликопротеинов и гликозаминогликанов, расположенной на поверхности эндотелия. Обзор посвящен строению, функциям и повреждению гликокаликса.
Ключевые слова: гликокаликс, эндотелий, эндотелиальная дисфункция.
Для цитирования: Сокологорский С.В. Гликокаликс — рождение новой клинической парадигмы. Анестезиология и реаниматология. 2018;4: 22-29. https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201804122
Для корреспонденции: Сокологорский Сергей Васильевич, доктор мед. наук, проф. каф. анестезиологии и реаниматологии лечебного факультета ГБОУ ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет), 119991, Москва. E-mail: [email protected].
Glycocalyx — birth of a new clinical paradigm
© S.V. SOKOLOGORSKIY
I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, 119991, Moscow, Russia
Endothelial dysfunction underlies many diseases and pathological processes. It was believed for a long time that these disorders are a consequence of direct damage and malfunction of the endothelial cell itself. A huge number of studies showing that the true cause of those dysfunctions is the destruction of glycocalyx — a thin molecular structure of the proteoglycans, glycoproteins and glycosaminglycans located on the endothelial surface, has appeared recently. The structure, function, and destruction of the glycocalyx are reviewed.
Keywords: glycocalyx, endothelium, dysfunction.
For citation: Sokologorskiy SV. Glycocalyx — birth of a new clinical paradigm. Russian Journal of Anaesthesiology and Reanimatology = Anestezi-ologiya iReanimatologiya. 2018;4: 22-29. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201804122
For correspondence: Sergey V. Sokologorskiy, Doctor of Medical Sciences, Professor of Medical Faculty Chair of Anaesthesia and Resuscitation. I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, E-mail: [email protected]
Information about the author: Sergey V. Sokologorskiy http://orcid.org/0000-0001-6805-9744
Acknowledgment. The study had no sponsorship. Received 01.02.2018
Conflict of interest. The author declares no conflict of interest. Accepted 31.03.2018
В основе многих патологических состояний лежат расстройства эндотелия. Общепринято, что микроальбуминурия при гломерулонефрите, преэклампсии и сепсисе связана с дисфункцией эндотелия. Полиангиопатии, характерные для сахарного диабета, также являются следствием поражения эндотелия. Однако механизмы этих расстройств до последнего времени оставались не до конца понятными. Причиной эндотелиальной дисфункции долгое время считалась сама эндотелиальная клетка, при том что еще в 50-х годах ХХ века на поверхности эндотелиальных клеток обнаружено некое однородное нечеткое покрытие [1], которому в то время не придали особого значения. Как выяснилось впо-
следствии, именно оно оказалось защитной стеной между кровотоком в сосуде и поверхностью самого эндотелиоцита [2]. Это образование, состоящее из гликопротеинов, протеогликанов и глигозаминогликанов [3, 4] и являющееся интегральной частью эндотелия, получило в дальнейшем название «гликокаликс». Последующие исследования выявили фундаментальную роль, которую играет гликокаликс в процессах регуляции кровотока, воспаления и коагуляции.
В этом обзоре мы постараемся рассмотреть строение и физиологию гликокаликса, а также патофизиологию и клиническое значение повреждения и полного уничтожения гликокаликса.
Краткая предыстория вопроса или «откуда он
взялся?»
Наличие слоя протеинов на эндотелии впервые постулировано J. Danielli в 1940 г. [5]. В середине 50-х годов XX века G. Palade одним из первых указал на наличие однородного нечеткого покрытия на поверхности эндотелиаль-ных клеток [1].
До того, как термин «гликокаликс» стал общепризнанным, эту структуру именовали как «клеточная стенка», «поверхностный клеточный слой», «мукозное антигенное покрытие», «кутикулярный эритроцитарный антиген» и др. [1, 6, 7]. В 1963 г. H. Bennett [8] предложил термин «гликокаликс» как общее название для этого «внеклеточного са-харидного покрытия», где бы оно ни находилось. Гликокаликс по-гречески означает «сладкая оболочка».
Визуализация гликокаликса сдерживалась отсутствием необходимых методик окрашивания и фиксации, которые не разрушали бы эту хрупкую структуру [3]. В 1966 г. J. Luft [7] был первым, кто предложил использовать рутений красный для визуализации гликокаликса при электронной микроскопии и выявил «тонкую структуру капилляров и эндокапиллярного слоя». Исследования физиологической роли гликокаликса начались в 70-х годах XX века с изучения изменений капиллярного гематокрита, вызванных как физиологическими раздражителями, так и разрушением гликокаликса [9, 10].
В 2003 г. B. van den Berg [4] с помощью электронной микроскопии визуализировал ворсинчатую структуру гликокаликса левого желудочка сердца крысы (рис. 1). В последние десятилетия накапливаются данные, свидетельствующие о ключевой роли, которую играет гликокаликс в защите сосудистого русла, модуляции воспаления и гемостазе [3—5].
Строение и свойства
Гликокаликс — это сложная гелеподобная структура, расположенная между протекающей кровью и эндотели-ально-клеточной стенкой сосуда. Современные методики позволяют визуализировать гликокаликс, он обнаружен на
протяжении всего сосудистого русла от крупных сосудов до мельчайших капилляров [3—6]. Его общая площадь у человека составляет в среднем 350 м2 [6].
Гликокаликс вырабатывается эндотелием и располагается в критической зоне раздела тока крови и эндотелиаль-ных клеток [11]. Гликопротеиновый гликокаликс окутывает весь здоровый сосудистый эндотелий. Это составная часть сосудистого барьера [11, 12]. Он взаимодействует с белками и липидами плазмы [13]. Состав и размеры гликокаликса непрерывно меняются, так как протекающая плазма постоянно слущивает его молекулы [14]. Толщина гликокаликса различна на всем протяжении сосудистого русла и составляет по одним данным от 0,1 до 1 мкм [15], по мнению других исследователей, достигает 3 мкм [5]. Толщина гликокаликса в микрососудах может быть определена в подъязычных тканях методом ортогональной поляризационной спектральной визуализации и хорошо коррелирует с результатами дилюционных методик [16] (рис. 2).
Гликопротеины и протеогликаны формируют основу гликокаликса [6, 11]. Гликопротеины, как правило, это то, что мы себе представляем как рецепторы на поверхности клетки: селектины, интегрины и другие функционально-динамические белки клеточной поверхности [17].
Протеогликаны играют роль стромы гликокаликса и состоят из стволовых белков, плотно прикрепленных к клеточной мембране, к которым в свою очередь прикрепляются отрицательно заряженные боковые цепочки гликозами-ногликанов (ГАГ). Протеогликаны различаются по размеру своих протеиновых основ, количеству прикрепленных ГАГ и способам крепления к мембране клетки. Некоторые протеины гликокаликсной основы прочно прикреплены к мембране клетки посредством мембранно-связующего домена (синдеканы), другие — с помощью гликозилфосфа-тидилинозитолового якоря (глипиканы). Остальные белки основы — перлеканы, версиканы, декорины, бигликаны и мимеканы секретируются после прикрепления боковых цепей ГАГ [5].
Гликопротеины и протеогликаны синтезируются и формируются в несколько этапов по мере того, как они
Рис. 1. Гликокаликс левого желудочка сердца крысы; ворсинчатая структура гликокаликса (справа) [2].
Рис. 2. Структура гликокаликса. 1САМ — интерцеллюлярные молекулы адгезии.
РЕСАМ-1 — тромбоцито-эндотелиальные молекулы адгезии 1-го типа; CD44 — эндотелиальные поверхностные рецепторы.
внутриклеточно выделяются из эндоплазматического ре-тикулума к аппарату Гольджи и, наконец, соединяются с мембраной клетки [17].
ГАГ можно рассматривать как растворимые соединения, в виду того что они синтезируются внеклеточно и позже связываются с протеогликанами и гликопротеинами.
Известны 5 типов гликозаминогликановых цепей: ге-парансульфат (ГС), составляющий 50—90%, а также гиа-луроновая кислота (ГК) (гиалурононан), хондроитин-, дер-матан- и кератинсульфат. Некоторое время назад считали, что ГК — единственная из ГАГ, не связанная с белковой основой и образующая вязкие растворы с водой [4]. Однако затем установлено, что ГК связывается с эндотелиаль-ным поверхностным рецептором CD44 [18, 19]. Именно взаимодействие ГК/CD44 обусловливает фильтрующие свойства молекулярного сита гликокаликса [19].
Гликокаликс формирует на поверхности эндотелиаль-ной клетки сетчатую структуру, позволяющую связывать белки плазмы и растворимые ГАГ [3, 5, 13]. Гликокаликс сам по себе не активен, но как только компоненты плазмы связываются с ним, он формирует физиологически активный эндотелиальный поверхностный слой (ЭПС) [20].
Гликопротеины играют роль молекул адгезии и, участвуя в коагуляции, являются частью систем гемостаза и фибринолиза. Молекулы клеточной адгезии делятся на се-лектины (Е и Р), интегрины и иммуноглобулины. Гиста-мин и тромбин стимулируют экспрессию Р-селектина, тогда как интерлейкин (!Х-1), фактор некроза опухоли а (TNF-а) и липополисахариды стимулируют экспрессию Е-селектина. Интегрины связаны с коллагеном, фибронек-тином и ламинином в субэндотелиальный матрикс и регулируют взаимодействие тромбоцитов с эндотелиальной клеткой.
Иммуноглобулины включают интерцеллюлярные молекулы адгезии 1-го и 2-го типов (1САМ-1, 1САМ-2), молекулы адгезии сосудистого эндотелия 1-го типа (УСАМ-1)
и тромбоцитоэндотелиальные молекулы адгезии 1-го типа (РЕСАМ-1). Они являются лигандами для интегринов на лейкоцитах и тромбоцитах, участвуя в адгезии к эндотелию и в диапедезе [5].
Гликокаликс имеет отрицательный заряд, что определяет его взаимодействие с компонентами плазмы. Отрицательный заряд зависит от сульфатации боковой цепи ГАГ, тип которой изменяется во времени, а также под влиянием физиологических и патофизиологических стимулов. Изменения в типе сульфатации влияют на связывание белков и сосудистую проницаемость [5].
Заряженная сетка гликокаликса действует как макро-молекулярное сито [3], отталкивая отрицательно заряженные молекулы, а также эритроциты и тромбоциты [4]. Макромолекулы массой более 70 кДа отторгаются глико-каликсом. Несмотря на то что альбумин имеет сетевой отрицательный заряд и массу 67 кДа, он крепко связывается с гликокаликсом благодаря своей амфотерной природе, к тому же, он несет слабый положительный заряд вдоль белковой цепи [6]. Связка гликокаликс—альбумин снижает гидравлическую проводимость через сосудистый барьер [11]. Некоторое количество альбумина проникает через гликокаликс с коэффициентом отражения 0,75—0,95 для различных типов капилляров [21]. В норме альбумин проникает через гликокаликс в интерстиций со скоростью 5% от его общего плазменного объема в час [21].
Гликокаликс отталкивает эритроциты. Это выглядит как зона отчуждения, идущая параллельно эндотелиально-му слою и выстраивающая эритроциты в центрированную колонну. Эта зона отчуждения суживается при повреждениях гликокаликса [5].
Гликокаликс демпфирует взаимодействие тромбоцитов и лейкоцитов. Во-первых, его отрицательный заряд отталкивает клетки, а во-вторых, молекулы адгезии, такие как РЕСАМ, УАСМ и 1САМ, скрывающиеся внутри его структуры [5, 15], становятся менее доступными. Интегри-
ны и селектины способствуют адгезии моноцитов и многоядерных нейтрофилов. Кроме того, ICAM-1, ICAM-2, VCAM и PECAM участвуют во взаимодействии клеток крови со стенкой сосуда и адгезии во время диапедеза [22].
Как уже сказано, вся структура гликокаликса в целом вместе с находящимися в нем молекулами и экстравазиро-ванной плазмой называется эндотелиальным поверхностным слоем (ЭПС). Он защищает эндотелиальные клетки от избыточного слущивания, вызванного током крови [6]. Вместе с тем повышение слущивания эндотелия вызывает увеличение синтеза оксида азота, который в свою очередь расширяя сосуды, уменьшает стресс [23]. Эндотелиальные клетки пупочной вены человека под воздействием слущивания удваивают продукцию ГК в гликокаликсе. Это также является механизмом, способным компенсировать слу-щивание [13]. Повреждения гликокаликса нарушают оба эти механизма и снижают устойчивость эндотелия к слу-щиванию [24].
Связывание лигандов и ферментов с эндотелиальным гликокаликсом способствует клеточной сигнализации и ферментативной модификации [5], например, функционирование фактора роста фибробласта зависит от взаимодействия лиганда и рецептора внутри гликокаликса [25]. Гликокаликс вовлечен также и в липолитическую систему, так как связывает липазу липопротеина с ее лиган-дом [4].
Некоторые антикоагулянтные медиаторы могут связываться с гликокаликсом. Антитромбин III является ингибитором тромбина и активированных факторов IX и Х. Его антикоагулянтная активность увеличивается при присоединении к ГС, который является одним из ГАГ, обнаруживаемых в гликокаликсе. Гепариновый кофактор II активируется дерматансульфатом, также находящимся в гликокаликсе. Тромбомодулин продуцируется эндотели-альными клетками и содержит еще один ГАГ, хондрои-тинсульфат, который взаимодействует с тромбином при активации антикоагулянтного каскада протеина С. Ингибитор каскада тканевого фактора связывается с ГС и ин-гибирует VIIa и Ха [22].
Еще одним механизмом, с помощью которого гликокаликс защищает эндотелий, является его способность связывать ферменты, блокирующие свободные радикалы кислорода, такие как внеклеточная супероксиддисмутаза. Эти ферменты помогают снизить окислительный стресс и поддерживать биодоступность NO, предотвращая таким образом эндотелиальные дисфункции [4].
Скорее всего, до полноты представления о строении и функциях гликокаликса еще достаточно далеко, и исследователи находятся лишь в начале пути.
Деструктивные факторы и слущивающий (shear)
стресс
ЭПС на удивление хрупок. Например, ишемия с ре-перфузией разрушают ЭПС воздействием свободных кислородных радикалов. Так, 20-минутная ишемия при температуре 37°C с последующей реперфузией способна вызвать почти полное разрушение гликокаликса [26].
Сосудистый эндотелий — одна из самых первых структур, вовлекаемых в синдром системного воспалительного ответа [15]. Сосудистый эндотелий повреждается при воздействии TNF-a и бактериального липополисахарида. Тучные клетки, активированные TNF-a, высвобождают цито-кины, протеазы, гистамин и гепариназу, что усугубляет деструкцию гликокаликса.
Потеря ГАГ ведет к утончению и уплотнению гликокаликса. При этом теряются в основном ГС, хондроитин-сульфат и ГК [27, 30]. Уплотнение гликокаликса при потере ГАГ сохраняет его способность препятствовать капиллярной утечке, несмотря на уменьшение толщины и возможное увеличение проницаемости [27]. Уплотнение гликокаликса, появление циркулирующих в плазме ГС [28, 29], ГК [30] или хондроитина [31] служат маркерами повреждения гликокаликса. Это называют «линькой», «слущива-нием» или «слущивающим стрессом» (shear-stress) [11, 32] (рис. 3). Деструкция гликокаликса освобождает молекулы адгезии, служа триггером дальнейшего воспаления, вызывая соприкосновение эритроцитов и тромбоцитов со стенкой сосуда с последующей адгезией [15].
Концентрация синдекана — протеогликана, важнейшего компонента гликокаликса, возрастает в плазме при усиленном слущивании последнего [28, 33, 34].
К настоящему времени известны медиаторы воспаления, разрушающие гликокаликс, включают С-реактивный белок [35], стимуляторы рецептора аденозина А, [36, 37], TNF-a [38], брадикинин [39] и триптазу тучных клеток [40].
Из результатов последних клинических исследований становится очевидным, что гликокаликс повреждается при системных воспалительных состояниях и других расстройствах, таких как сепсис [33, 41], гипергликемия [42], хирургическая агрессия [28], травма [34] и сахарный диабет [30].
Последствия деструкции гликокаликса от слущиваю-щего стресса нарушают морфологию эндотелиоцитов и влияют на их функциональные возможности [32]. Разрушение гликокаликса может приводить к капиллярной утечке, отеку, резкому воспалению, агрегации тромбоцитов, гиперкоагуляции и потере сосудистой управляемости [15] (рис. 4).
Повышенная концентрация ГАГ в плазме обнаружена у больных септическим шоком и, как выяснилось, приводила к снижению антибактериальных свойств плазмы [43]. Высокие плазменные концентрации компонентов гликокаликса, отмеченные у септических больных, свидетельствуют о его деструкции и коррелируют с высокой летальностью [43]. Ряд других молекул, выделенных из эндотелия и плазмы и участвующих в процессах коагуляции и воспаления, содержатся в гликокаликсе.
Гипергликемия является одним факторов, разрушающих гликокаликс. У больных сахарным диабетом I типа толщина гликокаликса в 2 раза меньше, чем у здоровых, а у больных диабетом с микроальбуминурией гликокаликс еще тоньше [30]. В том же исследовании у больных диабетом в плазме отмечены высокие концентрации ГК и гиа-луронидазы вследствие повышенного слущивания в поврежденном гликокаликсе. При гипергликемии повреждение может быть вызвано кислородными радикалами либо активацией ферментов, деградирующих гликокаликс. Очевидно, что необходимы дальнейшие исследования по изучению вклада расстройств ЭПС в патогенез микроангио-патий при диабете [30, 42, 44].
Гликокаликс утончается при употреблении пищи с высоким содержанием жиров и холестерина, способствуя ате-рогенезу [45]. Инфузии клинически значимых доз окисленного липопротеина низкой плотности вызывают деструкцию гликокаликса у хомяков и приводят к локальной адгезии тромбоцитов [46].
Быстрая внутривенная инфузия кристаллоидов в опытах на добровольцах приводила к значительному повышению уровня ГК в плазме и поэтому была опасной [47]. У па-
Рис. 3. Слушиваюший стресс (shear-stress).
ICAM — интерцеллюлярные молекулы адгезии; РЕСАМ-1 — тромбоцито-эндотелиальные молекулы адгезии 1-го типа; CD44 эндотелиальные поверхностные рецепторы.
Рис. 4. Последствия деструкции гликокаликса.
циентов после острой гиперволемической гемодилюции в качестве процедуры предоперационного кровосбережения 60% инфузированного объема уходило в интерстициаль-ное пространство в течение нескольких минут [48]. Массивная кровопотеря и сопровождающая ее ишемия с ре-перфузией также являются факторами деструкции [49].
Применение аппарата искусственного кровообращения (АИК) во время оперативных вмешательств также раз-
рушает гликокаликс [47]. Гиповолемия повреждает глико-каликс и является триггером выброса предсердного натри-уретического пептида, который оголяет ЭПС [50, 51]. В исследовании, проведенном еще в 1983 г., показано, что лидофлазин, блокатор кальциевых канальцев, ныне ассоциируемый с купированием желудочковых аритмий и пролонгацией интервала QT, защищал гликокаликс пациентов во время операций с АИК [52].
Нормальное функционирование почек возможно только при неповрежденном гликокаликсе. Только 0,06% альбумина может в норме проникать через почечный фильтр, при том что поры в гломерулярном слое значительно больше молекулы альбумина. Возможно, это происходит за счет отрицательного заряда гликокаликсного выстилающего слоя [53]. Микроальбуминурия является свидетельством системной эндотелиальной дисфункции и сердечно-сосудистых осложнений не только у больных диабетом, но также пациентов с обычной гипертензией и женщин с пре-эклампсией [54, 55].
Исследования с липидными каплями позволили определить, что толщина зоны отчуждения эритроцитов над гломерулярной эндотелиальной поверхностью составляет 175 нм. Причем под влиянием гиалуронидазы, гепарина-зы и хондроитиназы она еще более уменьшается. Деструкция гликокаликса увеличивает проницаемость гломеруляр-ного капилляра для обычного альбумина, но не для фикол-ла (электрически нейтральный альбумин), свидетельствуя, что нарушения гликокаликса ведут к потере электрической избирательности [54]. После выполнения хирургических вмешательств на коронарных и периферических артериях отмечено возрастание плазменных концентраций компонентов эндотелиального слоя [15]. Электронная микроскопия позволяет выявлять обнаженные эндотелиальные клетки со слущенными и смытыми ГАГ, увеличением транссудата и проницаемости для коллоидов [56].
Маркеры деструкции гликокаликса
Из сказанного выше очевидно, что большинство, если не все, патологические состояния в организме связаны с той или иной степенью деструкции гликокаликса; поэтому возрастает актуальность вопроса прижизненной диагностики степени деструкции и дисфункции гликокаликса.
Микроальбуминурия
Появление и нарастание микроальбуминурии в сочетании с увеличением сосудистой проницаемости, выражающейся в появлении отеков, является следствием деструкции гломерулярного эндотелиума, часто наблюдаемой в клинике при остром септическом поражении почек [57]. У ряда пациентов соотношение микроальбуминурия/кре-атинин мочи (МАКС) коррелирует с оценкой тяжести в баллах по шкалам Surgical Stress Score [58], SOFA [59], APACHE II [60], Injury Severity Score [61] и SAPS II, а также с длительностью искусственной вентиляции легких и индексом оксигенации (PaO2/FiO2) [62]. У пациентов с сепсисом высокие уровни МАКС появляются раньше, чем увеличение уровней С-реактивного белка и прокальцитони-на [63]. Уровень микроальбуминурии сам по себе может служить маркером тяжести септического процесса [64].
Синдекан-1
Уровень синдекана-1, циркулирующего в кровотоке, зависит от степени эндотелиального повреждения и деструкции гликокаликса, а также коррелирует с уровнями воспалительных цитокинов [65]. У пациентов с травмой он ассоциируются с различными коагулопатиями и высокой летальностью [34]. Так как уровень синдекана-1 у больных с сепсисом выше, чем у остальных хирургических пациентов, он может служить биомаркером более тяжелой деструкции гликокаликса, учитывая, что синдекан-1 является белком его основы [33].
Эндокан
Эндокан является еще одним белком основы гликокаликса и может выделяться из него при воздействии IL-1 и TNF-a. Он может служить биомаркером у больных сепсисом. Величина свободного эндокана в плазме коррелирует со степенью тяжести септического процесса [66]. Высокие уровни эндокана в плазме у пациентов с тяжелой травмой ассоциируются с острым легочным поражением [67]. Таким образом, эндокан рассматривается как перспективный маркер эндотелиальной дисфункции при сепсисе [32].
Гликозаминогликаны
ГАГ, в частности ГС и ГК, являются одними из основных структурных элементов гликокаликса. Как уже указано, доля ГС среди всех ГАГ гликокаликса составляет 50— 90% [4]. Деструкция гликокаликса вызывает появление в плазме высоких уровней ГАГ [28—30, 47]. Специфические структурные характеристики циркулирующих ГАГ могут дополнительно указывать на функциональное значение фрагментов гликокаликса. Так, дополнительно сульфати-рованные цепочки ГС могут проявлять биологическую активность, либо связываясь с антитромбином III и вызывая гепариноподобный эффект либо повышая взаимодействие факторов роста с рецепторами [68]. Эти биологически высоко активные субстанции могут значительно влиять на течение патологического процесса у пациентов в критических состояниях. Кроме того, ГС и фрагменты ГК могут сами по себе оказывать повреждающее действие на ткани, вызывая воспаление и микротравмы [69].
Показано, что количество циркулирующих ГС и ГК, а также модели сульфатации цепочек ГС различаются в зависимости от степени легочного поражения при остром респираторном дистресс-синдроме. Уровни свободных ГС коррелировали с продолжительностью пребывания в палате интенсивной терапии и летальностью [70]. Эти данные позволили сделать вывод, что уровень циркулирующих ГАГ может служить как диагностическим, так и прогностическим маркером тяжести состояния у пациентов с острой дыхательной недостаточностью [70]. Высокие уровни свободно циркулирующих ГАГ отмечены у больных с септическим шоком, и эти уровни коррелируют с уровнем летальности [43, 70].
Ангиопоэтины
Ангиопоэтины (Ang) являются новым, недавно признанным классом сосудистых факторов роста, играющих существенную роль в воспалительном процессе [71]. Ang-1 повышает структурную стабильность кровеносных сосудов, тогда как Ang-2 вызывает дестабилизацию и увеличивает сосудистую проницаемость [71]. Ang-1 и Ang-2 являются взаимно антагонистичными факторами, участвующими в важнейших процессах клеточной регуляции. У больных в критических состояниях высвобождение Ang-2 напрямую отражает расстройство сосудистого барьера [72]. В исследованиях показано, что Ang-2 резко повышен у больных септическим шоком, и его уровень коррелирует с летальностью [73]. К сожалению, рутинное измерение свободно циркулирующего Ang-2 в клинике пока невозможно.
Несомненно, список приведенных выше маркеров деструкции гликокаликса является далеко не полным, так как постоянно появляются результаты исследований, показывающих возможности использования все новых и новых субстанций в качестве маркеров эндотелиального поражения.
Заключение
Последние два десятилетия отмечены бурным ростом числа исследований и публикаций, посвященных проблемам гликокаликса и эндотелиальной дисфункции. Это позволило по-иному оценить физиологию и патофизиологию эндотелия, увидеть глубину этой проблемы и те потенциальные выгоды, которые можно получить, изменив подходы к различным клиническим ситуациям, взглянув на них через призму гликокаликса.
Слой гликокаликса является хрупкой структурой и разрушается при быстрой внутривенной инфузии жидкостей, острой гипергликемии, хирургических вмешательствах и сепсисе. Исследования гликокаликса показали его вовлеченность практически во все патологические процессы. Наиболее значительные нарушения строения и функции гликокаликсного барьера отмечены при воспалении, ишемии, гипергликемии и даже гипо- и гиперволемии. При всех воспалительных состояниях целостность эндотелиаль-
AMTEPATYPA/REFERENCES
1. Danielli JF. Capillary permeability and oedema in the perfused frog. J Physiol. 1940;98:109-129. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1940.sp003837
2. Farquhar MGGE. Palade, Segregation of ferritin in glomerular protein absorption droplets. JBiophysBiochem Cytol. 1960;7:297-304.
3. van den Berg BM, Vink HE, Spaan JA. The Endothelial Glycocalyx Protects Against Myocardial Edema. Circ Res. 2003;92:592-594.
4. van den Berg BM, Nieuwdorp M, Stroes ES, Vink H. Glycocalyx and endothelial (dys) function: from mice to men. Pharmacol Rep. 2006;58:Suppl:75-80.
5. Reitsma S, Slaaf DW, Vink H, van Zandvoort MAMJ, oude Egbrink MGA. The endothelial glycocalyx: composition, functions, and visualization. PflugersArchiv. 2007;454(3):345-359. https://doi.org/10.1007/s00424-007-0212-8
6. Pries AR, Secomb TW, Gaehtgens P. The endothelial surface layer. Pflügers Arch Eur J Physiol. 2000;440:653. https://doi.org/10.1007/s004240000307
7. Luft JH. Fine structures of capillary and endocapillary layer as revealed by ruthenium red. Fed Proc. 1966;25(6):1773-1783.
8. Bennett HS. Morphological Aspects of Extracellular Polysaccharides. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 1963;11(1):14-23.
9. Desjardins C, Duling BR. Heparinase treatment suggests a role for the en-dothelial cell glycocalyx in regulation of capillary hematocrit. Am J Physiol 1990;258(3 pt2):H647-H654.
10. Klitzman B, Duling BR. Microvascular hematocrit and red cell flow in resting and contracting striated muscle. Am J Physiol. 1979;237:H481-H490.
11. Becker BF, Chappell D, Jacob M. Endothelial glycocalyx and coronary vascular permeability: the fringe benefit. Basic Res Cardiol. 2010;105:687. https://doi.org/10.1007/s00395-010-0118-z
12. Rehm M, Zahler S, Lotsch M, et al. Endothelial glycocalyx as an additional barrier determining extravasation of 6% hydroxyethyl starch or 5% albumin solutions in the coronary vascular bed. Anesthesiology. 2004;100:1211-1223.
13. Gouverneur M, Spaan JA, Pannekoek H, Fontijn RD, Vink H. Fluid shear stress stimulates incorporation of hyaluronan into endothelial cell glycoca-lyx. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;290(1):H458-H552.
14. Lipowsky HH. Microvascular rheology and hemodynamics. Microcirculation 2005;12:5-15.
15. Becker BF, Chappell D, Bruegger D, Annecke T, Jacob M. Therapeutic strategies targeting the endothelial glycocalyx: acute deficits, but great potential. Cardiovas Res. 2010;87:300-310. https://doi.org/10.1093/cvr/cvq137
16. Nieuwdorp M, Meuwese MC, Mooij HL, et al. Measuring endothelial gly-cocalyx dimensions in humans: a potential novel tool to monitor vascular vulnerability. J Appl Physiol. 2008;104:845-852.
17. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K,Walter P. Molecular biology of the cell: Reference edition. NY: Garland Science; 2007.
ISBN 13: 9780815341116
18. Ausprunk DH, Boudreau CL, Nelson DA. Proteoglycans in the microvas-culature. I. Histochemical localization in microvessels of the rabbit eye. Am J Pathol. 1981;103(3):353-566.
ного гликокаликса в различной степени нарушается. Особенно тяжелые повреждения отмечены при сепсисе. Вызванная воспалением деструкция гликокаликса может быть ответственной за ряд специфических клинических проявлений сепсиса, включая острое поражение почек, дыхательную и печеночную недостаточность.
В ХХ веке стал общепризнанным факт, что виновником многих клинических состояний является эндотелиит. Нынешнему веку удалось обнаружить структуру, регулирующую большинство функций эндотелия. Следующая задача — научиться предотвращать деструкцию и восстанавливать разрушенный гликокаликс.
Наука XXI века стоит на пороге рождения новой клинической парадигмы.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов: автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
19. Culty M, et al. The hyaluronate receptor is a member of the CD44 (H-CAM) family of cell surface glycoproteins. J Cell Biol. 1990;111(6 Pt 1):2765-2774.
20. Jacob M, Bruegger D, Rehm M, et al. The endothelial glycocalyx affords compatibility of Starling's principle and high cardiac interstitial albumin levels. Cardiovasc Res. 2007;73(3):575-586. https://doi.org/10.1016/jxardiores.2006.11.021
21. Levick JR. Capillary filtration-absorption balance reconsidered in light of dynamic extravascular factors. Exp Physiol. 1991;76(6):825-857.
22. Ait-Oufella H, Maury E, Lehoux S, Guidet B, Offenstadt G. The endothelium: physiological functions and role in microcirculatory failure during severe sepsis. Intensive Care Med. 2010;36(8):1286-1298. https://doi.org/10.1007/s00134-010-1893-6
23. Jacob M, Rehm M, Loetsch M, et al. The endothelial glycocalyx prefers albumin for evoking shear stress-induced, nitric oxide-mediated coronary dilatation. J Vasc Res. 2007;44:435-443. https://doi.org/10.1159/000104871
24. Florian JA, Kosky JR, Ainslie K, Pang Z, Dull RO, Tarbell JM. Heparan sulfate proteoglycan is a mechanosensor on endothelial cells. Circ Res. 2003;93:136-142.
25. Zhang F, Zhang Z, Lin X, et al. Compositional analysis of heparin/heparan sulfate interacting with fibroblast growth factor3 receptor complexes. Biochemistry. 2009;48:8379-8386.
26. Chappell D, Jacob M, Hofmann-Kiefer K, et al. Antithrombin reduces shedding of the endothelial glycocalyx following ischaemia/reperfusion. Cardio-vasc Res. 2009;83(2):388-396. https://doi.org/10.1093/cvr/cvp097
27. Gao L, Lipowsky HH. Composition of the endothelial glycocalyx and its relation to its thickness and diffusion of small solutes. Microvasc Res. 2010;80:394-401.
28. Rehm M, Bruegger D, Christ F, et al. Shedding of the endothelial glycoca-lyx in patients undergoing major vascular surgery with global and regional ischemia. Circulation. 2007;116:1896-1906.
29. Hofmann-Kiefer KF, Kemming GI, Chappell D, et al. Serum heparan sulfate levels are elevated in endotoxemia. Eur J Med Res. 2009;14:526-531.
30. Nieuwdorp M, Mooij HL, Kroon J, et al. Endothelial glycocalyx damage coincides with microalbuminuria in type 1 diabetes. Diabetes. 2006;55:1127-1132.
31. Karangelis D, Asimakopoulou A, Kanakis I, et al. Monitoring serum chon-droitin sulfate levels in patients submitted to coronary artery bypass surgery. Biomed Chromatogr. 2010;25:748-750.
32. Chelazzi C, Villa G, Mancinelli P et al. Glycocalyx and sepsis-induced alterations in vascular permeability. Critical Care. 2015;19:26. https://doi.org/10.1186/s13054-015-0741-z
33. Steppan J, Hofer S, Funke B, et al. Sepsis and major abdominal surgery lead to flaking of the endothelial glycocalix. J Surg Res. 2011;165:136-141.
34. Johansson PI, Stensballe J, Rasmussen LS, Ostrowski SR. A high admission syndecan-1 level, a marker of endothelial glycocalyx degradation, is associated with inflammation, protein C depletion, fibrinolysis, and increased mortality in trauma patients. Ann Surg 2011;254:194-200.
35.
36.
37.
39.
Devaraj S, Yun JM, Adamson G, Galvez J, Jialal I. C-reactive protein impairs the endothelial glycocalyx resulting in endothelial dysfunction. Cardio-vasc Res. 2009;84:479-484.
Platts SH, Duling BR. Adenosine A3 receptor activation modulates the capillary endothelial glycocalyx. Circ Res. 2004;94:77-82.
VanTeeffelen JW, Brands J, Vink H. Agonist-induced impairment of glycocalyx exclusion properties: contribution to coronary effects of adenosine.
Cardiovasc Res. 2010;87:311-319.
Chappell D, Hofmann-Kiefer K, Jacob M, et al. TNF-alpha induced shedding of the endothelial glycocalyx is prevented by hydrocortisone and anti-thrombin. Basic Res Cardiol. 2009;104:78-89.
53. Obeidat M, Ballermann B.J. Glomerular endothelium: a porous sieve and formidable barrier. Exp Cell Res. 2012;318:964-972. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2012.02.032
54.
55.
VanTeeffelen JW, Constantinescu AA, Brands J, Spaan JA, Vink H. Brady-kinin- and sodium nitroprusside-induced increases in capillary tube haema-tocrit in mouse cremaster muscle are associated with impaired glycocalyx barrier properties. J Physiol. 2008;586:3207-3218.
40. Annecke T, Fischer J, Hartmann H, et al. Shedding of the coronary endothelial glycocalyx: effects of hypoxia/reoxygenation vs ischaemia/reperfu-sion. Br JAnaesth. 2011;107:679-686.
41. Ярустовский М.Б., Абрамян М.В., Кротенко Н.П., Попов Д.А., Плющ М.Г., Назарова Е.И., Гордеев С.Л. Опыт применения селективной адсорбции эндотоксина у пациентов с тяжелым сепсисом после открытых операций на сердце. Анестезиология и реаниматология. 2014;3:39-46. [Yarustovsky MB, Abramyan MV, Krotenko NP, Popov DA, Plyusch MG, Nazarova EI, Gordeev SL. Experience of use of endotoxin selective adsorption in patients with heavy sepsis after open-heart surgery. Anes-teziologiya i reanimatologiya. 2014;3:39-46. (In Russ.)].
42. Nieuwdorp M, van Haeften TW, Gouverneur MC, et al. Loss of endothelial glycocalyx during acute hyperglycemia coincides with endothelial dysfunction and coagulation activation in vivo. Diabetes. 2006;55:480-486.
43. Nelson A, Berkestedt I, Schmidtchen A, Ljunggren L, Bodelsson M. Increased levels of glycosaminoglycans during septic shock: relation to mortality and the antibacterial actions of plasma. Shock. 2008;30:623-627.
44. Ярошецкий А.И., Васильева С.О., Резепов Н.А., Лапшина И.Ю., Гель-фанд Б.Р. Применение непрямой калориметрии для оценки метаболизма глюкозы и липидов при проведении полного парентерального питания у хирургических пациентов: пилотное исследование. Вестник интенсивной терапии. 2016;4:12-18. [Yaroshetskiy AI, Vasilieva SO, Rezepov NA, Lapshina IYu, Gelfand BR. Indirect calorimetry for evaluation of glucose and lipid metabolism in surgical patients on total parenteral nutrition: a pilot study. Vestnikintensivnojterapii. 2016;4:12-18. (In Russ.)].
45. van den Berg BM, Spaan JA, Rolf TM, Vink H. Atherogenic region and diet diminish glycocalyx dimension and increase intima-to-media ratios at murine carotid artery bifurcation. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;290(2): H915-H920.
46. Vink H, Constantinescu AA, Spaan JA. Oxidized lipoproteins degrade the endothelial surface layer: implications for platelet-endothelial cell adhesion. Circulation. 2000;101:1500-1502.
47. Berg S, Engman A, Hesselvik JF, Laurent TC. Crystalloid infusion increases plasma hyaluronan. Crit Care Med. 1994;22(10):1563-1567. https://doi.org/10.1097/00003246-199422100-00010
48. Rehm M, Haller M, Orth V, Kreimeier U, Jacob M, Dressel H, et al. Changes in blood volume and hematocrit during acute preoperative volume loading with 5% albumin or 6% hetastarch solutions in patients before radical hysterectomy. Anesthesiology. 2001;95:849-856.
49. Мороз В.В., Рыжков И.А. Острая кровопотеря: регионарный кровоток и микроциркуляция (Обзор. Часть I). Общая реаниматология. 2016;12(2):66-89. [Moroz VV, Ryzhkov IA. Acute Blood Loss: Regional Blood Flow and Microcirculation (Review, Part I). Obshchaya reanimatologiya. 2016;12(2):66-89. (In Russ.)]. https://doi.org/10.15360/1813-9779-2016-2-56-65
50. Boer C, Koning NJ, Van Teeffelen J, Vonk AB, Vink H. Changes in micro-circulatory perfusion during cardiac surgery are paralleled by alterations in glycocalyx integrity. Crit Care. 2013;17(Suppl 2):212. https://doi.org/10.1186/cc12150
51. Bruegger D, Jacob M, Rehm M, Loetsch M, Welsch U, Conzen P, et al. Atrial natriuretic peptide induces shedding of endothelial glycocalyx in coronary vascular bed of guinea pig hearts. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2005;289(5):H1993-H1999.
52. Flameng W, Borgers M, Van Der Vusse G J. Cardioprotective effects of lido-flazine in extensive aorta-coronary bypass grafting. J Thorac Cardiovasc Surg. 1983;85:758-768.
Jeansson M, Haraldsson B. Morphological and functional evidence for an important role of the endothelial cell glycocalyx in the glomerular barrier. Am J Physiol Renal Physiol. 2006;290(1):F111-F116. https://doi.org/10.1152/ajprenal.00173.2005
Бурлев Ал.В., Бурлев В.А., Ильясова Н.А., Шифман Е.М. Оксидатив-ный стресс периоперационного периода операции кесарева сечения Анестезиология и реаниматология. 2014;59(6):24. [Burlev AlV, Burlev VA, Ilyasova NA, Shifman EM. Oxidative stress in perioperative period of cesarean section Anesteziologiya i reanimatologiya. 2014;59(6):24. (In Russ.)].
56. Chappell D, Jacob M, Hofmann-Kiefer K, et al. Hydrocortisone preserves the vascular barrier by protecting the endothelial glycocalyx. Anesthesiology. 2007;107:776-784.
57. Hippenstiel S, Krnll M, Ikemann A, Risau W, Clauss M, Suttorp N. VEGF induces hyperpermeability by a direct action on endothelial cells. Am J Physi-ol. 1998;274:L678-L684.
58. Sarti A, De Gaudio AR, Messineo A, Cuttini M, Ventura A. Glomerular permeability after surgical trauma in children: relationship between micro-albuminuria and surgical stress score. Crit Care Med. 2001;29:1626-1629.
59. Thorevska N, Sabahi R, Upadya A, Manthous C, Amoateng-Adjepong Y. Microalbuminuria in critically ill medical patients: prevalence, predictors, and prognostic significance. Crit Care Med. 2003;31:1075-1081.
60. Gosling P, Brudney S, McGrath L, Riseboro S, Manji M. Mortality prediction at admission to intensive care: a comparison of microalbuminuria with acute physiology scores after 24 hours. Crit Care Med. 2003;31:98-103.
61. Pallister I, Dent C, Wise CC, Alpar EK, Gosling P. Early post-traumatic acute respiratory distress syndrome and albumin excretion rate: a prospective evaluation of a 'point-of care' predictive test. Injury. 2001;32(3):177-181. https://doi.org/10.1016/S0020-1383(00)00149-2
62. Honarmand A, Safavi M, Baghery K, Momayezi A. The association of mi-croalbuminuria and duration of mechanical ventilation in critically ill trauma patients. Ulus Travma Acil CerrahiDerg. 2009;15:12-18.
63. Basu S, Bhattacharya M, Chatterjee TK, Chaudhuri S, Todi SK, Majum-dar A. Microalbuminuria: a novel biomarker of sepsis. Indian J Crit Care Med. 2010;14:22-28.
64. Rinaldi S, Adembri C, Grechi S, De Gaudio AR. Low-dose hydrocortisone during severe sepsis: effects on microalbuminuria. Crit Care Med. 2006;34:2334-2339.
65. Haywood-Watson RJ, Holcomb JB, Gonzalez EA, Peng Z, Pati S, Park PW, et al. Modulation of Syndecan-1 Shedding after Hemorrhagic Shock and Resuscitation. PLoS ONE 2011;6(8):e23530. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023530
66. Sarrazin S, Lyon M, Deakin JA, Guerrini M, Lassalle P, Delehedde M, et al. Characterization and binding activity of the chondroitin/dermatan sulfate chain from Endocan, a soluble endothelial proteoglycan. Glycobiology. 2010;20:1380-1388.
67. Mikkelsen ME, Shah CV, Scherpereel A, Lanken PN, Lassalle P, Bellamy SL, et al. Lower serum endocan levels are associated with the development of acute lung injury after major trauma. J Crit Care. 2012;27(5):522.e11-e17. https://doi.org/10.1016/j.jcrc.2011.07.077
68. Goetz R., Mohammadi M. Exploring mechanisms of FGF signalling through the lens of structural biology. Nat Rev Mol Cell Biol. 2013;14(3):166-180. https://doi.org/10.1038/nrm3528
69. Jiang D, Liang J, Fan J, Yu S, Chen S, Luo Y, et al. Regulation of lung injury and repair by Toll-like receptors and hyaluronan. Nat Med. 2005;11(11): 1173-1179.
70. Schmidt EP, Li G, Li L, Fu L, Yang Y, Katherine H, et al. The circulating glycosaminoglycan signature of respiratory failure in critically ill adults. J Biol Chem. 2014;289(12):8194-8202.
71. Kranidioti H, Orfanos SE, Vaki I, Kotanidou A, Raftogiannis M, Dimopou-lou I, et al. Angiopoietin-2 is increased in septic shock: evidence for the existence of a circulating factor stimulating its release from human monocytes. Immunol Lett. 2009;125:65-71.
72. Xing K, Murthy S, Liles WC, Singh JM. Clinical utility of biomarkers of endothelial activation in sepsis — a systematic review. Crit Care. 2012;16:R7.
73. Siner JM, Bhandari V, Engle KM, Elias JA, Siegel MD. Elevated serum an-giopoietin 2 levels are associated with increased mortality in sepsis. Shock. 2009;31:348-353.
Поступила 01.02.2018 Принята к печати 31.03.2018
