CC BY
37
© Калинин Р.Е., 2007
УДК 616.137.83-004.6-089-008.9
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА БИОХИМИЧЕСКИХ И ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ В АРТЕРИАЛЬНОЙ СТЕНКЕ В ОТВЕТ НА ОПЕРАЦИОННУЮ ТРАВМУ
Р.Е. Калинин
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова
В представленной статье проводится комплексный анализ биохимических, метаболических изменений в крови больных облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей до и после различных методов оперативного лечения. Анализируются пути взаимного влияния изучаемых показателей с позиции развития гиперплазии интимы после реконструктивных и эндоваскулярных вмешательств.
Многогранность реакции сосудистой стенки на операционное повреждение в настоящее время не вызывает сомнений [4,7]. Морфологическая перестройка, репарация стенки артерии, как в зоне сосудистого шва, так и в зоне травмы вследствие эндартерэктомии, баллонной ангиопластки неразрывно связана с биохимическими изменениями в стенке артерии, с изменениями эндотелиальной функции, воспалительной реакцией на операционную травму и инородный материал (сосудистый синтетический протез, шовный материал, стент). В настоящее время накоплено достаточно сведений о сути морфологических изменений [7]. В упрощённом виде данные изменения сводятся либо к физиологической репарации стенки артерии, либо к развитию гиперплазии интимы артерии в зоне интервенции. Последний феномен наиболее часто проявляется при реконструктивных операциях и рентгенэндоваскулярных вмешательствах и практически отсутствует при банальных тромбэктомиях. Объяснение этому факту можно найти в объёме повреждения артерии - несомненно, большим при артериальных реконструкциях и эндоваскулярных операциях, но и в индивидуальных реакциях стенки и эндотелия артерии на синтетический протез или стент. Однако, гиперплазия интимы развивается лишь в 40-50% случаев после указанных сосудистых операций, осложняя течение послеоперационного периода путём стенотических осложнений или развития рестеноза [3]. Этот факт не позволяет признать гиперпластический процесс реакцией присущей для абсолютно любого пациента, что диктует поиск путей объяснения факторов способствующих развитию осложнения и наоборот предотвращающих неблагоприятное развитие событий, а также лабораторных маркеров возможного развития рестеноза. В данной работе мы ещё раз подчёркиваем важность комплексного подхода к оценке функционального состояния эндотелия артерии и стенки сосуда в целом, как местного регуляторного механизма ответной реакции на операционное воздействие.
Целью исследования явилась комплексная оценка реакции артериальной стенки на операционное воздействие, выявление путей возможного взаимного влияния биохимических процессов, воспалительных медиаторов, активных
метаболитов эндотелия на развитие гиперплазии интимы после оперативного лечения облитерирующего атеросклероза артерий нижних конечностей (ОААНК).
Материалы и методы
В исследование вошли 240 больных облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей Па-ГУ стадиями заболевания по классификации Фонтена-Покровского, находившихся на лечении в клинике сосудистой хирургии РязГМУ с 2004 по 2007 год. Пациенты были разделены на 4 группы: контрольную (пациенты получали стандартную консервативную терапию); группу №1 -
оперированные путём операции непрямой реваскуляризации; группу №2- больные, оперированные при помощи реконструктивных вмешательств; группу №3 -оперированные путём выполнения эндоваскулярных вмешательств. Рассмотренные ниже показатели определялись у пациентов до и на пятые сутки после операции. В работе нами рассмотрены основные показатели липопероксидации, антиоксидантной системы, активные метаболиты эндотелия - оксид азота (N0), эндотелин-1 (Э-1), а также провоспалительные цитокины - интерлейкин-1 (ИЛ-1) и интерлейкин-6 (ИЛ-6).
Результаты и их обсуждение
Со стороны клеточных и иммунных реакций промоутеры и ингибиторы гиперплазии известны. К промоутерам относят: ИЛ-1, Э-1, фактор роста - дериват тромбоцитов, продуцируемый не только тромбоцитами, но и гладкомышечными клетками (ГМК) и макрофагами, основной фактор роста фибробластов. К ингибиторам относят N0, ИЛ-6, расслабляющий фактор - дериват эндотелия, у-интерферон, гепаринсульфаты, трансформирующий фактор роста в [5]. В данном вопросе представляется интересным тот факт, что, несмотря на то, что и ИЛ-1 и ИЛ-6 относят к воспалительным цитокинам, эффекты их на развитие гиперплазии интимы различны. Постоянная продукция цитокинов в организме низка или отсутствует [6]. Эндотелиальные клетки способны стимулировать и ИЛ-1 и ИЛ-6, цитокины представляются местными клеточными гормонами, имеющими большое значение, но небольшой радиус действия, составляющий несколько клеток.
Несмотря на то, что термин «функциональное состояние эндотелия» в литературе не определён, в объяснении патогенеза многих сосудистых заболеваний данный термин употребляется весьма широко. Согласно современным представлениям функциональное состояние эндотелия во многом зависит от активности Э-1 и N0 [6]. Эндотелин-1 представитель семейства эндотелинов (Э-1,Э-2,Э-3) наиболее изучен и функционирует как локальный гормон, оказывающий аутокринное/паракринное действие на ГМК сосудов, фибробласты, перициты. Обладает выраженным продолжительным вазоконстрикторным действием. Естественным антагонистом Э-1 является N0 - вазодилататор, обладающий широким спектром биологических эффектов. Некоторые эффекты N0 не могут быть однозначно оценены и требуют интерпретации совместно с активностью про-и антиоксидантной системы (ПОЛ-АОС) [2]. Система ПОЛ-АОС, активные метаболиты эндотелия совместно оказывают влияние на процессы клеточной гибели, закономерно происходящие в стенке артерии после оперативного вмешательства.
Функциональное состояние эндотелия и стенки артерии в целом резко изменяется с момента непосредственного оперативного воздействия, часть клеток гибнет. Важную роль в развитии стенотических осложнений играет путь клеточной гибели и воздействующие на данный процесс биохимические соединения и
активные продукты эндотелия. Существует два основных пути клеточной гибели: некроз - индуцированная гибель клеток, апоптоз - запрограммированная, которая предполагает наличие специфической программы, осуществляющей контроль над процессами отмирания [6,9,10]. Однако гибель клеток путём апоптоза мы видим и в ответах на различные неблагоприятные воздействия, в частности, при уменьшении кровоснабжении органа происходит индукция апоптоза [6]. Возможная задача апоптоза - утилизация клеток без попадания содержимого клетки в межклеточное пространство, без индукции воспалительных явлений в отличие от некроза. Уничтожение клеток путём апоптоза обеспечивает минимальное повреждение тканей по сравнению с другими механизмами клеточной гибели. Существует термин «физиологические регуляторы апоптоза клеток», так ИЛ-6 - ингибитор апоптоза. ИЛ-1 - индуктор. Большую роль в регуляции апоптоза клеток играет семейство белков - Bcl-2 [6]. Активация данного семейства белков приводит к ингибированию апоптоза. Биологические эффекты белков семейства Bcl-2 на систему ПОЛ-АОС уменьшают активность ПОЛ, ингибируют формирование активных форм кислорода, увеличивают активность каталазы (КАТ), супероксиддисмутазы (СОД) и общее количество восстановленного глутатиона [6]. Таким образом, биохимические проявления (повышение ПОЛ, снижение СОД и КАТ) предполагающие низкую активность белков данного семейства свидетельствует об активации апоптоза клеток. В данном контексте представляет интерес действие NO, обладая проапоптотическим действием, стимулирует апоптоз ГМК и клеток эндотелия артерий и тем самым ингибирует пролиферацию, гиперплазию клеточных популяций [8]. Если попытаться проанализировать взаимодействия, совместные влияния различных систем, активирующихся при повреждении артерии, то наиболее очевидной представляется следующая схема (см. схема №1).
Представим комментарии. Во многих работах и в проведённых нами ранее исследованиях доказана активация прооксидантной системы в послеоперационном периоде, ответ антиоксидантной системы не всегда адекватен и продукты ПОЛ потенцируют гибель клеток как путём некроза, так и индуцируют апоптотическую гибель путём снижения активности семейства белков Bcl-2 по принципу обратной связи. Влияние системы ПОЛ-АОС на развитие гиперплазии интимы не очевидно, однако влияние высокой активности ПОЛ на клетки общепринято является деструктивным процессом, лежащим в основе многих патологических реакций.
Суммарно об активности процессов липопероксидации можно говорить на основании определения концентрации малонового диальдегида в крови (Рис. 1). Рис. 1 Концентрация МДА в плазме крови до и спустя 5 дней после операции (сравнение с контрольной группой - 100% уровень).
□ До операции □ После операции
Обозначения: по оси абсцисс - группы пациентов; по оси ординат - показатели концентрации МДА по сравнению с контрольной группой (в %).
1 - непрямая реваскуляризация;
2 - реваскуляризирующая операция на артериях;
3 - эндоваскулярное вмешательство.
Диаграмма представляет повышение содержания МДА после операции во всех группах пациентов в сравнении с контролем. В наших работах также показано, что снижение активности ферментов антиоксидантной защиты (СОД и КАТ) у пациентов после реконструктивных и эндоваскулярных вмешательств, свидетельствует в пользу того, что система Вс1-2 белков не активна. Можно по данным косвенным признакам предположить, что процессы апоптоза активированы, и физиологически ингибируется развитие гиперплазии интимы артерии в зоне операционной травмы (Рис. 2,3).
Рис.2 Активность СОД в плазме крови до и спустя 5 дней после операции (сравнение с контрольной группой - 100% уровень).
%
12 3 Группы больных
□ До операции □ После операции
Обозначения: по оси абсцисс - группы пациентов; по оси ординат - показатели активности СОД по сравнению с контрольной группой (в %).
1 - непрямая реваскуляризация;
2 - реваскуляризирующая операция на артериях;
3 - эндоваскулярное вмешательство.
Рис. 3 Концентрация КАТ в плазме крови до и спустя 5 дней после операции (сравнения с контрольной группой - 100% уровень).
%
□ До операции □ После операции
Обозначения: по оси абсцисс - группы пациентов; по оси ординат - показатели концентрации КАТ по сравнению с контрольной группой (в %).
1 - непрямая реваскуляризация;
2 - реваскуляризирующая операция на артериях;
3 - эндоваскулярное вмешательство.
В данной связи обязательно учитывать уровень N0 в крови, так как было указано выше, эффекты N0 сводятся к индукции апоптоза и, следовательно, ингибированию гиперплазии. В наших работах показано увеличение уровня N0 в крови после реконструктивных и эндоваскулярных вмешательств, что оценено нами как феномен адаптации именно с позиции ингибирования гиперплазии интимы в зоне операции (Рис. 4). Нами не случайно рассмотрен уровень N0 и активность СОД. Оксид азота (II) и СОД конкурируют за супероксид-анион, а так как скорость реакции N0 с супероксид-анионом в 3 раза выше, чем скорость реакции супероксида с СОД, то весьма вероятно активное образование высокотоксичного для клеток пероксинитрита (0N00_). Токсические эффекты 0N00_ реализуются при низком содержании в клетке восстановленного глутатиона, косвенно о его присутствии можно судить по активности фермента глутатионпероксидазы (ГП) (Рис. 5), одного из компонентов антиоксидантной системы [1].
Рис. 4 Концентрация метаболитов N0 до и через 5 дней после операции (сравнение с контрольной группой - 100% уровень).
%
1 2 3 Группа больных
□ До операции □ После операции
Обозначения: по оси абсцисс - группы пациентов; по оси ординат - показатели концентрации N0 по сравнению с контрольной группой (в %).
1 - непрямая реваскуляризация;
2 - реваскуляризирующая операция на артериях;
3 - эндоваскулярное вмешательство.
Рис. 5 Активность ГП в плазме крови до и спустя 5 дней после операции (сравнения с контрольной группой).
150 т
140 -
130 -120 -110 100
90 -1-
146,96
122,87
125,06
102,19
99,76
Н
97,57 Г руппа больных
□ До операции □ После операции
Обозначения: по оси абсцисс - группы пациентов; по оси ординат - показатели концентрации ГП по сравнению с контрольной группой (в %).
1 - непрямая реваскуляризация;
2 - реваскуляризирующая операция на артериях;
3 - эндоваскулярное вмешательство.
Как видно из диаграммы активность ГП после операции достоверно возрастает в сравнении с дооперационным уровнем и контролем, что свидетельствует о высоком содержании глутатиона в клетках и низкой вероятности проявлений токсических эффектов ОКОО-.
Между тем N0 обладает и прямым ингибирующим влиянием на гиперплазию, что важно в связи с тем, что и при гибели клетки путём некроза возможны варианты активации гиперпластических процессов в эндотелии. Это объясняется тем, что при гибели и разрушении клетки некротическим путём в межклеточное пространство выходят компоненты клетки, что индуцирует местную воспалительную реакцию. В зоне воспаления появляются воспалительные цитокины, некоторые из которых могут синтезироваться непосредственно эндотелием. ИЛ-1 и фактор некроза опухоли - а являются промоутерами гиперплазии, различными механизмами, в том числе и через активацию системы матриксных металлопротеиназ, в то же время ИЛ-6 обладает прямо противоположными свойствами. В том числе и от соотношения данных цитокинов зависит и возможные направления течения процесса замещения погибших клеток новыми, как не изменёнными, так и гиперплазированными, ведущими к формированию рестенотического поражения. В наших исследованиях мы не определили присутствия ИЛ-1 у больных ОААНК ни в контрольной группе, ни в опытных группах, напротив динамика ИЛ-6 представляется позитивной с позиции развития гиперплазии (Рис 6).
Рис. 6 Интерлейкин-6 до и через 5 дней после операции (сравнение с контрольной группой).
408,3
400 -380 360 -340 320 -300 280 260 240 220 200 180 -160 -140 120 100 80
336,8
149,3
172,2
і-----С
87,5 Группы пациентов
□ До операции □ После операции
Обозначения: по оси абсцисс - группы пациентов; по оси ординат - показатели ИЛ-6 по сравнению с контрольной группой (в %).
1 - непрямая реваскуляризация;
2 - реваскуляризирующая операция на артериях;
3 - эндоваскулярное вмешательство;
Оксид азота помимо описанных положительных свойств является функциональным антагонистом Э-1. Концентрация Э-1 также возрастает после реконструктивной артериальной или эндоваскулярной операции, что вызывает спазм сосуда, и, следовательно, может выступать в качестве промоутера гиперплазии. Высокая концентрация N0 способствует вазодилатации и опосредованно снижает вероятность развития гиперплазии интимы (Табл. 1).
Табл. 1.
№ группы Уровень N0 Уровень Э-1
до операции после операции до операции после операции
контроль 100% 100%
I 117,5% 188,5% 96,8% 152,4%
II 125,7% 111,2% 69,8% 70,8%
III 143,7% 193,3% 86,7% 141,3%
Таким образом, приведённые данные свидетельствуют об адаптивных изменениях в стенке артерии после оперативного лечения (реконструктивная или эндоваскулярная операция), комплексный анализ указанных параметров, представляющихся возможными маркерами развития гиперплазии позволяет наметить пути коррекции патологических изменений, оценив индивидуальные изменения изучаемых показателей.
Выводы
1. Реакция артериальной стенки на артериотомию представляется сложной многокомпонентной системой, в которой происходит сопряжение и взаимное влияние биохимических, метаболических, воспалительных процессов.
2. В целом характер изменений в стенке артерии в ответ на операционное воздействие представляется адаптивным и профилактическим с позиции развития гиперплазии интимы и стенотических осложнений.
3. Изменения показателей - компонентов системы могут служить прогностическими критериями течения послеоперационного периода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Брюне Б., Сандау К., фон Кнетен А. Апоптотическая гибель клеток и оксид азота: механизмы активации и антагонистические сигнальные пути. Обзор. Биохимия. Т. 63, № 7, 1998 с. 966-975.
2. Волин М.С. Дэвидсон К.А., Камински П.М., Фэйнгерш Р.П., Моххаззаб-Х К.М. Механизмы передачи сигнала оксидант - оксид азота в сосудистой ткани. Обзор. Биохимия. Т. 63, № 7, 1998 с. 958-965.
3. Затевахин И.И., Говорунов Г.В., Сухарев И.И. Реконструктивная хирургия поздней реокклюзии аорты и периферических артерий. М.: Медицина, 1993. - 157 с.: ил.
4. Клиническая ангиология: Руководство / Под ред. А.В. Покровского. В двух томах. - М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2004. - 1400 с.: ил.
5. Пальцев М. А., Аничков Н.М. Патологическая анатомия: Учебник. В 2 т. Т.1.
- М.: Медицина, 2000. - 528 с.
6. Пальцев М.А., Иванов А.А., Северин С.Е. Межклеточные взаимодействия.
- 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Медицина, 2003. - 288 с.: ил.
7. Протопопов А.В., Кочкина Т.А. Динамика морфологических изменений в сосудистой стенке и этапы формирования неоинтимы после имплантации стента. // Сосудистое и внутриорганное стентирование: Руководство / Под ред. Л.С. Кокова.
- Москва.: «Издательский дом «Грааль», 2003. - с. 24-32.
8. Стокле Ж.К., Пюле Б., Андрианцитохайна Р., Клещёв А. Гипер- продукция оксида азота в патофизиологии кровеносных сосудов. Обзор. Биохимия. Т. 63, № 7, 1998 с. 976-983.
9. Thompson C.B. Science, 267, 1456-1462., 1995.
10. Wyllie A.H., Kerr J.F.R., Currie A.R. Int. Rev. Cytol., 68., 251-306. 1980.
COMPLEX EVALUATION BIOCHEMICAL AND INFLOMATION IN ARTERIAL VESSELS
AFTER SURGICAL INTERVENTION
R.E. Kalinin
The present paper deals with the complex analysis of biochemical, metabolic, inflammatory blood changes in patients with obliterating atherosclerosis of lower extremity arteries prior to and following the application of various surgical techniques. The ways of intereffects of the data studies are analysed in view of the development of intimal hyperplasia after reconstructive and endovascular interferences.
