Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

05.08.2016
Как уже отмечалось, в сердце, как и в других возбудимых тканях (мозге, сетчатке глаза), фосфолипиды клеточных мембран чрезвычайно богаты полиненасыщенными жирными кислотами, весьма легко подвергающимися ПОЛ. Поэтому вполне естественно ожидать, что миокард будет являться одним из главных объектов реализации эффекта гипероксии, опосредованного радикальными формами кислорода. Одним из первых это убедительно продемонстрировали Нол и соавторы. В опытах этих авторов крысы в течение 26—29 ч находились в атмосфере чистого кислорода под давлением 1,2 ата. В митохондриях, выделенных из сердец животных после окончания сеанса ГБО, обнаруживалось повышение уровня одного из продуктов ПОЛ — диеновых конъюгатов, снижение содержания ненасыщенных жирных кислот, изменение состава фосфолипидов и резкое возрастание концентрации лизофосфолипидов. Все это свидетельствует об активации свободнорадикальных реакций ПОЛ.

Поскольку интенсивность свободнорадикальных процессов, в том числе и реакций ПОЛ, находится под контролем защитных антиоксидантных механизмов, изменение активности последних в условиях гипероксии будет иметь, очевидно, немаловажное значение в определении характера действия ГБО на организм в целом и сердце в частности.

С другой стороны, возможность влиять на состояние отдельных звеньев антиокислительной системы с помощью соответствующих фармакологических препаратов, помимо дополнительного доказательства вовлечения свободных радикалов кислорода в эффекте ГБО, несет в себе возможность управления этим эффектом.

Если исходить из того, что супероксид является субстратом для фермента СОД, то вполне правомочным является предположение о том, что увеличение в определенных пределах количества генерируемых супероксидных радикалов будет сопровождаться подъемом активности СОД. Действительно, при помещении некоторых микроорганизмов в гипербарическую кислородную среду при 6 ата наблюдается двадцатикратное возрастание активности СОД. Разумеется, надо отдавать отчет в том, что у микробов повышение активности антиокисли-тельных ферментов является одним из немногих, а, возможно, практически единственно возможным способом успешной борьбы с кислородной агрессией. У высокоорганизованных биосистем, обладающих более широким спектром антиоксидантных механизмов. способность антиокислительных ферментов к повышению своей активности в ответ на гипероксию должна быть выражена, вероятно, в меньшей степени, но вряд ли вообще утрачена. Исследования, направленные на выяснение этого вопроса, показали, что при определенных режимах гипероксии активность антиоксидантных ферментов в разных тканях, в том числе и сердце, может действительно возрастать.

Так, увеличение активности СОД наблюдалось в изолированных полосках легочной артерии и аорты крыс при инкубации этих полосок в среде, насыщаемой 95%-ным О2 + 5%-ным CO2. В уже упоминавшемся ранее исследовании Нола с соавторами повышение активности СОД, глутатионпероксидазы и каталазы было обнаружено в миокарде крыс, подвергавшихся ГБО (1,2 ата, 26—29 ч). Аналогичная реакция СОД сердца крыс наблюдалась и после 48-часового пребывании их в атмосфере 85%-ного О2+15%-ного.

В совокупности имеющиеся данные позволяют сделать заключение, что определенные режимы гипероксии могут вызвать увеличение активности антиоксидантных ферментов в сердце, имеющее определенное адаптивное значение. Однако на основании этих данных невозможно установить роль ферментов противоокислительной защиты, и в частности СОД, в обеспечении функциональной способности миокарда при гипероксических воздействиях в норме и патологии.

Этот вопрос мы изучали как на изолированном сердце, так и в целостном организме. Предварительно исследовалось распределение СОД в разных отделах сердца интактных кроликов. При этом выяснилось, что характер этого распределения отличается заметной неоднородностью. В левых отделах сердца активность СОД выше, чем в правых (рис. 25). При этом обращает на себя внимание тот факт, что величина активности СОД в каждом из исследованных регионов миокарда хорошо соответствовала уровню Fе2+-индуцированного ПОЛ в этом регионе. Иными словами, в тех отделах сердца, где активность СОД была наибольшей, уровень индуцированного ПОЛ был наименьшим. Сходные с нами данные были получены Ф.З. Меерсоном с соавторами, также показавшими, что уровень эндогенного ПОЛ значительно ниже, а активность СОД, глутатионпероксидазы и каталазы в миокарде левого желудочка существенно выше, чем в миокарде правого желудочка.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Думается, что такой гетерогенный характер распределения антиоксидантных ферментов не случаен. По-видимому, более высокий уровень активности СОД, глутатионпероксидазы и каталазы в левом желудочке находится в определенной связи с более высоким уровнем потребления кислорода этим отделом сердца и, следовательно, с более высоким содержанием переносчиков электронов, способных осуществлять одноэлектронное восстановление O2 и, таким образом, генерировать свободные радикалы кислорода. Более низкий стационарный уровень эндогенного ПОЛ в кардиомиоцитах левого желудочка, поддерживаемый повышенной активностью антиоксидантных систем, может играть важную роль в обеспечении более эффективной сократительной функции этого отдела сердца.

Для выяснения значения СОД в определении функционального состояния сердечной мышцы в условиях гипероксии представляет интерес изучение прямого влияния гипероксической среды на ткань миокарда. С этой целью были поставлены (совместно с А.М. Герасимовым и В.И. Мильчаковым) эксперименты, в ходе которых гомогенизированную ткань сердца инкубировали, помещая ее в барокамеру, заполненную чистым кислородом при 6 ата.

При этом гомогенаты приготавливали следующим образом. Сердца крыс, извлеченные из организма, промывали через аорту холодным физиологическим раствором. Кусочки сердец весом 200—300 мг измельчали на льду и гомогенизировали на холоде в гомогенизаторе типа Поттера (стекло—стекло) 5 мин со скоростью 3000 об/мин, используя в качестве среды выделения физиологический раствор с добавлением калий-фосфатного буфера (рН = 7,4). В полученном таким образом гомогенате определяли активность СОД и устойчивость пиши к Fе2+-индуцированному ПОЛ.

Для определения активности СОД гомогенат центрифугировали при 700 g и течение 10 мин при охлаждении. Активность фермента в супернатанте определяли методом, основанным на способности СОД тормозить опосредованное супероксидом автоокисление адреналина, который в присутствии ЭДТА при рН 10,2 быстро переходит в адренохром, имеющий максимум поглощения при 480 нм. Измерения проводили на спектрофотометре «Gilford-260». Другой метод оценки активности СОД, основанный на способности фермента ингибировать поглощение цитохромом с супероксида, генерируемого в системе ксантин — ксантиноксидаза, был использован как эталонный.

Устойчивость ткани к Fе2+-индуцированному ПОЛ определяли по содержанию в ее гемогенате одного из продуктов ПОЛ — малонового диальдегида, который, реагируя с тиобарбитуровой кислотой, образует окрашенный комплекс с максимумом поглощения при 535 нм.

В тех случаях, когда по ходу проведения опытов возникала необходимость в использовании препарата СОД для анализа механизмов действия гипероксии на миокард, выделение и очистку препарата проводили по методу, предложенному Мак-Кордом и Фридовичем. Для noro использовали бычью кровь.

Другим способом для изучения роли СОД в деятельности сердца является ее ингибирование при помощи диэтилдитиокарбамата (ДЭДТК) натрия.

Как видно из рис. 26, при инкубации гомогенатов сердец интактных кроликов в течение 80 мин достоверного изменения активности СОД не происходит. Помещение гомогенатов на этот же период времени в барокамеру при 6 ата O2 приводит к незначительному снижению активности фермента, недостоверно отличающемуся от контроля. Лишь по истечении 2 ч инкубации гомогенатов при 6 ата наблюдалось угнетение активности СОД на 25%. Одновременно с этим экспозиция гомогенизированной ткани миокарда в барокамере сопровождалась значительным снижением ее устойчивости к Fе2+-индуцируемому ПОЛ, что выражалось в двухкратном по сравнению с контролем (гомогенатом, инкубировавшимся в обычных условиях) увеличении содержания малонового диальдегида после добавления FeSO4 (рис. 27).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

То, что между уровнем активности СОД и устойчивостью гомогенатов к ПОЛ, индуцируемому железом, существует определенная зависимость, следует из проведенных нами дальнейших исследований, по ходу которых инкубацию ткани миокарда проводили на фоне измененной активности фермента. Добавление в инкубационную среду ДЭДТК в концентрации 10в-4 M вызывало подавление активности СОД, достигавшее своего максимума через 40 мин от начала инкубации и сохранявшееся в течение всего периода наблюдения (рис. 26). При инкубации гомогенатов миокарда в барокамере при 6 ата степень угнетения активности СОД под действием ДЭДТК была примерно такой же, как и в гомогенатах, инкубировавшихся в присутствии ДЭДТК в обычных условиях (рис. 26). При этом несколько неожиданным на первый взгляд оказалось, что наличие ДЭДТК в гомогенате приводило к заметному падению уровня индуцированного ПОЛ как в обычных условиях, так и в гипербарической кислородной среде (рис. 27). По всей видимости, это могло быть связано с неспецифическим действием ДЭДТК, являющегося хелатором двухвалентных катионов. Это обстоятельство, возможно, способствовало в данных условиях подавлению реакций ПОЛ, зависимых от ионов двухвалентного железа — мощного катализатора про-цесов, ведущих к активации ПОЛ.

На следующем этапе мы исследовали прямое влияние ГБО на устойчивость гомогенатов к Fе3+-индуцированному ПОЛ в зависимости от величины активности СОД, концентрацию которой в гомогенатах увеличивали добавлением экзогенного фермента в инкубационную среду. При этом оказалось, что эффект СОД на ПОЛ был неоднозначен и зависел от ее концентрации. СОД, добавлявшаяся в количестве 55 мкг к гомогенатам, инкубировавшимся в обычных условиях и при 6 ата кислорода, увеличивала устойчивость ткани к ПОЛ соответственно в 1,7 и 2 раза. Напротив, добавление избытка СОД (550 мкг) снижало устойчивость гомогенатов к ПОЛ в 1,2 раза независимо от того, выдерживались ли ткани в обычной или гипербарической кислородной среде (рис. 28).

Учитывая, что устойчивость ткани миокарда к ПОЛ, определявшаяся данной методикой, помимо прочих факторов, зависит от содержания в среде H2O2, мы предприняли попытку модифицировать эффект избыточной концентрации СОД (он проявляется увеличением продукции H2O2) с помощью каталазы. При рассмотрении результатов этих опытов необходимо, с нашей точки зрения, обратить внимание на три момента. Во-первых, в небольшой дозе (55 мкг) сама по себе каталаза, как и СОД, оказывала защитное действие, повышая устойчивость гомогенатов сердца к ПОЛ. Во-вторых, увеличение на один порядок концентрации каталазы, добавлявшейся к гомогенатам, сопровождалось снижением ее защитного эффекта. В-третьих, сочетанное применение СОД и каталазы в больших дозах не приводило к снижению устойчивости гомогенатов миокарда к ПОЛ, как это наблюдалось при использовании избытка СОД, а, напротив, несколько повышало устойчивость ткани к ПОЛ (рис. 28). Тем самым каталаза устраняла «парадоксальный» эффект избытка СОД. Особенно наглядно защитное действие каталазы проявлялось при экспозиции гомогенатов в условиях ГБО.

При анализе результатов этих опытов следует принимать во внимание определенные взаимоотношения, существующие между концентрацией O2, H2O2 в ткани миокарда и активностью СОД и каталазы, а также устойчивость гомогенатов к ПОЛ. Так, показано, что O2 ингибирует каталазу, а избыток H2O2 подавляет активность СОД.

При снижении активности СОД в гомогенатах, имевшем место при действии ГБО 6 ата, происходит, по-видимому, с одной стороны, уменьшение образования H2O2, а с другой — накопление

O2, являющегося восстановителем железа и ингибитором ката-лазы. Напротив, повышение активности СОД выше определенного уровня уменьшает количество восстановленного железа, но резко повышает выработку H2O2. Можно думать поэтому, что в экспериментах с гомогенатами ткани как дефицит, так и избыток активности СОД ведут к активации реакций ПОЛ и как следствие этого — к снижению устойчивости гомогенатов к ПОЛ. Это тем более вероятно, что в используемой нами методике ПОЛ стимулировалась добавлением в гомогенат железа.

В целом приведенные результаты свидетельствуют о том, что прямое действие ГБО при 6 ата на миокардиальную ткань in vitro имеет своим следствием резкое снижение ее резистентности к ПОЛ. По всей вероятности, это снижение обусловлено усилением под влиянием ГБО генерации активных форм кислорода (в частности, O2 и H2O2), поскольку СОД и каталаза в оптимальных концентрациях повышали антиоксидантные свойства гомогенатов сердца и, следовательно, их способность противостоять ПОЛ. Из этого следует, что как повышение, так и уменьшение стационарной концентрации O2, вызванные изменением активности СОД, нарушая сложившееся в норме динамическое равновесие между про- и антиоксидантными механизмами, снижают устойчивость ткани в ПОЛ.

Аналогичная особенность влияния изменения концентрации супероксидного аниона-радикала на интенсивность ПОЛ выявлена нами и в опытах, проведенных в условиях гипероксии на изолированном сердце и сердце in vivo, при сопоставлении активности кислородозависимых свободнорадикальных процессов и сократительной функции миокарда.

Одной из информативных моделей, используемой для изучения влияния острой гипоксии и последующей реоксигенации на функцию сердца и состояние кислородзависимых процессов, является модель изолированного перфузируемого сердца. Было показано, что при достаточно продолжительной гипоксии миокарда реоксигенация не только не устраняет, а, наоборот, даже усугубляет возникшие при гипоксии повреждения кардиомиоцитов. Это проявляется увеличенным освобождением в перфузат ферментов креатинфосфокиназы, лактатдегидрогеназы, а также контрактурой миофибрйлл и разрушением митохондрий, саркоплазматического ретикулума и сарколеммы клеток миокарда. «Реоксигенационный синдром» может составлять основу тяжелых повреждений сердечной мышцы, возникающих после реперфузии ишемизированных участков сердечной мышцы, например, после длительных операций на открытом сердце.

Исследования, проведенные в последние годы, значительно приблизили нас к пониманию механизмов развития реоксигенационного повреждения сердца. Оказалось, что сущность данного явления состоит в резкой активации свободнорадикальных процессов при быстром и многократном повышении уровня рO2 в клетках, длительно находившихся до этого в состоянии гипоксии. Возникновение дефицита кислорода в клетках приводит к ряду изменений, имеющих прямое отношение к продукции свободнорадикальных форм кислорода и последующей активации ПОЛ. Важнейшими из этих изменений являются накопление в ткани восстановленных переносчиков дыхательной цепи (доноров электронов), снижение активности антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантных соединений (в частности, глутатиона), а также аккумуляция в клетках прооксидантов и активаторов ПОЛ (металлов переменной валентности, катехоламинов, свободных жирных кислот). Генерация активных форм кислорода и интенсивность ПОЛ при гипоксии в определенной степени лимитируются дефицитом молекулярного кислорода. Однако следующая за гипоксией реоксигенация создает исключительно благоприятные условия для реализации усиленной продукции свободных радикалов кислорода и максимальной активации ПОЛ, что влечет за собой нарушение структуры и функции субклеточных и клеточных мембран, возникновение избытка Ca2+ в клетке, развитие контрактуры и необратимых повреждений кардиомиоцитов. Вполне понятным в связи с этим становится тот факт, что антиоксиданты (альфа-токоферол, дибунол) обладают высокой эффективностью в защите миокарда от рсоксигенационных повреждений. Ингибируя ПОЛ, антиоксиданты полностью предотвращают реоксигенационную депрессию сократительной функции сердца, обеспечивают более быстрое ее восстановление во время реоксигенации, снижают освобождение сердцем креатинфосфокиназы.

Эксперименты, выполненные на изолированных сердцах крыс, проводились по следующей схеме. Сердца, извлеченные из наркотизированных животных, быстро помещали в охлажденную перфузионную жидкость. После удаления правого предсердия в полость левого желудочка вводили латексный баллончик, заполненный жидкостью с постоянным объемом. Изменения давления в этом баллончике, происходящие при сокращении желудочка, регистрировали с помощью электроманометра на аппарате Мингограф-82. По регистрируемым кривым рассчитывали развиваемое и диастолическое давление, а также скорость сокращения и расслабления, на основании которых судили о сократительной функции сердца в изоволюмических условиях. После разрушения сино-аурикулярного узла сердца постоянно стимулировали надпороговыми импульсами с частотой 120 в 1 мин с помощью электростимулятора ЭСЛ-1. Перфузию сердец осуществляли по Лангендорфу раствором Кребса—Хензелейта при температуре 37°. Перфузионную жидкость оксигенировали газовой смесью, содержащей 95%-ный 02+5%-ный CO2. После предварительной перфузии в условиях нормальной оксигенации оксигенированный и содержащий глюкозу раствор Кребса—Хензелейта заменяли раствором, не содержащим глюкозу и неоксигенируемым. Гипоксическая перфузия продолжалась 20 мин, после чего проводили реоксигенацию. В оксигенируемом перфузионном растворе рО2 составляло в среднем 600, а в гипоксическом растворе — 160 мм рт. ст.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Как видно из рис. 29, в аэробных условиях введение в перфузионную жидкость антиоксидантных ферментов или ДЭДТК оказывает определенное влияние на развиваемое давление в левом желудочке изолированного сердца. Добавление ДЭДТК в дозе 70 мг/л (конечная концентрация в растворе 0,4 М) вызывает достоверное снижение развиваемого давления на 15%. Если подобная реакция сократительной функции сердца на действие ингибитора одного из главных антиоксидантных ферментов представляется вполне понятной, то несколько неожиданными на первый взгляд оказались результаты опытов с введением СОД. Добавление препарата СОД в раствор Кребса—Хензелейта в дозе 1 мг/л (конечная концентрация 3*10в-5 М) также вызывает заметное снижение развиваемого давления (на 37% по сравнению с контролем) на 20-й мин перфузии. Если через 5 мин после введения СОД в перфузионный раствор вводили каталазу в той же, что и СОД, дозе (конечная концентрация 4*10в-6 М), то к 20-й мин перфузии депрессия развиваемого давления была менее выраженной. Одновременное введение каталазы совместно с СОД оказывало еще больший защитный эффект в отношении кардиодепрессивного действия СОД. Меньшие дозы совместно вводимых в раствор антиоксидантных ферментов не оказывали существенного влияния на развиваемое давление в левом желудочке в течение 20 мин перфузии.

При объяснении отмеченного выше эффекта СОД следует принимать во внимание следующие обстоятельства. Во-первых, в нормоксическом сердце создавался избыток СОД-активности.

Во-вторых, если учесть, что молекулярная масса СОД составляет как минимум 33 000, а каталазы 180 000 Д, то становится очевидным, что проникновение молекул этих ферментов из внутрисосудистого пространства в ткань сопряжено со значительными затруднениями. Ho если СОД все-таки в какой-то степени способна проникать через сосудистую стенку в интерстициальное пространство, то для каталазы подобная возможность резко ограничена. Отсюда следует, что содержание СОД в ткани будет значительно преобладать над содержанием каталазы. В этих условиях избыток СОД в сердце может способствовать образованию постепенно накапливающегося избыточного количества H2O2, приводящего к прогрессивному снижению сократительной функции сердца. Последнее может быть объяснено тем, что при увеличении в ткани уровня H2O2 может увеличиваться образование нысокотоксичного радикала ОН-. Поскольку каталаза не проникает через сосудистую стенку, то она полностью не может предотвратить эффект СОД и ее защитное действие ограничено сосудистой стенкой.

Введение ДЭДТК и антиоксидантных ферментов во время гипоксии и последующей реоксигенации изолированного перфузируемого сердца также приводило к существенному изменению динамики его сократительной функции по сравнению с контролем (табл. 3).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Во время гипоксической пробы через 1 мин после замены постоянно оксигенируемого перфузионного раствора на гипоксический развиваемое давление в левом желудочке снижалось на 45%, через 5 мин — на 60%, оставаясь в дальнейшем на этом уровне в течение всего периода гипоксии. Аналогичным образом уменьшались скорости сокращения и расслабления левого желудочка, достигая к 20-й мин гипоксии уровня, меньшего, чем в контроле, соответственно в 3 и 4 раза. Диастолическое давление также начинало повышаться сразу после развития гипоксии, затем продолжало постепенно возрастать, превышая к 20-й мин исходный уровень почти в 10 раз.

Введение перед гипоксической пробой ДЭДТК в концентрации 5,5*10в-2 M еще больше ухудшало сократительную функцию сердца, сниженную в период гипоксии. Это проявлялось в более выраженном по сравнению с контролем уменьшении скорости сокращения и расслабления, а также развиваемого давления в левом желудочке (рис. 30, табл. 3), хотя диастолическое давление при этом существенно не менялось.

СОД, добавлявшаяся в перфузионную жидкость в дозе 1,8*10в-5 М, заметно не влияла на динамику изучаемых параметров контрактильной активности миокарда во время гипоксии. Исключение составляло лишь диастолическое давление в левом желудочке, степень повышения которого была значительно менее выраженной. Если СОД вводили вместе с каталазой (2,4*10в-6 М), то к окончанию периода гипоксии скорости сокращения, расслабления и развиваемое давление в левом желудочке были значительно выше, а диастолическое давление — ниже, чем в контроле.

Реоксигенация контрольного сердца, достигавшаяся заменой гипоксического раствора на оксигенируемый (рО2=600 мм рт. ст.), приводила к постепенному восстановлению показателей сократительной функции сердца, сниженной в условиях гипоксии. Однако к 20-й мин реоксигенации полного восстановления этих показателей не наблюдалось (рис. 30).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

При реоксигенации сердца, предварительно перфузировавшегося с ДЭДТК как во время гипоксии, так и при реоксигенации, восстановление развиваемого давления, скорости сокращения и расслабления резко ухудшалось. Диастолическое давление оставалось практически на таком же высоком уровне, какого оно достигало к 20-й мин периода гипоксии.

Из табл. 3 и рис. 30 видно, что продолжение перфузии с СОД в период реоксигенации значительно ускоряет, в отличие от ДЭДТК, восстановление сниженных при гипоксии основных параметров сокращения и расслабления левого желудочка. При этом обращает на себя внимание высокая эффективность СОД на самых ранних этапах постгипоксической реоксигенации, в частности, уже на 1-й мин развиваемое давление и скорость его нарастания были в 2 раза выше, а диастолическое давление, характеризующее степень контрактуры миокарда, в 2 раза ниже, чем при перфузии сердца только одним буферным раствором (контроль). На поздних этапах реоксигенации (через 15—20 мин от ее начала) показатели, характеризующие процесс сокращения и расслабления сердечной мышцы, при перфузии с СОД возвращались к контрольному уровню. Если перфузию с СОД (1,8*10в-5 М) проводили только во время реоксигенации, то это также способствовало более быстрому и более выраженному, чем в контроле, восстановлению сократительной функции и ликвидации гипоксической контрактуры сердца. Добавление к СОД каталазы также приводило к значительному улучшению сократительной функции сердца и устранению его гипоксической контрактуры не только на ранних, но и на поздних этапах реоксигенации (табл. 4).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Следует отметить, что только при перфузии с ДЭДТК к 20-й мин реоксигенации наблюдалось снижение активности миокардиальной СОД и уменьшение устойчивости ткани сердца к индуцированному ПОЛ. При всех других вариантах перфузии эти показатели состояния свободнорадикальных кислородзависимых процессов оставались в пределах контрольного уровня.

Прежде чем перейти к обсуждению приведенных выше данных, целесообразно рассмотреть результаты, полученные при изучении реакции сердца на постгипоксическую реоксигенацию в условиях целостного организма. При этом в опытах in vivo, как и в экспериментах на изолированном сердце, роль оксигенных радикалов в формировании этой реакции выявлялась также с помощью антиоксидантных ферментов (СОД и каталазы) и блокатора СОД препарата ДЭДТК.

Схема постановки опытов сводилась к следующему: у наркотизированных гексеналом животных (кроликов) при помощи катетера, вводимого в полость левого желудочка через его верхушку, электроманометрически регистрировали давление, а с помощью электромагнитного флоуметра «РКЭ-1» — кровоток в аорте. Кривые давления в левом желудочке, АД в сонной артерии и кровотока в аорте, записанные на полиграфе «Минго-граф-82», автоматически обрабатывались на ЭВМ, в результате чего получали следующие показатели: частоту сердечных сокращений, конечное диастолическое и общее давление в левом желудочке, скорость нарастания и скорость снижения в нем давления, характеризующие соответственно скорость сокращения и расслабления, а также ударный и минутный выбросы сердца и общее периферическое сосудистое сопротивление. Развиваемое давление рассчитывали как разность между общим и конечным диастолическим давлением. После стабилизации параметров гемодинамики животным внутривенно вводили препарат СОД (активность 3000 ед/мг белка) в дозе 1 мг/кг, СОД + каталаза (активность 3000 ед/мг белка) по 1 мг/кг каждого препарата или ДЭДТК (0,5 г/кг). Контрольным животным внутривенно вводили физиологический раствор в том же объеме, что и в опытных сериях. Через 10 мин после введения препаратов управляемое дыхание останавливали на 5 мин, после чего проводили реоксигенацию 100%-ным кислородом.

Пятиминутная гипоксия сопровождалась выраженным снижением всех параметров сократительной и насосной функции сердца, причем особенно заметным было уменьшение скорости сокращения и расслабления, а также минутного выброса сердца. Последующая реоксигенация приводила к постепенному восстановлению функции сердца, однако это восстановление на 20-й мин реоксигенации было неполным (табл. 5). Как видно из табл. 5, предварительное введение СОД частично предупреждало развитие депрессии сократительной и насосной функции сердца во время гипоксии. Повышение общего периферического сосудистого сопротивления при этом также было менее выраженным, чем в контроле. У кроликов, получавших СОД, в период реоксигенации отмечалось более раннее и более полноценное, чем в контроле, восстановление показателей механической функции сердечной мышцы. Обращает особое внимание резкое возрастание скорости сокращения сердца на 1-й мин реоксигенации, превышавшее контрольный уровень в 1,6 раза.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Совместное введение СОД и каталазы перед гипоксией также частично предотвращало гипоксическую депрессию сократительной и насосной функции сердечной мышцы. Это особенно заметно проявлялось на ранних этапах гипоксии (1-я мин) и было менее выраженным на 5-й мин остановки дыхания. Сочетанное применение СОД и каталазы, как и введение одной СОД, оказывало благоприятное влияние на восстановление функциональной способности миокарда в период постгипоксической реоксигенации. Действие СОД совместно с каталазой было более пролонгированным и сохранялось в течение всего наблюдаемого периода реоксигенации (20 мин), что, в частности, выражалось в стабильно увеличенной по сравнению с контролем скорости сокращения и расслабления левого желудочка.

И, наконец, введение ДЭДТК также оказалось далеко не безразличным для динамики функциональной активности сердца во время проведения гипоксической пробы и последующей реоксигенации. У животных, получавших ДЭДТК, развиваемое давление в период гипоксии, а также развиваемое давление и скорость расслабления сердца в период реоксигенации находились на значительно более низком уровне, чем в контроле. То обстоятельство, что под действием ДЭДТК происходило усиление насосной функции как во время гипоксии, так и в период реоксигенации, не противоречит угнетающему эффекту препарата на сократительную функцию сердца, поскольку увеличение ударного и минутного выброса было, вероятнее всего, связано с выраженным снижением общего периферического сопротивления, являющегося, по всей видимости, одним из неспецифических проявлений действия ДЭДТК, на тонус периферических сосудов.

Следует упомянуть также о том, что после введения ДЭДТК кроликам, подвергавшимся гипоксии и реоксигенации, наблюдалось достоверное снижение активности СОД в сердце с 4,4 до 3,4 ед/мг белка. Препараты СОД и СОД в сочетании с каталазой, вводимые экзогенно, не влияли на уровень активности эндогенного миокардиального фермента. При этом ни один из вводимых животным препаратов (ДЭДТК, СОД или СОД + каталаза) существенно не изменял устойчивости ткани миокарда к индуцируемому железом ПОЛ по сравнению с контролем — животными, получавшими перед гипоксической пробой только физиологический раствор.

Оценивая результаты экспериментов с острой постгипоксической гипероксией, выполненных на изолированном перфузируемом сердце и в целостном организме, следует отметить их принципиальное сходство, заключающееся в том, что подавление активности СОД в сердце приводило к заметному ухудшению, а введение избытка СОД в перфузионную жидкость или организм — к выраженному улучшению контрактильной активности миокарда. Наиболее отчетливо эти эффекты проявлялись во время резкого усиления оксигенации сердца, наступающего вслед за периодом гипоксии.

В целом данные, полученные в этих опытах, показывают, что резкое усиление продукции свободных радикалов кислорода (в частности, O2) в ситуации, при которой способность антиоксидантных ферментов «обезвреживать» эти радикалы оказывается сниженной, приводит в итоге к значительному угнетению сократительной способности сердечной мышцы.

В механизме депрессии сократительной функции сердца при постгипоксической реоксигенации, как уже упоминалось выше, важнейшую роль играют активированные формы кислорода. Падение в тканях концентрации конечного акцептора электронов — кислорода при гипоксии ведет к блокаде электронтранспортной цепи и увеличению содержания восстановленных переносчиков — НАД*Н, НАДФ*Н, ФАД*Н2, KoQ, продуктов гидролиза АТФ (в частности, гипоксантина), благоприятствующих одновалентному восстановлению молекулярного кислорода в супероксид. При реоксигенации эти, развивающиеся еще при гипоксии, метаболические сдвиги создают условия для взрывной продукции O2. В присутствии H2O2, металлов переменной валентности и в условиях ацидоза O2 может потенциировать реакцию Габера—Вейсса: O2+H2O2→O2+ОН'+ОН-, дающую в итоге высокореактивный гидроксильный радикал. Увеличение содержания в ткани миокарда активированных форм кислорода приводит через интенсификацию ПОЛ к нарушению функции мембраносвязанных ферментов и липопротеидов и, стало быть, к повреждению структуры и функции мембран клеток и субклеточных органелл (саркоплазматического ретикулума, митохондрий, лизосом). Наиболее ранним проявлением этих расстройств является снижение Са-транспортирующей способности саркоплазматического ретикулума и падение энергопродукции в митохондриях, что с неизбежностью влечет за собой депрессию сократительной функции сердца.

Согласно современным представлениям, в основе сокращения миофибрилл лежит образование развивающих силу актомиозиновых мостиков, формирующихся после того, как под влиянием возбуждения в саркоплазме значительно возрастает концентрация Ca2+, взаимодействующего с регуляторным белком миофибрилл—тропонином. В результате подобного взаимодействия освобождаются блокированные тропонином активные центры актиновых волокон, к которым прикрепляются головки сократительного белка миозина. В формирующихся таким образом актомиозиновых мостиках происходит преобразование химической энергии АТФ в механическую энергию сокращения миокарда. Для расслабления необходима ликвидация актомиозиновых мостиков, осуществляемая быстрым удалением Ca2+ из миофибрилл и саркоплазмы в мембранные хранилища саркоплазматического ретикулума и сарколеммы.

Характер изменения сократительной функции сердца во время реоксигенации в условиях избытка O2, возникающего с особой выраженностью при блокаде СОД (снижение скорости сокращения, скорости расслабления и развиваемого давления на фоне выраженной контрактуры миокарда), свидетельствует прежде всего о повреждении Са-транспортирующих систем саркоплазматического ретикулума и сарколеммы и энергообразующих систем митохондрий.

При анализе этих изменений следует принять во внимание сравнительно недавно полученные данные о том, что избыточная продукция в кардиомиоцитах супероксидного аниона-радикала приводит к разобщению транспорта Ca2+ в саркоплазматическом ретикулуме и гидролиза АТФ, что, по существу, означает потерю способности саркоплазматического ретикулума к секвестрации Ca2+. Усиленная «атака» изолированных митохондрий сердца супероксидным анионом резко ухудшает их способность активно поглощать и задерживать Ca2+, а также делает мембраны митохондрий более ранимыми к повреждающему действию избытка Ca2+, вызывая дисфункцию этих энергопродуцирующих органелл и развитие дефицита АТФ. Ослабление мощности Са-транспортирующей системы саркоплазматического ретикулума наряду с вызываемым продуктами ПОЛ снижением активности Na-K-АТФазы сарколеммы, закономерно приводит к угнетению таких показателей сократительной функции сердца, как скорость сокращения и расслабления миофибрилл. Возникающий при отмеченных нарушениях избыток Ca2+ в саркоплазме клеток сердца сопровождается развитием их контрактуры, одним из признаков которой является стойкое повышение диастолического давления. Кроме того, сопутствующий указанным сдвигам энергетический дефицит приводит к увеличению в саркомерах числа остаточных актомиозиновых мостиков после завершения расслабления и, как результат этого, — к уменьшению числа свободных активных центров на протофибриллах, могущих обеспечить образование новых мостиков. Вследствие этого уменьшается растяжимость и развиваемое напряжение миокарда.

То, что отмеченные выше нарушения сократительной функции сердца обусловлены воздействием на кардиомиоциты избытка O2 (опосредованным через активацию ПОЛ, а возможно, и прямым), аргументируется тем фактом, что препарат СОД существенно улучшал функциональную активность сердца, особенно в период реоксигенации. При резком усилении в сердце генерации O2 в первые минуты реоксигенации введение экзогенной СОД должно приводить к значительному увеличению образования H2O2 вследствие ускорения дисмутации супероксидных анионов. Накоплению избытка H2O2 в ткани миокарда способствует снижение активности ферментов, разрушающих перекись водорода,— глутатионпероксидазы и каталазы, имеющее место при реоксигенации гипоксического сердца. Резонно поэтому предположить, что положительный инотропный эффект СОД, проявляющийся уже на 1-й мин реоксигенации скачкообразным увеличением развиваемого давления и скорости сокращения сердца и резким ослаблением его контрактуры, реализуется именно через повышение концентрации H2O2 в миокарде. Этому предположению соответствуют полученные нами данные о том, что добавление к СОД каталазы несколько уменьшает степень выраженности позитивного эффекта СОД в первые минуты реоксигенации.

В подтверждение нашего предположения можно сослаться на данные, полученные в работе В.В. Диденко, свидетельствующие о том, что перекись водорода в начальной фазе своего действия на изолированное предсердие обладает выраженным положительным инотропным, хроиотропным и расслабляющим эффектами, которые близки к эффектам катехоламинов, активирующих, как известно, ПОЛ. Вполне возможно допустить, что в этом случае мы имеем дело с проявлением физиологической роли умеренной активации ПОЛ, которая состоит, помимо прочего, в умеренном увеличении проницаемости сарколеммальных мембран для Ca2+ при одновременной активации некоторых ферментов, в частности Са-АТФазы, ответственной за удаление Ca2+ из цитоплазмы и расслабление миокарда.

Таким образом, как при относительном, так и при абсолютном увеличении степени оксигенации миокарда поддержание его нормальной функциональной активности во многом обусловлено оптимальным соотношением стационарных концентраций O2 и H2O2. Нарушение этого соотношения, вызванное или ингибированием СОД, или введением избытка препарата СОД, ухудшает сократительную функцию сердца. Введение СОД в оптимальной дозе предохраняет сердце от реоксигенационного повреждения. Следовательно, реоксигенация сердца в постгипоксическом или постишемическом периоде имеет наряду с благоприятным и повреждающий компонент, который может быть ослаблен добавлением СОД или СОД в сочетании с каталазой. Отсюда с очевидностью вытекает необходимость усиления антиокислительной защиты сердца таким способом или применением антиоксидантов другого механизма действия при хирургическом восстановлении кровотока после коронарной окклюзии, при операциях на сердце, при его консервации и трансплантации, при лечении послешоковых состояний и ряде других аналогичных ситуаций.

Учитывая плохое проникновение экзогенной СОД внутрь клеток, следует полагать, что главными точками приложения ее действия являются сосудистая стенка и межклеточное пространство, где фермент инактивирует экстрацеллюлярный пул супероксидного аниона-радикала. На сегодняшний день применение препарата СОД в медицинской практике ограничивается рядом причин, к которым следует отнести его белковую природу, плохую проницаемость через клеточные мембраны и относительно быстрое выведение из организма (в пределах нескольких часов). Впрочем, как белок СОД обладает малой антигенной активностью, поскольку в силу своего возникновения в эволюции на самых ранних этапах появления живых форм он обладает малыми межвидовыми различиями. Основные пути преодоления указанных ограничений включают в себя разработку низкомолекулярных аналогов СОД, легко проникающих в клетки, а также заключение СОД в липосомы, что позволит преодолеть антигенную несовместимость, доставить препарат в нужную ткань и пролонгировать его защитный эффект.

Попытки такого рода, предпринятые совсем недавно, дали весьма обнадеживающие результаты. Оказалось, что введение крысам СОД и каталазы, включенных в липосомы, повышало активность этих ферментов в мозге соответственно в 2,7 и 1,9 раза. Если липосомы, содержащие эти антиоксидантные ферменты, ввести за 2 ч до ГБО, используемой в токсическом режиме, то время досудорожного периода удлиняется в 3 раза.

Подводя итог данным, полученным нами в опытах на перфузируемом изолированном сердце, необходимо отметить важность ферментативного звена антиоксидантной защиты миокарда в определении реакции сердца на гипероксическую нагрузку. Эти данные оказались весьма полезными для анализа механизмов изменения функционального состояния сердца при воздействии однократного и многократных сеансов ГБО на организм интактных животных.

Что касается однократного воздействия гипербарического кислорода на сердечно-сосудистую систему здоровых животных (мышей, крыс, кроликов, собак), а также и человека, то абсолютно безопасным режимом ГБО, не оказывающим токсического влияния на кардиогемодинамику, является режим, при котором величина компрессии не превышает 2,5 ата, а длительность сеанса — 60 мин. Длительность сеанса, превышающая 60 мин, в большинстве случаев в соответствии с индивидуальной чувствительностью организма к токсическому действию кислорода приводит к интоксикации интактных животных. В частности, у них уменьшается содержание сульфгидрильных групп, гликогена, АТФ, сократительных и саркоплазматических белков, а также имеет место падение активности сукцииатдегидрогеназы и подавляется окислительное фосфорилирование в миокарде. Указанные изменения быстро обратимы, что позволяет данный режим ГБО считать относительно безопасным, но потенциально способным при наличии высокой чувствительности к токсическому действию кислорода вызвать определенные нарушения функциональной активности сердца.

Нарушения функционального состояния сердечной мышцы здорового организма после субтоксических доз ГБО зачастую бывают недостаточно выраженными, чтобы их можно было обнаружить in vivo в состоянии покоя. Для их выявления требуются соответствующие условия и предъявление миокарду повышенных требований в виде различных нагрузок. Подобный способ оценки функционального состояния сердца был использован нами в экспериментах, проведенных совместно с Ю.Б. Колосковым и В.И. Мильчаковым. Опыты были выполнены на изолированных сердцах крыс, функциональное состояние которых оценивалось с помощью теста «гипоксия-реоксигенация».

Исследование состояло в том, что вначале беспородных крыс-самцов массой 200—250 г помещали в барокамеру, в которой проводили сеанс ГБО при 2,5 или 3 ата в течение 1 ч. Через 15 мин после окончания сеанса изолированное сердце крыс, подвергавшихся (опыт) и не подвергавшихся (контроль) действию ГБО, перфузировали, по Лангендорфу, раствором Кребса-Хензелейта, насыщенным 95%-ным O2 и 5%-ным CO2 при температуре 37° С. Синоаурикулярный узел разрушали, и сердцу навязывали искусственный ритм с частотой 2 Гц. 20-минутную гипоксию вызывали прекращением подачи газовой смеси в перфузионную жидкость, лишенную глюкозы на период гипоксии. После окончания периода гипоксии сердце перфузировали прежним оксигенированным буферным раствором. Сократительную функцию регистрировали с помощью латексного баллончика, вводимого в левый желудочек, и записи кривых давления на аппарате «Мингограф-82».

У крыс, подвергавшихся воздействию ГБО при 2,5 ата, все параметры сократительной функции изолированного сердца во время проведения гипоксической пробы и последующей реоксигенации оставались на том же уровне, что и в контроле. В отличие от этого после сеанса ГБО при 3 ата резистентность изолированного сердца к гипоксии и реоксигенации была значительно сниженной. Как видно из рис. 31, 32, после возникновения гипоксии развиваемое давление в левом желудочке контрольных животных, равно как и скорость ею сокращения, круто падали, тогда как диастолическое давление возрастало свидетельствуя о развитии контрактуры сердечной мышцы. Для сердец животных, подвергавшихся ГБО, падение развиваемого давления, в значительной мере обусловленное развитием гипоксической контрактуры сердца, было несколько более выраженным, чем в контроле. То же самое можно сказать и в отношении скорости сокращения левого желудочка. Восстановление сократительной функции после гипоксии в условиях реоксигенации происходило по-разному в опытной и контрольной группах. Причем эта разница была еще более выраженной, чем в период гипоксической перфузии. В сердце животных, подвергавшихся действию ГБО, развиваемое давление, скорость сокращения и диастолическое давление в левом желудочке восстанавливались значительно хуже, чем в контроле. Эти различия сохранялись и на 20-й мин реоксигенации, что с наибольшей наглядностью проявлялось со стороны диастолического давления.

В целом полученные данные свидетельствуют о том, что у животных, подвергавшихся воздействию ГБО при 3 ата в течение 1 ч, отмечалось снижение устойчивости сердца к повреждающему действию гипоксии и последующей реоксигенации. Отметим также, что до проведения гипоксической пробы при нормоксической перфузии показатели сократительной функции сердца у контрольных и опытных животных находились приблизительно на одинаковом уровне.

Как было уже отмечено, одним из важнейших патогенетических звеньев повреждающего действия реоксигенации на сердце является активация перекисного окисления липидов в мембранах кардиомиоцитов. Исходя из этого, мы предположили, что гипербарический кислород в «жестком» режиме (3 ата, 1 ч) может вызывать неадекватно усиленную активацию ПОЛ, интенсивное расходование биоантиоксидантов и ослабление хмощности антиоксидантной защиты миокарда.

Для проверки правильности этого предположения мы предприняли попытку повысить уровень антиокислительной защиты организма при помощи антиоксиданта дибунола, вводимого крысам внутрибрюшинно в дозе 1,5—2,0 мг/100 г веса животного за 1 ч до сеанса ГБО. Оказалось, что у животных, получавших перед ГБО дибунол, развиваемое давление и скорость сокращения во время гипоксии и реоксигенации находились на более высоком, а диастолическое давление — на более низком уровне, чем у крыс, прошедших сеанс ГБО и не получавших антиоксиданта. Эти различия с наибольшей отчетливостью проявлялись в период реоксигенации (рис. 31, 32).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Полученные результаты указывают на то, что доза гипербарического кислорода, получаемая интактными крысами при однократном сеансе, длящемся не более 1 ч при давлении 3 ата, не является физиологической и оказывает определенный токсический эффект на миокард животных. Последний выражен, правда, незначительно и не проявляет себя ни заметными морфологическими изменениями, ни какими-либо существенными отклонениями от нормы показателей сократительной функции сердца, определяемых в условиях покоя. Тем не менее воспроизведение экстремальной ситуации в виде острой гипоксии с последующей реоксигенацией, предъявляющей повышенные требования к миокарду и его антиоксидантной системе, позволяет выявить недостаточность этой системы в условиях, когда на нее падает повышенная нагрузка. Ослабление мощности защитных антиоксидантных механизмов и лежит, по всей вероятности, в основе снижения резистентности сердца к гипоксии и реоксигенации у крыс, подвергавшихся воздействию кислорода под давлением 3 ата.

Если уже после однократного сеанса ГБО (3 ата, 1 ч) помимо адаптивных перестроек обмена и функции сердца, происходит определенное уменьшение активности антиоксидантных механизмов и связанное с этим снижение устойчивости миокарда к гипероксии, то можно думать, что повторные ежедневные ги-пероксические нагрузки в той же дозе могут оказаться неадекватными для сердечно-сосудистой системы здорового организма и вызвать опосредованное свободнорадикальными механизмами нарушение функции, структуры и метаболизма сердечной мышцы.

Об этом свидетельствует, в частности, проведенное нами совместно с Е.И. Бурговой и А.Ф. Ваниным исследование, в котором была предпринята попытка оценить окислительно-восстановительное состояние митохондрий интактного миокарда после одного или нескольких сеансов ГБО при 3 ата (экспозиция 1 ч) с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

С этой целью у контрольных животных (крыс или кроликов) и животных после окончания одного, трех или семи ежедневных сеансов ГБО взятыми из левого желудочка кусочками ткани заполняли стандартные тефлоновые цилиндры калиброванных размеров. Эти цилиндры, заполненные тканью, замораживали, хранили и исследовали на ЭПР-спектрометре при температуре 77° К. Спектры ЭПР образцов ткани регистрировали на отечественных спектрометрах «РЭ-1307» и «Рубин» трехсантиметрового диапазона. Относительную дифференциальную интенсивность сигнала определяли по сравнению со стандартом — шестым компонентом сверхтонкой структуры эталонного образца Mn2+ в решетке MgO.

Известно, что метод ЭПР позволяет обнаруживать парамагнитные центры в тканях животных, подавляющая часть которых локализована в электронтранспортной цепи митохондрий. Некоторые из компонентов этой цепи дают сигнал ЭПР в восстановленном состоянии — преимущественно железосерные белки (ЖСБ), главным образом N-1в и S-1 (основное поглощение при g=l,94), локализованные соответственно в I и II комплексах Грина (см. рис. 8). Флавиновые коферменты и убихинон парамагнитны в полуокисленном состоянии (основное поглощение при g=2,00). Цитохромы и комплексы меди в цитохромоксидазе парамагнитны и дают сигналы ЭПР в окисленном состоянии. В тканях, извлеченных из интактных животных, регистрируются сигналы ЭПР главным образом восстановленных ЖСБ и небольшие сигналы свободных радикалов флавинов и убисемихинонов. На этом основании был сделан вывод о том, что в тканях животных после извлечения их из организма и прекращения оксигенации эндогенные митохондриальные субстраты практически полностью восстанавливают дыхательную цепь этих органелл.

Иная ситуация имеет место в тканях с поврежденными митохондриями. В этих тканях наряду с сигналами ЭПР восстановленных ЖСБ хорошо регистрируются и сигналы ЭПР, характерные для окисленных компонентов дыхательной цепи. Следовательно, для поврежденных тканей характерен сдвиг окислительно-восстановительного состояния электронтранспортной цепи митохондрий в сторону окисления. В качестве параметра, позволяющего количественно оценить степень этого сдвига, было выбрано отношение дифференциальных интенсивностей сигналов ЭПР свободных радикалов (Iср) при g=2,00 и ЖСБ (IЖСБ) при g=1,94. По мере сдвига окислительно-восстановительного состояния дыхательной цепи в сторону окисления должна снижаться величина IЖСБ и возрастать Icv, приводя тем самым к увеличению отношения Iср/IЖСБ.

В табл. 6 представлены средние значения дифференциальной интенсивности сигналов ЭПР Iср в IЖСБ для миокарда крыс и кроликов в ходе проведения им курса ГБО, состоящего из ежедневных сеансов (3 ата, 1 ч). При этом интенсивность сигналов рассчитывалась по отношению к их значениям, полученным для контрольных животных.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Как видно из табл. 6, после семи сеансов ГБО как у крыс, так и у кроликов наблюдалось достоверное возрастание в миокарде отношения Iср/IЖСБ. Это возрастание определяется главным образом увеличением интенсивности сигнала ЭПР для свободных радикалов и отражает увеличение степени окисленности дыхательных переносчиков в митохондриях.

В целом полученные данные указывают на токсический эффект семикратного воздействия данного режима ГБО, выразившегося в повреждении митохондрий и нарушении функционирования электронтранспортной цепи, что в определенной мере согласуется с результатами исследования окислительного фосфорилирования митохондрий, выполненного на изолированных органеллах, выделенных из миокарда интактных кроликов, подвергавшихся ежедневному воздействию ГБО (3 ата, 50 мин, в течение семи дней). В работе указанных авторов было продемонстрировано, что на третьи и особенно на седьмые сутки от начала курса ГБО отмечается выраженное угнетение окислительного фосфорилирования в митохондриях миокарда наряду с появлением электронно-микроскопических признаков разрушения митохондрий. Обращало также внимание, что после шести сеансов ГБО меньше угнетались процессы окислительного фосфорилирования при окислении сукцината, чем НАД-зависимых субстратов. Авторы не исключают возможности, что ГБО способствует переключению окисления в митохондриях с НАД-зависимых субстратов на сукцинат. Данный путь окисления, хотя энергетически и менее выгоден, зато дает возможность более быстрой утилизации кислорода. Вероятно, что он является одним из способов адаптации к гипероксическому воздействию, поскольку может уменьшать интенсивность генерации активированных форм кислорода.

Таким образом, накопленные к настоящему времени данные однозначно свидетельствуют о том, что кислород под давлением 3 ата в течение 1 ч, применяемый однократно и в особенности многократно, представляет собой для интактных животных воздействие, превышающее резервные возможности кардиальных антиоксидантных защитных механизмов, обеспечивающих адаптацию к гипероксии. Результатом этого является повреждение биомембран, нарушение биоэнергетических и биосинтетических процессов в кардиомиоцитах.

При меньших давлениях гипербарический кислород, как правило, не оказывает какого-либо токсического действия на миокард интактных животных при его однократном применении. В связи с этим возникает вопрос, способен ли гипербарический кислород при давлении меньше 3 ата и длительности сеанса не более 1 ч при его многократном ежедневном применении вызывать адаптивные сдвиги в сердечно-сосудистой системе или же подобный режим гипероксии не обладает тренирующим влиянием на антиоксидантные механизмы, а приводит лишь к кумуляции токсического эффекта кислорода? Для выяснения этого вопроса, имеющего, с нашей точки зрения, принципиальное значение, нами было проведено сопоставление показателей сократительной функции сердца и состояния основных компонентов его антиокислительной системы при длительном воздействии прерывистых сансов ГБО.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

В табл. 7 представлены результаты исследования параметров сократительной и насосной функции сердца кроликов, подвергавшихся ГБО. При этом приведены результаты лишь тех сроков исследования, когда имело место какое-либо достоверное отклонение одного или нескольких показателей от контрольного уровня. Это означает, что ежедневное воздействие ГБО при давлении 2 ата в течение трех или семи дней не приводило к сколько-нибудь существенному изменению контрактильной активности и насосной функции сердца. И только после 28 сеансов ГБО при 2 ата отмечалось снижение некоторых параметров сократительной функции сердца (скорости сокращения и расслабления). Следует при этом, однако, подчеркнуть, что в условиях покоя деятельность сердца опытных животных ничем существенно не отличалась от уровня контроля, за исключением урежения частоты сердечных сокращений и связанного с этим уменьшения минутного объема сердца, и упомянутое выше уменьшение скоростей сокращения и расслабления левого желудочка обнаруживалось лишь при максимальном возрастании постнагрузки на сердце (пережатии аорты).

Как следует из табл. 8, отражающей результаты исследования активности компонентов антиокислительной системы сердца, при режиме ГБО 2 ата, 1 ч наблюдалось выраженное повышение активности глутатионпероксидазы в миокарде на 7-й и 28-й день курса ГБО — соответственно в 1,7 и 1,9 раза по сравнению с контролем. В те же сроки исследования уровень активности СОД, ГДАР, глутатионредуктазы, антиокислительная активность липидов и устойчивость гомогенатов миокарда к индуцированному ПОЛ существенно не менялись по сравнению с контролем.

Усиление оксигенации, вызванное ежедневными сеансами ГБО при большем давлении (2,5 ата, 1 ч), уже к седьмым суткам приводило к ухудшению сократительной функции сердца кроликов, определявшейся при полном пережатии аорты (табл. 7). Параллельно с этим в левом желудочке наблюдалось также снижение активности СОД, антиокислительной активности липидов и устойчивости ткани к индуцированному ПОЛ (табл. 8); причем антиокислительная активность миокардиальных липидов не только снижалась, а, более того, — происходило ускорение реакции окисления метилолеата, что говорит о появлении в липидных экстрактах соединений, стимулирующих ПОЛ.

К 28-му дню ежедневные сеансы ГБО (2, 5 ата, 1 ч) приводили к тотальному ухудшению функции миокарда (табл. 7), снижению активности всех исследуемых антиоксидантных ферментов и общего «антиокислительного статуса» сердца (табл. 8).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

Курс ГБО (2,5 ата, 1 ч), оказывавший заметное токсическое действие на сердечную мышцу интактных кроликов, вызывая депрессию сократительной и насосной функции сердца, приводил также к развитию соответствующих структурных изменений и нарушению метаболизма сердца. При морфогистохимическом исследовании обнаружено, что этот режим ГБО на седьмой день вызывал некоторое снижение активности аспартатаминотрансферазы, сукцинатдегидрогеназы, малатдегидрогеназы и снижение содержания гликогена.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

При световой микроскопии выявлялось полнокровие сердечной мышцы вследствие расширения венозных сосудов и капилляров; определялся периваскулярный и интерстициальный отек, а также очаговая инфильтрация лейкоцитами, преимущественно лимфоидного ряда (рис. 33). Мышечные клетки были в набухшем состоянии, в некоторых из них выявлялись признаки зернистой дистрофии. На 28-й день проведения ГБО (2,5 ата, 1 ч) ежедневно при выявлении митохондриальных ферментов (сукцинатдегидрогеназы и малатдегидрогеназы) отмечалась гетерогенность реакции, проявлявшаяся усилением ферментативной активности в одних кардиомиоцитах и резким снижением в других. При этом в целом активность исследовавшихся ферментов тканевого дыхания оказалась значительно сниженной наряду с выраженным снижением активности аспартатаминотрансферазы и уменьшением содержания гликогена. Изменения ферментативной активности сопровождались выраженной зернистой дистрофией кардиомиоцитов, появлением очагов глыбчатого распада и интенсивной лейкоцитарной инфильтрацией миокарда (рис. 34).
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика

При электронно-микроскопическом исследовании в период выраженных проявлений токсического действия кислорода на сердце наблюдался сильнейший вне- и внутриклеточный отек. Сарколемма была размыта, разрыхлена и на значительном протяжении разрушена. Ядра — крупные, бедные хроматином, который лишь в отдельных ядрах в виде узкой каймы располагался по периферии ядра. Нуклеолемма размыта, на значительном протяжении теряла свою двухконтурность, местами разрушена. Z-полосы расширены со смазанными контурами. Митохондрии мелкие с темным плотным матриксом и большим количеством крист; почти у всех органелл разрыхлена или полностью разрушена наружная мембрана. Встречались митохондрии с разрушенными кристами (рис. 35). Миофибриллы резко отечны, разволокнены, местами полностью разрушены. Поперечные канальцы саркоплазматического ретикулума резко расширены и заполнены бесструктурной массой слабой электронной плотности. Лизосомы в основном первичные с разрыхленной и разрушенной мембраной. В цитоплазме практически отсутствовали цитогранулы и липидные включения.
Кислородзависимые свободнорадикальные процессы в миокарде и кардиодинамика