Изменение нейрогуморальной регуляции сердца

При рассмотрении в начале этой главы механизмов действия ГБО на функцию сердца и центральную гемодинамику подчеркивалось, что опосредованное рефлекторным влиянием гипербарического кислорода изменение нейрогуморальной регуляции сердца вносит существенный вклад в формирование интегральной гиподинамической реакции сердечно-сосудистой системы на гипероксию. Возникающие в ответ на гипероксию брадикардия и снижение сократительной функции сердца представляют, по сути дела, проявления отрицательного хроно- и инотропного действия кислорода, связанного с ослаблением симиатоадреналовых влияний на сердце и возрастанием нейроэффективной холинергической активности.

Подобная трактовка изменений состояния нейрогуморальной регуляции сердца во время гипероксического воздействия находится в соответствии с результатами исследований, в которых было продемонстрировано, что вдыхание 100%-ного кислорода здоровыми добровольцами вызывает снижение содержания кортизола в плазме крови и уменьшение экскреции катехоламинов с мочой. Гипероксия значительно уменьшала также степень подъема уровня катехоламинов в крови во время физической нагрузки у людей.

Регуляторные сдвиги в ответ на гипероксию включают в себя не только модификацию нейроэффекторных влияний на сердце, но и изменение реакции сердца и кровообращения на гуморальные воздействия. Было, в частности, показано, что на фоне вентиляции легких 100%-ным кислородом внутривенная инфузия собакам адреналина со скоростью 2 мкг/кг/мин вызывала снижение частоты сердечных сокращений и увеличение минутного объема сердца и общего периферического сопротивления. Однако изменения этих параметров были выражены в гораздо меньшей степени, чем в контроле (при дыхании животных воздухом). Такое изменение реактивных свойств сердечно-сосудистой системы к адреналину, вероятно, обусловлено снижением чувствительности адренорецепторов миокарда и сосудов к катехоламинам. Это согласуется с данными, полученными К.М. Резниковым и свидетельствующими о том, что гипербарический кислород обладает бета-адренолитическим действием.

Попутно следует отметить, что изменение чувствительности к соответствующим адекватным раздражителям под влиянием ГБО не является исключительно привилегией адренорецепторов миокарда и сосудов, а затрагивает и другие рецепторные образования, в частности опиатные, серотониновые и ГАМК-рецепторы, что указывает на глубокие нейрогуморальные сдвиги, возникающие в условиях ГБО.

С другой стороны (и в этом тоже одно из проявлений двойственного эффекта гипероксии на нейрогуморальную регуляцию), кислород является одним из важных факторов, необходимых для синтеза катехоламинов. Более того, супероксидный радикал способен активировать оксигеназный по своей природе фермент дофамин-β-гидроксилазу, превращающую дофамин в норадреналин. Одновременно с этим гипероксия оказывает влияние и на процессы разрушения катехоламинов, модифицируя активность кислородзависимой моноаминоксидазы в миокарде. Причем полагают, что умеренная гипероксия вызывает активацию моноаминоксидазы, тогда как токсическое действие кислорода сопровождается извращением активности этого фермента и нарушением окислительного дезаминирования катехоламинов. Последнее должно способствовать накоплению уровня катехоламинов в тканях.

Таким образом, можно полагать, что конечный эффект ГБО на содержание катехоламинов в миокарде будет зависеть от дозы гипербарического кислорода, определяющей соотношение между процессами синтеза и деградации биогенных аминов в тканях. Следует, видимо, ожидать, что существенные сдвиги в содержании катехоламинов в миокарде могут быть отмечены только при достаточном по мощности воздействии гипербарического кислорода, нарушающем в значительной степени механизмы окислительного разрушения адреналина и норадреналина.

Это предположение согласуется с данными, полученными нами в опытах на крысах при изучении состояния отдельных звеньев нейрогуморальной регуляции сердца в ответ на разные режимы ГБО. Животные получали однократно разные «дозы» кислорода под повышенным давлением — физиологическую (2 ата, 1 ч) и субтоксическую (3 ата, 2 ч). Вслед за этим в разные сроки после окончания сеанса ГБО (сразу после сеанса, через 1,5 и через 24 ч) в миокарде животных определяли уровень катехоламинов, а в плазме крови — содержание 11-оксикортикостероидов.

Результаты экспериментов, представленные в табл. 10, показывают, что по исследуемым биохимическим показателям имеются четкие различия в реакции организма на разные режимы ГБО. После двухчасового пребывания в кислородной среде при 3 ата содержание адреналина и норадреналина в миокарде и уровень 11-оксикортикостероидов в плазме крыс были повышены. Постгипероксическое возрастание содержания катехоламинов в сердце и глюкокортикоидов в крови наблюдалось не только сразу, но и через 1,5 ч после окончания сеанса. После же одночасовой ГБО при 2 ата никаких существенных сдвигов со стороны катехоламинов в миокарде и 11-оксикортикостероидов в плазме не отмечалось.

Наши данные свидетельствуют о том, что только при достаточно мощном (практически субтоксическом) гипероксическом воздействии возникающая в организме реакция может быть охарактеризована как стрессовая. Причем эта реакция на ГБО имеет определенные отличия от реакции организма на повреждающее стрессорное воздействие. Последнее, как известно, характеризуется постстрессорным снижением содержания катехоламинов в миокарде, обусловленным тем, что во время стресса выход катехоламинов в кровь и использование их в органах-мишенях существенно опережают их ресинтез. ГБО даже в режиме 3 ата, 1 ч таким действием не обладает. Видимо, этим обстоятельством, а также специфическими особенностями влияния гипербарического кислорода на процессы синтеза и деградации катехоламинов можно объяснить повышение уровня последних в миокарде при субтоксическом режиме ГБО. Что касается терапевтического режима ГБО (2 ата, 1 ч), то заметного стрессорного воздействия на организм животных он не оказывает.

Изложенные выше данные позволили нам прийти к заключению, что некоторые из общепринятых на сегодняшний день представлений о реакциях организма на гипербарический кислород требуют если не полного пересмотра, то, во всяком случае, существенного уточнения. Обычно при анализе комплекса изменений, возникающих в организме под влиянием ГБО, принято исходить из того, что кислород под повышенным давлением вызывает стресс-реакцию. Однако как наши собственные, так и полученные в других лабораториях экспериментальные данные и клинические наблюдения убеждают в том, что в рамки «стрессорной концепции» не укладывается все многообразие реакций на ГБО. Точка зрения, согласно которой ГБО является для организма сильным стрессорным разражителем, основывается прежде всего на результатах исследований, в которых использовались заведомо токсические режимы ГБО. Используемый же в терапевтических дозах гипербарический кислород оказывает незначительное по силе воздействие на организм и вызывает неспецифические адаптационные реакции, возможно, типа «реакций тренировки» или «реакций активации».

Помимо заметного влияния на экстра- и интракардиальную нейрорегуляторную активность, ГБО способна оказывать существенное воздействие и на механизмы, обеспечивающие реализацию нейрогуморальных управляющих влияний на уровне кардиомиоцитов.

Согласно современным представлениям, функционально-метаболическое действие катехоламинов и других гормонов (например, глюкагона, тиреоидных гормонов) на кардиомиоцит осуществляется посредством «второго передатчика», роль которого выполняет циклическая АМФ (цАМФ). Синтез последней зависит от взаимодействия гормонов (в том числе катехоламинов) с адренорецепторами или, точнее говоря, с рецепторной частью аденилатциклазной системы. Соединение катехоламинов с адренорецепторами посредством синтезируемой с помощью аденилатциклазы цАМФ приводит к активации протеинкиназ — ферментов, фосфорилирующих ключевые белки и определяющих функциональную и метаболическую активность клеток миокарда. Из таких ключевых белков кардиомиоцита следует назвать кальцидуктин, регулирующий медленный транспорт Ca2+, фосфоламбан, определяющий скорость потребления Ca2+ саркоплазматическим ретикулумом, тропонин миофибрилл и фосфорилазу «b». В результате активации этих белков обеспечивается ускоренное вхождение Ca2+ в клетку во время потенциала действия, образование кальмодулина (естественного активатора и регулятора функции и метаболизма клеток), а также усиление сокращения и ускорение сокращения и расслабления миофибрилл и активация гликолиза.

Если для катехоламинов роль цАМФ как «второго посредника», реализующего их действие на клетку, можно считать доказанной, то роль циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) как посредника холинергических влияний требует дополнительных подтверждений. Тем не менее, на наш взгляд, нет оснований не принять в качестве рабочей гипотезы предположение о реализации большинства эффектов ацетилхолина или активации холинергической системы через цГМФ.

Как показали наши исследовании, проведенные совместно с Л. И. Винницким, Н.Т. Воробьевой, В. П. Мирошниченко и А.М. Зубовской, стойкие сдвиги содержания катехоламинов и циклических нуклеотидов (цАМФ и цГМФ) в миокарде интактных животных возникают лишь после многократных воздействий ГБО. Характер этих сдвигов и степень их выраженности во многом определяются режимом ГБО, т. е. суммарной дозой гипербарического кислорода, воздействовавшей на организм. К такому выводу мы пришли, исходя из результатов опытов, проведенных на кроликах, подвергавшихся воздействию многократных сеансов ГБО по указанной выше схеме (по 1 ч в день ежедневно в течение 28 дней при давлении кислорода 2 и 2,5 ата).

На 3-, 7- и 28-й день курса ГБО в ткани левого желудочка флуорометрически триоксииндольным методом (Меньшиков, 1974) определяли содержание катехоламинов. Интенсивность флуоресценции измеряли на флуоресцентном спектрофотометре MPS-3T фирмы «Hitachi». Для определения содержания циклических нуклеотидов кусочки ткани левого желудочка весом около 500 мг из области, примыкающей к верхушке сердца, быстро замораживали в жидком азоте. Циклические нуклеотиды экстрагировали этиловым спиртом. Жиры удаляли, используя смесь буферного раствора, метилового спирта и хлороформа в соотношении 1:1,5:3. Содержание циклических нуклеотидов определяли методом конкурентного связывания эндогенных цАМФ и цГМФ, а также 3Н-цАМФ и 3Н-цГМФ со специфическим нуклеотидсвязывающим белком с помощью коммерческих наборов фирмы «Amersham». Активность аденилатциклазы определяли в частично очищенных мембранных препаратах левого желудочка. Количество цАМФ, образовавшегося из АТФ в результате сопряженной аденилатциклазной реакции в присутствии АТФ-генерирующей системы и необходимых ионов, определяли упомянутым выше методом. Для оценки стимулируемой активности аденилатциклазы в среду инкубации вносили 0,1 мМ адреналина или 10 мМ фтористого натрия.

Кривые на рис. 37 и 38 показывают, что многократные сеансы ГБО при 2 и 2,5 ата сопровождаются практически однонаправленными сдвигами со стороны исследуемых показателей. Эта общность реакции на разные режимы ГБО заключалась в увеличении в миокарде левого желудочка содержания катехоламинов и снижении содержания цАМФ. Отмеченные сдвиги прогрессировали по мере увеличения числа сеансов ГБО, достигая наибольшей выраженности к окончанию 28-дневного курса. При этом большая кислородная нагрузка у кроликов, получавших ГБО при 2,5 ата, сопровождалась более ранним (на седьмой день курса) появлением достоверного повышения в миокарде уровня норадреналина и цГМФ и более заметными отклонениями от уровня контроля всех исследуемых показателей, чем у животных, которым ГБО проводилось при 2 ата.

Главные отличия в реакции животных на курсы ГБО при различных давлениях (2 и 2,5 ата) наиболее наглядно выявляются при сопоставлении обнаруженных изменений содержания катехоламинов и циклических нуклеотидов с теми изменениями, которые вызывает гипербарический кислород в аденилатциклазной системе сердца. Как видно из рис. 39, снижению содержания цАМФ в миокарде сопутствует повышение базальной активности аденилатциклазы — фермента, активирующего синтез цАМФ. Такой парадоксальный на первый взгляд сдвиг в соотношении активности фермента и количества продукта, образующегося в результате этой ферментативной реакции, становится понятным, если мы обратимся к результатам исследования in vitro степени активации аденилатциклазы под действием соответствующих специфических активаторов — адреналина и фтористого натрия. Оказалось, что если в контроле при добавлении адреналина в инкубационную среду активность аденилатциклазы возрастала в 4,3 раза, то активность этого фермента под действием адреналина (по сравнению с соответствующей базальной активностью) в миокарде кроликов, подвергавшихся ГБО при 2 ата или 2,5 ата в течение 28 дней, увеличивалась соответственно только в 2,9 и 1,5 раза. Что касается степени активации аденилатциклазы под влиянием фтористого натрия, то на 28-й день курса ГБО при 2 ата она оставалась практически такой же, как в контроле (соответственно в 4,8 и 5,4 раза), а к окончанию курса ГБО при 2,5 ата активирующее действие фтористого натрия на этот фермент было заметно сниженным (в 2,1 раза).

Полученные данные, свидетельствующие об изменениях в системе обмена цАМФ, отражают изменения регуляторно-каталитического комплекса аденилатциклазы, возникающие под влиянием курса ГБО. Увеличение базальной активности аденилатциклазы и снижение степени ее активации адреналином свидетельствуют в целом о «десенситизации» фермента, т. е. о снижении его чувствительности к гормональной стимуляции, что может быть связано с нарушением диссоциации комплекса аденилагдиклаза—рецептор—гормон, который, оставаясь активным, лишает возможности другие молекулы данного гормона проявить свое активирующее действие. Вероятно, вследствие этого и происходило снижение содержания цАМФ в миокарде кроликов на 28-й день прерывистой ГБО при 2,5 ата, когда резко подавлялось активирующее действие адреналина на аденилатциклазу. Увеличение базальной активности фермента в этот период, когда выявлялось токсическое действие гипербарического кислорода, могло быть обусловлено активирующим влиянием других гормонов и биологически активных соединений (гистамина, простагландинов). Одной из важных особенностей действия ГБО при 2,5 ата на аденилатциклазную систему миокарда интактных кроликов, в отличие от ГБО при 2 ата, явилось резкое угнетение активирующей способности фтористого натрия в отношении аде-нилатциклазы (рис. 39). Снижение степени активации аденилат-циклазы при добавлении фтористого натрия говорит о более глубоких изменениях в самой молекуле фермента, поскольку известно, что фтористый натрий действует на каталитическую субъединицу аденилатциклазы. В совокупности же потеря способности аденилатциклазы активироваться под влиянием и адреналина, и фтористого натрия отражает начальное, обратимое повреждение сарколеммы.

В целом изложенные данные свидетельствуют о глубоких изменениях нейроэффекторного звена адренергической регуляции сердца и системы обмена циклических нуклеотидов. При 2 ата ГБО имеет место преобладание адаптивных сдвигов в этих звеньях нейрогуморальной регуляции сердца. При 2.5 ата ГБО наступают более грубые нарушения в регуляторных системах. Если принять во внимание тот факт, что аденилатциклаза является мембраносвязанным и липидзависимым ферментом, то становится вполне реальной возможность нарушения ее функции в условиях значительной активации ПОЛ, приводящей к изменению липидного микроокружения фермента и нарушению липид-белковых взаимодействий. Столь значительные изменения нейрогуморальной регуляции сердца, в частности, ее адренергического звена, выходящие за рамки адаптивных сдвигов в данных условиях жизнедеятельности организма, не могут не вносить определенный вклад в развитие расстройств деятельности сердца, развивающихся при токсическом действии ГБО. Тем не менее нельзя исключить возможность того, что при нетоксических режимах ГБО десенситизация аденилатциклазы может играть немаловажную роль в ограничении на уровне кардиомиоцита адренергических влияний и неблагоприятного действия избытка катехоламинов на сердце.

И, наконец, кроме рассмотренных выше особенностей влияния гипербарического кислорода на отдельные звенья нейрогуморальной регуляции сердца, заслуживает упоминания обнаруженная совсем недавно способность гипероксического воздействия вызывать изменения метаболизма эндогелия легочных сосудов, сопряженного с продукцией вазоактивных веществ. Оказалось, что экспозиция кроликов в 100%-ном кислороде в течение 24 ч приводит к снижению активности ангиотензинпревращающего фермента. Последний является карбоксипептидазой, превращающей ангиотензин-1 в вазоактивный ангиотензин-П, а также инактивирующей брадикинин и гидролизующей энкефалины. Ангиотензинпревращающий фермент преимущественно локализован в эндотелии легочных артерий. В дальнейшем появились сообщения о том, что это влияние кислорода на активность фермента выявляется не только в целостном организме, но и in vitro. Так, было показано, что при культивировании изолированных эндотелиальных клеток легочной артерии быка в условиях гипероксии (80%-ный O2) в течение 24—48 ч в них происходило снижение активности ангиотензинпревращающего фермента.

Если принять во внимание то обстоятельство, что в опытах, выявивших угнетающее действие кислорода на ангиотензинпревращающий фермент, были использованы токсические режимы оксигенации, то очевидно, что ингибирование ферментативной активности является одним из результатов нарушения функции эндотелия легочных артерий. Такому представлению соответствуют данные, полученные Джексоном и Пизарелло. В опытах этих авторов было продемонстрировано, что повышение у крыс резистентности легких к повреждающему действию гипероксии одновременно предупреждало вызываемое гипероксией угнетение активности в легких ангиотензин превращающего фермента.

Таким образом, изложенное дает основание считать, что ГБО оказывает не только прямое, но и опосредованное нейрогуморальными механизмами влияние на деятельность сердечно-сосудистой системы интактного организма. Этот нейрогуморальный эффект гипербарического кислорода, как, впрочем, и другие эффекты ГБО, реализуется не только во время сеанса ГБО, на сохраняется и в постгипероксическом периоде. Следовательно, в ответной реакции на действие ГБО следует различать изменения нейрогуморальной регуляции, возникающие во время самой гипероксии, от регуляторных сдвигов, остающихся после окончания сеанса и тем более курса ГБО (следовые реакции на гипероксию). Иными словами, гипероксический и постгипероксический нейрогуморальные эффекты гипербарического кислорода могут существенно отличаться друг от друга, особенно при повторении сеансов ГБО.

Сложность оценки конечного эффекта ГБО на сердечно-сосудистую систему усугубляется еще и тем, что он во многом зависит от режима оксигенации. В ходе самого сеанса ГБО, при условии получения организмом терапевтической дозы кислорода, отмечается ослабление симпатоадреналовых реакций на сердце. Токсическая доза ГБО вызывает выраженную стрессорную реакцию организма. В постгипероксическом периоде, особенно с увеличением кратности сеансов ГБО, происходит накопление симпатических нейромедиаторов в миокарде и развитие адаптивных сдвигов в аденилатциклазной системе кардиомиоцитов (десенситизадия ее рецепторного компонента) с одновременным возрастанием в миокарде уровня цГМФ, возможно отражающим усиление холинергических влияний на сердце.

Накопление в миокарде под влиянием ГБО одновременно катехоламинов и цГМФ, оказывающих противоположное влияние на свободнорадикальные процессы и ПОЛ, еще раз иллюстрирует двойственность гипероксического эффекта, проявляющегося на уровне регуляции сердечно-сосудистой системы. Превышение адаптивных возможностей сердечно-сосудистой системы к гипероксическому воздействию с увеличением дозы ГБО сопровождается нарушением функционирования аденилатциклазного комплекса, отражающим серьезные повреждения сарколеммальных мембран, развивающиеся вследствие их усиленной свободнорадикальной атаки и активации ПОЛ. Это, по-видимому, свидетельствует о глубоких и стойких нарушениях регуляции сердца на адренорецепторном уровне. Сохраняющееся и в постгипероксическом периоде подобное, по сути дела, отключение сердца от адренергических и других нейрогуморальных влияний представляет собой, скорее всего, результат повреждения, возникающего под влиянием токсических режимов ГБО.

Следует подчеркнуть принципиальную возможность развития адаптации интактиого организма к хроническому прерывистому действию ГБО. Одним из главных механизмов, обеспечивающих адаптацию сердца к гипероксии, является увеличение мощности антиоксидантных ферментных систем миокарда в ответ на периодически повторяющееся усиление генерации свободных радикалов кислорода. Подобное тренирующее действие ГБО открывает перспективу для повышения резистентности организма не только к токсическому действию гипероксии, но и ко многим другим воздействиям, в основе повреждающего эффекта которых лежит активация продукции свободных радикалов кислорода и ПОЛ.

Существенно важным представляется и тот установленный нами факт, что устойчивость интактного миокарда к повреждающему действию гипероксии может быть заметно повышена и другим, в отличие от гипероксической тренировки, пассивным способом, а именно — введением препаратов, усиливающих мощность антиоксидантной системы сердца. К последним могут быть отнесены СОД или ее низкомолекулярные аналоги, а также другие антиоксиданты. Это имеет несомненное значение в ситуации, требующей быстрой профилактики возможного токсического эффекта кислорода.

В связи с проблемой повышения резистентности организма к гипероксии огромный интерес представляют недавно опубликованные в литературе сообщения о том, что предварительная адаптация крыс к гипоксии приводила к заметному повышению устойчивости животных к токсическому действию кислорода. Примечательно, что возрастание устойчивости к повреждающему действию избытка кислорода у крыс, адаптированных к гипоксии, коррелировало с увеличением активности антиокислительных ферментов в ткани легких, в частности, в эндотелии легочных сосудов. Отмеченное явление может отражать общность некоторых механизмов (например, свободнорадикальных) формирования резистентности к гипо- и гипероксии, а также возможность возникновения перекрестной адаптации к этим факторам внешней среды при определенных режимах гипо- или гипероксической тренировки.

Оценивая гипероксическое и постгипероксическое действие ГБО на интактный организм, есть все основания считать, что оно во многом определяется режимом ГБО, суммарной «дозой» кислорода, а также способностью организма адаптироваться к гипероксии, зависящей главным образом от резервных возможностей антиоксидантных механизмов. Хотя многие аспекты влияния ГБО на сердечно-сосудистую систему еще предстоит изучить, уже рассмотренных материалов достаточно для заключения о том, что ГБО, имея не одну, а множество точек приложения своего действия, оказывает влияние как на само сердце, так и на все звенья его нейрогуморальной регуляции. Прямые и регуляторно опосредованные эффекты ГБО зависят не только от действия самого кислорода, но и от стимулируемых гипероксией свободнорадикальных метаболических процессов

В целом изложенные данные позволяют прийти к заключению о том, что во время сеанса ГБО кислород под повышенным давлением оказывает двойственный эффект на интактное сердце, при котором прямое положительное инотропное действие кислорода сочетается одновременно с рефлекторно опосредованной депрессией сократительной и насосной функции сердца. В интактном организме второй эффект преобладает над первым. Гиподинамическое состояние миокарда и центральной гемодинамики является важнейшей составляющей адаптивной реакции организма на гипероксию, препятствующей чрезмерному повышению концентрации кислорода в тканях. Особо важное значение гиподинамические противокислородные реакции приобретают при однократном сеансе ГБО. При многократных гипероксических воздействиях наряду с гемодинамическими сдвигами важное значение в адаптации к возросшей кислородной нагрузке на организм и сердце, в частности, приобретает способность к усилению мощности антиоксидантных ферментных систем сердца. Угнетение антиокислительной защиты миокарда является существенной предпосылкой снижения резистентности сердечнососудистой системы к токсическому действию кислорода. Последнее следует особенно учитывать в тех ситуациях, при которых организм подвергается действию факторов, снижающих его антиоксидантный статус.