Роль оксида азота в патологии
П.П.Голиков,
А.П.Голиков НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского
Огромный интерес исследователей к изучению
патогенетической роли оксида азота первоначально был обусловлен новыми
исключительно интересными публикациями, свидетельствующими о том, что
расслабляющий сосуды фактор идентичен оксиду азота, а многочисленные
лекарственные нитраты реализуют свой ангиотропный эффект благодаря освобождению
из нитратов оксида азота [20, 45, 53, 57]. Большие трудности на пути открытия
физиологической и патофизиологической роли оксида азота были связаны с тем, что
молекула оксида азота имеет лишний электрон, что обусловливает высокую
химическую реактивность и короткий полупериод жизни (от 6 до 30сек) [53, 57].
За короткий период, прошедший с момента открытия ангиотропной функции
оксида азота, накоплен огромный экспериментальный и клинический материал,
позволивший установить субстрат биосинтез оксида азота, ферменты и изоферменты,
принимающие участие в биосинтезе оксида азота, тканевую специфичность
изоферментов оксида азота, активаторы и ингибироты изоферментов оксида азота,
молекулярный механизм физиологического и патофизиологического эффекта оксида
азота, разработать и внедрить в практику препараты, активирующие и ингибирующие
функцию различных изоферментов синтазы оксида азота, установить функциональную
взаимосвязь ангиотензина II и оксида азота в регуляции сосудистого тонуса, а
также сопряженность эффектов супероксидного радикала и оксида азота в
реализации окислительного стресса [1].
Оксид азота является аутокринным и паракринным медиатором, так как,
будучи синтезирован в каких-либо клетках, он способен влиять на метаболические
процессы как в самих этих клетках, так и в расположенных по соседству [2].
Оксид азота, как мощный эндогенный вазодилататор, принимает участие в регуляции
системного и легочного сосудистого сопротивления и процессах коагуляции крови
[34]. Оксид азота функционирует в центральной и вегетативной нервной системе.
По эфферентным нервам этот агент регулирует деятельность органов дыхательной
систем, желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы [1]. Оксид азота
подавляет пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов [25, 39]. Совершенно
закономерно, что снижение активности оксида азота вызывает вазоконстрикцию и
тромбоз [17].
Оксид азота синтезируется из гуанидинового атома азота L-аргинина
синтазой оксида азота, которая присоединяет молекулярный кислород к конечному
атому азота в гуанидиновой группе L-аргинина [17]. Синтаза оксида азота также
продуцирует неактивный конечный продукт L-цитруллин, который является маркером
активности синтазы оксида азота [17, 57]. Синтаза оксида азота (СОА) включает в
себя три изофермента -- синтазы I, II, III типа [25, 39]. По физиологическим
свойствам синтазы оксида азота подразделяются на конститутивные (кСОА),
включающие нейрональную (I тип) и эндотелиальную (III тип), и индуцибельную
(иСОА) [3, 8]. В сосудистом эндотелии, нервной ткани и тромбоцитах преобладает
кСОА [8, 38].
Оксид азота необратимо инактивируется реакцией с гемоглобином
(оксигенированной и деокигенированной формами) в просвете кровеносного сосуда,
супероксидным радикалом в стенке кровеносного сосуда [27, 42] или кислородом в
свободном растворе [63]. Реакция оксида азота с кислородом сопровождается
образованием стабильных конечны продуктов -- нитрита и нитрата, которые
являются косвенными маркерами концентрации оксида азота в организме [56, 67].
Определение нитрита и нитрата, стабильных конечных продуктов оксида азота,
в крови и других биологических жидкостях производят различными методами. При
определении нитрита используется фотометрический метод [65] Тотальное
определение содержания нитрита и нитрата в плазме крови также проводится
фотометрическим методом, однако предварительно превращают нитраты в нитриты с
помощью покрытой медью кадмиевой колонки [43] или редуктазы [14]. В последнее
время для определения нитратов и нитритов в биологических жидкостях
используются высокоэффективная хроматогафия [23] и капиллярный электрофорез
[15].
Современное представление о механизме реализации биохимического действия
оксида азота достаточно обосновано разработано для сосудистой системы. Так, в
ответ на физическую и химическую стимуляцию в сосудистом эндотелии на короткий
период повышается исходное образование оксида азота с помощью СОА I и III
типов. Увеличение синтеза оксида азота синтазой оксида азота происходит под
влиянием ацетилхолина, брадикинина, 5-гидрокситриптамина, адениловых
нуклеотидов [28, 38, 59]. Участие синтазы оксида азота в сосудистой регуляции
сопряжено с сосудорасширяющим эффектом этих нейротрансмиттеров, стимулирующих
вход кальция в эндотелиальную клетку. Повышение уровня внутриклеточного кальция
сопровождается активиацией, прежде всего, эндотелиальной формы синтазы оксида
азота кальмодулин-зависимым механизмом, что ведет к кратковременному выделению
небольших количеств оксида азота (пикомоли). Последний диффундирует в клетки
прилежащих гладких мышц сосудов и связывается со специфическими рецепторными
сайтами гема, который является составной частью молекулярной структуры
растворимой цитоплазматической гуанилатциклазы [3]. Связывание оксида азота с
группой гема растворимой гуанилатциклазы индуцирует конформационное изменение,
которое смещает железо из плоскости порфиринового кольца, тем самым активирует
растворимую гуанилатциклазу. При этом увеличивается концентрация циклического
гуанозинмонофосфата (цГМФ) в клетке-мишени, что вызывает физиологическое
действие [10]. Так, в гладкомышечных клетках цГМФ снижает уровень
внутриклеточного кальция, что приводит к расслаблению клетки и вызывает
вазодилятацию [24, 53].
Растворимые гуанилатциклазы являются гетеродимерами двух различных
субъединиц: А и В. К настоящему времени клонированы две А и две В субъединицы
[52, 68, 69]. Другие гемсодержащие белки (аконитаза и цитохромы
митохондриальной цепи электронного транспорта) также способны реагировать с
оксидом азота, но физиологические последствия этого взаимодействия пока не
установлены [57].
Сигнал оксида азота может имитироваться органическими нитратами
(нитроглицерин), которые используются для лечения стенокардии, инфаркта
миокарда и некоторых форм застойной сердечной недостаточности [9, 61].
Нитроглицерин входит в клетку, где он трансформируется тиолзависимой ферментной
системой в оксид азота и близкородственные соединения [22]. Напротив, такие
вазодилятаторы, как вновь разработанный STN-1, трансформируются в оксид азота
неферментативными реакциями [9]. Это различие в механизме действия является
принципиальным в развитии толерантности при лечении органическими нитратами.
Продолжительное введение нитроглицерина индуцирует состояние толерантности.
Механизм толерантности включает в себя инициирование антирегуляторных рефлексов
и изменений метаболизма в ткани-мишени, так что нитроглицерин теряет свою
терапевтическую эффективность [9]. Механизм толерантности не полностью понятен,
но исследования in vitro показали, что нитроглицерин быстро истощает
сульфгидрильные группы, необходимые для его биотрансформации в оксид азота [37,
62]. Введение N-ацетилцистеина обращает толерантность нитроглицерина [37].
Кроме своей центральной роли вазодилататора, оксид азота выполняет
функцию нейротрансмиттера и играет важную роль в долговременном потенцировании
памяти нейронов, ингибирует адгезию форменных элементов крови к эндотелию
[11,35]. Биосинтез оксида азота в центральной нервной системе и тромбоцитах
реализуется конститутивной синтазой оксида азота (синтаза 1 типа).
Агрегированные тромбоциты продуцируют оксид азота, который угнетает агрегацию
тромбоцитов [41]. Эндотелиальный оксид азота подавляет действие
вазоконстрикторов (тромбоксана А2 и серотонина), выделяемых из тромбоцитов [41]
Это обусловлено действием оксида азота на сигналы адгезивных молекул так же,
как его способностью ингибировать экспрессию адгезивных молекул и хемокинов
эндотелия [55,64].
При эссенциальной и вторичной гипертонии, в первую очередь, страдает
функция эндотелия резистивных артерий, снижается регулирующее влияние оксида
азота на сосудистый тонус и адгезию тромбоцитов к сосудистому эндотелию.
Внутривенная инфузия L-аргинина понижает кровяное давление у больных и с
эссенциальной, и с вторичной гипертензией. При этом острая инфузия L-аргинина
снижает общее сосудистое сопротивление и среднее артериальное давление, учащает
сердечное сокращение, увеличивает сердечный выброс. Эти исследования также
выявили увеличение цитруллина в плазме, нитрата и нитрита в моче, -- маркеров
увеличенной продукции оксида азота. Кровяное давление снижалось больше у
гипертензивных, чем у нормотензивных пациентов после инфузии L-аргинина [30].
Интересные данные получены при изучении влияния предшественника оксида азота
L-аргинина на системную и портальную гемодинамику у 20 больных с циррозом
печении. Внутривенная инфузия L-аргинина вызывала системную вазодилатацию,
более интенсивную у больных с циррозом печени, чем у здоровых лиц контрольной
группы. Под влиянием L-аргинина повышался печеночный кровоток [62]
Антигипертензивный эффект ингибиторов ангиотензинконвертирующего
фермента тесно связан с функцией оксида азота [28]. Известно, что
ангиотензинконвертирующий фермент является ключевым при образовании
ангиотензина II [4]. Биосинтез ангиотензинконвертирующего фермента
контролируется глюкокортикоидными рецепторами клеток сосудистого эндотелия [5].
Естественно, что уровень ангиотензина II также контролируется
глюкокотикоид-рецепторным механизмом [7]. Обнаруженная тесная функциональная
взаимосвязь ангиотензина II с расслабляющим сосуды фактором -- оксидом азота
может быть косвенным подтверждением возможной регуляции оксида азота
глюкокортикоид-рецепторным механизмом. Об этом свидетельствуют данные о том,
что глюкокортикоиды ингибируют транскрипцию индуцибельной синтазы оксида азота
[5, 7]. Анализ индуцирующего механизма действия ангиотензина II на уровень
оксида азота, проведенный с использованием блокатора рецепторов I типа
ангиотензина II -- лозартана, аналога L-аргинина --
N(омега)-нитро-L-аргинин-метил-эфира, антагониста кaльмoдулинa-W-7, пoкaзaл,
что ангиотензин II активирует эндотелиальную кальмодулин-зависимую синтазу
оксида азота [49]. При гипертонии ингибиторы АСЕ препятствуют ухудшению
связанной с оксидом азота вазодилятации. Ингибиторы ангиотен-зинконвертирующего
фермента эналаприлат и рамиприлат дозозависимо повышают содержание оксида азота
в венечных артериях и аорте [70].
В макрофагах, нейтрофилах, кардиомиоцитах, гепатоцитах обнаружена иСОА,
которая является кальций независимой [20]. Ген иСОА человека локализован в 17
хромосоме [16[. При активации иСОА происходит продолжительное повышение уровня
оксида азота [8, 20, 54]. При этом продукция оксида азота может в 1000 раз
превышать количество оксида азота, продуцируемое кСОА [20, 39, 50].
Индуцирующими агентами для иСОА являются эндотоксин, у-интерферон,
интерлейкин-1 и фактор некроза опухоли-а [19, 33, 40, 51]. Активированные
гамма-интерфероном и липополисахаридом макрофаги продуцируют высокие
концентрации оксида азота, которые не действуют через цАМФ, но проявляют прямое
цитотоксическое и иммуногенное действие [58]. Под влиянием оксида азота
происходит резкая вазодилатация, усиливается сосудистая проницаемость,
формируется отек и последующее развитие воспалительной реакции [20, 29,44]. При
этом оксид азота соединяется с супероксидом, образует пероксинитрит анион
(ОNОО-), который индуцирует повреждение ДНК и мутацию [3, 18, 32].
Пероксинитрит анион участвует в реализации окислительного стресса [3, 18].
Патогенетический механизм окислительного стресса характеризуется
снижением уровня АТФ, повышением содержания гипоксантина, превращеним ксантиндегидрогеназы
в образующую прооксиданты ксантиоксидазу. В условиях гипоксии при
восстановлении кровотока происходит приток молекулярного кислорода и кальция,
что ускоряет взрыв кислородпроизводных свободных радикалов, возникающих в
результате действия ксантиноксидазы и других оксидантных ферментов, в том числе
и индуцибельной синтазы оксида азота. Эта оксидантаная среда генерирует
перекиси липидов, которые увеличивают проницаемость для кальция и активируют
фосфолипазу А2 [3]. В свою очередь, эти события запускают дальнейшую экспрессию
индуцибельной синтазы оксида азота, адгезивных молекул и выделение фактора,
активирующего тромбоциты, лейкотриенов, тромбоксана А2 и прочих индукторов
воспаления. Нейтрофилы, курсирующие в этой неблагоприятной среде, активируются,
прилипают к репефузированной ткани, генерируют супероксидные анионы и оксид
азота, образуют пероксинитрит, сопряженно индуцируя некроз тканей [17, 32].
Следовательно, оксид азота является одним из ключевых звеньев в патофизиологии
окислительного стресса [3].
иСОА играет чрезвычайно важную роль в патогенезе многих экстремальных
состояний, в том числе и септического шока [31, 47]. Интенсивная и
продолжительная активация индуцибельной синтазы оксида азота при септическом
шоке сопровождается мощным усилением биосинтеза оксида азота, который играет
двойственную роль в патогенезе септического шока. Так, он оказывает защитный
антибактериальный эффект, но в то же время проявляет неблагоприятное действие,
включая устойчивую вазодилятацию, гипотензию и гипореактивность к
сосудосуживающим агентам [21]. При септическом шоке установлено значительное
повышение общей сывороточной концентрации нитрита и нитрата, которая
положительно коррелировала с концентрацией эндотоксина в крови и отрицательно
-- с гемодинамическими нарушениями у этих больных [26]. У детей с септическим
синдромом отмечено выраженное повышение общих сывороточных нитритов и нитратов
(1 день -- 118±93 мкмоль/л; 2 день -- 112±94 мкмоль/л; 3 день -- 112±91
мкмоль/л; контроль -- 43±24 мкмоль/л). При выраженной гипотензии у детей с
септическим синдромом выявлено более высокое содержание общего сывороточного
нитрата и нитрита (145±97 мкмоль/л) по сравнению с данными, полученными у детей
с септическим синдромом без гипотензии (82±76 мкмоль/л) [66]. При ожоговой болезни
(общая площадь ожога 37±19%) уровень общего сывороточного нитрита и нитрата в
течение 6 суток был выше, чем в контрольной. Однако максимальное повышение
стабильных конечных продуктов оксида азота отмечено у обожженных с сепсисом
(177±131 мкмоль/л) по сравнению с не инфицированными обожженными (83±48
мкмоль/л) [48]. Существенное повышение уровня конечного продукта оксида азота
нитрита в крови отмечается у больных с тяжелой сочетанной травмой [6].
Воспалительная реакция тесно коррелирует с уровнем конечных продуктов оксида
азота при кардиохирургических операциях [13], остром колите [36]. Повышение
уровня оксида азота характерно при патологической беременности [65].
По-видимому, повышение уровня конечных продуктов оксида азота в крови
больных с выраженной общей воспалительной реакцией играет важную роль в
высвобождении интерлейкина-1 бета, интерлейкина-6, интерлейкина-8 и других
индукторов воспалительной реакции [26]. Определение оксида азота
хемилюминесцентным методом в крови больных ревматоидным артритом,
характеризующимся выраженной воспалительной реакцией, свидетельствует о
многократном повышении его уровня (293±108 нмоль/л) по сравнению с контролем
(36±4 нмоль/л). Уровень оксида азота, интерлейкина-6, фактора некроза опухоли-а
существенно был выше в активной фазе ревматоидного артрита, чем в фазе ремиссии
[60]. Системная красная волчанка также характеризуется выраженными фазами
воспаления. Изучение содержания нитрита в сыворотке крови 46 больных системной
красной волчанкой свидетельствует о значительном повышении нитрита в сыворотке
крови этих больных (37±6 мкмоль/л) по сравнению с нормой (15±7 мкмоль/л). В
этих исследованиях абсолютные значения конечного продукта оксида азота у
здоровых лиц значительно ниже, чем в исследованиях других авторов. Это связано
с тем, что в данном исследовании авторы определяли в сыворотке крови только
нитрит [12].
Больные с уремией нередко погибают от спонтанного желудочно-кишечного
кровотечения во время операции или биопсии почки. Повышение уровня оксида азота
может быть одной из причин спонтанного кровотечения при уремии, поскольку оксид
азота ингибирует агрегацию и адгезию тромбоцитов, а ингибирование индуцибельной
синтазы оксида азота при хронической почечной недостаточности полностью
нормализует параметры свертывающей системы крови [57].
При лечении заболеваний, характеризующимися избытком оксида азота в
крови, в комплексную терапию все чаще включаются препараты, ингибирующие
активность индуцибельной синтазы оксида азота. Клиническое применение получили
препараты аналоги L-аргинина, такие как N(омега)-нитро-L-аргинин-метил-эфир
(L-NAME), N(дельта)-монометил-1-аргинин (L-NMMA) [34]. Глюкокортикоиды
(преднизолон, дексаметазон) ингибируют транскрипцию индуцибельной синтазы
оксида азота и снижают содержание конечных метаболитов оксида азота в крови,
что, по-видимому, и определяет их высокую терапевтическую активность при
состояниях, характеризующихся гиперпродукцией оксида азота [7, 46].
В настоящее время ведется активный поиск селективных ингибиторов
индуцибельной синтазы оксида азота, регуляторов функции гуанилатциклазы и
индукторов конститутивной синтазы оксида азота, соединений, способных
пролонгировать эффект оксида азота и обеспечивающих транспорт оксида азота к
различным органам и тканям [2, 3, 7].
Источник: Журнал Топ Медицина №5, 1999