Роль оксида азота в патогенезе болезней детского возраста

Х.М. Марков

Институт педиатрии - Научный центр здоровья детей РАМН, Москва

В начало...

дети, оксид азота.

Однако исследования последующих нескольких лет в области сосудистой физиологии, патофизиологии, нейрологии, биохимии, фармакологии, иммунологии убедительно показали, что эта высокотоксичная (в больших концентрациях) молекула синтезируется в низких и умеренных концентрациях в организме млекопитающих и обладает широким спектром биорегуляторного действия [1-6]. Эти уникальные свойства NO обусловили наблюдаемую в настоящее время необычайно высокую научную активность в данной области. Это касается изучения роли NO в жизнедеятельности по существу всех органов и систем организма в норме и при патологии [1, 2, 7-10]. Однако подавляющее большинство проводимых во всем мире исследований в этой области осуществляются в эксперименте на животных и в значительно меньшей степени - и только в последние годы, - в клинике, причем в педиатрии такого рода работ очень мало.

Эндогенный NO образуется из аминокислоты L-аргинина, поступающего в клетку с помощью специфического транспортирующего фактора, под влиянием фермента, катализирующего синтез оксида азота - NO-синтетазы. Образующийся NO стимулирует растворимую гуанилатциклазу, что ведет к образованию циклического гуанозин-монофосфата (цГМФ), вызывающего активацию протеинкиназ и последующие внутриклеточные реакции и соответствующие эффекты в клетках-мишенях [6, 11].

NO - очень короткоживущая молекула, которая быстро подвергается окислению с переходом в нитриты и нитраты. Вот почему биологические эффекты NO ограничены местом его образования.

Для понимания молекулярных основ и особенностей действия NO на различные органы и ткани необходимо иметь в виду наличие двух изоформ NO-синтетазы: постоянной - конститутивной, содержащейся в соответствующих клетках в качестве составной части, и индуцируемой [5, 6, 9, 12-14].

Активность конститутивной NO-синтетазы, содержащейся в эндотелиальных, нервных клетках, тромбоцитах и некоторых других, в условиях физиологического их покоя, хотя и постоянна, но весьма низка. Однако под влиянием таких факторов, как ацетилхолин, брадикинин, серотонин, АДФ, тромбин, глутамат, и других агентов, стимулирующих вход кальция в клетку, ее кальцийзависимая активность заметно повышается, что приводит к синтезу небольших количеств (пикомоли) и выделению на некоторое время (порядка нескольких минут) NO, выполняющего через цГМФ в клетках-мишенях сугубо регуляторные (<сигнальные>) функции. При активации конститутивной NO-синтетазы под влиянием отмеченных факторов синтез этого фермента не увеличивается [3, 5].

Последнее характерно для индуцируемой, кальцийнезависимой NO-синтетазы. Под влиянием иммуногенных и провоспалительных стимулов (эндотоксины, бактериальные липополисахариды, $\gamma$-интерферон, интерлейкин-1, фактор некроза опухолей и др.) происходит экспрессия гена, ответственного за синтез индуцируемой NO-синтетазы. При этом соответствующие клетки (макрофаги, нейтрофилы, моноциты, клетки Купфера, гепатоциты, фибробласты и др.) продуцируют и выделяют на протяжении многих часов, иногда дней, в тысячу раз больше NO (наномоли), чем под влиянием конститутивной NO-синтетазы [1, 3, 15]. NO в данном случае оказывает мощное повреждающее действие на проникающие в организм микробные и другие инородные клетки, осуществляя таким образом защитную функцию [3, 13].

Следует иметь в виду, однако, что эта защитная функция оказывается в значительной степени условной, поскольку часто сопровождающий ее воспалительный процесс в зависимости от его локализации, степени выраженности и длительности может переходить в свою противоположность, становясь причиной различного рода патологических реакций. В некоторых случаях к таким же негативным результатам могут приводить и изменения активности конститутивной NO-синтетазы в нервной и сердечно-сосудистой системах. Следует также иметь в виду и прямое цитотоксическое действие больших концентраций NO.

Как избыток, так и недостаток NO может быть значимым в патогенезе многих заболеваний, если учесть его важную роль в регуляции деятельности всех по существу клеток, органов, систем и жизнедеятельности организма в целом.

За последние несколько лет в лаборатории патофизиологии НИИ педиатрии НЦЗД РАМН выполнена серия исследований, причем особое внимание уделено синтезу оксида азота в эндотелиальных клетках сосудов. Поступая в сосудистые гладкомышечные клетки, он стимулирует образование в них цГМФ, вызывает их расслабление, оказывает вазодилататорное действие, принимает активное участие в поддержании нормального уровня артериального давления и целого ряда других параметров деятельности сердечно-сосудистой системы [3, 6, 8]. В эксперименте на животных показано, что блокирование активности NO-синтетазы соответствующими ингибиторами может вызывать значительное повышение системного артериального давления [16, 17], а избыточное образование NO- его снижение, вплоть до развития различного рода коллаптоидных состояний [17-19].

Исходя из этого был исследован уровень NO у детей и подростков с первичной артериальной гипертензией и гипотензией. Полученные данные показали, что продукция NO при первичной гипертензии в 2 раза ниже (12,53 3,07 мкМ), чем в контрольной группе здоровых детей (24,09 3,45 мкМ; р<0,05) [20].

Установлено наличие тесных корреляционных связей уровня артериального давления и содержания NO в крови обследованных больных (r = -0,75 для систолического и r = -0,86 для диастолического артериального давления), что убедительно свидетельствует о несомненном участии дефицита NO и, следовательно, об отсутствии его сосудорасширяющего действия в патогенезе первичной артериальной гипертензии у детей и подростков.

Назначение больным первичной гипертензией предшественника образования NO в организме - L-аргинина (фирма <Нутри Пауер>, США) в виде пищевой добавки по 500 мг в сутки в течение 1 мес повышало на 50-100% образование NO у этих больных, что сопровождалось снижением артериального давления до нормальных величин [20].

Последнее открывает принципиально новые возможности лечения данного заболевания препаратами, стимулирующими эндогенный синтез NO.

Резкое повышение продукции NO имеет место у больных в состоянии коллапса и шока различной природы [17, 19]. Назначение таким больным препаратов, подавляющих образование NO в организме (L-NAME, L-NMMA, L-NNA и др.), его сосудорасширяющее и депрессорное действие, вызывает быстрое повышение артериального давления, нередко до нормальных величин [18, 21]. Эти данные убедительно свидетельствуют о роли избытка NO в патогенезе артериальной гипотонии у детей и подростков.

Анализ корреляционных связей плазматического уровня NO с другими показателями функционального состояния сердечно-сосудистой системы по данным Холтеровского мониторирования ЭКГ у детей и подростков с повышенным и пониженным артериальным давлением позволил получить дополнительные сведения об участии NO в регуляции деятельности исследуемой системы. Так, у больных обеих групп установлены связи уровня NO в плазме крови с общей, минимальной и максимальной частотой сердечных сокращений (r = 0,43, r = 0,50, r = 0,98), указывающие на определенную роль NO в регуляции сократительной функции миокарда. Возможно, это опосредовано воздействием NO на вегетативную нервную систему. Взаимодействие NO с симпатическим отделом вегетативной нервной системы существенно отличалось у больных с артериальной гипертонией и гипотонией. У детей с первичной гипертензией имела место сильная положительная корреляционная зависимость (r = 0,99) содержания NO в плазме крови от активности симпатической нервной системы. Следовательно, увеличение продукции NO в ответ на активацию этой системы может рассматриваться как компенсаторный, антигипертензивный фактор, направленный на предотвращение или удержание повышения уровня артериального давления, ограничивая его в определенных рамках, что согласуется с умеренным в целом характером первичной артериальной гипертензии у детей и подростков. Наличие подобного рода связи имеет место и у детей с гипотензией, но с обратным знаком (r = -0,56). Следовательно, торможение продукции NO в ответ на активацию симпатической нервной системы направлено на предотвращение дальнейшего понижения артериального давления.

В экспериментах на изолированном перфузируемом сердце животных мы показали, что повышение уровня NO в сердце в ответ на непосредственное введение L-аргинина (субстрата образования NO) и нитропруссида натрия (<донора> готовых молекул NO) вызывает снижение тонуса (т.е. расширение) коронарных сосудов, увеличение сократимости миокарда и частоты сердцебиений. При этом частота и сила сердечных сокращений коррелировали с изменением величины коронарного потока. Инфузия же в коронарную систему изолированного сердца животных ингибитора NO-синтетазы (L-NAME) приводит к противоположным сдвигам деятельности сердца.

С целью выяснения роли NO в патогенезе нарушений ритма сердца у детей и подростков обследовано 34 ребенка в возрасте от 6 до 15 лет, в том числе 12 детей контрольной группы и 22 - с нарушениями сердечного ритма (предсердные и желудочковые экстра- и парасистолии). При этом у последних имело место достоверное повышение продукции NO, судя по плазменной концентрации его стабильных метаболитов: 36,8 3,38 мкМ при аритмии и 24,09 3,45 мкМ в контроле. Учитывая известный факт об усугубляющем влиянии активации симпатического отдела вегетативной нервной системы на частоту и тяжесть аритмий, а также сведения о модулируемом NO влиянии вегетативной нервной системы на сократимость миокарда и функцию синусового и атриовентрикулярного узлов сердца, можно думать, что выявленные изменения имеют определенное компенсаторное значение; они направлены на устранение аритмогенного влияния симпатической нервной системы на сердце и предотвращение тем самым дальнейшего усугубления аритмии. Об этом свидетельствуют и результаты назначения с антиаритмической целью препарата магнерот (магниевой соли оротовой кислоты) в дозе 35-45 мг/кг в сутки (1-я неделя) и затем 20-25 мг/кг в сутки в течение 5 нед. Это приводило к существенному накоплению (исходно сниженного) магния в организме. При этом у всех детей, получавших магнерот, отмечено двукратное увеличение продукции NO и повышение содержания магния.

Интерес представляет также повышение уровня NO у большинства детей с пролапсом митрального клапана, обладающего способностью синтезировать NO, если учесть, с одной стороны, определенную склонность к тромбоэмболии с миксоматозно измененных створок клапана и выраженное антитромботическое действие NO, с другой [1, 22]. Так, в среднем по группе этих детей установлено повышение уровня метаболитов NO в крови (35,55 2,98 мкМ) относительно группы контроля (24,09 3,45 мкМ, р<0,05). Можно полагать, что продукция эндокардиальным эндотелием NO определяется наличием морфологического дефекта митрального клапана и направлена на предотвращение внутрисосудистых осложнений (тромбозов, тромбоэмболии). Лечение больных пролапсом митрального клапана с регургитацией крови препаратом магнеротом (в качестве специфической заместительной терапии генетически детерминированных нарушений структурных компонентов соединительной ткани) вызывало у большинства больных (у 60%) увеличение в 2-2,5 раза продукции NO, что связано с известным стимулирующим активность NO-синтетазы влиянием магния и направлено на обеспечение адекватного уровня микроциркуляции.

Повышенным или нормальным оказался уровень NO у больных с гипертрофической и дилатационной миокардиопатиями. Оценивая характер и степень выраженности изменений продукции NO у этих больных, следует иметь в виду прямое (положительное или отрицательное, в зависимости от концентрации) и опосредованное (одновременным изменением коронарного потока) инотропное действие NO на сердце, а также наличие или отсутствие сердечной недостаточности и ее выраженности, что требует дальнейшего изучения.

Большое значение NO имеет в клинической и экспериментальной патофизиологии почек. Имеются, в частности, данные о постоянном синтезе NO в эндотелиальных и гладкомышечных клетках почечных сосудов, мезангиальных и эпителиальных канальцевых клетках [7, 23, 24], благодаря чему он играет важную роль в регуляции почечного кровотока, экскреторной функции почек, тубулогломерулярного баланса [6, 17, 25]. Эти эффекты частично осуществляются путем взаимодействия NO с системой ренин - ангиотензин и другими биорегуляторами функций почек.

Исходя из этого мы изучили содержание NO в крови и моче у детей с различными заболеваниями почек. Установлено прежде всего существенное повышение образования NO при гематурической (42,4 3,62 мкМ), нефротической (32,74 2,45 мкМ) и смешанной (27,71 3,45 мкМ) формах хронического гломерулонефрита по сравнению с уровнем NO в крови здоровых детей того же возраста (24,09 3,43 мкМ). В стадии ремиссии образование NO резко понижалось. Аналогичные данные получены при гематурической и смешанной формах хронического гломерулонефрита. Особый интерес представляет тот факт, что в случае сочетания нефротического синдрома с артериальной гипертонией содержание NO в крови было в 1,5-2 раза ниже, чем у детей с нефротическим синдромом, не осложненным артериальной гипертонией [26], что согласуется с приведенными выше данными о снижении содержания NO при первичной артериальной гипертензии.

Оценивая эти данные с точки зрения роли NO в патогенезе хронического гломерулонефрита, следует иметь в виду прежде всего его влияние на инфильтрацию клубочков макрофагами и активацию гломерулярного мезангиума [7], который рассматривается в настоящее время как главный регулятор скорости гломерулярной фильтрации. Дело в том, что макрофаги и мезангиальные клетки в условиях эндотоксемии и воспаления, под влиянием цитокинов (интерлейкина-1, фактора некроза опухолей), -интерферона, бактериальных полисахаридов выделяют большие количества NO в результате активации индуцируемой формы NO-синтетазы [13, 23, 24, 27], что как раз имеет место при хроническом гломерулонефрите. Гиперпродукция же NO в клубочках вызывает, по крайней мере, два типа изменений, имеющих непосредственное отношение к патогенезу хронического гломерулонефрита: цитотоксическое действие больших количеств NO и опосредуемую им гиперфильтрацию, возможно, через расслабление мезангиальных клеток, что может способствовать развитию гломерулосклероза [7]. Не исключено, что торможение вызываемого цитокинами образования NO в клубочках является одним из механизмов терапевтического эффекта кортикостероидов и циклоспорина А при заболеваниях почек [27].

Изучена также роль NO в патогенезе острого и хронического пиелонефрита, а также острого гломерулонефрита. У всех обследованных больных в возрасте от 4 до 14 лет обнаружено достоверное повышение биосинтеза NO из эндогенного субстрата в тромбоцитах по сравнению с контролем, особенно выраженное у детей с острым пиелонефритом, при котором продукция NO почками превышала контрольные значения у здоровых сверстников в 7 раз, оказывая резко выраженное провоспалительное и цитотоксическое действие. У больных хроническим пиелонефритом с явлениями пузырно-мочеточникового рефлюкса образование NO понижалось по сравнению с острой формой заболевания, но оставалось выше контрольных значений у здоровых детей [28-30].

В другой серии исследований установлена существенная роль в процессах свертывания крови при хроническом гломерулонефрите NO, судя по тесным корреляционным связям его с такими параметрами, как активированное парциальное тромбопластическое время, протромбиновый индекс, тромбиновое время. Однако направленность этих связей была неодинаковой при различных формах хронического гломерулонефрита. Так, характеризующее I фазу свертывания крови активированное парциальное тромбопластическое время оказалось в прямой зависимости от уровня NO в плазме крови больных с гематурической формой хронического гломерулонефрита (r=0,92). Это должно препятствовать свертываемости крови, что согласуется с представлением о менее выраженной склонности к гиперкоагуляции при гематурической форме хронического гломерулонефрита по сравнению с нефротической и смешанной его формами. В активной стадии последних корреляционные связи NO с активированным парциальным тромбопластическим временем, тромбиновым временем, протромбиновым индексом становятся отрицательными, что должно способствовать активации процессов свертывания крови, нарушению микроциркуляции, прогрессированию заболевания. Показательно, что при переходе болезни в стадию ремиссии описанные корреляционные связи исчезают.

Прямые корреляционные связи параметров свертывания крови при хроническом гломерулонефрите установлены с содержанием NO не только в крови, но и в моче, что указывает на значимость NO, продуцируемого именно почками, в процессах регуляции свертывания крови, внутрипочечной микроциркуляции, гемодинамики органа в целом.

Получены также данные, указывающие на непосредственное участие NO в процессах фибринолиза. У большинства обследованных детей время лизиса фибринового сгустка уменьшалось под влиянием нитропруссида натрия (донора готовых молекул NO) по сравнению с контролем. Отмечена зависимость выраженности этого эффекта от исходного уровня изучаемого параметра. Не исключено, что продуцируемый эндотелием сосудов NO играет роль одного из тканевых активаторов плазминогена - основного фермента (стимулятора) фибринолиза, что согласуется с некоторыми данными экспериментальных исследований на животных [31].

Далее...