Динамика изменения активности системы антиоксидантной защиты крови у больных ишемической болезнью сердца с дисфункцией левого желудочка до и после операции аорто-коронарного шунтирования

КАРДИОХИРУРГИЯ

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ КРОВИ У БОЛЬНЫХ ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ СЕРДЦА С ДИСФУНКЦИЕЙ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА ДО И ПОСЛЕ ОПЕРАЦИИ АОРТО-КОРОНАРНОГО ШУНТИРОВАНИЯ

Бокерия Л.А., Маликов В.Е., Арзуманян М.А., Гучуа Э.И.,* Владыцкая О.В., Тедеев А.И.*, Сукоян Г.В.*

НЦ Сердечно-сосудистой хирургии им А.Н.Бакулева РАМН, Москва, *Республиканский научно-исследовательский центр медицинской биофизики и внедрения новых биомедицинских технологий, Тбилиси

Резюме

В исследование включено 74 больных ИБС, средний возраст — 52,4±4,5лет, стабильной стенокардией напряжения и покоя, артериальной гипертензией II стадии у 56% больных, мультифакальным атеросклерозом в 61% случаев. Показано, что у больных ИБС без существенного снижения сократительной функции левого желудочка с фракцией выброса (ФВ) более 45% активность ферментов антиоксидантной защиты (АОЗ) — супероксиддисму-тазы (СОД), каталазы и глутатионпероксидазы — повышается на 87,5, 25 и 34%, соответственно. У больных с ФВ > 35%, наблюдается дополнительное увеличение активности СОД и глутатионпероксидазы на 198 и 33%, соответственно, и некоторое снижение активности каталазы. В группе больных с ФВ менее 35% отмечается псевдонормализация активности СОД и снижение активности как каталазы, так и глутатионпероксидазы, т.е. происходит переход в состояние истощения резервных возможностей системы АОЗ (начальная, обратимая, стадия). При этом снижение содержания а-токоферола наблюдается лишь в группе с ФВ менее 35%. У больных с выраженной дисфункцией левого желудочка (ФВ менее 28%) активность СОД уменьшается на 67%, каталазы — на 90% и глутатионпероксидазы — на 74%. Полученные результаты позволяют предположить, что истощение резервных возможностей системы АОЗ у больных со значительно сниженной сократительной функцией левого желудочка является одним из важнейших факторов повышенного риска осложнений, большей выраженности реперфузионного (окислительного) и операционного стресса.

Ключевые слова: ишемическая болезнь сердца, сократительная функция, система антиоксидантной защиты, перекисное окисление липидов.

Данные эпедимиологических и клинических исследований последних 15 лет подтвердили гипотезу о том, что увеличение оксидативного стресса является важнейшим патогенетическим механизмом целого ряда сердечно-сосудистых заболеваний, сопровождающихся снижением сократительной функции левого желудочка. Прогрессирование оксида-тивного стресса с последующим высвобождением активных форм кислорода (АФК) и срыв адаптивных возможностей системы антиоксидантной защиты (АОЗ) играет ведущую роль в патогенезе ИБС, атеросклероза [19-20], артериальной гипертензии [9], гиперхолестеролемии [16, 17]. Увеличение концентрации веществ, свидетельствующих о прогрессировании оксидативного стресса, найдено в плазме, миокарде, перикардиальной жидкости у пациентов с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) и взаимосвязано с гемодинамичес-кими нарушениями, ассоциированными с развитием ХСН [7, 8, 12].

К образованию АФК ведут многие метаболические пути, но основным их источником является дыхательная цепь митохондрий, цепь переноса электро-

нов к кислороду, в которой в нормальных условиях с участием кислорода происходит синтез АТФ [6, 11]. И, поскольку скорость утилизации кислорода в сердечной мышце очень высока, миокард наиболее чувствителен к поражению АФК. Более того, высокотоксичные формы АФК образуются при взаимодействии супероксидного аниона (О2-) с оксидом азота, которые сами по себе играют важную роль в окислении липопротеидов низкой плотности и активации макрофагов [15, 17]. Принципиально важным источником О2- как в клетках гладкой мускулатуры, так и в эндотелиальной клетке, при артериальной гипертензии является НАДН/НАДРН-оксидазная система [12, 15]. В нормальном миокарде постоянно образующиеся АФК утилизируются ферментами системы АОЗ или улавливаются «ловушками» свободных радикалов (элементами неферментативного звена АОЗ), тогда как в условиях ишемии и реперфузии снижение активности митохондриальной суперок-сиддисмутазы (СОД), содержания тиоловых групп и соотношения восстановленной и окисленной форм глутатиона ведет к гиперпродукции АФК [18]. Существенное снижение тканевого глутатиона, связанное

с длительностью ишемии при реперфузии, наблюдается и у больных после АКШ [17].

Предполагается, что истощение резервных возможностей системы АОЗ миокарда при ишемически-ре-перфузионных повреждениях обусловлено неспособностью клеток справляться с выбросом свободных радикалов при реперфузии [8, 12, 18]. Несмотря на то, что, отмечаемое рядом авторов, повышение активности СОД и каталазы в ответ на прогрессирование ише-мически-реперфузионных повреждений является компенсаторной реакцией, включение СОД и каталазы в кардиоплегический раствор не предотвращает потерю высокоэнергетических фосфатов и глутатиона и не ведет к снижению индекса липидной пероксидации [8]. Оказалось, что в продолжение 1-4 недель после лигирования коронарной артерии в эксперименте, когда гипертрофия и компенсаторные механизмы направлены на поддержание перфузионного давления [9], в отсутствии выраженного снижения сократительной функции, содержание антиоксидантных ферментов и их активность повышается [12, 20]. Однако, при длительном лигировании коронарной артерии (16 недель), в стадии перехода к декомпенсированной ХСН, резкого возрастания конечно-диастолического и снижения конечно-систолического давления в левом желудочке, активность всех антиоксидатных ферментов, а также отношения восстановленного глутатиона к окисленному снижается. Это ведет к присоединению к патогенетическим механизмам ХСН оксидативного поражения, продукции токсических форм липидных пероксидов и прогрессированию снижения сократительной функции [12]. Установлена сильная взаимосвязь между активностью СОД, уровнем малонового диальдегида (МДА, маркера перекисного окисления липидов) и степенью снижения толерантности к нагрузке больных с дисфункцией левого желудочка [8, 12].

Таким образом, АФК оказывают свое поражающее действие через взаимодействие с липидами мембран, белков и нуклеиновых кислот, что ведет к нарушению их структуры и функции [7, 11, 12]. АФК окисляют сульфгидрильные группы белков и обрыв тяжей нуклеиновых кислот [18].

В настоящей работе была поставлена задача изучить взаимосвязь между нарушениями в системах АОЗ, а также перекисного окисления липидов с выраженностью снижения сократительной функции левого желудочка у больных хроническими формами ишемической болезни сердца, перенесших операцию АКШ и/или АКШ в сочетании с реконструкцией левого желудочка.

Материал и методы

В исследование включено 74 больных ИБС в возрасте от 35 до 65 лет (средний возраст — 52,4±4,5 лет), (средняя продолжительность заболевания — 5,1 ±1,7

лет). Все больные относились к III-IV функциональному классу (ФК) стенокардии по Канадской классификации кардиологов. Все больные перенесли острый крупноочаговый инфракт миокарда, в том числе, 55,6 % больных — дважды, 29,4% — трижды. Артериальная гипертензия II стадии наблюдалась у 56% больных, мультифакальный атеросклероз — в 61% случаев, хронический гастрит и язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки — в 32%, хронический бронхит и сахарный диабет — в 27% случаев. Клиника недостаточности кровообращения имелась у всех больных, при этом у 11 диагностирована фракция выброса (ФВ) более 45%, у 34 — менее 45, но более 35%, у 21 — менее 35 и у 8 — менее 28%. При анализе факторов риска выявлено, что 75% пациентов — курящие, 23% имели отягощенный анамнез по сердечно-сосудистым заболеваниям, у 55% — гиперхолесте-ринемия. В динамике наблюдения, по специально разработанному протоколу, больные проходили общеклиническое обследование, ЭКГ на аппарате «Sicard 460» (Германия) и эхокардиографическое со стресс-ЭхоКГ (на установке Sonos-2500 «Hewllett-Packard» (США) с использованием траснторакальных датчиков 3,5/2,7 МГц и S4) с добутамином после предварительной отмены за сутки до исследования антиангиангинальных препаратов и за двое суток — 0-адреноблокаторов (приступы стенокардии в это время купировали нитроглицерином). Состояние коронарного русла оценивали по результатам селективной коронароангиографии по стандартной методике M.Judkins и вентрикулографии. Все больные получали лечение стандартной комбинацией 0-адренобло-каторов, ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), нитратов, антагонистов кальция и сердечных гликозидов, а также мочегонных препаратов. Все больные были осведомлены о проводимом исследовании и дали устное согласие на его проведение. В сроки от 3 до 10 дней после включения в исследование всем больным было выполнено аорто- и/или маммокоронарное шунтирование в сочетании с реконструкцией левого желудочка.

Группу практически здоровых добровольцев составили 12 человек в возрасте от 31 до 55 лет без клинических признаков ИБС и дисфункции левого желудочка. Исследование активности Cu, Zn—, СОД (цитозольной формы) определяли по скорости восстановления нитросинего тетразолия в присутствии смеси ксантин/ксантиноксидаза при длине волны 560 нм [5]. Активность глутатионпероксидазы оценивали по уменьшению содержания в образце НАДФ^Н [2, 3], каталазы по методу Королюк М. А. и соавт. [4]; уровень перекисного окисления липидов (ПОЛ) — по содержанию конечного продукта малонового диальдегида (МДА), определенного в реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой [11], а содержание а-

фракция выброса, %

Рис. 1. Динамика изменения активности ключевых ферментов анти-оксидазной защиты: каталазы (треугольник), глутатионпероксидазы (квадрат) и супероксидмутазы (кружок) при различной исходной общей фракции выброса левого желудочка у больных ИБС в период подготовки больных к операции аортокоронарного шунтирования в сочетании с реконструкцией левого желудочка; первая точка - уровень

значений у практически здорового человека.

токоферола — как описано в работе [3]. Полученные данные обработаны статистически, с использованием критерия 1 Стьюдента. Расчеты проведены на персональном компьютере с применением пакета прикладных программ ’’БТАТ Бой44. Различия принимали как существенные при р< 0,05.

Результаты и обсуждение

У больных хроническими формами ИБС без существенного снижения сократительной и насосной функции левого желудочка (ФВ левого желудочка не менее 45%) на фоне проводимого стандартного лечения активность ферментов антиоксидантной защиты СОД, каталазы и глутатионпероксидазы повышается на 87,5, 25 и 34%, соответственно, по сравнению со значениями у практически здоровых добровольцев (рис. 1). У больных с ФВ левого желудочка (35%-45%) наблюдается увеличение активности СОД и глутатионпероксидазы на 198 и 33%, соответственно, и некоторое снижение активности каталазы, однако активность каталазы остается выше нормальных значений на 21%. В группе больных с ФВ менее 35% отмечается псевдонормализация активности СОД, и снижение активности как каталазы, так и глутатион-пероксидазы (рис. 1) — происходит переход к состоя-ниию истощения резервных возможностей системы антиоксидантной защиты (начальная, обратимая,

стадия). Снижение содержания а-токоферо-ла, одного из элементов неферментативного звена АОЗ, наблюдается лишь в группе с ФВ менее 35% — позже, чем в активности ключевых ферментах АОЗ (рис. 2А), и, по-видимому, может рассматриваться в качестве одного из маркеров перехода в трудно обратимую фазу снижения сократительной функции левого желудочка.

У больных с выраженной дисфункцией левого желудочка (ФВ менее 28%) активность СОД уменьшается на 67%, каталазы — на 90% и глутатионпероксидазы — на 74% относительно наблюдаемых у практически здоровых добровольцев. Проведение интенсивной терапии в период подготовки больных данной подгруппы к операции АКШ существенно не повышает ФВ перед операцией и не ведет к повышению активности ферментов АОЗ в послеоперационном периоде. Полученные результаты позволяют предположить, что истощение резервных возможностей системы АОЗ у больных со значительно сниженной сократительной функцией левого желудочка может быть одним из факторов повышенного риска осложнений, большей выраженности реперфузионного (окислительного) и операционного стресса. Показано, что общая фракция выброса (ФВ) коррелирует с суммарной активностью всех ферментов системы антиоксидантной защиты (СОД+глутатион-пероксидаза+каталаза; г=0,75, р<0,01), тогда как взаимосвязи ни с одним из перечисленных показателей в отдельности не установлено (коэффициент корреляции — 0,27, 0,09, 0,08, соответственно). Не отмечается и линейной взаимосвязи между конечно-диастолическим и систолическим объемами левого желудочка и общей активностью энзиматического звена системы АОЗ. В основе механизма нарушения утилизации кислорода — фактора, запускающего образование АФК, лежит нарушение транспорта электронов в цепи окислительного фосфорилирования (в частности, в связи с вымыванием из цепи цитохрома С), падения отношения НАД/НАДН и НАДР/НАДРН [1]. В результате прогрессирующего оксидативного стресса запускаются механизмы нарушения целостности мембран, митохондрий [1], ухудшения гис-томорфологического состояния сердечной мышцы, гибели клеток, что в конечном итоге приводит к снижению качества жизни и выживаемости больных [9, 11, 17]. Сопряженные изменения процессов энергетического метаболизма и антиоксидантной защиты крови, а позднее и ПОЛ, играют важную роль в прогрессировании дисфункции левого желудочка.

Рис. 2. Динамика содержания а-токоферола (А) и малонового диальдегида (Б) у практически здорового человека (I), у больных ИБС с общей фракцией выброса левого желудочка не менее - 35% - II; менее 35%, но более 28% - III; и менее 28% -IV.

Снижение активности ферментов антиоксидантной защиты, повреждение системы приводит к прогрессированию процесса неконтролируемой интенсификации перекисного окисления липидов (ПОЛ) и, как следствие, к реализации вазоактивного действия липоперекисей, способствующих прогрессированию ИБС. Назначение стандартной терапии после операции АКШ и резекции аневризмы ведет к достоверному снижению ПОЛ лишь на 14-е сутки относительно наблюдаемого до операции, однако интенсивность ПОЛ при этом превышает уровень нормальных значений в 2,1 раза. У пациентов с ФВ менее 35% концентрация МДА в крови значительно более высокая, чем в подгруппе больных с ФВ более 35% (рис. 2Б).

Литература

1. Бокерия Л.А., Маликов В.Е., Сигаев И.Ю. и др. Системы энергетического обеспечения, ПОЛ и лизосомальных ферментов при трансмиокардиальной лазерной реваскуляриза-ции миокарда и ее сочетании с аортокоронарным шунтированием // Бюлл.экспер.биол. — 2002 (приложение 2). — С.40-43.

2. Кахновер Н.Б., Хмелевский Ю.В. Глутатионовая антиоксидантная система в миокарде и эритроцитах крыс при острых ги-поксических поражениях сердца // Укр. биохим. ж. — 1980. -№5. - С.643-646.

3. Колисниченко Л.С., Манторова Н.С., Шапиро Л.А., и др. Изменение активности ферментов метаболизма глутатиона при иммобилизационном стрессе и их возможное значение // Бюлл. экспер. биол. - 1984. - №9. - С. 271-272

4. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы. // Лаб. дело. — 1988.

- №1. - С. 16-18.

5. Мхитарян В.Г., Бадалян Г.Е. Влияние пероксидированных и непероксидированных ненасыщенных жирных кислот на активность супероксиддисмутазы // Экспер. клин. мед. - 1978. -№6. - С.7-11.

6. Das DK., Engelman RM., Rousou JA., et al. Pathophysiology of superoxide radical as potential mediator of reperfusion injury in pig heart // Basic Res. Cardiol. 1986. - Vol. 81. - P. 155-166.

7. Dhalla AK., Hill MF, Singal PK. Role of oxidative stress in the transition from hypertrophy to heart failure // J.Am.Coll Cardiol. -1996. - Vol. 28. - P.506-514.

8. Diaz-Velez CR., Garcia-Castineiras S., Mendoza-Ramos E., et al. Increased malondialdehyde in peripheral blood of patients with congestive heart failure // Am. Heart J. - 1996. - Vol. 131. - P.146-152.

Характерной особенностью ПОЛ является его более быстрый рост в тромбоцитах, по сравнению с эритроцитами и плазмой крови [1], который практически не поддается стабилизации или коррекции.

Таким образом, у больных ИБС с умеренным снижением сократительной функции, когда компенсаторные, адаптационные механизмы активно функционируют, активности СОД, каталазы и глутатионпе-роксидазы повышаются, а срыв компенсаторных, резервных возможностей энзиматического звена системы антиоксидантной защиты свидетельствует о переходе бессиптомной сердечной недостаточности в манифестированную с прогрессирующей дисфункцией левого желудочка.

9. Dzau VJ., Gibbons JH. Autocrine-paracrine mechanism of vascular myocytes in hibernation // Am. J. Coll Cardiol. - 1987. - Vol. 60.

- P.991-1031.

10. Ferrari R., Ceconi C., Cargnoni A., et al. Intracellular effects of myocardial ischemia and reperfusion: role of calcium and oxygen. Eur. Heart J. 1986; 7:3-12.

11. Halliwell B. Antioxidants in human disease: A general introduction // Nutr Rev. 1997. - Vol. 55. - P.S44-S52.

12. Keith M., Geranmayegan A., Sole MJ., et al. Increased oxidative stress in patients with congestive heart failure // J. Am. Coll. Cardiol. - 1998. - Vol. 31. - P.1352-1356.

13. Kirshenbaum LA, Singal PK. Changes in antioxidant enzymes in isolated cardiac myocytes subjected to hypoxia-reoxygenation // Lab. Invest. - 1992. - Vol. 76(6). - P. 796-803.

14. Mohazzab-H KM, Kaminski PM, Wolin MS. NADH oxidoreduc-tase is a major source of superoxide anion in bovine coronary artery endothelium // Am. J. Physiol. -1994. - Vol. 266. - P. H2568-H2552.

15. Nishiyama Y., Ikeda H., Haramaki N., et al. Oxidative stress is related to exercise intolerance in patients with heart failure // Am. Heart J. - Vol.1998. - Vol. 135. - P.115-120.

16. Ohara Y., Peterson TE., Harrison DG. Hypercholesterolemia increases endothelial superoxide anion production // J.Clin Invest.

- 1993. - Vol. 91. - P. 2546-2551.

17. Rajagopalan S., Kurz S, Munzrl T., et al. Angiotensin II-mediated hypertension in the rat increases vascular superoxide production via membrane NADH/NADPH oxidase activation. Contributions to alterations of vasomotor tone // J. Clin. Invest. 1996. - Vol. 97. - P. 1916-1923.

18. Tritto I, Duilio C, Santono G, et al. A short burst of oxygen radicals

at reflow induces sustained release of oxidized gluthatione from postischemic hearts // Free Rad. Biol. Med. - 1998. - Vol.24. -P.290-297.

19. Wamholtz A., Nickening G., Schultz E., et al. Hyperholesterolemia increases endothelial superoxide production in the early stages of

atherosclerosis: Evidence for involvement of the renin-angiotensin system // Circulation. - 1999. - Vol.99. - P.2027-2033.

20. White CR., Brock TA., Chang LY, et al. Superoxide and peroxyni-trite in atherosclerosis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1994. - Vol. 91. - P.1044-1048.

Abstract

The study involved 74patients with coronary heart disease (CHD) (mean age 52,4±4,5years), with stable effort and exertion angina, Stage II arterial hypertension (in 56% of the participants), and multifocal atherosclerosis in 61% of cases. Among CHD patients without substantial decrease in left ventricular contractility (ejection fraction, EF >45%), activity of antioxidant enzymes increased: for superoxide dismutase (SOD), katalase, and glutathione peroxidase — by 87,5%, 25%, and 34%, respectively. In patients with EF > 35%, SOD and glutathione peroxidase activity increase is also observed (by 198% and 33%, respectively), as well as reduced katalase activity. In participants with EF<35%, pseudo-normalization of SOD activity and reduction of katalase and glutathione peroxidase activity was observed: antioxidant protection system (AOP) potential was decreased (initial, reversible phase). Reduced alpha-tocopherol level was registered only in individuals with EF<35%. Severe LF dysfunction (EF<28%) was associated with AOP activity decrease: by 67% for SOD, by 90% for katalase, and by 74% for glutathione peroxidase. Authors suggest that reduced AOP system reserve in patients with severely impaired LVcon-tractility is one of the most important factors for complication risk, reperfusion (oxidative) and surgery stress.

Keywords: Coronary heart disease, contractility, antioxidant protection system, lipid peroxidation.

Поступила 20/05-2004