Роль оксида азота в патогенезе и диагностике перинатальных поражений головного мозга.

Зарубежные и отечественные исследователи солидарны в том, что при всех различиях в патогенезе травматических, ишемических и постгипоксических повреждений головного мозта особый интерес вызывают универсальные механизмы, в основе которых лежат нарушения общего и локального мозгового кровотока, развитие свободнорадикальных процессов, дисбаланс в системе нейромедиаторов и ионного гомеостаза, снижение уровня энергетического метаболизма клеток.

Поврежденный головной мозг особенно чувствителен к ишемии и гипоксии, поэтому вторичные нарушения кровотока, развивающиеся при срыве механизмов регуляции, усугубляют первичное поражение мозговой ткани, негативно влияют на прогноз заболевания [11, 12, 14, 15, 18, 20, 21, 258].

В нормальных условиях мозіювой кровоток поддерживается на достаточно стабильном уровне благодаря сложной системе ауторсгуляции, определяющимся величиной внутрисосудистого давления, кислотно-щелочным состоянием, напряжением газов крови, содержанием метаболитов и химически активных веществ, а также нейрогенными влияниями. В пределах физиологических колебаний артериального давления мозговой кровоток остается независимым благодаря изменению диаметра сосудов мозга (эффект Остроумова—Бейлисса). При падении среднего артериального давления ниже 60 -50 мм рт.ст. интенсивность кровотока начинает прогрессивно снижаться, церебральные сосуды при этом пассивно сужаются, что ведет к уменьшению их диаметра. Этот процесс принципиально отличается от спазма сосудов, обусловленного активным сокращением сосудистой стенки. При локальном снижении кровотока, сопровождающемся аутореіуляторньїм расширением сосудов мозга и развитием коллатерального притока крови, происходя! гипертрофия и гиперплазия мышечной оболочки артерий, утолщение интимы, приводящее к "перекалибровке” просвета сосудов.

В последние годы в отечественных и зарубежных источниках литературы особое внимание уделяется эндотелийзависимым факторам, регулирующим местный сосудистый тонус и участвующим в развитии системных гемодинамических реакций. Эндотелий представляет конечное звено нейрогенной и гуморальной регуляции сосудистого тонуса, где эти реакции реализуются на клеточном уровне и моделируют внутриклеточные биохимические процессы. Динамический баланс констрикторных и

1998 г. трем американским ученым (R.Furchgott, F.Murad, L.Ignarro) за уста­новление функциональной активности N0 в кардиоваскулярной системе.

В основе процессов регуляции церебрального сосудистого тонуса лежит взаимодействие разнонаправленных процессов, изменяющих внутриклеточную концентрацию ионов кальция. Вазоактивные вещества, повышающие тонус сосудистой стенки, активизируют систему циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и увеличивают внутриклеточную концентрацию Са²⁺. Наряду с реализацией вазоконстрикторного эффекта комплекс Са²⁺/ кальмодулин акти­вирует также эндотелиальную NO-синтазу. Синтезированный N0 оказывает вазодилататорное действие, связанное с активацией растворимой формы фермента гуаннлатциклазы. Вероятнее всего, N0 выступает в качестве донора электронов для данного фермента. Гуанилатциклаза катализирует биосинтез цГМФ из іуанозинтрифосфата. Как известно, цГМФ оказывает модуляторное действие на многие клеточные процессы. Особенностью растворимой гуаннлатциклазы является присутствие в ней гемовой группы (ферропротопорфирина IX). N0 связывается с Fe гема и специфично изменяет его структуру, что приводит к резкому (до 400-кратного) возрастанию активности гуаннлатциклазы и к накоплению цГМФ. Активирующее действие N0 проявляется в очень низких концентрациях (ЕС₅₀ - 100 нмоль). В процессе вазодилатации, кроме цГМФ, ключевые роли играют цГМФ-зависимая протеинкиназа, Са²⁺-АТФ-аза и Са²⁺.

релаксирующих факторов, секретируемых эндотелием, оказывает наиболее значимое влияние на цереброваскулярный тонус и мозговое кровообращение [27, 30,31,46, 47, 260].

Одним из основных регуляторов тонуса мозговых сосудов является эндотелиальный релаксирующий фактор — оксид азота (N0). Кроме того, он обладает широким спекчром биорегуляторного действия, что показали результаты работ, проводимых на протяжении ряда лет по четырем направлениям: это изучение природы вырабатываемого эндотелием релаксирующего фактора сосуда (EDRF), механизма так называемой неадренергической, нехолинергической регуляции (NANC), иммуногенной цитотоксичности макрофагов и, наконец, метаболизма давно известных вазодилататорных нитратов. Имевшая место в начале 80-х годов прошлого века "конвергенция" исследований в данных направлениях способствовала раскрытию важной биологической роли N0 в организме. Две независимые группы зарубежных исследователей на основе сравнительного изучения физиологических и физико-химических свойств пришли к заключению, что EDRF идентичен N0, что позднее было подтверждено и рядом других авторов. Однако, следует заметить, что и в настоящее время не все ученые разделяют мнение о полной идентичности EDRF и N0. Существует предположение, что EDRF представляет собой некое нитрозосоединение с пока точно не установленной структурой. В то же время, все исследователи признают, что активным вазодилатирующим компонентом EDRF является N0.

в результате обратимого ингибирования цитохромоксидазы. Ингибирование цитохромоксидазы в сосудистой стенке нарушает энергетический метаболизм, что ведет к дилатации сосудов за счет гиперполяризации мембраны, обусловленной открытием АТФ-зависимых калиевых каналов, а также снижения уровня АТФ, необходимого для функционирования сократительного аппарата [51, 66,69, 84, 85, 269, 270].

Биологическая активность и механизм действия N0 позволяют причислять его к таким вторичным мессенджерам, как цАМФ, цГМФ, Са²¹, инозитол-1,4,5-трифосфат, диацилглицерол, цАДФ-рибоза, арахидоновая кислота. Кроме того, N0 действует как нейромедиатор в межклеточной сигнализации, функционально соединяя пре- и постсинаптичсский нейроны, а также влияет на пластические свойства нейронов, участвует в процессах долговременной синаптической потенцнации, модулирует активность нейромедиаторных систем, влияя на синтез и секрецию нервными клетками медиаторов. Изучается его значение в ноцицептивной чувствительности, в патогенезе таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Паркинсона, Альцгеймера идр. [90, 101, 128- 131,243,273].

Существенна роль N0 как нейромедиатора в сопряжении локальных уровней нейрональной активности и кровотока в одном и том же участке мозга. Основой этого нейрососудистого эффекта является особенность иннервации гладких мышц церебральных артерий, которая опосредуется не адренергическими и холинергическими трансмиттерами, а оксидом азота. Соответствующие синапсы получили название "нитроксидергические". При этом дендриты NO-синтезирующих нейронов оплетают капилляры по их ходу на протяжении 500—1500 мкм и имеют тесный дендрососудистый контакт, обеспечивающий рецепцию изменений сосудистого тонуса и вызывающий от­ветную сосудодвигательную реакцию.

оказывают влияние на локальный кровоток в пределах работающего модуля, усиливая кровоснабжение преимущественно функционирующих в данный момент участков мозга при общем стабильном притоке [134, 138, 140, 142, 278, 284].

Ввиду высокой биологической активности N0 его действие на нервную ткань может быть двояким. В зависимости от стадии патологического процесса, уровня N0 в мозговой ткани, реактивности организма может проявляться как нейропротекторный, так и нейротоксический эффект. Активация N0- продуцирующей системы в эндотелиоцитах и периваскулярных глиальных клетках дает положительный эффект, а активация NOS-системы нейронов — двойной эффект. При интенсивной стимуляции глутаматсргических синапсов активируется NO-синтаза и синтез N0 усиливается в постсинаптической зоне. Оттуда N0 выходит в межнейрональную жидкость, проникает в терминали и активирует гуанилатциклазу, повышая уровень цГМФ в терминалях и глии. При другом варианте N0 синтезируется в терминалях и оказывает последующее действие через гуанилатциклазную систему на постсинаптическую зону, гладкую мускулатуру сосудов. Малые концентрации N0 оказывают в мозге нейропротекторнос действие, а относительно большие — при интенсивном возбуждении обусловливают повреждение нейронов. Нейропротекторнос действие проявляется релаксацией церебральных сосудов, торможением агрегации тромбоцитов, уменьшением адгезии тромбоцитов и нейтрофилов, а также эффектом блокады сопряженных с Са²⁺-ионными каналами N-Meron-D- аспартатных (NMDA) рецепторов за счет соединения N0 с их тиоловыми группами. Последнее снижает трансмембранный кальциевый ток, уменьшает внутриклеточную концентрацию ионов кальция, а следовательно, и патологический эффект Са²*-зависимой активации фосфолипаз, эндонуклеаз, протеаз и других ферментов, лежащий в основе феномена так называемой эксайтотоксичности, обусловленной взаимодействием избыточных концентраций возбуждающих нейромедиаторов (главным образом глутамата) с

NMDA-рецепторами.

Прямой нейротоксическнй эффект N0 реализуется в результате присоединения его к железосерным комплексам, что приводит к ингибированию митохондриальных дыхательных ферментов, рибонуклеотидредуктазы, аконитазы. Нитрозирование тиоловых групп блокирует глицеролальдегид-3-фосфатдегидрогсназу. Этот фермент катализирует первый этап гликолиза и гексозомонофосфатного шунта, является важным звеном образования НАДФ и поддержания интрацеллюлярного уровня глутатиона. Кроме того, нитроксид присоединяется к ДНК и повреждает се цепь.

Непрямое цитотоксическое влияние N0 реализуется посредством воздействия свободнорадикальных производных — пероксинитрита, нитрогендиоксида, гидроксильного радикала, образующихся в результате взаимодействия N0 с супероксидным радикалом и инициирующих перекисное окисление липидов. N0 играет важную роль в свободнорадикальном статусе ткани мозга, богатой липидными соединениями и исключительно чувствительной к процессам пероксидации. Пероксинитрит (ONOO),

образующийся при взаимодействии N0 с О₂- (N0+0,- -> ONOO'; к-7-10⁹ М-¹ -с- ’), даст начало большому количеству оксидантов, играющих основную роль в ишемической гибели нейронов [173, 174,203,205,250].

В связи с тем, что нейрональная форма NO-сннтазы обнаружена только в глутаматергичсских гранулярных нейронах и ряде ГАМК-ергичсских нейронов, изучается роль N0 в судорожных расстройствах. Показано, что N0 потенцирует токсическое действие глутамата при ишемии мозга и эпилептиформных судорогах. У животных с экспериментально вызванными судорогами содержание N0 в мозге в 4-6 раз выше интактного, а введение ингибиторов NO- синтазы предотвращает возникновение судорог. Нейротоксичность N0, продуцируемого различными изоформами NO-синтаз, определяется стадией процесса и глубиной поражения мозговой ткани. В начальном периоде превалирует, по-видимому, экспрессия конституциональных NO-синтаз, имеющая целью компенсацию ишемии. В дальнейшем продукция N0 и других свободных радикалов резко возрастает, давая начало интенсивному оксидантному стрессу. Поскольку основная масса нейронов (около 98%) нс содержит nNOS, их повреждение определяется экзогенным N0, источниками которого служат, помимо эндотслиоцитов, NOS-нейроны, активированные астроциты, содержащие как iNOS, так и nNOS, микроглия. При фокальной ишемии все эти клетки-продуценты находятся в перифокальной зоне ишемического очага, в то время как в зоне центрального некроза они утрачивают способность к продукции N0, за исключением привлеченных активированных нейтрофилов и макрофагов, содержащих iNOS [180, 182, 184, 186, 196].

Несмотря на неоднозначность эффекта, вызываемого активацией нитроксидергической системы в головном мозге, преобладает мнение о положительном совокупном воздействии N0 на нервную ткань. Считается, что NOS-содержащие нейроны мозга проявляют повышенную резистентность к повреждающим факторам, поскольку обладают НАДФН-диафоразной

активностью. НАДФН-диафораза, являясь необходимым компонентом цепи образования N0 в нейронах, глии, клегках сосудов мозга, играет значительную роль в механизмах ответа на ишемические процессы в мозговой ткани и отражает начальный этап активации различных систем, участвующих в восстановлении поврежденного мозга (эффекторные системы, биосинтез структурных белков и ферментов, экспрессия генов). Доказано участие NO в стимуляции процесса апоптоза [40], являющегося универсальным механизмом элиминации ’’стареющих” и поврежденных клеток. Повышение в них уровня свободного, нехслированного железа, служащего активатором реакций Фентона и Габера—Уэйса в каскаде перекисного окисления липидов, сопровождается индукцией синтеза нитроксида и реакцией нитрификации ДНК и РНК клеток. Апонтическая гибель части гиперреактивных нейронов в постгипоксическом периоде имеет положительное (саногенетическое) значение в плане сохранения целости мозга, так как предотвращает формирование устойчивых доминантных систем типа эпилептической.

Выраженность церебрального вазоспазма, сопровождающего ряд патологических состояний (тяжелая черепно-мозговая травма, геморрагический инсульт, субарахноидальное кровоизлияние аневризматической этиологии и др.), определяет степень ишемического повреждения клеток головного мозга. При снижении кровотока до 55 мл на 100 г ткани мозга в 1 мин происходит торможение белкового синтеза; снижение его до 35 мл на 100 г в 1 мин сопровождается активацией анаэробного гликолиза. Нарастающая ишемия (снижение кровотока до 20 мл на 100 г в 1 мин) ведет к энергетической не­достаточности и как следствие к дисфункции ионных каналов, дестабилизации клеточных мембран и избыточному выбросу нейротрансмиттеров [212, 224, 235]. Некротическая гибель нервных клеток происходит при снижении уровня мозгового кровотока до 10—15 мл на 100 г в 1 мин. При нетяжелой или кратковременной фокальной ишемии наблюдается селективное повреждение нейронов, проявляющих повышенную чувствительность к гипоксии.

Дальнейшее развитие повреждения связано с агрессивным воздействием возбужденных клеток глии (в первую очередь микроглии) на жизнеспособные нейроны периинфарктной зоны. С удлинением периода ишсмизации избирательность клеточной гибели теряется, и тканевое повреждение прогрессирует по общим механизмам развития некротического очага.

Исходя из вышеизложенного, с учетом известной сложности механизмов регуляции сосудистого тонуса у новорожденных детей и отсутствие доступных нам литературных данных о возможной роли в этих процессах нитроксидергичской системы, можно предположить важную роль оксида азота в патогенезе и диагностике перинатальных гипоксически-ишемических поражений ЦІІС. Этот аспект исследования обсуждаемого вопроса представляет, на наш взгляд, наибольший теоретический и практический интерес, особенно с учетом неоднозначности патогенеза некротических процессов в мозговой ткани при церебральной ишемии у плода и новорожденного ребенка. Об этом свидетельствует и вызываемое в эксперименте сокращение сосудов мозга со снижением базального мозгового кровотока и увеличение локального мозгового кровотока с уменьшением образующейся инфарктной зоны в ответ на применение доноров NO. Нельзя исключить, в то же время, то обстоятельство, что если на начальном этапе возникновения церебральной ишемии у новорожденных детей доноры N0 способны оказывать благоприятное влияние за счет увеличения мозгового кровотока, то в более поздний период они вызывают нейротоксическнй эффект, связанный с чрезмерной активацией свободнорадикальных процессов.