6 курс / Гастроэнтерология / Российский_журнал_гастроэнтерологии,_гепатологии,_колопроктологии (2)

ров (В.А. Лисовский, В.В. Щедрунов, Е.В. Филипов, Ю.А. Грухин, В.В. Гущ, А.Ю. Барановский, С.Н. Шуленин), совместно с коллективом Государственного оптического института им. С.И. Вавилова впервые разработали и успешно апробировали уникальные методы медицинской иконики и люминесцентной эндоскопии. Результаты этих исследований обобщены в монографиях “Люминесцентный анализ в гастроэнтерологии" (1984) и “Иконика в физиологии и медицине" (1987). Предложенные методы значительно расширяют диагностическую информацию, особенно при распознавании ранних стадий заболеваний желудка, двенадцатиперстной кишки, желчного пузыря и толстой кишки, в том числе онкологического характера. Впервые появилась возможность судить о состоянии периульцерозной зоны и слизистой оболочки желчного пузыря.

На протяжении ряда десятилетий Ф.И. Комарова интересуют проблемы хронобиологии и хрономедицины. В 1966 г. в соавторстве со своими сотрудниками (Л.В. Захаров, В.А. Лисовский) была опубликована первая отечественная монография, посвященная вопросам хронобиологии – “Суточный ритм физиологических функций у здорового и больного человека". Эта работа и сегодня остается наиболее значимым исследованием по проблеме биоритмологии в отечественной и зарубежной литературе.

По инициативе Ф.И. Комарова в 1981 г. постановлением Президиума АМН СССР была организована проблемная комиссия по хронобиологии и хрономедицине, которую он возглавил как председатель, и создана академическая группа. В 90-е годы хронобиологические исследования стали преобладающими в научной деятельности Федора Ивановича. Он не только генерирует новые идеи, но и создает необходимые условия для их реализации.

На примере язвенной болезни как заболевания, при котором ярко выражена суточная и сезонная цикличность клинических проявлений обострения и с достоверностью можно устанавли-

вать стадии обострения и ремиссии, с помощью хронобиоритмологического подхода под руководством Ф.И. Комарова был решен ряд вопросов, имеющих принципиальное значение. В частности, было показано, что язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки в период обострения сопровождается признаками внешнего и внутреннего десинхроноза, которые не имеют специфических черт, однако степень его выраженности зависит от тяжести клинического течения заболевания.

Особый интерес заслуживает факт (впервые установленный), что даже в период ремиссии десинхроноз полностью не исчезает. По данным околочасовых ритмов синтеза белка в слизистой оболочке желудка при язвенной болезни, установлено также, что обострение заболевания начинается за 2–3 нед до его клинических проявлений. Причем отсутствие нормализации синтеза белка при клинико-эндоскопической ремиссии расценено как признак скорого нового обострения.

Федор Иванович придает большое значение научной работе курсантов, слушателей и студентов. Он любит работать с молодежью, по-отече- ски относится к ним, учит их быть исполнительными, ответственными, умело будит самостоятельность и инициативу, прививая интерес к научной работе, всегда стремится создать такой микроклимат в коллективе, чтобы каждый сотрудник, в том числе и слушатель, и студент, испытывал удовольствие от своего труда.

Ф.И. Комаров внес огромный вклад в развитие теоретической и клинической медицины, гражданского и военного здравоохранения. Он лично и в соавторстве опубликовал более 400 научных работ, в том числе 29 монографий, руководств, справочников и учебников. Под его руководством подготовлено 85 докторов и кандидатов медицинских наук. Многие из его учеников заведуют терапевтическими кафедрами, стали во главе терапевтической службы военного и гражданского здравоохранения в России и за рубежом.

Посвящение настоящей публикации к 80-летию со дня рождения академика РАМН Федора Ивановича Комарова, являющемуся ярким представителем

клинической медицины и носителем замечательных традиций российских интернистов, имеет целью сделать акцент на том, что юбиляр – один из творцов отечественной клинической физиологии, олицетворение павловской традиции творческого содружества теоретической и клинической медицины, проводник передовых павловских идей физиологии в клинику, инициатор и участник клинической апробации ряда физиологических экспериментальных находок. Полученный материал он интерпретирует с неизменной глубиной на основе объективно оцененной информативности методов функциональной диагностики, их теоретической базы.

Взависимости от используемых физиологической наукой методов – аналитических, синтетических и аналитико-синтетических – классифицируется сама наука. Разделяя восторг грандиозными успехами молекулярной биологии, нельзя отрицать необходимость и продуктивность синтетической методологии, к которой относится и системная методология, совмещение уровней исследования, что характерно для ряда современных методов функциональной клинической диагностики.

Вгастроэнтерологической диагностике проявились два подхода к исследованию функций: натощак и после их стимуляции. Натощаковое состояние пищеварительного тракта лишь условно может быть обозначено как базальное, ибо все пищеварительные органы проявляют околодевяностоминутную периодику. Соответственно изменяются многие гематологические показатели гомеостаза, активность ряда физиологических систем, связанных с метаболическими подвижками в организме человека.

Сложно организованная и еще не окончательно выясненная в своих механизмах моторно-сек- реторная периодика выступает в роли достаточно информативного показателя состояния пищеварительного тракта и его регуляторных механизмов. Однако интерпретация отклонений параметров

периодики, как правило, ограничивается констатацией трансформаций периодики при тех ли иных состояниях, в тех или иных условиях.

Тем не менее анализ этих трансформаций является примером системного подхода, как и другие биоритмологические подходы [2, 8], к анализу функций. Он продуктивен в диагностике, лечебной и реабилитационной тактике. Это показано в пионерских гастроэнтерологических исследованиях Ф.И. Комарова [4], а суточный мониторинг, сравнение дневных и ночных показателей желудочной секреции вошли в арсенал диагностических приемов [17], положив начало клинической гастроэнтерологической биоритмологии.

Данные временные программы, несмотря на их гено- и фенотипическую детерминированность, как показали экспериментальные и клинические исследования, нарушаются под влиянием многих патогенных факторов и в трансформированном состоянии стабилизируются при ряде заболеваний, в частности при язвенной болезни, являясь индикатором патологии.

Второй методический и методологический подход состоит в исследовании стимулированных пищеварительных функций. В информационном плане принципиален механизм стимуляции функции. В одних методах стимулятор действует непосредственно на клетку-мишень, и в этом приеме оценивается эффекторный потенциал. Например, в максимальном гистаминовом тесте оценивается потенциал секреции железами желудка НСl, в том числе суммарное число оксинтных клеток слизистой оболочки желудка.

Инсулиновый тест оценивает эфферентный вагусный потенциал секреторной реакции желудка. Усложнение тестов путем учета реакции на действие стимулятора рецепторов пищеварительного органа позволяет оценить интероцепторный рефлекс с определенной рефлексогенной зоны, участие в нем эндокринных механизмов. И, наконец, благодаря учету постпрандиальной реакции можно оценить ее естественную системную представленность. Это определило возросший интерес к реакциям подобного рода и, по существу, развивает представления о системных реакциях пищеварительного тракта в ответ на дачу различ-

ных пищевых стимуляторов. Еще в павловской лаборатории это было сделано при анализе желудочной и поджелудочной секреции в ответ на скармливание фистульным собакам мяса, хлеба или молока, а затем реализовалось в учение о фазах секреции пищеварительных желез.

В.Н. Черниговский сформулировал концепцию поведения висцеральных систем [15]. Она была отнесена и к физиологии пищеварения [16]. На первых порах термин “поведение" применительно к висцеральным системам несколько настораживал необычностью, поскольку он традиционно применялся к сложным формам поведения организма в его взаимодействии с внешней средой и рассматривался как средство индивидуального приспособления человека и животных к окружающей среде.

Однако вряд ли деятельность висцеральных систем может быть отнесена к числу настолько примитивных, что не заслуживает признания сложно организованной. Учение о функциональных системах П.К. Анохина [1] и К.В. Судакова [12] и основные принципы современного функционализма А.М. Уголева [13] акцентируют концептуальные построения на системообразующую роль конечного результата деятельности функциональной системы или принцип эффективности и целесообразности технологии биологических систем.

Конечный результат деятельности пищеварительного конвейера – оптимально реализованные им дигестия и абсорбция нутриентов. Однако, принимая во внимание высокие резервные функциональные возможности пищеварительного тракта, мальдигестия и мальабсорбция являются выражением исчерпанности этих резервов. И конечно же, как методология ранней функциональной диагностики, принципиально важно определение этапных результатов пищеварительного процесса и функций, обеспечивающих эти результаты.

Системность исследования определяется рядом условий. Первое из них – полезный результат деятельности системы или субсистемы. В характеристике висцеральных функций важнейшим критерием считается адаптивный характер данного результата, выявления адаптационных реакций. При этом “способность системы приспосабливаться к изменению внешних условий может рассматриваться как важнейшая характеристика ее нормального функционирования, тогда как потеря такой способности, как правило, свидетельствует о возникновении патологического состояния" [14, с. 45]. Немаловажные условия – адекватная стимуляция функции с естественного “входа" и глубокий анализ ответной реакции или комплекса реакции системы. В этом подходе важное значение может иметь учет дифференцированности реакции на воздействие.

Ниже приводятся несколько примеров дифференцированности системных моторных и секре-

Российский журнал

торных реакций гастродуоденопанкреатического комплекса здорового и больного человека. В развитие работ павловской лаборатории в наших экспериментальных исследованиях на фистульных собаках показано, что при прочих равных условиях из желудка в двенадцатиперстную кишку (ДПК) с наибольшей скоростью эвакуируется углеводный пробный завтрак, с меньшей – белковый и еще меньшей – жировой [5].

Это подтвердилось в наблюдениях за здоровыми добровольцами, у которых скорость эвакуации (время полувыведения – Т 1/2) желудочного содержимого определялось радионуклидным или ультразвуковым методом. Недавние наши исследования [6] показали, что у больных хроническим панкреатитом не только замедляется, но и качественно трансформируется эвакуаторная деятельность гастродуоденального комплекса

(ГДК) в парадоксальном варианте – медленнее других желудок покидает не жировой, а углеводный пробный завтрак (рис. 1).

Координированность рефлекторных реакций, как известно, определяется соотнесенностью в их реализации стимулирующих и тормозных влияний. Исследования последних не столь традиционны, как учет стимулированных реакций, хотя конечный регуляторный эффект в немалой мере зависит от выраженности его тормозного компонента.

Это особенно важно учитывать в связи с распространенностью в саморегуляции функции принципа отрицательной обратной связи. Так саморегулируется секреция НСl фундальными желудочными железами в зависимости от рН антрального содержимого.

Нами показано [7], что большая по объему желудочная секреция при непрерывной аспирации желудочного содержимого, чем при его периодической аспирации, является не только результатом более полного извлечения содержимого, но и следствием гастриновой стимуляции из-за снятия тормозного влияния на высвобождение гастрина непрерывно аспирируемого кислого желудочного содержимого. Поэтому различия в секреции при разных методах аспирации из желудка его секрета характеризуют реальные возможности саморегуляции ее по принципу отрицательной обратной связи гастриновым механизмом.

Недавний пример исследования обратного торможения панкреатической секреции интрадуоденальным введением панкреатина: он, как комплексный ферментный препарат, вызывает генерализованное торможение секреции ферментов поджелудочной железой за счет снижения объема секреции и ферментативной активности сока (рис. 2).

У больных после панкреатодуоденальной резекции (ПДР) это торможение по большинству параметров секреции не проявляется, так как в результате операции удалена основная сенсорная зона, с которой ферменты тормозят их секрецию

Рис. 1. Время эвакуации (Т 1/2) из желудка тестовых завтраков: У – углеводного, Б – белкового, Ж – жирового у здоровых и больных хроническим пан-

поджелудочной железой. У больных хроническим дуоденитом, у которых эта сенсорная зона гиперреактивна, торможение панкреатической секреции вводимым в ДПК панкреатином более выражено, чем у здоровых лиц. И, наконец, у больных, хронически теряющих панкреатический секрет, обратное торможение секреции выражено в меньшей мере, чем у здоровых, что свидетельствует о снижении саморегуляторного дуоденопанкреатического потенциала, видимо, из-за хронического непоступления в ДПК панкреатического секрета. Ранее в хронических экспериментах на собаках было показано, что его отведение из протока поджелудочной железы снижает секреторные эффекты интрадуоденально вводимой НСl.

Приведенные примеры еще раз свидетельствуют о неправомочности трактовки количественных изменений и нарушенной дифференцированности эффектов с акцентом как на причину этого изменения состояния эффектора. Причиной данных трансформаций могут быть изменения, в том числе патологические, на уровне любого из компонентов регуляторного и эффекторного (сочетанного и несочетанного) механизмов и самого результата деятельности, влияющего на эффект по принципу обратной связи.

Установление локализации причины и механизма данных трансформаций составляет специальную задачу последующего (при необходимости) специального исследования. Во всяком случае анализ сенсорного звена как причины (или одной из причин) нарушения ответных реакций имеет первостепенное значение в ранней диагностике нарушения висцеральных функций.

Ф.И. Комаров и его авторитетные коллеги [3] осуществили анализ функциональных взаимоотношений компонентов сложной системы – органов дуоденохоледохопанкреатической зоны при патологии. Анализ стал образцом реализации в клинике знаний об организации данного комплекса с многочисленными примерами его рассогласования на различном уровне нарушенных межорганных связей при патологии. Это явилось примером рассмотрения сложной висцеральной

Рис. 2. Влияние интрадуоденального и интраеюнального введений панкреатина на секрецию поджелудочной железы: 1 – у клинически здоровых добровольцев и больных с ПДР, 2 – у больных дуоденитом, 3 – у больных с панкреатической фистулой (за 30 мин после введения панкреатина, в процентах к показателям секреции до его введения). ОПА – общая протеолитическая активность, ТБА – трибутиразная активность

системы на уровне ее поведения и описания индивидуальных особенностей.

Очевидна важность не только статистического, но и индивидуального анализа. И не только соматических [12], но и системных висцеральных реакций. Продуктивность такого подхода представляется очевидной. При этом просматривается

Российский журнал

следующая закономерность резистентности функциональных связей к субэкстремальным и экстремальным воздействиям: наиболее резистентны связи между параметрами одной функции, менее резистентны межфункциональные связи в пределах данного органа, еще менее резистентны межорганные связи в данной физиологической системе и, наконец, наиболее мобильны межсистемные связи.

Так, между показателями секреции НСl и пепсиногена, стимулированной раздражением механорецепторов желудка, параметрами его моторики при этом раздражении связи весьма резистентны, менее – между параметрами секреции и моторики желудка. Более мобильны связи желудочной и панкреатической секреции. Примером мобильных связей выступают межсистемные связи, в частности, постпрандиальные реакции – пищевой лейкоцитоз, специфическое динамическое действие пищи [2, 9], изменения системной и регионарной гемодинамики и т. д.

Ф.И. Комаров является тем клиницистом, на-

учная деятельность которого провела в практику многие физиологические находки и открытия. Одновременно он подсказал физиологам ряд клинически актуальных идей. По существу, он реализовал то, о чем много лет назад писал И.П. Павлов: "Огромная помощь врачу со стороны физиологии возможна только при одном строгом условии – при постоянной проверке физиологических данных клиническими наблюдениями. Ничто не имеет право сделаться клиническим правилом только на основании физиологии, все должно быть проверено клиническим наблюдением, получить клиническую санкцию; иначе сказать: физиология должна играть роль только советчика и никогда не выступать в роли решающего судьи" [10, с. 248–249].

Многоплановая жизнь Ф.И. Комарова – крупного клинициста и организатора медицинской науки – является выражением такого стиля и принципа творчества с его яркой индивидуальностью, примером беззаветного служения Отечеству.

Впоследнее десятилетие было установлено, что простейшее химическое соединение – оксид азота (NO) – непрерывно продуцируется ферментативным путем в

организме животных и человека, выполняя функции одного из универсальных регуляторов метаболизма. Лавинообразный рост публикаций, посвященный биологии NO, позволил редакции журнала “Science” в 1992 г. провозгласить NО молекулой года [25]. К настоящему времени показано, что этот агент участвует в регуляции тонуса сосудов [38] как антагонист адренергической нервной системы, тормозит агрегацию тромбоцитов и их адгезию на стенках сосудов.

Оксид азота давно печально известен своей токсичностью, обусловленной наличием в его структуре неспаренного электрона [8, 9]. Ранние работы по NO не позволяли говорить о каких-ли- бо благотворных или регуляторных эффектах этой чрезвычайно лабильной молекулы с коротким временем жизни (6–10 с).

И хотя у человека имеет место выделение нитратов и нитритов, считалось, что они попадают в организм исключительно с пищей. Поэтому, когда в 1956 г. англичане Магги и Барнз обосновали, что нитраты, содержащиеся в копченостях и консервах, превращаются в организме в канцерогенные нитрозоамины, люди бросились менять свой рацион питания. Однако в начале 80-х годов было установлено, что пища не единственный и даже не главный источник нитритов и нитратов. Был сделан вывод, что нитриты и нитраты образуются в результате окисления восстановленных форм азота, в ходе которого в качестве промежуточного продукта может возникать NO [2].

Изучая механизмы расширения кровеносных сосудов, американский фармаколог R.W.Furchgott обнаружил, что ацетилхолин взаимодействует с рецепторами клеток эндотелия кровеносных сосудов, что приводит к образованию малых молекул, мигрирующих в мышечный слой и вызывающих его расслабление [17]. Загадочные молекулы получили название – расслабляющий фактор из эндотелия (ЭФР) [22]. Было доказано, что фактор расслабления стимулирует образование циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), который является вторичным посредником нейромедиаторов и гормонов, обладающих вазодилататорным действием. Эта стимуляция вызывается связыванием NO c гемовой группой

гуанилатциклазы. В конце 70-х годов ученый Мурад установил молекулярный механизм действия нитроглицерина. Оказалось, что нитроглицерин и органические нитраты сами по себе неактивны, но вызывают расширение кровеносных сосудов благодаря тому, что в ходе метаболизма превращаются в NO. Более того, обнаружено, что NO оказывает расслабляющее действие на мышцы путем стимуляции цГМФ, точно так же, как это делает загадочный фактор расслабления из эндотелия. В 1988 г. была полностью доказана идентичность ЭФР и оксида азота [32]. Однако последующие исследования ставят под сомнение эту идентификацию. Возможно, ЭФР представляет собой нитрозосоединение, активным вазодилатирующим компонентом которого является NO [2].

Когда нейромедиатор ацетилхолин и другие вазодилататоры связываются с клетками эндотелия сосудов, в этих клетках повышается активность NO-синтазы (NOS) и увеличивается количество NO. Оксид азота мигрирует в прилежащие мышечные клетки, активирует синтез цГМФ и вызывает их расслабление. Главный фактор, инактивирующий NO, ограничивающий его распространение и снижающий его концентрацию, – это супероксидный радикал О2. [7]. В кровеносной системе увеличение продукции О2. фагоцитирующими или эндотелиальными клетками (в период перехода от ишемии к реперфузии) провоцирует спазм. Предотвращение инактивации NO супероксидом объясняет способность супероксиддисмутазы улучшать микроциркуляцию при воспалительных процессах и нормализовать кровоток после тромбозов, вазоспазма и других нарушений кровообращения.

Не менее бурно проводились исследования функций NO и в нервной системе. Было выяснено, что NO играет важную роль в синаптической передаче нервного импульса. При этом функции NO оказались тесно связанными с одним из главных возбуждающих нейромедиаторов – аминокислотой глутаматом. Из пресинаптического нейрона в момент возбуждения выделяется глутамат, который достигает мембрану постсинаптического нейрона и связывается там со своим специфическим рецептором. Это связывание вызывает вход кальция в клетку. Кальций активирует NO-син- тазу, которая синтезирует оксид азота. После этого NO также очень быстро выделяется из ней-

ронов и стимулирует образование вторичного мессенджера цГМФ в соседних клетках. Таким образом, роль NO в регуляции нервной системы состоит в том, что он служит медиатором действия возбуждающих аминокислот и образования вторичных мессенджеров [18].

Внастоящее время особый интерес вызывает способность NO индуцировать ряд важнейших белков и ферментов, что выявляется как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции (белков антиоксидазной защиты, белка Р53, ответственного за блокирование злокачественного роста), активировать или подавлять активность многих белков и ферментов (гуанилатциклазы, рибонуклеотидредуктазы, компонентов дыхательной цепи и гликолиза).

И, наконец, исследования J.B.Hibbs et al. [19] обнаружили генерацию NO активированными макрофагами (МФ). Было доказано, что цитостатический и цитотоксический эффекты макрофагов осуществляются посредством NO [13] и активации бактериальными эндотоксинами или Т- лимфоцитами, макрофаги активируют синтез NOS, которая превращает аргинин в оксид азота. Последний выделяется из макрофагов и быстро проникает в бактерии, грибы или опухолевые клетки. Там оксид азота ингибирует 3 жизненно важные группы ферментов: митохондриальные ферменты, ферменты цикла Кребса, ферменты синтеза белка и ДНК. В этих условиях энергопродукция и деление клеток становится невозможным, и клетка погибает.

Таким образом, за сравнительно короткий промежуток времени, с начала 80-х до 90-х годов, была доказана важная роль NO в регуляции основных систем организма: сердечно-сосудистой, системе гемостаза, иммунной, нервной, системе органов дыхания, что явилось свидетельством универсального значения NO для биосистем и основой становления новой области биологии – биологии NO.

Ворганизме человека радикал NO образуется из аминокислоты аргинина в результате реакции, которая катализируется ферментом, получившим название NO-синтазы:

L-Arginin + NADPH2 + O2 = NO + L-Citrullin.

Для продукции NO требуется рекордное число разнообразных кофакторов: FMN, FAD, H4, гем и кальций кальмодулин и по крайней мере 3 субстрата: аргинин, кислород и NADPH [3]:

2L-Arginin + 3NADPH + 4O2 + 3H+ = 2L-Citrullin + 2NO + 3NADP+ + 4H2O.

Существует и второй путь синтеза оксида азота, связанный с активацией нитритредуктазных систем. При патологических процессах, протекающих на фоне гипоксии или ишемии, роль NOсинтазного механизма может снижаться и повы-

Российский журнал

шаться активность нитритредуктазных систем [4].

Действие нитритов на гемоглобин начал исследовать A.Gamge в 1868 г. После поступления в кровь ионы NO2– проникают через плазматические мембраны. Одновременно с окислением Hb наблюдается образование Hb-NO-комплексов. В опытах in vitro установлено, что при взаимодействии ионов NO2- с дезоксигемоглобином осуществляется окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой дезоксигемоглобин окисляется в метНb, а ионы NO2– восстанавливаются в NO:

Hb2+ + NO2- + 2H+ = метHb + NO + H2O.

Взаимодействуя с восстановленным гемоглобином, NO образует стабильные Hb-NO-комплек- сы:

Hb2+ + NO = Hb2+ – NO.

Комплексы метHb с NO нестабильны, в связи с чем легко распадаются. При взаимодействии ионов NO2– с оксигемоглобином переходит в окисленную форму. Образование О2– , Н2О2 и других активных форм кислорода может явиться причиной окисления NO в нитриты и нитраты. Таким образом, значительный вклад в нитритредуктазную активность вносит Hb в крови и Mb в мышечной ткани. Учитывая, что содержание гемоглобина в 250 раз выше, чем цитохрома, можно предположить, что вклад нитритредуктазных систем в цикл NO является основным. Однако мощная нитритредуктазная способность Hb крови делает его уязвимым по отношению к метгемоглобинобразующему действию ионов NO2-2. Поэтому появление NO-синтазных систем, лимитирующих образование нитритных и нитратных ионов, обеспечило защиту Hb от окисления и, следовательно, организма в целом от токсического действия нитросоединений. Кроме того, без механизма эндогенного образования нитритов/нитратов клетки и организм в целом оказались бы полностью зависимыми от поступления нитритов и нитратов.

Образовавшийся NO оказывает как аутокринное, так и паракринное действие. Это означает, что молекулы NO, несмотря на свою высокую химическую активность, способны транспортироваться на расстояния, превышающие, по крайней мере, в несколько раз клеточные размеры [2].

На пути к клеточным мишеням паракринное действие молекул NO может в значительной степени ослабляться под влиянием различных факторов. Каковы же клеточные мишени NO? Вопервых, это железосодержащие ферменты и белки, такие, как гуанилатциклаза, собственно сама NOS, Hb, митохондриальные ферменты, ферменты цикла Кребса, ферменты синтеза белка и ДНК. Связывание NO с железосодержащим уча-

стком фермента приводит к изменению активности ферментов. Взаимодействие NO с этими мишенями играет роль в цитотоксическом действии макрофагов [24], в расслаблении мышц сосудов и ЖКТ [11], в переносе кислорода, образовании АТФ и формировании долговременной памяти. Вторая важная молекулярная мишень для оксида азота – это белки, содержащие SH-группы [8]. NO является мощным катализатором образования дисульфидных мостиков. Благодаря взаимодействию с SH-группами он может регулировать такой важный для клетки процесс, как биосинтез белка. Наконец, третья важная молекулярная мишень – активные формы кислорода. Оксид азота связывается с кислородом с образованием чрезвычайно токсичного соединения – пероксинитритов [7]. Последние по токсичности во много раз превосходят сам NO. Образование пероксинитритов играет существенную роль во многих патофизиологических процессах, включая септический шок [34], а также ишемические и язвенные повреждения органов.

В неактивном состоянии NOS представляет собой мономер, содержащий 5 мест связывания для 5 разных кофакторов. При наличии в окружающей среде всех кофакторов и аргинина происходит димеризация NOS, и фермент становится активным. При участии кислорода и воды происходит превращение аргинина в цитрулин с высвобождением NO.

Существует несколько изоформ NOS: нейрональная (nNOS), или тип 1, эндотелиальная (eNOS), или тип 2, и индуцибельная (iNOS). Изоформы отличаются друг от друга локализацией в организме и способом активации. Тип 1 (нейрональная изоформа) и тип 2 (эндотелиальная изоформа) являются конституитивными (cNOS). Они обеспечивают синтез NO в нормальных условиях. Индуцибельные формы (iNOS) в нормальных условиях неактивны. Синтез их увеличивается в ответ на действие патогенных стимулов.

Активные формы всех 3 изоформ представлены гомодимерами с молекулярной массой субъединиц 130 кДа (iNOS), 135 кДа (eNOS), 160 кДа (nNOS). В каждом мономере различают несколько дискретных доменов. Начиная с С-конца различают: редуктазный домен, имеющий высокую степень гомологии с цитохром-Р-450-редуктазой; небольшой кальмодулинсвязывающий домен; оксигеназный домен, обладающий многими характеристиками цитохром-Р-450-редуктазы, но без структурной гомологии с последней; N-концевая последовательность, специфичная для каждой изоформы.

Основные каталитические различия изоформ заключаются в том, что Са необходим для активации eNOS и nNOS, в то время как кальмодулин связан с iNOS столь прочно, что добавление Са не является необходимым. Эндотелиальная NOS проявляет свою активность только в присут-

ствии кальция и кальмодулина. Увеличение продукции NO происходит пропорционально поступлению в цитоплазму кальция либо извне, либо из эндоплазматического ретикулума (при действии ацетилхолина, брадикинина и других агентов, активизирующих реакции фосфотидилинозитолфосфатного цикла). Поступление ионов кальция в цитоплазму нейронов через каналы, активируемые возбуждающими аминокислотами, приводит к активации nNOS, усилению продукции NO и активации гуанилатциклазы [31].

Кроме способности катализировать образования оксида азота NOS обладает также NADPH2- диафоразной активностью, и клетки тканей, гистохимически определяемые как содержащие NADPH2-диафоразу, способны производить NO [36]. Диафоразная активность обнаруживается и в нервных окончаниях, иннервирующих стенки кровеносных сосудов, гладкие мышцы сфинктеров [6]. Такой эффект, как и другие опосредованные NO-эффекты, блокируются NG-производ- ными аргинина, являющимися конкурентными ингибиторами NOS [28].

Специфические для разных тканей формы cNOS выделены и очищены. Выделены и проклонированы соответствующие гены, определены первичные структуры белков и нуклeотидные последовательности ДНК. Это позволило изучить распределение cNOS в тканях и клетках организма методами иммуногистохимии с помощью моноклональных антител, а также методами гибридизации in situ нуклеиновых кислот и приступить к детальному изучению NOS. Разные формы NOS кодируются разными генами, обладающими различной локализацией в хромосомах и особенностями организации. Следует отметить, что если в случае конституитивных форм NOS к настоящему времени идентифицированы рецепторные системы, активирующие синтез NO по кальций кальмодулинзависимому пути, то рецепторная система, активирующая iNOS, до сих пор нуждается в более полном описании.

Сегодня накоплен большой материал о механизме регуляции активности iNOS в макрофагах и гладкомышечных клетках, об участии вторичных мессенджеров, протеинкиназ и цитокинов в регуляции синтеза NOS. Установлено, что синтез iNOS индуцируется интерлейкином 1, интерфе- роном-, фактором некроза опухолей, липополисахаридами грамотрицательных бактерий [12]. Пик продукции этой формы NOS достигается по одним источникам через 6 ч, по другим – через 12 ч после начала действия индуктора. К этому времени независимая от кальция продукция NO достигает уровня, при котором начинает сказываться влияние NO не только на гуанилатциклазу, но и на железосодержащие компоненты дыхательной цепи митохондрий, на аконитазу, рибонуклеотидредуктазу. В результате этого в клетках, подвергнутых действию таких количеств NO, нарушаются энергетический обмен и синтез ДНК.

Российский журнал

В организме эта способность оксида азота используется для уничтожения опухолевых клеток макрофагами, которые не только сами производят NO, но и секретируют фактор некроза опухолей, который вызывает индукцию NOS в опухолевых и других клетках.

Активация iNOS имеет место при болезнях иммунной системы, сердечно-сосудистой патологии, злокачественных новообразованиях, острых и хронических воспалениях [38]. При воспалении, особенно при септическом шоке, происходит увеличение уровня пептида, ассоциированного с геном кальцитонина, являющегося cАМP-зависи- мым сосудорасширяющим агентом. При эндотоксическом шоке активация iNOS и избыточная продукция NO чревата немедленными тяжелыми последствиями, когда липополисахариды грамотрицательных бактерий вызывают столь мощное образование NO в гладких мышцах сосудов, что это приводит к падению системного кровяного давления и развитию характерных для шока нарушений кровообращения [14].

Таким образом, NOS с энзимологической точки зрения обладает рядом уникальных свойств: это – самый регулируемый в биологии фермент, единственный из известных ферментов, который имеет 5 кофакторов. В результате система генерации оксида азота является наиболее чувствительной системой изменений, происходящих в организме.

Обобщая данные литературы, можно выделить несколько особенностей NO и систем его генерации.

•Оксид азота – короткоживущее соединение, что позволяет ему выполнять функции регуляторного сигнала.

•NOS – один из самых регулируемых в биологии ферментов.

•Молекула NO может существовать в трех различных формах: NO–, NO+, NO; каждая форма NO имеет свои клеточные мишени.

Кроме того, в последнее время доказано, что оксид азота может запасаться в двух разных клеточных депо в форме динитрозильных комплексов железа и нитрозотиолов. Высвобождаться из них он может с различной кинетикой и в ответ на различные стимулы. В совокупности эти особенности создают уникальные возможности для регуляции всего синтеза NO, а также делают эту молекулу универсальным регулятором физиологических функций организма.

Вместе с доказательством важной биологической роли оксида азота возник огромный интерес

кэтой молекуле со стороны теоретической и практической медицины. Перспектива использования препаратов, влияющих на содержание NO, является очень многообещающей. Однако многообразие функций NO заставляет скептически относиться к возможности целенаправленных терапевтических воздействий на физиологические механизмы: слишком велика вероятность побочных

Российский журнал

эффектов. Кроме вазодилатирующего эффекта с NO связаны регуляция секреции инсулина и развитие диабета вследствие гибели клеток поджелудочной железы при вирусных инфекциях [35], регуляция почечной фильтрации [5], репаративных процессов в костях, слизеобразования в кишечном эпителии [10].

В кардиологической практике давно применяются нитровазодилататоры, и в первую очередь нитроглицерин, терапевтическое действие которых опосредует NO. В острых ситуациях может оказаться полезным насыщение NO инфузируемых растворов. В эксперименте таким образом удалось предотвратить развитие постишемических повреждений миокарда [23].

Другой терапевтический подход может быть связан с использованием блокаторов NOS. Так, например, при добавлении селективного блокатора NOS – S-метилтзотиола (SMT) сокращались размеры инфарктной зоны, улучшался региональный кровоток [37]. С помощью ингибиторов NOS в эксперименте удалось сократить размеры инфарктной зоны и при ишемии головного мозга [31].

Кроме ингибиторов NOS активно исследуется терапевтический потенциал блокаторов индукции NOS. Из числа уже используемых препаратов таким действием обладают глюкокортикостероиды. Способностью блокировать NOS обладают также интерлейкины 4, 8, 10, трансформирующие факторы роста b-типа [27], эпидермальный фактор роста [19].

Усиление действия NO может быть основано на предотвращении его инактивации, что и делают различные препараты супероксиддисмутазы (SOD) и ее миметиков. Есть работы, доказывающие, что полезным может оказаться аргинин [28]. Инфузия раствора аргинина приводила к снижению системного кровянного давления, увеличению ЧСС, форсированному диурезу [24]. Другой интересный подход для увеличения продукции NO состоит в использовании фактора некроза опухолей, предварительное введение которого предотвращает развитие постишемических повреждений в миокарде [34].

Известно также, что продукты неферментативного гликозилирования белков крови, накапливающиеся при гипергликемии, связывают NO и препятствуют нормальному функционированию механизмов ауторегуляции кровотока [14]. Предполагается, что блокирование этих механизмов окисленными липопротеинами вносит вклад в развитие гемоциркуляторных нарушений при атеросклерозе [15]. Воздействие на механизмы образования и инактивации NO может представлять интерес не только для кардиологии, но и для неврологии [36], диабетологии (участие NO в регуляции синтеза инсулина и в гибели клеток поджелудочной железы), гастроэнтерологии (участие NO в регуляции тонуса нижнего пищеводного сфинктера, слизеобразования в кишечни-

ке, регуляции моторики ЖКТ, уменьшении пилороспазма), трансплантологии, сексопатологии (участие NO в эрекции). Ингаляция NO снижает уровень легочной гипертензии [30], предотвращая гипоксическую вазоконстрикцию в легких.

В целом, при использовании и разработке препаратов, влияющих на содержание NO, необходимо помнить, что NO вовлечен как в нормаль-

ную регуляцию, так и во многие патофизиологические процессы. Поэтому идеальным препаратом окажется тот, который будет обладать способностью ограничивать гиперпродукцию или компенсировать недостаток NO в организме и при этом не затрагивать существенные регуляторные и защитные функции этого соединения.

1.Ванин А.Ф. NO в биологии: история, состояние

иперспективы исследований // Биохимия. – 1998. – T. 63. – Вып. 7. – C. 867-869.

2.Недоспаев А.А. Биогенный NO в конкурентных отношениях // Биохимия. – 1998. – Т. 63. – Вып. 7. – С. 881–904.

3.Реутов В.П., Сорокина Е.Г. NO–синтазная и нитритредуктазная компоненты цикла оксида азота. Биохимия. – 1998. – Т. 63. – Вып. 7. – С. 1029–1040.

4.Alam T., Moonga B.S. et al. A role for endotheli- um-derived NO in bone resorption // J. physiol.

– 1991. – Vol. 438. – P. 307.

5.Alm P., Carlsson B., Andersson K.-E. Nadphdiaphorase activity and non-adrenergic, noncholinergic relaxations of the human gastrointestinal tract // Acta. physiol. Scand. – 1992. – Vol. 146(2). – P. 285–287.

6.Beckman J.S., Chen J., Ischiropoulos H., Grow

J.P. Oxidative chemistry of peroxynitrite // Methods Enzymol. – 1994. – Vol. 233. –

P.229–240.

7.Bredt D.S., Snyder D.S. Nitric oxide: a physiologic messenger molecule // Annu Rev. Biochem.

– 1994. – Vol. 63. – P. 175–195.

8.Brigham K.L. Oxygen radicals – an important mediator of sepsis and septic shock // Klin. Wschr. – 1991. – Vol. 69. – P. 1004–1008.

9.Brown J.F., Tepperman B.L., Hanson P.J. et al. Differential distribution of nitric oxide synthase between cell fractions isolated from the red gastric mucosa // Biochem. biophys. Res. Commun. – 1992. – Vol. 184 (4). – P. 680–685.

10.Calignano A., Moncada S., Dirosa M. Endogenous nitric oxide modulates morphin–indused constipation // Biochem. biophys. Res. Commun. – 1991. – Vol. 181 (2). –

P.889–893.

11.Corbet J.A., Wang J.L., Hughes J.H. et al. Nitric oxide and cyclic GMF formation induced by interleucin-1 in islets of Largerhancse. Evidence for on effector role of nitric oxide in islet dysfunction // Biochem. J. – 1992. – Vol. 287. –

P.229-235.

12.Corraliza I.M., Campo M.L., Soler G., Modolell M. Determination of arginase activity in macrophages: A micromethod // J. of Immunol. Methods. – 1994. – Vol. 174. – P. 1–2.

13.Cremers B., Flesh M., Kilter H. et al. Generation nitric oxide and free radicals con-

tribute to myocardial dysfunction in septic shock

//Second International Congress. – Stockholm, 1997, Aug. 29–30. – P. 32.

14.Dudec R.R., Conforfo A., Bing R.J. Lysophosphatidylcholine-induced vascular relaxation of cGMF are mediated by endotheliumderived factor. Proceeding of the Society for Exper

//Biol. and Medicine. – 1993. – 203 (4). – P. 474–479.

15.Flavahan N.A. Atherosclerosis or lipoproteinindused endothelial dysfunction. Potential mechanisms underlying reduction in EDFR/nitric oxide activity // Circulation. – 1992. – Vol. 85 (5). – P. 1927–1938.

16.Furchgott R.W., Zavadski J.V. The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholin // Nature. – 1980. – Vol. 288. – P. 373–376.

17.Garthwaite J., Charles S.L., Chess-Williams R.

Endothelium – derived relaxing factor release on activation of NMDA receptors suggests role as intercellular messenger in the brain // Nature. – 1988. – Vol. 336. – P. 385–388.

18.Hayashi T., Ishikawa T., Yamada K. et al. Biphasic effect of estrogen on neuronal constitutive nitric oxide synthase via Ca2+-calmodulin dependent mechanism // Biochem. and biophys. Res. Commun. – 1994. – Vol. 203 (2). – P. 1013–1019.

19.Hibbs J.B., Taintor R.R., Vavrin Z. et al. Nitric Oxide: A cytotoxic activated macrophage effector molecule // Biochem. and biophys. Res. Commun. – 1988. – Vol. 157. – P. 87–94.

20.Ignarro L.J., Buga G.M., Wood K.S. et al. Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide // Proc. nat. Acad. Sci. USA. – 1987. – Vol. 84. – P. 9265–9269.

21.Jonson G., Tsai P.S., Lefer A.M. Cardioprotective effects of authentic nitric oxide in myocardial ischemia with reperfusion // Crit. Care. Med. – 1991. – Vol. 19 (2). – P. 244–252.

22.Kanno K., Hirata Y., Emori T. et al. L-arginin infusion induced hypothention and diurhesis/natriurhesis with concomitant increased urinary excretion of nitrite/nitrate and cyclic GMF in humans // Clin. exp. Pharmacol. Physiol. – 1992. – Vol. 19 (9). – P. 619-625.

23.Koshland D.E. Editorial: The molecular of the year // Science. – 1992. – Vol. 258 (5090). – P. 1861–1862.