научная статья по теме О РОЛИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОГО ГЛИКОКАЛИКСА В МЕХАНОГЕННОЙ РЕГУЛЯЦИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ Биология

Текст научной статьи на тему «О РОЛИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОГО ГЛИКОКАЛИКСА В МЕХАНОГЕННОЙ РЕГУЛЯЦИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2012, том 43, № 4, с. 45-58

УДК 616. 13-611-018.74

О РОЛИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОГО ГЛИКОКАЛИКСА В МЕХАНОГЕННОЙ РЕГУЛЯЦИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ

© 2012 г. А.М. Мелькумянц

Российский кардиологический научно-производственный комплекс МЗ РФ

В обзоре анализируются результаты исследований, на основании которых можно сделать вывод о том, что для регуляции гидравлического сопротивления артериальных сосудов при изменениях скорости кровотока требуется не только наличие интактного эндотелия, но и сохранность эндо-телиального гликокаликса. Данные исследований, проведенных на культуре клеток эндотелия, показывают, что волокна гликокаликса являются механорецепторами, деформация которых под действием обусловленного течением крови напряжения сдвига приводит к высвобождению эндо-телиоцитами оксида азота, вызывающего расслабление сосудистых гладких мышц.

Ключевые слова: эндотелиальный гликокаликс, эндотелийзависимая вазодилатация, напряжение сдвига, скорость кровотока, механорецепция.

В начале 80-х годов прошлого века произошло кардинальное изменение представлений о роли, которую выполняет эндотелий в сосудистой системе. Если до 1980 г. считали, что монослой клеток эндотелия выполняет только две функции - барьерную, предотвращая проникновение форменных элементов крови в сосудистую стенку, и антитромбогенную, препятствующую внут-рисосудистому свертыванию крови, то после работы Фурчготта и Завадски [24] стало ясно, что эндотелий играет важную роль в регуляции сосудистого тонуса, опосредуя расслабление гладких мышц в ответ на действие многих агонистов, таких как ацетилхолин, АТФ, гистамин, брадики-нин, тромбин и ряда других сосудорасширяющих веществ. В течение короткого промежутка времени было показано, что эти вазоактивные вещества, воздействуя на соответствующие рецепторы, расположенные на мембране эндотелиоцитов, стимулируют синтез и выделение фактора расслабления, который, собственно, и снижает тонус гладких мышц сосудов [25]. Этот производимый эндотелием фактор расслабления был, вскоре, идентифицирован как образующийся из ¿-аргинина оксид азота [33, 50], а пионерские работы Фурчготта, Игнарро и Мурада по исследованию вазомоторной функции эндотелия были удостоены в 1998 г. Нобелевской премии.

Сегодня общепризнано, что тонус сосудов и, следовательно, их диаметр и гидравлическое со-

противление в большой мере определяются состоянием и функцией эндотелия. Также не вызывает сомнений, что многие виды сосудистой патологии обусловлены дисфункцией эндотелия, конкретно, нарушением его вазомоторной функции.

На наш взгляд, наиболее важной регуляцией, осуществляемой с участием эндотелия, является регуляция гидравлического сопротивления сосудов соответственно скорости кровотока. В конце 1970-х годов Смешко, Хаютин и их коллеги показали, что магистральные артерии собак расширяются при увеличении в них кровотока и суживаются при его уменьшении [7]. Вскоре после этого было доказано, что имеет место непрерывное приспособление диаметра, а значит, и гидравлического сопротивления артерий к скорости кровотока [34, 42, 44], которое осуществляется только в сосудах с интактным эндотелием [30, 51, 62, 63] и определяется способностью эндотелиоцитов расслаблять гладкие мышцы в ответ на увеличение механической силы (напряжения сдвига), действующей на них со стороны текущей крови [3, 41, 43]. Благодаря этой механогенной регуляции достигается адекватное кровоснабжение органов при увеличении их активности; она же ослабляет констрикторные реакции, препятствуя развитию спазма сосудов, и обеспечивает острую стадию расширения путей окольного кровоснабжения (коллатералей) при окклюзии магистральных артерий [4].

Идея о том, что эндотелий может обладать ме-ханочувствительностью и активно участвовать в регуляции тонуса гладких мышц сосудов, была высказана еще в середине прошлого века Родбар-дом [56-58]. Анализируя как физиологические, так и морфологические данные, показывающие, что артерии тем шире, чем больше в них скорость течения крови, Родбард пришел к выводу о том, что артериальная стенка должна обладать способностью "измерять" величину кровотока в просвете и адаптировать к ней диаметр сосуда. Отвечая на вопрос: "Каким образом стенка может узнавать, с какой скоростью течет кровь в просвете артерии?", Родбард предположил, что непосредственно контактирующие с кровью эндотелиаль-ные клетки "измеряют" действующую на них со стороны текущей крови силу вязкого трения - напряжение сдвига - и изменяют пропорционально этой силе гладкомышечный тонус (рис. 1).

линии тока (»)

Рис. 1. Схематическое представление механизма, обеспечивающего регуляцию сопротивления сосудов при изменениях скорости кровотока, без учета возможной роли гликокаликса. Для ламинарного течения жидкости в цилиндрической трубке характерен параболический профиль скоростей: линии тока параллельны оси сосуда, а скорость жидкости уменьшается от центра к стенке в результате действия силы вязкого трения. Эта сила (напряжение сдвига), действующая на стенку сосуда, пропорциональна произведению вязкости жидкости на её объемный расход. Напряжение сдвига вызывает деформацию эндотелиоцитов: оно как бы пытается "сдвинуть " обращенную в просвет поверхность клеток эндотелия вниз по течению. Сдвиговая деформация, активируя эндотелиальную NО-синтазу, увеличивает продукцию клетками эндотелия оксида азота, который расслабляет гладкие мышцы.

Эта гипотеза и нашла свое подтверждение как в наших исследованиях, так и в работах других исследовательских групп. В опытах на перфузи-руемых кровью магистральных артериях и арте-риолах разных видов млекопитающих было показано, что эти сосуды расширяются в ответ на повышение в них не только кровотока, но и вяз-

кости крови, причем и это расширение происходит только при интактном эндотелии [41, 43]. Поскольку напряжение сдвига пропорционально как расходу крови, так и её вязкости, не оставалось сомнений в том, что сосудистая стенка "определяет" величину кровотока в просвете по величине напряжения сдвига. Более того, мы показали, что при повышении жесткости (уменьшении деформируемости) коркового слоя эндотелиоцитов, дилататорные реакции, вызываемые повышением кровотока и вязкости крови, значительно ослабевают или полностью исчезают (рис. 2), притом что ответы сосудов на расширяющие агенты, действие которых опосредуется эндотелием, остаются практически неизменными [5, 6, 39, 40]. Эти данные однозначно указывали на то, что изменения напряжения сдвига воспринимаются эн-дотелиоцитами в виде сдвиговых деформаций их мембраны и/или коркового слоя.

Таким образом, вырисовывалась вполне логичная схема, объясняющая, как осуществляется регуляция сопротивления сосудов при повышении кровотока: мембрана и корковый слой эндотелио-цитов, деформируясь под действием напряжения сдвига, стимулируют синтез в эндотелиоцитах оксида азота, который вызывает расслабление гладких мышц, приводящее к расширению сосуда (рис. 1).

Однако довольно быстро стало ясно, что такая схема может быть неполной. Первые сомнения в том, что сами по себе поверхностные структуры эндотелиоцитов являются механоцептивным звеном дилататорной реакции, возникли после того, как мы начали перфузировать артерии не кровью, а плазмозамещающими растворами [4, 42]. Используя для перфузии магистральных артерий кошек раствор Кребса-Хенселейта, вязкость которого повышали до величины, характерной для вязкости плазмы или цельной крови, добавляя в этот раствор 6-10% декстрана с молекулярной массой 40-60 кДа, мы выяснили, что дилататорная реакция, вызываемая повышением объемной скорости течения, быстро угасает и спустя 30-50 мин перфузии таким раствором полностью исчезает. При этом дилататорные ответы на действующие через эндотелий ацетилхолин и АТФ сохраняются неизменными в течение многих часов перфузии.

Пытаясь выяснить, с чем связан такой феномен, мы добавили в перфузионный раствор альбумин, поскольку именно отсутствие белка принципиально отличает использовавшийся нами раствор от плазмы крови. Оказалось, что достаточно добавить в раствор Кребса-Хенселейта 1-2% бычьего сывороточного альбумина (или 4-5% плазмы

О РОЛИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОГО ГЛИКОКАЛИКСА В МЕХАНОГЕННОИ РЕГУЛЯЦИИ... 1.7-

ДИАМЕТР мм

КРОВОТОК мл/мин

ДАВЛЕНИЕ мм рт.ст.

1.6-1

1.5

1.4-1 50

25

0110100-

5 мин

Рис. 2. Реакция бедренной артерии кошки на повышение кровотока и на внутриартериальное введение ацетилхоли-на до (слева) и после инкубации эндотелия в течение 30 с в 0.025% растворе димера глутарового альдегида. Видно, что воздействие на эндотелиоциты димером глутарового альдегида приводит к полному подавлению способности артерии расширяться в ответ на увеличение скорости кровотока, тогда как ответ на ацетилхолин, дилататор-ное действие которого также опосредуется эндотелием, остается практически неизменным [5]. В опытах на культуре клеток эндотелия [6] мы показали, что димер глутарового альдегида в таких концентрациях и при таких временах воздействия, в которых он был использован в опытах на артериях in situ, значительно уменьшает деформируемость этих клеток: параметр, характеризующий жесткость их коркового слоя увеличивается более чем на порядок.

крови), чтобы обеспечить длительное (в течение 6-8 ч) сохранение дилататорной реакции артерий на повышение скорости течения перфузионной жидкости [42].

Естественно, возник вопрос: почему для реализации реакций артерий на изменение скорости течения перфузионного раствора необходим альбумин? Предположение о том, что альбумин создает коллоидно-осмотическое давление, препятствующее отеку клеток стенки, можно было отбросить, поскольку перфузионный раствор содержал декстран, имеющий молекулярную массу, примерно равную молекулярной массе альбумина, в концентрации, достаточной для создания коллоидно-осмотического давления, равного или даже большего, чем онкотическое давление плазмы. Кроме того, сохранение реакции артерии на ацетилхолин при перфузии не содержащим альбумин раствором, свидетельствовало о нормальном функциональном состоянии как эндотели-альных, так и гладкомышечных клеток. Таким образом

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком