Автореферат и диссертация по медицине (14.03.03) на тему:Экспериментальное обоснование использования липосомальной формы эмоксипина (производного 3-оксипиридина)для коррекции ишемических и реперфузионных повреждений миокарда
Автореферат диссертации по медицине на тему Экспериментальное обоснование использования липосомальной формы эмоксипина (производного 3-оксипиридина)для коррекции ишемических и реперфузионных повреждений миокарда
На правах рукописи
Л/
'¡У
ТОРОПОВА ЯНА ГЕННАДЬЕВНА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИПОСОМАЛЬНОЙ ФОРМЫ ЭМОКСИПИНА (ПРОИЗВОДНОГО 3-ОКСИПИРИДИНА) ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ИШЕМИЧЕСКИХ И РЕПЕРФУЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ МИОКАРДА
14.03.03 - патологическая физиология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Санкт-Петербург 2013
005536509
005536509
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечнососудистых заболеваний» Сибирского отделения Российской академии медицинских наук
Научный руководитель:
доктор медицинских наук, профессор Григорьев Евгений Валерьевич
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор, Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН,
заведующая лабораторией биогеронтологии Кветная Татьяна Викторовна
доктор медицинских наук, профессор,
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский
государственный медицинский университет
имени академика И. П. Павлова»
Министерства здравоохранения Российской Федерации,
профессор кафедры патофизиологии Шестакова Светлана Алексеевна
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный Центр сердца, крови и эндокринологии имени В. А. Апмазова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Защита диссертации состоится /¿РлОл . 2013 года в // часов на
заседании Диссертационного совета Д 001.022.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины» Северо-Западного отделения Российской академии медицинских наук по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины» Северо-Западного отделения Российской академии медицинских наук по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12.
Автореферат разослан «_»_2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор медицинских наук
Дыбан П. А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Ишемическая болезнь сердца является одной из главных причин инвалидизации и смертности населения развитых стран. Одним из основных методов лечения ишемической болезни сердца является проведение шунтирующих операций на сердце в условиях искусственного кровообращения. Однако тотальная ишемия и реоксигенация (реперфузия), сопровождающие искусственное кровообращение, провоцируют повреждения эндотелия коронарных сосудов и клеток миокарда, что может приводить к таким взаимосвязанным и клинически значимым изменениям, как гибель кардиомиоцитов, неполное восстановление коронарного кровотока, «станни-рование» миокарда и в конечном счете нарушение сократимости (сократительной дисфункции) (Turer А. Т. et al., 2010). В связи с этим особое значение приобретает эффективность интраоперационной защиты миокарда.
Поскольку в развитии ишемического и реперфузионного повреждения миокарда особую роль играет активация процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) на фоне снижения активности защитных антиоксидантных ферментных систем (окислительный стресс) (Schulz R. et al., 2004; Меньшикова Е. Б. и др., 2008), нивелирование дисбаланса антиоксидантной системы является одним из направлений возможного терапевтического воздействия. Патогенетически обоснованным в данном случае представляется использование средств фармакологической коррекции окислительного стресса - экзогенных антиоксидантов (Besse S. et al., 2006).
Многочисленные исследования в области антиоксидантной защиты не позволяют сделать однозначные выводы о целесообразности применения антиоксидантов при заболеваниях, сопровождающихся окислительным стрессом (Holger К. et al., 2004; Seo М. Y. et al., 2002). Во многих экспериментальных исследованиях была продемонстрирована эффективность использования антиоксидантных препаратов при заболеваниях, в которых окислительный стресс играет значительную патогенетическую роль (Неверов И. В., 2001; Kaikkonen J. et al., 2001;). Однако в ряде исследований была установлена не только неэффективность применяемых антиоксидантов, но и их способность оказывать негативный прооксидантный эффект (Ланкин В. 3. и др., 1999; Dyatlov V. А. et al., 1998; Ohshima Н. et al., 1998). Поскольку определяющим фактором проявления антиоксидантами прооксидантного эффекта является концентрация самого антиоксиданта (Bouayed, J. and Bohn, 2010), одной из возможных причин неоднозначности полученных результатов может быть неправильный выбор величин вводимых доз антиоксиданта.
Такая ситуация диктует необходимость проведения дальнейших исследований, направленных на изучение механизмов реализации кардиопротективного эффекта антиоксидантов и разработку их новых лекарственных форм, обеспечивающих возможность снижения терапевтически активных доз с параллельным нивелированием побочных эффектов.
В ряде отечественных экспериментальных и клинических исследований продемонстрирована высокая эффективность препаратов производных 3-оксипиридинов для снижения выраженности окислительного стресса, в том
з
числе при ишемии-реперфузии миокарда (Танашян М. М. и др., 2006; Сыренский А. В. и др., 2008; Поллумиксов В. Ю. и др., 2004; Голиков А. П., 2005). Классическим представителем производных 3-оксипиридина является препарат эмоксипин, разрешенный к использованию в кардиологической практике при остром инфаркте миокарда для профилактики синдрома реперфузии и при нестабильной стенокардии (Машковский М. Д., 2000; Приказ минздравмедпрома РФ, 2007; Государственный реестр лекарственных средств, 2004). Эмоксипин обладает широким спектром биологического действия и выраженной антиоксидантной активностью, подтвержденной рядом научных работ (Мезен Н. И., 2006; Голиков А. П. и др., 1990; Афанасьев С. А. и др., 1994).
В качестве возможного способа его использования можно рассматривать целенаправленную доставку эмоксипина в виде липосомальной формы к очагам, пораженным в результате ишемии-реперфузии (Сейфулла Р. Д., 2010; Landi-Librandi А. Р. et al., 2011; Zacharias Е. Suntres, 2011; Юлиш Е. И. и др., 2008).
Липосомальная форма лекарственных препаратов обладает рядом фармакологических преимуществ перед свободными формами лекарств. Доказано, что включение лекарственного вещества в состав липосом позволяет увеличить его биодоступность за счет направленного транспорта к участкам, нуждающимся в фармакологической коррекции и внутриклеточной доставке, что позволяет снижать дозу препарата с сохранением его терапевтического эффекта (Zacharias Е. Suntres, 2011; Song Н. et al., 2006; Жигальцев И. В. и др., 1999). Кроме того, известно, что липиды, входящие в состав липосом, могут замещать поврежденные в результате ишемии и реперфузии эссенциальные фосфолипиды мембран, оказывая тем самым протективный эффект (Ипатова О. М., 2005).
Цель исследования: изучить эффективность применения липосомальной формы эмоксипина (производного 3-оксипиридина) в экспериментальной терапии ишемии и реперфузии миокарда.
Задачи исследования:
1. Определить оптимальный размер «пустых» липосом для направленного транспорта производных 3-оксипиридина (на примере эмоксипина) и реализации кардиопротективного эффекта при тотальной нормотермической ишемии и реперфузии миокарда на модели изолированного сердца крысы.
2. Оценить степень повреждения миокарда в реперфузионном периоде тотальной нормотермической ишемии на фоне интракоронарного введения липосомальной формы эмоксипина.
3. Оценить активность антиоксидантной системы миокарда в реперфузионном периоде тотальной нормотермической ишемии в условиях кардиопротекции липосомальной формой эмоксипина.
4. Изучить влияние липосомальной формы эмоксипина на восстановление коронарного кровотока в реперфузионном периоде тотальной нормотермической ишемии.
5. Изучить влияние липосомальной формы эмоксипина на восстановление сократительной и насосной функций миокарда в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии.
Новизна исследования
Установлены основные механизмы формирования толерантности миокарда к овреждающему воздействию ишемии и реперфузии в условиях кардиопротекции ипосомальной формой эмоксипина. Оценена зависимость кардиопротективного эффекта от дозы антиоксиданта в оставе липосом на модели изолированного сердца крысы в условиях ишемии и еперфузии.
Доказана возможность использования липосомальной формы эмоксипина для оррекции ишемического и реперфузионного повреждения миокарда на модели золированного сердца крысы. Практическая значимость работы
Определен оптимальный размер «пустых» липосом (не более 50 нм) для казания кардиопротективного эффекта и обеспечения направленного транспорта моксипина в миокард, находящийся в условиях тотальной нормотермической Ш1СМИИ и реперфузии.
Установлено положительное влияние липосомальной формы эмоксипина в тношении ишемических и реперфузионных повреждений миокарда. В результате исследования определена оптимальная лекарственная форма моксипина для оказания кардиопротективного эффекта в отношении шемизированного и реперфузируемого миокарда.
Полученные результаты могут явиться основой для разработки протоколов рименения липосомальной формы эмоксипина, направленных на коррекцию шемических и реперфузионных повреждений миокарда. Положения, выносимые на защиту:
1. Интракоронарное введение липосомальной формы эмоксипина в период шемии приводит к повышению резистентности миокарда к повреждающему ействию ишемии и реперфузии. Наиболее эффективно использование липосом азмером не более 50 нм.
2. Липосомальная форма эмоксипина в низкой концентрации (0,1 мг/мл) бладает антиоксидантным эффектом, в то время как более высокая 0,25 мг/мл) предположительно оказывает незначительное прооксидантное ействие. При применении препарата в концентрации 0,25 мг/мл гибель ардиомиоцитов в период реперфузии происходит преимущественно за счет ¡екроза. Введение меньших концентраций липосомальной формы эмоксипина 0,1 мг/мл) способствует переключению механизма гибели кардиомиоцитов с екроза на апоптоз.
3. В основе кардиопротективного эффекта 0,1 мг/мл липосомальной формы моксипина лежит снижение интенсивности процессов перекисного окисления ипидов. Восстановление функционирования миокарда на фоне введения ипосомальной формы 0,1 мг/мл эмоксипина происходит за счет снижения лияния свободных радикалов на мембраны кардиомиоцитов, что обеспечивает их труктурную целостность, и эндотелиальной Ш-синтазы, что обеспечивает осстановление коронарного кровотока в периоде реперфузии.
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 15 работ в журналах, материалах научных съездов и конференций (из них
5
5 статей в журналах, рецензируемых ВАК). Список прилагается.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Второй научной сессии молодых ученых «Наука - практике» (Кемерово, 2012 г.); на VIII международной крымской конференции «Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии» (Судак, Крым, Украина, 2012 г.); на IV съезде кардиологов Сибирского федерального округа «Сердечно-сосудистые заболевания: от первичной профилактики до высоких технологий в повседневной практике» (Кемерово, 2011 г.); на II Международном конгрессе «Кардиология на перекрестке наук» (Тюмень, 2011 г.); на III Международной научно-практической конференции «Достижения, инновационные направления, перспективы развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологий» (Екатеринбург, 2012 г.).
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов. Диссертация изложена на 116 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 9 таблиц, 11 рисунков. Указатель литературы включает 174 работы (из них 103 - зарубежные).
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материал и методы исследования. Исследование проведено на модели перфузируемого изолированного сердца крысы. Использованные в эксперименте животные (183 крысы линии Wistar, масса 320±20 г) содержались в условиях вивария на полном рационе, соответственно суточным нормативам питания для данного вида животных. Опыты проводили, соблюдая принципы гуманного обращения с животными, регламентированные требованиями Европейской конвенции (Страсбург, 1986) по содержанию, кормлению и уходу за подопытными животными, а также выводу их из эксперимента и последующей утилизации. Эвтаназию предварительно наркотизированных (этаминал натрия, 45 мг/кг) животных производили методом цервикальной дислокации, после чего вскрывали грудную клетку и извлекали сердца, которые затем фиксировали на аортальной канюле и производили перфузию по методам Langendorff и Neely.
Перфузия изолированного сердца. Изолированные сердца перфузировали оксигенированным раствором Кребса - Хензеляйта по схеме: 20 мин перфузии + 30 мин тотальной нормотермической ишемии + 30 мин реперфузии. Тотальную нормотермическую ишемию моделировали посредством полного прекращения подачи перфузионного раствора, сердце при этом погружалось в термостатируемую камеру (37°С). В период ишемии интракоронарно вводили изучаемые препараты со скоростью 0,1 мл/мин в течение 30 мин при 37°С. В ходе исследования проводилось два вида перфузии: ретроградная (метод Langendorff) с регистрацией параметров сократительной функции и коронарного протока изолированного сердца; антеградная (метод Neely) с оценкой насосной функции изолированного сердца. Сократительную функцию сердца регистрировали в изоволюмическом режиме с помощью введенного в полость левого желудочка латексного баллончика, соединенного с датчиком давления, встроенного в аппарат для физиологических исследований МР36 компании «Biopac Systems, Inc» (USA).
В ходе эксперимента производили регистрацию кривой внутрижелудочкового давления. Дальнейший расчет параметров сократимости изолированного сердца осуществляли с помощью оригинальной прикладной программы BSL PRO 3.7.3 компании «Biopac Systems, Inc» (USA). Запись параметров сократительной функции изолированного сердца производили на 10-й минуте перфузии до моделирования ишемии и на 15-й и 30-й минутах реперфузии. Критериями для оценки сократительной функции сердец исследуемых групп являлись: систолическое давление (СД, мм Hg), конечное диастолическое давление (КДЦ, мм Hg), давление, развиваемое левым желудочком (ДРЛЖ, мм Hg), частота сокращений изолированного сердца (ЧСС, уд/мин). Измерение коронарного протока (КП) изолированного сердца осуществляли путем подсчета количества перфузата, протекающего через коронарные артерии за 1 минуту, на 10-й минуте до ишемии и на различных этапах реперфузии (мл/мин). Насосную функцию оценивали по величине сердечного выброса (СВ), который определялся количеством перфузата, выбрасываемого желудочком сердца в единицу времени (мл/мин).
Фармакологические агенты, используемые при выполнении исследования.
В работе были использованы «пустые» липосомы и липосомы, содержащие эмоксипин, приготовленные непосредственно перед проведением экспериментов на базе ФГБУ «НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» СО РАМН. В экспериментах использовали лекарственный препарат эмоксипин (10 мг/мл), предназначенный для инъекционного введения (производитель ФГУП «Московский эндокринный завод»). Концентрации антиоксиданта в липосомах, достаточные для оказания протективного эффекта в отношении ишемизированного и реперфузируемого изолированного сердца, и режимы введения липосом были подобраны эмпирическим путем с учетом данных, представленных в литературных источниках.
Приготовление липосом. Липосомы готовили методом экструзии через поликарбонатные фильтры (Costar) с диаметром пор 50 и 100 нм на экструдере (Lipex Bíomembranes inc., Канада). Липидную пленку получали при помощи ротационного испарителя (Heidolph, Германия) на стенках стеклянной колбы объемом 1 л. Молярное соотношение яичного лецитина (Lipoid, Германия) и холестерина (Sigma) в липосомах составило 7:5. Полученную пленку подвергали гидратации путем замораживания в морозильной камере (-20"С) в течение 24 часов с последующим медленным оттаиванием перед экструзией. Водный раствор эмоксипина добавляли на этапе гидратации липидной пленки при получении мультиламеллярных везикул. Полученную суспензию пропускали через экструдер с использованием фильтров с необходимым размером пор. На выходе получались липосомы размером, не превышающим размеры пор фильтров. Перед использованием липосомы разбавляли физиологическим раствором до необходимой концентрации. Конечная концентрация липосом в среде для гипоперфузии составила 10 мг/мл в пересчете на липиды.
Определение активности ферментов-маркеров повреждения миокарда. Активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и креатинфосфокиназы МБ фракции (КФК МБ) определяли в собранном в ходе эксперимента перфузате, оттекающем
от сердца на 10-й минуте до ишемии и на 10-й минуте реперфузии. Активност ферментативных маркеров в перфузате оценивали методом ферментативно" кинетики и выражали в международных единицах в литре (МЕ/л). Определени активности проводили на автоматическом биохимическом анализатор SAPPHIRE-400 (Япония) с использованием реактивов фирмы Диакон-ДС, Росси (для ЛДГ), и DiaSys Diagnostic Systems GmbH, Germany (для КФК МБ).
Определение уровня свободнорадикальных процессов в миокарде. Дл оценки активности процессов перекисного окисления липидов в гомогената сердец определяли содержание малонового диальдегида (МДА) по цветно" реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой (Стальная И. Д., 1977). Определени величины антиоксидантной активности (АОА) проводил с использованием метода, основанного на торможении образования МДА водной суспензии арахидоновой кислоты (Промыслов М. Ш. и др., 1990).
Морфологический анализ кардиомиоцитов методом TUNEL Морфологическое исследование апоптоза и некроза кардиомиоцитов проводил путем постановки на гистологических срезах миокарда реакции TUNEL (Termina deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling) с использование стандартного набора реактивов Millipore (USA). Для дифференцировк некротизированных клеток от клеток в состоянии апоптоза руководствовалис следующими критериями: за признаки некроза принимали кариопикно (сморщивание и конденсация хроматина), кариорексис (распад на глыбки) кариолизис (растворение), тогда как к критериям апоптоза относил неоднородность структуры хроматина и четкость контуров ядра.
Иммуноферментный анализ содержания оксида азота. Количественно определение оксида азота осуществляли с помощью твердофазног иммуноферментного анализа по суммарному содержанию его стойки метаболитов (ионов NO'2 + NO"3) в перфузате, оттекающем от сердца на 10-" минуте до ишемии и на 10-й минуте реперфузионного периода.
Статистическая обработка результатов. Статистическую обработ! результатов эксперимента проводили с помощью пакета прикладных програмк STATISTICA 6.0. Для описания признаков с отличным от нормального распределением указывали медиану и 25-й, и 75-й процентили (Me (25%—75%)). Для проверки гипотезы о равенстве законов распределений использовал критерий Манна-Уитни. Корреляционная связь между показателями оценивалась при помощи коэффициента ранговой корреляции Spearman. Статистически значимыми считались различия при р<0,05. Графически результаты эксперимента представляли в виде диаграмм со значениями Me (25%-75%).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Влияние введения «пустых» липосом S0 и 100 нм на ншемизированный и реперфузируемый миокард. Установлено, что в период реперфузии сократительная активность сердец после введения физиологического раствора (ФР) и «пустых» липосом диаметром 100 нм (ПЛ-100) оказалась недостаточной для преодоления периферического сопротивления (<80 см. водн. ст.) (табл. 1). Насосная функция у изолированных сердец этих групп отсутствовала. В то же время у сердец группы, в которой гипоперфузия осуществлялась липосомами
диаметром 50 нм (ПЛ-50), в период реперфузии давление, развиваемое левым желудочком, было достаточным для выполнения насосной функции.
В период реперфузии (на 10-й минуте) КП сердец группы ФР снизился на 55% по сравнению с исходным значением (р<0,01). У сердец групп ПЛ-50 и ГШ-100 отмечалось увеличение данного показателя по сравнению с доишемическими значениями на 57 и 25% соответственно (рис. 1).
Таблица 1 — Насосная функция миокарда после введения «пустых» липосом диаметром 50 и 100 нм _________
Показатель ФР (п=15) ПЛ-50 (п= 15) ПЛ-100 (п=15)
Объем сердечного выброса исходный, мл/мин 46,0 (44,0—48,0) 44,5 (43,0-47,0) 47,0 (46,0-49,0)
Объем сердечного выброса в период реперфузии, мл/мин 0 1,0(1,0-2,0) 0
Таким образом, «пустые» липосомы оказывают кардиопротективный эффект в отношении миокарда, находящегося в условиях ишемии-реперфузии. Введение в период ишемии «пустых» липосом диаметром 50 и 100 нм в равной степени обеспечивает увеличение коронарного кровотока в период реперфузии. Однако в отношении восстановления сократительной активности в период реперфузии влияние «пустых» липосом меньшего размера оказывается более выраженным.
Рисунок 1 - Объем коронарного протока изолированного сердца на 10 -й минуте реперфузии после введения липосом диаметром 50 и 100 нм.
Горизонтальной линией обозначен исходный уровень. * р<0,01 по сравнению с доишемическими показателями; " р<0,05 по сравнению с ФР.
Влияние введения липосом, содержащих 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл эмоксипина, на толерантность сердца к воздействию ишемии и реперфузии.
Для оценки дозозависимого эффекта липосомальной формы эмоксипина были выполнены серии экспериментов с введением в период ишемии липосом, содержащих в своем составе 0,25 мг/мл и 0,1 мг/мл препарата (ЭМЛ и ЭМЛ1 соответственно). С учетом результатов, представленных выше, на данном этапе исследования во всех экспериментах использовали липосомы диаметром 50 нм. Контролем служили группы с введением физиологического раствора (ФР) и эмоксипина в свободной форме в концентрации, соответствующей содержанию антиоксиданта в липосомах (0,25 мг/мл) (ЭМС).
Степень повреждения миокарда при реперфузии в условиях кардиопротекции 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формой эмоксипина. В период реперфузии в перфузате сердец группы ФР происходило увеличение активности ЛДГ (в 6 раз) и КФК МБ (в 7 раз) по отношению к исходным
9
20 18
; іб -
4
2 -О
І
значениям (р<0,01). В то же время гипоперфузия ЭМЛ, ЭМЛ1 и ЭМС приводила к существенному ышжению повреждающих влияний ишемии и реперфузии на кардиомиоциты. Об этом свидетельствовали более низкие показатели активности ферментов-маркеров повреждения миокарда в этих группах по сравнению с ФР (р<0,01) (табл. 2). В группе ЭМЛ уровень миокардиальных маркеров в реперфузионный период был ниже, чем в группе ФР (р<0,01), однако выше, чем в группе ЭМС (р<0,05). Кроме того, уровень ЛДГ в группе ЭМЛ превышал значения такового в группе ЭМЛ1 в 1,4 раза (р<0,01). Аналогичная тенденция в этих группах наблюдалась и в отношении КФК МБ (этот показатель в группе ЭМЛ был выше в 2,4 раза по сравнению с ЭМЛ1 (р<0,01)). Необходимо отметить, что в группе ЭМЛ1 наблюдался более низкий реперфузионный выброс КФК МБ и ЛДГ по сравнению с группой ЭМС (р<0,01 для КФК МБ и р<0,05 для ЛДГ).
Таблица 2 - Уровни маркеров повреждения миокарда в сериях с введением 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомального эмоксипина__
Показатель ФР (п=8) ЭМЛ (п=8) ЭМС (п=8) ЭМЛ1 (п=8)
КФК МБ, МЕ/л Исх 95,0 (93,0-119,0)
РП 740,0 (679,0-793,0) 693,0"'"' (680,0-700,0) 409,0*'" (390,0-451,0) 285,0*'"'*" (268,0-308,0)
Исх 254,0 (210,0-285,0)
ЛДГ, МЕ/л РП 1683,5 (1592,0-1777,5) 1145,0*'**'*** (983,5-1200,0) 934,О*'" (834,5-982,5) 809,0*'**'"" (759,0-851,0)
Примечания: р<0,01 по сравнению с ФР; р<0,05 по сравнению с ЭМС; р<0,01 между ЭМЛ и ЭМЛ 1.
Полученные результаты подтверждались результатами TUNEL-анализа (табл. 3). Гистологическая структура миокарда группы ФР с помощью TUNEL-метода не визуализировалась, что, вероятно, обусловлено значительным повреждением миокарда в результате тотальной нормотермической 30-минутной ишемии и последующей реперфузии. Результаты TUNEL-анализа миокарда групп ЭМЛ, ЭМЛ1 и ЭМС свидетельствовали о меньшей степени повреждения кардиомиоцитов этих групп по сравнению с группой ФР.
Таблица 3 - Распространенность некроза и апоптоза кардиомиоцитов миокарда, окрашенного методом TUNEL, на фоне введения ЭМЛ и ЭМЛ1
(% от всех TUNEL-позитивных клеток, принятых за 100 %)
Признак ФР (п=3) ЭМЛ (п=3) ЭМС (п=3) ЭМЛ1 (п=3)
Некроз, % о' 69,3 24,8 27,5
Апоптоз, % о- 30,7 75,2 72,5
Примечание: общее количество ТЦМЕЬ-позитивных клеток между группами статистически не различалось (р>0,05); 0 - ТиЫЕЬ-позитивные клетки не визуализировались ввиду нарушения гистологической структуры миокарда.
В препаратах групп ЭМЛ1, ЭМЛ и ЭМС наблюдались как признаки некроза, так и признаки апоптотических изменений кардиомиоцитов. При этом в препаратах групп ЭМС и ЭМЛ1 (по сравнению с ЭМЛ) апоптотически
г
измененные кардиомиоциты преобладали над клетками, подвергшимися некротической гибели (табл. 3).
Таким образом, введение в период ишемии липосом, содержащих эмоксипин, обеспечивает снижение ишемического и реперфузионного повреждения кардиомиоцитов. Меньшие концентрации эмоксипина в липосомах (0,1 мг/мл) обеспечивают более выраженный антинекротический эффект в отношении кардиомиоцитов по сравнению с 0,25 мг/мл эмоксипина в составе липосом.
Антиоксидантные системы миокарда при тотальной ишемии и реперфузии при введении липосом, содержащих 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл эмоксипина. К
окончанию реперфузиоиного периода уровень МДА в ткани миокарда группы ФР по сравнению с доишемическими значениями увеличился в 4 раза, тогда как в группах ЭМС, ЭМЛ и ЭМЛ1 это увеличение было достоверно ниже (р<0,01) (рис. 2).
Горизонтальной чертой обозначен исходный уровень. р<0,01 по сравнению с исходными; " р<0,01 по сравнению с ФР; *"р<0,05 по сравнению с ЭМС; "" р<0,01 между ЭМЛ и ЭМЛ1.
Рисунок 2 - Содержание малонового Рисунок 3 - Антиоксидантная , диальдегида в миокарде крыс после активность в миокарде крыс после введения ЭМЛ и ЭМЛ 1. введения ЭМЛ и ЭМЛ 1.
, В группе ЭМЛ уровень МДА оказался выше по сравнению с группами ЭМЛ1 и I] ЭМС (р<0,01). Одновременно с интенсификацией свободнорадикального ;; окисления в период реперфузии в сердцах всех групп развивалась ; недостаточность антиоксидантной системы миокарда. Об этом свидетельствовало ! снижение уровня АОА в миокарде всех исследуемых групп по отношению к 1 исходным значениям (р<0,01) (рис. 3).
I Так, в ткани сердец группы ФР по сравнению с доишемическими показателями АОА снизилась на 46%. В то же время для групп ЭМС, ЭМЛ и ЭМЛ1 это снижение составило 24; 26 и 21% соответственно (р>0,05 между группами).
Проведенный анализ влияния ЭМЛ и ЭМЛ1 на уровень МДА позволил выявить дозозависимость проявляемого ими эффекта. Полученные результаты свидетельствовали в пользу предположения о наличии незначительного прооксидантного эффекта введения 0,25 мг/мл эмоксипина в составе липосом. Таким образом, введение в период ишемии 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина в равной степени способствовало увеличению общей
антиоксидантной активности в реперфузионном периоде, однако в отношении снижения свободнорадикального окисления в миокарде влияние низких концентраций липосомальной формы эмоксипина (0,1 мг/мл) оказалось более значимым.
Коронарный кровоток ишемизированного миокарда в период реперфузии при введении 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина.
Исследование КП сердец группы ФР в реперфузионном периоде (на 10-й минуте реперфузии) показало его выраженное снижение (на 45%) по сравнению с исходной величиной (р<0,01) (рис. 4). В то же время анализ величины КП сердец групп ЭМЛ, ЭМС и ЭМЛ1 показал его значительное увеличение в период реперфузии по отношению к доишемическим показателям. По сравнению с исходными значениями увеличение КП в реперфузионный период в сердцах групп ЭМЛ, ЭМС и ЭМЛ1 составило 59; 27 и 64% соответственно. При этом в группе ЭМС данный показатель оказался достоверно ниже по сравнению с группами ЭМЛ и ЭМЛ1 (р<0,01). В сердцах группы ЭМЛ1 КП оказался достоверно выше по сравнению с группой ЭМЛ (р<0,05).
Рисунок 4 - Коронарный проток сердец на 10-й минуте реперфузии после введения ЭМЛ и ЭМЛ 1.
Горизонтальной чертой обозначен исходный уровень. р<0,01 по сравнению с ФР; р<0,05 по сравнению с ЭМЛ1; "" р<0,01 по сравнению с ЭМС.
Таким образом, липосомальный эмоксипин в концентрации 0,1 мг/мл в наибольшей степени уменьшает выраженность реперфузионной блокады микроциркуляции (феномена no-reflow), что подтверждается максимальной величиной коронарного протока в период реперфузии.
Предположительно, вышеописанный эффект увеличения коронарного кровотока на фоне кардиопротекции липосомальной формой эмоксипина может быть в определенной степени опосредован эндотелийзависимой дилатацией коронарных сосудов и реализовываться за счет снижения влияния свободных радикалов на активность эндотелиальной NO-синтазы (Козловский В. И., 2011; Vane J., 1994). В связи с этим было проведено исследование влияния введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина на активность эндотелиальной NO-синтазы.
Активность эндотелиальной NO-синтазы (по уровню стабильных метаболитов NO) после введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина при тотальной нормотермической ишемии и реперфузии. В период реперфузии в перфузате сердец группы ФР содержание N0 снизилось на 56% (р<0,05) по сравнению с доишемическими значениями (табл. 4). В
12
перфузате сердец групп ЭМС, ЭМЛ и ЭМЛ1 отмечено достоверное увеличение концентрации нитратов и нитритов по сравнению с доишемическими показателями на 45; 57 и 67% соответственно (р<0,01). В группе ЭМЛ1 уровень N0 достоверно превышал значения такового в группах ЭМЛ, ЭМС (р<0,05).
Таким образом, введение в период ишемии липосомальной формы эмоксипина способствует достоверному повышению уровня N0 (относительно доишемических значений) в период реперфузии.
Таблица 4 - Уровень стабильных метаболитов N0 в сериях с введением
0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл лнпосомального эмоксипина
Показатель Исходные (п=8) ФР (п=8) ЭМЛ (п=8) ЭМС (п=8) ЭМЛ1 (п=8)
Нитраты и нитриты, мкмоль/л 10,4 (9,3-12,2) 4,6" (4,4-5,5) Іб.З''"'"' (15,7-17,6) 15,1*'" (14,9-17,5) 17 д •/■•/•••/■••*• (17,0-18,6)
Примечания: р<0,01 по сравнению с исходными; р<0,0] по сравнению с ФР; "*р<0,05 между ЭМЛ и ЭМЛ1; "" р<0,05 по сравнению с ЭМС.
Полученные результаты дают основание предполагать, что ЭМЛ и ЭМЛ1 в условиях ишемии-реперфузии миокарда оказывают эндотелиопротективный эффект. При этом необходимо отметить тот факт, что влияние низких концентраций эмоксипина в липосомах (0,1 мг/мл) оказывается более выраженным.
Для оценки вклада активности эндотелиальной КО-синтазы в восстановление коронарной перфузии в реперфузионный период был проведен корреляционный анализ уровня N0 и величины коронарного протока в исследуемых группах.
Взаимосвязь выраженности свободнорадикальных процессов в миокарде, уровня N0 и уровня коронарного протока реперфузируемого миокарда при введении липосомальной формы эмоксипина. В группе ЭМЛ1 была установлена положительная корреляционная связь между уровнем N0 и величиной коронарного протока (г3млі=0,8). Это свидетельствует о том, что на фоне введения низких концентраций липосомалыюго эмоксипина (0,1 мг/мл) восстановление коронарного кровотока в период реперфузии в значительной степени обусловлено повышением активности 1ЧО-синтазы. Поскольку повышение уровня N0 может быть связано со снижением влияния свободных радикалов на активность ЫО-синтазы, была проведена оценка корреляционной зависимости между уровнем МДА и концентрацией нитратов и нитритов во всех исследуемых группах. Корреляционный анализ уровня МДА и N0 в исследуемых группах продемонстрировал высокую степень их сопряженности в группе ЭМЛ1 (гзмлі = -0,7) и отсутствие таковой в группах ФР, ЭМС и ЭМЛ.
Таким образом, результаты корреляционного анализа позволяют предположить, что липосомальный эмоксипин в концентрации 0,1 мг/мл обеспечивает снижение повреждения эндотелиальной выстилки сосудов продуктами перекисного окисления липидов, что обусловливает функциональную состоятельность эндотелия и его участие в регуляции коронарного кровотока. Отсутствие взаимосвязи вышеуказанных показателей в группах ФР, ЭМЛ и ЭМС может
косвенно свидетельствовать о меньшей сохранности эндотелия. Вероятно, дозозависимый характер описанного восстановления коронарного кровотока на фоне различных концентраций липосомального эмоксипина, связан с различной степенью выраженности процессов свободнорадикального окисления.
Сократительная функция миокарда в условиях нормоксии и реперфузии после введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина. У изолированных сердец группы ФР сокращения были редкими и неэффективными, о чем свидетельствовали величина КП и показатели сократительной активности (табл. 5, 6).
Таблица 5 - Коронарный проток на 30-й минуте реперфузии изолированных сердед в условиях кардиопротекции ЭМЛ и ЭМЛ1
Показатели
ФР (п=7)
ЭМЛ (п=7)
ЭМЛ1 (п=7)
Коронарный проток -исх, мл/мин
11,0 (10,0-13,0)
Коронарный проток -РП 30, мл/мин
1,0 (0-2,0)
13,5' ,0-15,0)
14,0' (13,0-17,0)
Примечания: р<0,05 по сравнению с исходными; р<0,05 по сравнению с ФР.
Уровень ДРЛЖ у сердец группы ФР к 30-й минуте реперфузионного периода составил 4,8% от исходного значения. Описанное выраженное снижение сократительной способности левого желудочка изолированных сердец данной группы сочеталось с устойчивым ростом уровня диастолического давления в левом желудочке сердец группы ФР (рис. 5).
Рисунок 5 - Динамика КДД в реперфузионный период после введения ЭМЛ и ЭМЛ1.
и ЭМЛ1.
К окончанию реперфузионного периода КДД в этой группе увеличивалось в 3 раза относительно доишемических значений (р<0,01). КП в период реперфузии в группе ФР снизился на 91% по сравнению с исходным значением (табл. 5).
Показатели ЧСС в данной группе к 30-й минуте реперфузии составляли 34% от доишемического уровня (р<0,01). В то же время гипоперфузия в период ишемии ЭМЛ и ЭМЛ1 обеспечивала снижение депрессии сократимости сердец в реперфузионный период. Об этом свидетельствовало частичное восстановление параметров сократительной активности изолированных сердец в вышеуказанных группах. Введение ЭМЛ и ЭМЛ1 в период ишемии способствовало полному восстановлению сократительной функции левого желудочка в период реперфузии.
• исходные
омл
• - -ЭМЛ1
р<0,05 по сравнению с ФР; р<0,05 между ЭМЛ
Таблица 6 - Сократительная функция изолированного сердца крыс в условиях ишемии-реперфузии после введепия ЭМЛ и ЭМЛ1
Показатели
Частота сердечных сокращений ЧСС (уд/мин)
Исх
РП 15
РПЗО
ФР (п=7)
ЭМЛ (п=7)
458,3 (423,2-483,6)
64,4 (62,3-66,2)
187,0 (172.4-255,0)
ЭМЛ1 (п=7)
235,1 (182,4-285,0)
187,0*'" (176,3-196.3)
274,1 (169,0-288,8)
(202.
214,8^ ,2-242,
Систолическое
давление
СД(ммНё)
Исх
РП 15
25,6 (17,6-31,4)
РП 30
37,8 (36,6-38,1)
98,7 (90,1-105,7)
98,8 (96,0-115,0)
106,2 (85,0-115,7)
Конечно-диастолическое давление в ЛЖ КДЦ (мм Нц)
Исх
РП 15
27,0 (17,1-31,9)
РП30
34,1 (31,5-34,3)
11,8 (10,0-12,1)
104,4 (98,7-113,4)
100,1 (93,7-113,4)
15,9 (14,2-16,4)
16,0 (15,5-16,2)
Исх
Давление, развиваемое ЛЖ ДРЛЖ (мм
РП 15
0,9 (0,5-1,8
РП30
4,1 (4,0-14,1)
85,1 (81,2-93,8)
14,3 (12,0-15,8)
11,9''" (11,4-13,5)
82,3 (79,9-100,0)
89,1 (79,0-100,2)
88,6 (86,2-100,2)
87,9* (81,0-102,0)
Примечания: р<0,05 по сравнению с ФР; р<0,05 между ЭМЛ и ЭМЛ 1.
На фоне введения меньших концентраций липосомальной формы эмоксипина (ЭМЛ1) восстановление ДРЛЖ к доишемическим значениям отмечалось уже на 15-й минуте реперфузии, в то время как в группе ЭМЛ - лишь к 30-й минуте (табл. 6). Действие ЭМЛ и ЭМЛ1 на диастолическую функцию левого желудочка было однонаправленным, однако у сердец группы ЭМЛ КДД на протяжении всего периода реперфузии сохранялось на достоверно более высоком уровне относительно значений в группе ЭМЛ1(р<0,05) (рис. 5). Показатели ЧСС сердец при введении ЭМЛ1 на протяжении всего реперфузионного периода достоверно превышали таковые в группе ЭМЛ (р<0,05). У сердец группы ЭМЛ1 КП на 30-й минуте реперфузии превышал доишемические значения на 27%, тогда как у сердец группы ЭМЛ - на 23% (табл. 5).
Таким образом, введение липосомальной формы эмоксипина в концентрациях 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл в период ишемии приводит в основном к однонаправленным позитивным сдвигам показателей функционирования изолированных сердец в период реперфузии. Меньшие концентрации эмоксипина в липосомах (0,1 мг/мл) обеспечивают наилучшее восстановление сократительной функции изолированного сердца в реперфузионный период.
Насосная функция миокарда в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии после введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина. В период реперфузии сердца группы ФР оказались
15
неспособны к выполнению насосной функции, что свидетельствует о тяжелой миокардиальной недостаточности (табл. 7).
Таблица 7 - Состояние насосной функции изолированного сердца в период реперфузии после введения ЭМЛ и ЭМЛ1___
Показатель ФР (п=14) ЭМЛ (п=14) ЭМС (п=14) ЭМЛ1 (11=14)
Объем сердечного выброса — исх, мл 44,5 (43,0-48,0)
Объем сердечного выброса — РП 15, мл 0 2,5''" (2,0-3,0) 4,0 (3,0-4,0) 4,0" (3,0-5,0)
Объем сердечного выброса - РП 30, мл 0 1,0" 1,0 (1,0-2,0) 2,0''"' (2,0-3,0)
Црииа — Г11 -'"> _____ ^ -„I-VI-"-г—г--—1-
Примечания: р<0,05 по сравнению с ЭМС; р<0,05 между ЭМЛ и ЭМЛ 1.
В то же время в группах ЭМЛ, ЭМС и ЭМЛ1 изолированные сердца демонстрировали частичное восстановление насосной функции, при этом между этими группами были выявлены значительные различия.
На 15-й минуте реперфузии максимальный СВ был отмечен в группах ЭМЛ1 и ЭМС (р>0,05). СВ в группе ЭМЛ оказался достоверно ниже, чем в группах ЭМС и ЭМЛ1 (р<0,05). На протяжении реперфузионного периода во всех исследуемых группах наблюдалось значительное угнетение насосной функции (табл. 7). Максимальный объем СВ на момент окончания реперфузии демонстрировали сердца на фоне введения ЭМЛ1.
Таким образом, гипоперфузия липосомальной формы эмоксипина в период ишемии обеспечивает частичное восстановление насосной функции миокарда в реперфузионный период. Максимальному восстановлению насосной функции изолированного сердца в период реперфузии способствует введение 0,1 мг/мл липосомальной формы эмоксипина (ЭМЛ1).
Полученные в ходе данного исследования результаты убедительно демонстрируют выраженный кардиопротекторный эффект липосом, содержащих эмоксипин, на модели изолированного сердца крысы, подвергшегося тотальной нормотермической ишемии и реперфузии. Установлен дозозависимый характер кардиопротективного влияния липосомальной формы эмоксипина. Максимальным протективным эффектом в отношении реперфузируемого миокарда обладали низкие концентрации липосомальной формы эмоксипина (0,1 мг/мл). Липосомальный эмоксипин в концентрации 0,25 мг/мл предположительно оказывает прооксидантный эффект в отношении ишемизированного и реперфузируемого миокарда. Анализ приведенных результатов позволил сформулировать рабочую гипотезу возможного механизма кардиопротективного влияния 0,1 мг/мл липосомальной формы эмоксипина на миокард в условиях ишемии-реперфузии (рис. 6).
Рисунок 6 - Патогенетическая цепь формирования устойчивости миокарда к повреждающему действию тотальной
нормотермической ишемии и реперфузии в условиях кардиопротекции ОД мг/мл липосомальной формой эмокси-пина.
ВЫВОДЫ
1. Введение в период ишемии «пустых» липосом меньшего диаметра оказывает более выраженное влияние на восстановление насосной функции сердца в реперфузионный период. Таким образом, оптимальный размер липосом для обеспечения направленного транспорта эмоксипина в миокард составляет не более 50 нм.
2. Интракоронарное введение липосомальной формы эмоксипина в период ишемии снижает степень ишемического и реперфузионного повреждения клеток миокарда. Введение липосомальной формы эмоксипина в концентрации 0,1 мг/мл приводит к максимальному снижению степени повреждения кардиомиоцитов, что подтверждается минимальным уровнем реперфузионного выброса ферментов-маркеров (ЛДГ, КФК МБ). При этом на фоне введения липосомальной формы эмоксипина в концентрации 0,1 мг/мл гибель кардиомиоцитов происходит преимущественно за счет апоптоза, в то время как при введении 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина - за счет некроза.
3. При введении 0,1 мг/мл липосомальной формы эмоксипина в период реперфузии снижается интенсивность свободнорадикальных реакций в миокарде, о чем свидетельствует уровень МДА.
4. Введение липосомального эмоксипина в период ишемии обеспечивает восстановление коронарной перфузии в реперфузионный период. Восстановление коронарного кровотока на фоне введения 0,1 мг/мл липосомальной формы эмоксипина связано с повышением активности эндотелиальной Ж)-синтазы за счет снижения влияния свободных радикалов.
5. Введение в период ишемии липосомальной формы эмоксипина в концентрациях 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл обеспечивает частичное восстановление сократительной и насосной функции миокарда. Меньшие концентрации эмоксипина в липосомах обеспечивают наилучшее восстановление функционирования миокарда в реперфузионный период, о чем свидетельствуют параметры сократимости и величина сердечного выброса на момент окончания реперфузии.
ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в журналах, рекомендованных ВАК
1. Сравнительное исследование влияния липосом с различными антиоксидантами на степень гемолиза и форму эритроцитов при гипохлори-тиндуцированном перекисном гемолизе / Р. А. Мухамадияров, В. В. Борисов, Я. Г. Торопова, М. В. Богданов, Е. В. Лахмоткина // Вестник ТГПУ. - 2012. - № 8 (123).-С. 179-186.
2. Исследование дозозависимого влияния эмоксипина в составе липосом на сократительную функцию и свободнорадикальный статус изолированного сердца крысы, подвергшегося тотальной нормотермической ишемии и последующей реперфузии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров, М. В. Богданов, В. Г. Матвеева, И. В. Бобрышева, А. С. Головкин // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 8 (2). - С. 440-446.
3. Торопова, Я. Г. Сравнительное исследование кардиопротекторного эффекта липосом различного диаметра и состава при реперфузии изолированного сердца крысы после нормотермической ишемии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров, А. С. Головкин // Бюллетень Сибирской медицины. - 2013 -Т. 12, № 1. - С. 55-60.
4. Механизмы восстановления коронарного протока изолированного сердца в период реперфузии при кардиопротекции липосомальной формой эмоксипина / Я. Г. Торопова, Л. В. Антонова, Р. А. Мухамадияров, М. В. Богданов, А. С. Головкин // Российский Физиологический журнал им. И. М Сеченова -2013. -№ 6 (99). - С. 755-761.
5. Торопова, Я. Г. Влияние различных концентраций липосомальной формы эмоксипина на коронарный поток, сократительную и насосную функции изолированного сердца крысы в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров, А. С. Головкин // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова -2013.-№7(99).-С. 869-875.
Публикации в рецензируемых журналах
6. Сравнительное исследование кардиопротективного дозозависимого влияния эмоксипина в липосомальной и свободной формах на ишемизированный и реперфузируемый миокард на модели изолированного сердца крысы / Я. Г. Торопова, Л. В. Антонова, Р. А. Мухамадияров, М. В. Богданов, А. С. Головкин // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. -2012.-№ 1,-С. 30-34.
Тезисы
7. Динамика концентрации ростовых факторов в крови крыс при интрамиокардиальном введении липосомальных препаратов в условиях постинфарктного кардиосклероза / Е. А. Савельева, А. С. Головкин, Р. А. Мухамадияров, Е. А. Великанова, Я. Г. Торопова // Кардиология на перекрестке наук: материалы II Международного конгресса. - 2011. - С. 284.
8. Торопова, Я. Г. Влияние «пустых» липосом различного диаметра на показатели сократительной и насосной функции ишемизированного сердца крысы при реперфузии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров // Сердечно-сосудистые заболевания: от первичной профилактики до высоких технологий в повседневной практике: материалы IV съезда кардиологов Сибирского федерального округа. — 2011.-С. 175-176.
9. Мухамадияров, Р. А. Сравнительное исследование кардиопротекторного эффекта «пустых» липосом различного диаметра при реперфузии изолированного сердца крысы после нормотермической ишемии / Р. А. Мухамадияров, Я. Г. Торопова // Вестник уральской медицинской академической науки. -2011.-№3(1)-С. 40.
10. Гистологическое изучение степени реваскуляризации миокарда после моделирования инфаркта и последующего введения липосом различного состава / О. О. Здорникова, Я. Г. Торопова, Е. А. Великанова, Р. А. Мухамадияров, В. В. Борисов, А. С. Головкин // Сердечно-сосудистые заболевания: от первичной профилактики до высоких технологий в повседневной практике: материалы IV съезда кардиологов Сибирского федерального округа. -2011.-С. 67-68.
11. Торопова, Я. Г. Исследование кардиопротекторного эффекта эмоксипина в липосомалъной и свободной формах при реперфузии изолированного сердца крысы, подвергнутого тотальной нормотермической ишемии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров, А. С. Головкин // Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии: материалы VIII Международной крымской конференции. - 2012. - С. 73.
12. Исследование дозозависимого влияния липосомальной формы эмоксипина на процессы свободнорадикального окисления в ишемизированном изолированном сердце крысы в период реперфузии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров, М. В. Богданов, А. С. Головкин // Актуальные проблемы лабораторной диагностики и биотехнологий: сборник тезисов. — 2012. - С. 109.
13. Торопова, Я. Г. Исследование дозозависимого влияния эмоксипина в составе липосом на сократительную функцию изолированного сердца крысы, подвергшегося тотальной нормотермической ишемии и последующей реперфузии / Я. Г. Торопова, Р. А. Мухамадияров, А. С. Головкин // Медицинский академический журнал. - 2012. - С. 103-105.
14. Мухамадияров, Р. А. Мембраностабилизирующий эффект липосом, содержащих антиоксиданты / Р. А. Мухамадияров, В. В. Борисов, Я. Г. Торопова, М. В. Богданов // Достижения, инновационные направления, перспективы развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологий: материалы III Международной научно-практической конференции. -2012.-С. 231-233.
15. Мухамадияров, Р. А. Трансформация эритроцитов при индуцированном перекисном гемолизе / Р. А. Мухамадияров, В. В. Борисов, Я. Г. Торопова // Достижения, инновационные направления, перспективы развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологий: материалы III Международной научно-практической конференции. — 2012. - С. 107-108.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АО А - антиоксидантная активность
ДРЛЖ — давление, развиваемое левым желудочком
ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота
Исх - исходные показатели
КДД — конечно-диастолическое давление
КП - коронарный проток
КФК МБ - изофермент креатинфосфокиназы, характерный для ткани сердечной мышцы
ЛДГ - лактатдегидрогеназа МДА - малоновый диальдегид
ПЛ-50 - сердца после введения «пустых» липосом диаметром 50 нм
ПЛ-100 — сердца после введения «пустых» липосом диаметром 100 нм
ПОЛ — перекисное окисление липидов
РП — реперфузионный период
СД — систолическое давление
СВ — сердечный выброс
ЧСС — частота сердечных сокращений
ФР — сердца после введения физиологического раствора
ЭМЛ - сердца после введения 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина
ЭМС - сердца после введения 0,25 мг/мл свободной формы эмоксипина
ЭМЛ1 — сердца после введения 0,1 мг/мл липосомальной формы эмоксипина
Подписано в печать 11.09.2013. Формат 60х84'/1б. Бумага офсетная № 1. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 236
Адрес издательства и типографии: ООО «Издательство «Кузбассвузиздат». 650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7. Тел. 8 (3842) 58-29-34, т/факс 36-83-77. E-mail: 58293469@mail.ru
Текст научной работы по медицине, диссертация 2013 года, Торопова, Яна Геннадьевна
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» СО РАМН
На правах рукописи
Л/. Л 4 7 ¿.Т Л Г О
Торопова Яна Геннадьевна
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИПОСОМАЛЬНОЙ ФОРМЫ ЭМОКСИПИНА (ПРОИЗВОДНОГО 3-ОКСИПИРИДИНА) ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ИШЕМИЧЕСКИХ И РЕПЕРФУЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
МИОКАРДА
14.03.03 - патологическая физиология
Диссертация
на соискание учёной степени кандидата биологических наук
Научный руководитель:
д-р мед. наук, профессор Григорьев Евгений Валерьевич
Кемерово-2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................5
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................12
1.1 Общие механизмы ишемического и реперфузионного повреждения сердца..........................................................................................................................12
1.2 Роль свободно-радикальных процессов в ишемическом и реперфузионном повреждении миокарда.............................................................................................14
1.3Механизмы гибели кардиомиоцитов при ишемии и реперфузии...................16
1.4Современный взгляд на использование антиоксидантов для коррекции окислительного стресса............................................................................................20
1.5Фармакологические эффекты эмоксипина........................................................22
1 .бВозможность использования липосомальных препаратов при ишемических и реперфузионных повреждениях миокарда.............................................................25
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................29
2.Эксперименты на изолированном сердце..........................................................30
2.1.1 Схема эксперимента......................................................................................30
2.1.2Методика подготовки препарата изолированного сердца........................31
2.1.3Методика перфузии изолированного сердца методом Ьап£епс1огйГ........32
2.1.4Методика перфузии изолированного сердца методом №е1у...................33
2.1.5Моделирование тотальной нормотермической ишемии...........................35
2.1.6Методика оценки сократительной функции изолированного сердца.....36
2.1.7Характеристика регистрируемых параметров сократительной функции изолированного сердца.............................................................................................38
2.1.8Методика оценки насосной функции изолированного сердца................39
2.1.9Методика измерения коронарного протока изолированного сердца......40
2.2Фармакологические агенты, используемые при выполнении исследования..............................................................................................................40
2.2.1 Приготовление липосом...............................................................................41
2.2.2Распределение животных по сериям экспериментов................................42
2.3Биохимические методы исследования...............................................................43
2.3.1 Определение активности ферментов-маркеров повреждения миокарда.....................................................................................................................43
2.3.20пределение уровня свободнорадикальных процессов в миокарде.......45
2.4Морфологический анализ кардиомиоцитов методом TUNEL........................47
2.5Иммуноферментный анализ содержания оксида азота....................................49
2.6Статистическая обработка результатов.............................................................50
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ....................................................51
3.1 Влияние введения «пустых» липосом 50 и 100 нм на ишемизированный и реперфузируемый миокард......................................................................................51
3.2Влияние введения липосом, содержащих 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл эмоксипина, на толерантность сердца к воздействию ишемии и реперфузии.........................56
3.2.1 Степень повреждения миокарда при реперфузии в условиях кардиопротекции 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формой эмоксипина.................................................................................................................56
3.2.2Антиоксидантные системы миокарда при тотальной ишемии и реперфузии при введении липосом, содержащих 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл эмоксипина.................................................................................................................64
3.2.3Коронарный кровоток ишемизированного миокарда в период реперфузии при введении 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина.................................................................................................................68
3.2.3.1 Активность эндотелиальной ИО-синтазы (по уровню стабильных метаболитов N0) после введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина при тотальной нормотермической ишемии и реперфузии..............71
3.2.3.2Взаимосвязь выраженности свободнорадикальных процессов в миокарде, уровня N0 и уровня коронарного протока реперфузируемого миокарда при введении липосомальной формы эмоксипина...............................74
3.2.4Сократительная функция миокарда в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии после введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина........................................................................77
3.2.5Насосная функция миокарда крыс в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии после введения 0,1 мг/мл и 0,25 мг/мл липосомальной формы эмоксипина........................................................................83
ГЛАВА 4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................87
ВЫВОДЫ..................................................................................................................93
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
95
ВВЕДЕНИЕ АКТУАЛЬНОСТЬ
Ишемическая болезнь сердца является одной из главных причин инвалидизации и смертности населения развитых стран (Cheng J. W. et al., 2009). Одним из основных методов лечения ишемической болезни сердца является проведение шунтирующих операций на сердце в условиях искусственного кровообращения. Однако тотальная ишемия и реоксигенация (реперфузия), сопровождающие исскуственное кровообращение, провоцируют повреждения эндотелия коронарных сосудов и клеток миокарда, что может приводить к таким взаимосвязанным и клинически значимым изменениям, как гибель кардиомиоцитов, неполное восстановление коронарного кровотока, «станнирование» миокарда и в конечном счете нарушение сократимости (сократительной дисфункции) (Turer А. Т. et al., 2010). В связи с этим особое значение приобретает эффективность интраоперационной защиты миокарда.
К сожалению, в настоящее время не существует лекарственных средств, радикально повышающих устойчивость миокардиальных клеток к патогенному воздействию - ишемии и реперфузии.
Максимальный протективный эффект обеспечивают лекарственные средства, которые оказывают не заместительный или симптоматический эффекты, а нивелируют влияние одного или большего количества элементов, участвующих в патогенезе реперфузионного повреждения (т.е. обладающие патогенетическим действием).
Поскольку в развит™ ишемического и реперфузионного повреждения миокарда особую роль играет активация процессов перекисного окисления липидов на фоне снижения активности защитных антиоксидантных ферментных систем (окислительный стресс) (Меньшикова Е. Б. и др., 2008; Schulz R. et al.,
2004), нивелирование дисбаланса антиоксидантной системы является одним из направлений возможного терапевтического воздействия. Патогенетически обоснованным в данном случае представляется использование средств фармакологической коррекции окислительного стресса - экзогенных анти-оксидантов (Вввве Б. е1 а1., 2006).
Многочисленные исследования в области антиоксидантной защиты не позволяют сделать однозначные выводы о целесообразности применения антиоксидантов при заболеваниях, сопровождающихся окислительным стрессом (Но^ег К. Е. е1 а1., 2004; Ро^ак В. & а1., 2012; 8ео М. У. & а1., 2002). Во многих экспериментальных исследованиях была продемонстрирована эффективность использования антиоксидантных препаратов при заболеваниях, в которых окислительный стресс играет значительную патогенетическую роль (Неверов И. В., 2001; КаУскопеп 3. е1 а1., 2001). Однако в ряде исследований была установлена не только неэффективность применяемых антиоксидантов, но и их способность оказывать негативный прооксидантный эффект (Панкин В. 3. и др., 1999; БуаНоу V. А. е1 а1., 1998; ОЬвЬкпа Н. е1 а1., 1998). Поскольку определяющим фактором проявления антиоксидантами прооксидантного эффекта является концентрация самого антиоксиданта (Воиауеё I. е1 а1., 2010), одной из возможных причин неоднозначности полученных результатов может являться неправильный выбор величин вводимых доз антиоксиданта.
Такая ситуация диктует необходимость проведения дальнейших исследований, направленных на изучение механизмов реализации кардио-протективного эффекта антиоксидантов и разработку их новых лекарственных форм, обеспечивающих возможность снижения терапевтически активных доз с параллельным нивелированием побочных эффектов.
В ряде отечественных экспериментальных и клинических исследований продемонстрирована высокая эффективность препаратов производных 3-окси-пиридинов для снижения выраженности окислительного стресса (в том числе при ишемии-реперфузии миокарда) (Сыренский А. В. и др., 2008; Голиков А. П. и др.,
2005; Поллумиксов В. Ю. и др., 2004; Танашян М. М. и др., 2006). Классическим представителем производных 3-оксипиридина является препарат эмоксипин, разрешенный к использованию в кардиологической практике при остром инфаркте миокарда для профилактики синдрома реперфузии и при нестабильной стенокардии (Государственный реестр лекарственных средств, 2004; Машковский М. Д., 2005; Приказ Минздравмедпрома РФ от 06.06.94 № 108, 2007). Эмоксипин обладает широким спектром биологического действия и выраженной анти-оксидантной активностью, подтвержденной рядом научных работ (Голиков А. П. и др., 1990; Мезен Н. И., 2006; Афанасьев С. А. и др., 1994).
В качестве возможного способа его использования можно рассматривать целенаправленную доставку эмоксипина в виде липосомальной формы к очагам, пораженным в результате ишемии-реперфузии (Сейфулла Р. Д., 2010; Юлиш Е. И. и др., 2008; Landi-Librandi А. Р. et al., 2011; Zacharias Е. Suntres., 2011).
Липосомы (от греч. lipos - жир и soma - тело) - это микроскопические сферические полые частицы, оболочка которых состоит из молекул тех же природных фосфолипидов, что и клеточные мембраны. Пустующее пространство внутри липосом может быть заполнено практически любыми веществами без ограничения их свойств и химической природы.
Липосомальная форма лекарственных препаратов обладает рядом фармакологических преимуществ перед свободными формами лекарств. Доказано, что включение лекарственного вещества в состав липосом позволяет увеличить его биодоступность (за счет направленного транспорта к участкам, нуждающимся в фармакологической коррекции и внутриклеточной доставке), что позволяет снижать дозу препарата с сохранением его терапевтического эффекта (Жигальцев И. В. и др., 1999; Song Н. et al., 2006; Zacharias Е. Suntres., 2011). Кроме того, известно, что липиды, входящие в состав липосом, могут замещать поврежденные в результате ишемии и реперфузии эссенциальные фосфолипиды мембран, оказывая тем самым протективный эффект (Ипатова О. М., 2005).
В связи с вышесказанным представляется целесообразным изучить влияние и выяснить механизмы реализации кардиопротективного эффекта липосомальной формы эмоксипина на ишемизированный и реперфузируемый миокард.
Цель исследования: изучить эффективность применения липосомальной формы эмоксипина (производного 3-оксипиридина) в экспериментальной терапии ишемии и реперфузии миокарда.
Задачи исследования:
1. Определить оптимальный размер «пустых» липосом для направленного транспорта производных 3-оксипиридина (на примере эмоксипина) и реализации кардиопротективного эффекта при тотальной нормотермической ишемии и реперфузии миокарда на модели изолированного сердца крысы.
2. Оценить степень повреждения миокарда в реперфузионном периоде тотальной нормотермической ишемии на фоне интракоронарного введения липосомальной формы эмоксипина.
3. Оценить активность антиоксидантной системы миокарда в реперфузионном периоде тотальной нормотермической ишемии в условиях кардиопротекции липосомальной формой эмоксипина.
4. Изучить влияние липосомальной формы эмоксипина на восстановление коронарного кровотока в реперфузионном периоде тотальной нормотермической ишемии.
5. Изучить влияние липосомальной формы эмоксипина на восстановление сократительной и насосной функций миокарда в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии.
Научная новизна
Установлены основные механизмы формирования толерантности миокарда к повреждающему воздействию ишемии и реперфузии в условиях кардиопротекции липосомальной формой эмоксипина.
Оценена зависимость кардиопротективного эффекта от дозы антиоксиданта в составе липосом на модели изолированного сердца крысы в условиях ишемии и реперфузии.
Доказана возможность использования липосомальной формы эмоксипина для коррекции ишемического и реперфузионного повреждения миокарда на модели изолированного сердца крысы.
Практическая значимость
Определен оптимальный размер «пустых» липосом (не более 50 нм) для оказания кардиопротективного эффекта и обеспечения направленного транспорта эмоксипина в миокард, находящийся в условиях тотальной нормотермической ишемии и реперфузии.
Установлено положительное влияние липосомальной формы эмоксипина в отношении ишемических и реперфузионных повреждений миокарда.
В результате исследования определена оптимальная лекарственная форма эмоксипина для оказания кардиопротективного эффекта в отношении ишемизированного и реперфузируемого миокарда.
Полученные результаты могут явиться основой для разработки протоколов применения липосомальной формы эмоксипина, направленных на коррекцию ишемических и реперфузионных повреждений миокарда.
Положения, выносимые на защиту:
1. Интракоронарное введение липосомальной формы эмоксипина в период ишемии приводит к повышению резистентности миокарда к повреждающему действию ишемии и реперфузии. Наиболее эффективно использование липосом размером не более 50 нм.
2. Липосомальная форма эмоксипина в низкой концентрации (0,1 мг/мл) обладает антиоксидантным эффектом, в то время как более высокая (0,25 мг/мл) предположительно оказывает незначительное прооксидантное действие. При применении препарата в концентрации 0,25 мг/мл гибель кардиомиоцитов в период реперфузии происходит преимущественно за счет некроза. Введение
меньших концентраций липоеомальной формы эмоксипина (0,1 мг/мл) способствует переключению механизма гибели кардиомиоцитов с некроза на апоптоз.
3. В основе кардиопротективного эффекта 0,1 мг/мл липоеомальной формы эмоксипина лежит снижение интенсивности процессов перекисного окисления липидов. Восстановление функционирования миокарда на фоне введения липоеомальной формы 0,1 мг/мл эмоксипина происходит за счет снижения влияния свободных радикалов на мембраны кардиомиоцитов, что обеспечивает их структурную целостность, и эндотелиальной NO-синтазы, что обеспечивает восстановление коронарного кровотока в периоде реперфузии.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Второй научной сессии молодых ученых «Наука - практике» (Кемерово, 2012 г.); на VIII Международной крымской конференции «Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии» (Судак, Крым, Украина, 2012 г.); на IV съезде кардиологов Сибирского федерального округа «Сердечно-сосудистые заболевания: от первичной профилактики до высоких технологий в повседневной практике» (Кемерово, 2011 г.); на II Международном конгрессе «Кардиология на перекрестке наук» (Тюмень, 2011 г.); на III Международной научно-практической конференции «Достижения, инновационные направления, перспективы развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологий» (Екатеринбург, 2012 г.).
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов. Диссертация изложена на 116 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 9 таблиц, 11 рисунков. Указатель литературы включает 174 работы (из них 103 - зарубежные).
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 15 работ в журналах, материалах научных съездов и конференций (из них 5 статей в журналах, рецензируемых ВАК).
Личный вклад автора. Автор непосредственно принимал участие в планировании исследования, выполнял эксперименты на изолированном сердце. Автором лично выполнены анализ, интерпретация, статистическая обработка полученных результатов и написание диссертации.
Внедрение результатов работы в практику. Основные положения диссертационной работы и практические рекомендации, сформулированные в диссертации, внедрены в учебный процесс кафедры патологической физиологии ГОУ ВПО КемГМА и научно-образовательного центра «Молекулярная и клиническая медицина при сердечно-сосудистой патологии» НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН.
Работа выполнена в ФГБУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечн