Сравнительная характеристика кардиотропных эффектов уридина и уридиновых нуклеотидов

Актуальность проблемы. «.

Актуальность поиска новых кардиотропных препаратов определяется широкой распространенностью заболеваний сердечнососудистой системы. По данным Всемирной Организации Здравоохранения около половины всех причин человеческих смертей в высокоразвитых странах и почти 60% в России приходится на болезни системы кровообращения, среди которых первое место занимает острая ишемия миокарда (Захаров, 2001).

Наряду с традиционными подходами к поиску новых эффективных препаратов для коррекции патологических состояний, развивающихся вследствие ишемии, современные достижения в области исследования механизмов патогенеза и сущности обменных реакций на молекулярном уровне определяют все возрастающий интерес к использованию в кардиофармакологии эндогенных регуляторов. Важный этап в развитии фармакотерапии — систематическое исследование возможностей лечебного применения природных метаболитов, являющихся естественными факторами адаптации миокарда к экстремальным и патологическим воздействиям (Галенко-Ярошевский, Гацура, 2001). К числу таких соединений можно отнести нуклеозиды и нуклеотиды, которые обладают большим набором регуляторных функций, реализующихся на рецепторном уровне, на уровне регуляции метаболических процессов и пластического обмена. В настоящее время хорошо изучены кардиотропные. свойства таких представителей этого класса соединений, как аденозин, аденозинмонофосфат (АМФ), аденозинтрифосфат (АТФ), гуанозинмонофосфат (ГМФ), инозин, а созданные на их основе лекарственные препараты используются в клинике (Николаева и др., 1975; Stanley et al., 1997; Lopaschuc, 1998).

Потенциальными средствами терапии для коррекции нарушений метаболизма при патологии сердечно-сосудистой системы, в частности при инфаркте миокарда, а также постишемическом реперфузионном повреждении сердца могут выступать пиримидиновый нуклеозид уридин и его фосфонуклеотиды: уридин-5-монофосфат (УМФ), уридин-5'-дифосфат (УДФ) и уридин-5'-трифосфат (УТФ). В экспериментальных и клинических исследованиях установлена высокая терапевтическая активность уридина и его нуклеотидов при центральной и периферической нейропатиях, дисфункции печени, нарушении репродуктивной функции, при врожденной оротоацидурии и цистическом фиброзе (Connolly, Duley, 1999). Однако, фармакологическая активность этих соединений в отношении сердечно-сосудистой системы малоизученна.

Нарушения в энергоснабжении сердца являются ведущим фактором «его повреждения при коронарной недостаточности и характеризуются дисфункцией основного окислительного пути синтеза АТФ в митохондриях (Хитров, и др., 1999). Единственно значимым источником продукции АТФ в миокарде становится анаэробный гликолиз. АТФ, образующемуся в процессе гликолиза, отводится важ’ная роль в синтезе креатинфосфата (Сакс и соавт., 1986), в энергообеспечении продолжительности потенциала действия мембраны миокардиальной клетки, в стабилизации процессов биосинтеза нуклеиновых кислот и белков, в осуществлении сократительной функции и работы кальциевого насоса в условиях гипоксии (Галенко-Ярошевский, Гацура, 2001). Установлено, что окисление глюкозы и стимуляция ресинтеза гликогена играют ведущую роль в обеспечении функционирования ишемизированного миокарда. В то же время при ишемии протекание гликолитических реакций лимитируется ограничением притока глюкозы и быстрым истощением гликогена в кардиомиоцитах (Taegtmaeyer et al., 1997). Уридин и его нуклеотиды могут оказывать терапевтическое действие благодаря активации процесса ресинтеза гликогена и поддержанию энергетического обмена в поврежденных кардиомиоцитах, особенно в условиях дефицита кислорода (Меерсон, 1984; Aussedat et al, 1984).

При гипоксии уридин усиливает также липидный обмен (Зайчик, Чуринов, 2000), а метаболиты уридиновых соединений (р-аланин) могут способствовать активации окислительно-восстановительных процессов в сердце (Елисеев и др., 1985).

В последнее время у исследователей возрос интерес к УДФ и УТФ, поскольку доказано, что они являются селективными агонистами пиримидиновых Р2и-рецепторов (O'Connor et al., 1991; Abracchio, Burnstock, 1998). Активация нуклеотидами этих рецепторов приводит к улучшению кровотока в кардиоваскулярной системе (Froldi et al., 1994; Зиганшин и др., 1998; 1999). Известно, что в клетке уридиновые нуклеотиды синтезируются de novo и участвуют в синтезе РНК и биомембраи, что является важным элементом в регуляции как нормального физиологического, так и патологического состояний (Connolly, Duley, 1999).

Перечисленные пути возможного влияния уридина и его производных на миокард делают актуальным и перспективным изучение их кардиотропных эффектов при ишемическом и реперфузионном повреждении сердца, в частности, при постишемической дисфункции миокарда и реперфузионном нарушении ритма. Эта проблема приобрела особую актуальность в связи с широким применением тромболитической терапии и хирургического лечения ишемической болезни сердца (Bolli, 1992; Вах et al., 1997; Pagano et al., 1999). Принципиально новый подход в лечении и предупреждении сердечных заболеваний, развиваемый в последнее время, основывается на активации АТФ-зависимых калиевых каналов (Кдтф каналов), которые являются конечным эффектором в реализации кардиопротекторных влияний ишемической. адаптации (прекондиции) (Garlic! et al., 1997; Liu et al., 1998; Fryer et al., 2000; Маслов и др., 2002). Известно, что в качестве эндогенных регуляторов этих каналов выступают некоторые нуклеотиды аденозина и гуанозина (АДФ, ГДФ), а также имеется предположение о наличии таких свойств у нуклеотидов уридина (Mironova et al., 1999).

Способность уридина проникать внутрь клетки и включаться в различные метаболические пути, наличие у уридиновых нуклеотидов рецепторного механизма действия, а также предположение о возможности реализации с их помощью фармакологической адаптации делают этот класс соединений перспективным для разработки новых кардиотропных лекарственных препаратов.

Цель исследования.

Целью настоящего исследования явилось сравнительное изучение кардиотропных эффектов уридина, УМФ, УДФ и УТФ при ишемическом и реперфузионном повреждении миокарда.

В задачи исследования входило:

1. Сравнительное исследование действия уридина и уридиновых нуклеотидов на сократительную способность изолированных перфузируемых сердец крыс на моделях регионарной и тотальной ишемии с последующей реперфузией.

2. Оценка антиаритмического и проаритмогенного действия уридина и уридиновых нуклеотидов на изолированных перфузируемых сердцах крыс при моделировании ишемических и реперфузионных аритмий.

3. Сравнительное изучение антиишемического и антиаритмического действия уридина, УМФ, УДФ, УТФ на модели острого инфаркта миокарда у крыс.

4. Изучение возможного участия уридина и его нуклеотидов в регуляции митохондриальных АТФ-зависимых К+ каналов.

Научная новизна.

Впервые проведено сравнительное изучение кардиопротекторного действия уридина, УМФ, УДФ и УТФ при ишемическом и реперфузионном повреждении миокарда. Показано, что все испытуемые соединения препятствуют депрессии сократительной функции миокарда при регионарной ишемии изолированных перфузируемых сердец крыс. Уридин и УМФ предотвращают развитие контрактуры. УДФ и УТФ усиливают коронарный ток.

Впервые показано, что уридин и УМФ на модели регионарной и тотальной ишемии изолированных перфузируемых сердец • крыс уменьшают развитие реперфузионных повреждений миокарда, ограничивая возникновение реперфузионных аритмий ипрепятствуя развитию миокардиального станнинга.

На модели острого инфаркта миокарда у крыс впервые обнаружено, что наибольшей кардиопротекторной активностью обладают уридин и УМФ, которые оказывают как антиишемическое, так и антиаритмическое действие. Показано, что антиишемическая активность уридина и УМФ связана с активацией митохондриальных АТФ-зависимых каналов. i.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Уридин и его нуклеотиды ограничивают снижение сократительной функции миокарда при регионарной ишемии изолированных перфузируемых сердец крыс.

2. Уридин и УМФ предупреждают развитие миокардиального станнинга при реперфузии после тотальной ишемии.

3. Уридин и его нуклеотиды обладают антиаритмическим действием в отношении ранних постокклюзионных аритмий. Уридин и УМФ проявляют антиаритмический, а УТФ проаритмогенный эффект при реперфузионных нарушениях сердечного ритма.

4.Уридин и УМФ оказывают антиишемическое действие на ранних сроках острой ишемии миокарда.

5.Механизм кардиопротекторной активности уридина и УМФ связан с активацией АТФ-зависимых К+ каналов.

Личный вклад соискателя.

Соискателем были выполнены анализ литературы по теме исследования, планирование и проведение экспериментов, статистическая обработка и анализ полученных результатов, а также основные публикации по теме работы. Автор выражает признательность профессору Г. Д. Мироновой — руководителю лаборатории митохондриального транспорта Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) за помощь в проведении работы на нативных митохондриях и на модельной системе бислойных липидных мембран (БЛМ).

Научно-практическая значимость работы.

Полученные положительные данные свидетельствуют о перспективности дальнейшего доклинического углубленного изучения уридина и УМФ с целью разработки на их основе новых кардиопротекторных средств.

Апробация работы.

Основные положения диссертации представлены на Всероссийской научной конференции «Нейрофармакология в XXI веке» посвященной 110летию академика АМН СССР С. В. Аничкова (Санкт-Петербург, 2002 г.), на Международных конференциях «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2003, 2005 г.), на Конгрессе кардиологов стран СНГ (Санкт-Петербург, сентябрь 2003 г.), на Российском национальном конгрессе кардиологов (Москва, октябрь 2003 г.), на Международной конференции «Biological Motility» (Пущино, 2004 г.), на 4 Международной конференции. Mitochondrial Physiology. (Vorarlberg, Austria, 2005 г.), на 8 Международном конгрессе по адаптационной медицине (Москва, 2006 г.), на 2-ой Российско-Китайской научной конференции по фармакологии «Фундаментальная фармакология и фармация — клинической практике» (Пермь, 2006), на 6 Международной конференции «Hypoxia in Medicine» (Milan, Italy, 2006).

По теме диссертации опубликовано 14 научных работ.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста, иллюстрирована 17 рисунками, содержит 12 таблиц и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, главы, содержащей результаты собственных исследований и их обсуждения, а также выводов и списка цитированной литературы, из которых 40 отечественных и 174 иностранных.

ВЫВОДЫ:

1. Уридин и его нуклеотиды в равной степени ограничивают развитие нарушений сократительной функции миокарда при регионарной ишемии изолированных перфузируемых сердец крыс. Уридин и УМФ предотвращают изменение фазы расслабления ишемизированного миокарда, УТФ усугубляет его.

2. Уридин и УМФ предупреждают развитие постишемической дисфункции миокарда, возникающей при реперфузии изолированных сердец крыс после тотальной ишемии, УДФ не влияет на этот процесс, а УТФ усугубляет его.

3. Уридин и УМФ обладают антиаритмической активностью в отношении ранних постокклюзионных и реперфузионных аритмий. УТФ проявляет антиаритмическую активность в постокклюзионном периоде, но оказывает проаритмогенное действие в условиях реперфузионного повреждения миокарда. г" .

4. В раннем периоде острой ишемии миокарда у крыс только уридин и УМФ оказывают антиишемическое действие.

5. УДФ активирует митохондриальный АТФ-зависимый канал в нативных митохондриях сердца крыс и его каналообразующую субъединицу, реконструированную в бислойную липидную мембрану.

6. Механизм антиишемического действия экзогенного уридина и УМФ связан с активацией митохондриальных АТФ-зависимых К+ каналов вследствие усиления внутриклеточного синтеза УДФ.

••. • • I • • ¦ i i.