Роль оксида азота как регулятора клеточных процессов при формировании полиорганной недостаточности

В последние годы в связи с развитием проблемы так называемой полиорганной недостаточности как последствия критических состояний, шока, а также крайне тяжелых послеоперационных осложнений все большее внимание привлекает патогенез универсального механизма поражения отдельных органов и целостных функциональных систем. Помимо прямого воздействия поражающих факторов (нарушения циркуляции, в том числе микроциркуляции, потери объема циркулирующей крови, механических повреждений клеток, инфекции и др.), являющихся пусковым моментом, на последующих этапах на передний план начинают выступать процессы, обусловленные патологическим накоплением агрессивных медиаторов. Совокупность указанных причин и определяет чрезвычайно высокую летальность как результат полиорганной недостаточности [5].

Среди таких медиаторов, наряду с цитокинами, лейкотриенами, простагландинами, пептидами, большое функциональное значение имеет оксид азота (NO). Его участие в биологической регуляции функций явилось для биологов и медиков определенной неожиданностью. К настоящему времени выявлены далеко не все регуляторные эффекты NO, но уже сейчас ясно, что достигнутые в этой области успехи имеют фундаментальное значение для понимания молекулярных механизмов многих физиологических и биохимических процессов [5].

Прежде чем приступить к рассмотрению конкретных примеров проявления биологической активности NO у человека и животных, следует еще раз указать на полифункциональность его действия, которую нельзя сводить только к «положительным» или только к «отрицательным» эффектам [8]. Биологический ответ на NO в значительной степени определяется условиями его генерации - где, когда и в каком количестве продуцируется это соединение [5].

Все многообразие биологических эффектов NO можно разделить на 3 типа:

1. Регуляторное влияние NO на сосудистый тонус, адгезию клеток, проницаемость сосудов, нейротрансмиссию, бронходилатацию, агрегацию тромбоцитов, систему противоопухолевого иммунитета, функцию почек.

2. Защитное действие NO, проявляющееся в его антиоксидантной активности, ингибировании адгезии лейкоцитов и защите от токсического воздействия фактора некроза опухолей α.

3. Повреждающее действие NO, проявляющееся в ингибировании ряда ферментов, нарушении структуры ДНК, индукции процессов перекисного окисления липидов, снижении антиоксидантного потенциала клеток, повышении их чувствительности к радиации, алкилирующим агентам и токсичным ионам металлов [5].

Действие NO осуществляется через прямые и опосредованные эффекты: прямые эффекты наблюдаются в тех случаях, когда с биологическими макромолекулами взаимодействует сам NO; опосредованные эффекты реализуются не NO, а продуктами его взаимодействия с другими соединениями, в первую очередь О2 и О-2 [5].

Ярким примером прямого регуляторного действия NO может служить его вазодилататорная активность. Сосудорасширяющее действие NO связано с активацией растворимой формы фермента гуанилатциклазы [10]. Гуанилатциклаза катализирует биосинтез циклического 3,5-гуанозинмонофосфата (цГМФ) из гуанозинтрифосфата. Как известно, цГМФ оказывает модуляторное действие на многие клеточные процессы. Характерной особенностью растворимой гуанилатциклазы является присутствие в ней гемовой группы. NO связывается с Fe гемма и специфично изменяет его структуру. Такая структурная перестройка приводит к резкому возрастанию активности гуанилатциклазы (до 400-кратного) и накоплению цГМФ. Активизирующее действие NO проявляется при его очень низких концентрациях [5].

По-видимому, цГМФ оказывает действие на различные функции сосудов, но наиболее изученным до сих пор является его влияние на вазодилатацию. В этом процессе, кроме цГМФ, ключевые роли играют цГМФ-зависимая протеинкиназа, Са2+-АТФаза и Са2+ [5].

В связи с вазодилататорными и другими биологическими эффектами NO в научной литературе активно обсуждается вопрос об использовании экзогенных доноров NO, т.е. соединений, биотрансформация которых в организме человека приводит к образованию NO, в лечебных целях, вероятно, к числу таких доноров можно отнести известные нитровазодилататоры (нитроглицерин, нитросорбит) [5].

Вазодилататорное действие NO осуществляется не только путем активации гуанилатциклазы, но и в результате обратимого ингибирования цитохромоксидазы [9]. Ингибирование цитохромоксидазы в сосудистой ткани вызывает нарушение энергетического метаболизма, а это, вероятно, приводит к расслаблению сосудов за счет гиперполяризации мембраны, обусловленной открытием АТФ-зависимых калиевых каналов, а также за счет снижения уровня АТФ, необходимого для функции сократительного аппарата [5].

К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал, касающийся защитного и повреждающего действия NO на различные клетки.

Вопрос о механизмах гибели клеток, органов и всего организма является одной и центральных проблем биологии и медицины.

Если рассматривать организм как сложную самоуправляющуюся и управляемую систему клеток, то смерть большей или меньшей совокупности клеток, а затем и органа или целой физиологической системы организма и будет предпосылкой смерти всего организма. Смерть клетки может происходить двумя путями: путем так называемого суицида (апоптоз) и в результате воздействия внешних факторов, т.е. путем формирования так называемого sick cell syndrome, в котором непосредственный механизм смерти клетки, а далее и всего организма, т.е. танатогенез, обусловлен гипоксией, эндо(экзо)токсикозом и иммунным конфликтом. Эти варианты характеризуются различными морфологическими и молекулярными явлениями и разным влиянием на окружающие ткани [5].