Кардиальный уровень интеграции организма: между знанием и мифом*

страницы: 52-62

А.Б. Бизунков, к.мед.н., кафедра отоларингологии Витебского государственного медицинского университета, Беларусь


О, человече! Почто дивишся высотам звездным и морским глубинам.
Внийди в безднусердца твоего! Тут-то дивися, аще имаши очи.

Г. Сковорода (Благодарный Еродий)

* Клінічна імунологія. Алергологія. Інфектологія, 2014, № 4.

Первым из основоположников научной ме­дицины озаботился указанным в заго­ловке вопросом (если судить по дошедшим до нас письменным источникам) основатель Александрийской медицинской школы, известный в древности врач, анатом и философ Герофил. К не­счастью, все его труды безвоз­вратно уничтожил по­жар, случившийся однажды в Александрийской биб­лиотеке, но по мнению таких общепризнанных авторитетов, как например Гален, трудов было не­мало, и имели они достаточно высокий научный уро­вень. Как полагают отдельные эксперты, Герофил мог бы вполне оспорить лавры самого Гиппократа, при­знанного отцом западной медицины. Однако особую одиозность фигуре Герофила придает сохранившаяся информация о том, что в своих анатомических иссле­дованиях он и его коллеги по Александрийской ме­дицинской школе широко использовали вскрытия живых людей. Конечно, это были люди, приговорен­ные Александрийским судом к смертной казни, т.е. по местным понятиям преступники, но тем не ме­нее историческая память человечества до сих пор це­пенеет от подобных научных методов. Не исключено, что отчасти и поэтому почетное «отцовство» досталось Гиппократу, который свои изыскания строил на более гуманных принципах.

Как бы там ни было, именно Герофилу принадлежит мысль о том, что пульсация сердца и сосудов играет ос­новную роль в развитии всех человеческих болезней. Он занялся подробным изучением пульса в норме и при многочисленных его нарушениях первым научился из­мерять его частоту и доказал его диагностическое значе­ние. До сих пор этот показатель врачи указывают при каждом осмотре пациента. Он же ввел в клиническую практику такие характеристики, как наполнение, рит­мичность и стабильность, сравнивал изменения пульса с различными музыкальными ритмами. До наших дней сохранилось название «скачущий пульс», предложенное им где­-то на рубеже VI-V вв. до н.э., который, как из­вестно, наблюдается при артериовенозных аневризмах, открытом боталловом протоке, недостаточности аор­тальных клапанов. Теперь мы знаем, что мудрый грек был бы немало удивлен, если бы ему предоставилась возможность познакомиться с опытом китайских кол­лег, у которых пульсовая диагностика уже тогда была вполне разработанной технологией, а сегодня пред­ставляет один из крае­угольных камней восточной ме­дицины. Однако такой возможности у него не было. До рождения Ван Шухэ – автора первой серьезной книги по пульсовой диагностике – было еще несколько сто­летий. А Европа с его «Каноном пульса» познакомится только в XVIII в.

Примерно через 500 лет после Герофила этот же во­прос не давал покоя и Галену, одному из наиболее та­лантливых древнеримских врачей. Гален начал свою врачебную практику (преимущественно хирургиче­скую) в «фирме», которая занималась организацией гла­диаторских боев. За 4 года его работы в дружном кол­лективе гладиаторов от полученных травм умерло всего 5 человек, при том что за предшествующие 4 года ушло из жизни 60 бойцов. Такое радикальное снижение смертности современники посчитали заслугой Галена, что обеспечило ему почет и уважение среди сограждан, но никогда бы не увековечило его имя в медицине.

Гален вошел в ее историю как автор первой теории кровообращения, хотя эта теория, представлявшаяся поначалу вполне обоснованной, оказалась в корне не­верной. Как это нередко бывало и бывает в истории медицины, неверная теория лежала в основе медицин­ской практики целых 1300 лет. Все это время, опираясь на абсолютно неправильную теорию, огромная армия врачей делала свое дело. Как это ни странно, при этом врачи добивались определенных успехов, получали за свою работу деньги и пользовались уважением в обще­стве. Только в 1628 г. У. Гарвей во Франкфурте опу­бликовал свой знаменитый труд «Анатомическое иссле­дование о движении сердца и крови у животных», где все или почти все, что касается принципов кровообра­щения, было расставлено по своим местам. Коллегам Гарвея, который к тому времени был далеко не послед­ним человеком в английском медицинском сообществе, новый взгляд на кровообращение, а именно цикличе­ское движение крови по сосудам, представлялся пол­ной околесицей, потому автор так и не решился опубли­ковать его в Лондоне.

Кстати, теории кровообращения Гарвея еще нет и 400 лет. Как бы нет оснований ее пересматривать, кровь действительно течет туда, куда ей и положено, однако парадоксов в гемодинамике, которые на сегод­няшний день не имеют внятного объяснения, известно немало. Это создает почву для периодического появле­ния мало что решающих книг с революционными на­званиями («Новая теория кровообращения»). Доживет ли теория Гарвея до почтенного возраста своей предше­ственницы – вопрос, который решится еще нескоро. С насосной функцией сердца вроде все ясно, и вряд ли она будет радикально пересмотрена (хотя можно ли в науке что­-либо гарантировать?). Вопрос в другом: яв­ляется ли прогон крови по сосудам единственной за­дачей, которую решает человеческое сердце, или это только часть его работы?

У биологов и врачей, как правило, пре­небрежитель­ное отношение к механическим явлениям, поскольку жизнедеятельность организма, по их мнению, обу­словлена в первую очередь биохимическими процес­сами, которые качественно отличаются от категорий механики. Подобный взгляд преимущественно рас­пространен на постсоветском пространстве. Его корни лежат в эпохе 40-50-­х годов прошлого столетия, когда коммунистические идеологи пристально следили за мировоззрением ученых и активно вмешивались в на­учные исследования.

Так, летом 1951 г. в Москве состоялась специализи­рованная научная конференция, которая постановила запретить «буржуазно­идеалистические» попытки ис­пользования физических эффектов для объяснения химических и биологических явлений. С легкой руки «красных» академиков в общем контексте борьбы с «вейсманизмом­-морганизмом» подверглась публич­ному осмеянию и всемирно признанная резонансная теория строения вещества, разработанная американ­ским биохимиком Лайнусом Полингом, дважды лау­реатом Нобелевской премии (по химии 1954 г. и премии мира 1962 г.). Теория, по сути, была совершенно безобидной: Полинг утверждал, что свойства веще­ства зависят от геометрии молекулы: изменилась ге­ометрия – значит, изменились и свойства. В своей Нобелевской лекции, касаясь этой темы, он пророче­ски подчеркнул, что будущие успехи химии и меди­цины следует ожидать на путях изучения геометрии и механики сложных биологических молекул. Только к середине 60­-х годов идеологическая порка научной общественности по этому вопросу прекратилась.

Механическое движение является наиболее при­митивным свойством материи, как полагают матери­алисты, или же, как полагают люди верующие, наи­более простой формой проявления Духа. Как бы там ни было, все живое, начиная от простейшей бактерии и заканчивая человеком, механочувствительно, т.е. способно превращать механическое усилие в биохи­мический сигнал. В этом состоит суть процесса, на­зываемого механотрансдукцией. Движение ионов в мембранных каналах, ток крови по сосудам, поло­жительные эмоции от нежного прикосновения, из­менение пространственной структуры рецептора или другой биологически активной молекулы – все это явления одного порядка, которые так или иначе свя­заны с механикой.

Только относительно недавно стало понятно, что механические силы регулируют широкий спектр фи­зиологических процессов, а нарушения механочув­ствительности приводят к ряду заболеваний, в т.ч. таких как атеросклероз, сахарный диабет 2­-го типа, артериальная гипертензия и рак. Одним из самых новых научных направлений, связанных с ме­ханикой биологических объектов, является механо-­фармакология – создание лекарств, воздействующих на процессы механотрансдукции и на механические свойства белковых молекул.

Пионером в этом направлении является междуна­родная исследовательская группа nanoGUNE (www.nanogune.eu), штаб-­квартира которой находится в ис­панском городе Сан­Себастьян, расположенном на бе­регу Бискайского залива.

В настоящее время постоянное воздействие на орга­низм различных механических сил считается одним из важнейших, а может быть, и основным условием под­держания его структурной стабильности. Особая роль в генерации механических полей принадлежит сокра­щающемуся сердцу и пульсирующим сосудам, поддер­живающим пульсацию интерстициальной жидкости по всему организму.

Механотрансдукцияв сердечно-сосудистой системе

вверх

В настоящее время вполне обоснованно считают, что нарушение баланса механических сил, действу­ющих на сосудистую стенку, и производимых ими биохимических эффектов играет важнейшую роль в развитии наиболее значимых болезней современно­сти: артериальной гипертензии, атеросклероза, сахар­ного диабета. Доказано, что при нарушениях физио­логического ритма колебаний давления в кровеносном сосуде, который, кстати говоря, индивидуален для каждого человека, невозможна адекватная сократи­тельная функция гладкомышечных клеток сосудистой стенки, в результате чего страдает сосудистый тонус. Кроме того, динамика внутрисосудистого давления контролирует продукцию компонентов внеклеточного матрикса сосудистой стенки, что нарушает физические свойства сосудистой стенки. В итоге получается, что, не имея адекватной механической стимуляции, стенка сосуда неизбежно портится. Совсем недавно М. Markl et al. (2010, 2011) из Фрайбургского университета (Германия) с помощью современных методик МРТ получили изображения того, что кровь не вытекает из сердца, как из насоса, а «ввинчивается» в аорту. Ясно, что такие сложные движения не могут быть побочными эффектами сердечных сокращений, а имеют глубокий физиологический смысл, пока еще до конца не поня­тый.

Как сейчас установлено, на любой участок артери­альной стенки действуют две основные силы. Первая связана с движением крови, которая стремится со­рвать эндотелий со своего места. Это стресс сдвига или как иногда переводят его английское название (shear stress) – стресс сдирания. Второй стимул – ци­клическое растяжение сосуда, производимое пульсо­вой волной.

Несмотря на то что эффект пульсовой волны при­мерно в 10 000 раз выше, чем стресс сдвига, именно последний представляет наибольшую ценность для эн­дотелиальных клеток, конвертируясь в различные био­химические реакции. Целый ряд убедительных дока­зательств этого получен в изящных экспериментах, проведенных как в культуре эндотелиальных клеток, так и в живом организме. Изменения механических па­раметров потока крови способны поменять морфоло­гию, физиологию и даже генетику эндотелия.

Как минимум 5 жизненно важных процессов, проте­кающих в эндотелии, зависят от механических свойств потока крови, которые ему придаются сокращающимся сердцем.

Первый процесс – регуляция сосудистого тонуса. Известно, что при резком увеличении кровотока со­суд почти мгновенно расширяется. Это необходимо, чтобы компенсировать перепады давления в капил­лярах, и достигается благодаря действию оксида азота. В 1992 г. оксид азота назвали молеку­лой года, а в 1998 г. исследователям его биологиче­ской роли была вручена Нобелевская премия. Одно из самых популярных лекарств – нитроглицерин, кото­рый действует через этот же механизм, используется в медицинской практике еще с 1876 г., однако понадо­билось более ста лет, чтобы понять, как он работает. Альфред Нобель, как известно, был большим зна­током нитроглицерина. Умение толково обращаться с этим веществом принесло ему огромное богатство и мировую славу. При этом Нобель категорически не верил в то, что нитроглицерином можно лечить сер­дечную боль, хотя сам страдал от стенокардии. Сейчас существует отдельная фармакологическая группа «нитраты и нитратоподобные средства». Используя 6 основных действующих веществ, 31 фармацевтиче­ская фирма производит 663 лекарственных средства, относящихся к этой группе. Помимо огромной «армии» нитратов, оксид азота в качестве мишени выступает еще у одного лекарства – импазы, производимого рос­сийской компанией «Материа Медика» для лечения импотенции. По принципу действия – это тот же са­мый анаферон, только место приложения несколько иное. Ничего не имею против борьбы с эректильной дисфункцией, но должен заметить, что в мировой базе медицинских данных PubMed на осень 2013 г. суще­ствовало всего 17 публикаций, посвященных изуче­нию эффективности этого препарата. При этом почти все они написаны сотрудниками фирмы­-производителя. Дальнейшая детализация этого вопроса обсуждаемой темы не касается. Для нас важно, что пуско­вым фактором, индуцирующим синтез оксида азота в эндотелии, является именно стресс сдвига, выра­женность которого зависит от характера пульсации крови в сосуде.

Второй процесс – контроль гемостаза. От выраженно­сти стресса сдвига зависит синтез тромбомодулина эндо­телиальными клетками. Тромбомодулин поддерживает проплывающий мимо тромбин в нерабочем состоянии, чем снимает риск образования тромба в этом сосуде в данный момент. Долгое время тромбомодулин не по­падал в поле зрения создателей лекарств, но его мощ­ные антикоагулянтные свойства никогда не давали им спать спокойно. В результате японская компания Artisan в начале текущего века предложила рекомбинантный тромбомодулин для лечения ДВС-­синдрома. В 2003 г. была успешно завершена первая фаза клинических ис­пытаний препарата, и если верить сайту компании Asahi Kasei Pharma America, которой перешли права на тром­бомодулин, то в настоящее время планируется третья стадия клинических испытаний препарата.

Третий процесс – контроль воспаления. Механические свойства движущейся крови преимущественно че­рез стресс сдвига влияют на синтез интерлейкинов (ИЛ) 1 и ИЛ-6, а также ряда ростовых факторов, таких как TGF-b и b-FGF. Сюда же относится и взаимодействие лейкоцитов с эндотелием, которое представляет собой отдельную интересную тему, объединяющую воедино стресс, сердце и иммунитет. Здесь кроется ответ на во­прос, почему после нравоучительной беседы в кабинете директора так легко простудиться или получить вне­запное обострение любого хронического заболевания. Величина стресса сдвига эндотелия определяет экс­прессию молекул адгезии на эндотелиальных клетках, которая обес­печивает выход лейкоцитов из сосудистого русла для их последующей работы в тканях. В свою оче­редь, стресс сдвига определяется реакцией сердца на воздействие директора.

Четвертый процесс – стресс сдвига влияет на баланс между продукцией и элиминацией свободных кисло­родных радикалов в сосудистой стенке. При этом основное значение имеет не величина стресса сдвига, а ее по­стоянство. Как только она начинает хаотично меняться, в стенке сосуда растет продукция радикалов и перекиси водорода, той самой, которую скандально известный российский профессор И.П. Неумывакин использовал для лечения всех человеческих болезней, пока его ме­дицинский центр не был закрыт. Как только кровоток становится стабильным, в стенке сосуда усиливается синтез антиоксидантов, в частности супероксид дис­мутазы, обезвреживающих радикалы. Вот ответ на во­прос о полезности или бесполезности антиоксидантных диет. Диета имеет значение только тогда, когда стабиль­ный кровоток порождает стабильный уровень стресса сдвига в эндотелии. Как только изменения величины стресса сдвига, вызываемого движущейся кровью, вы­ходят за рамки физиологического диапазона, польза ан­тиоксидантной диеты резко падает.

Пятый, наиболее интересный процесс, контро­лируе­мый через движущуюся кровь сердечной механикой, – экспрессия генов в эндотелиальных клетках. Из 20 000 генов, определенных на сегодняшний день в эндотелио­цитах, как минимум 600 – экспрессируются по­-разному в зависимости от механических свойств кровотока.

Оказалось, что даже развитие стволовых клеток в значительной степени определяется механическими свойствами среды, в которую они помещаются. Это явление используется в технологиях выращивания искусственных тканей. Например, W. Leong et al. (2012) из Технологического университета в Сингапуре показали, что воздействие циклическим давлением с частотой, примерно равной сокращениям сердца, на культуру мезенхимальных клеток превращает их в нейроноподобные клетки даже без использования специальных ростовых факторов.

Если механическая стимуляция эндотелия прояв­ляется такими разноплановыми физиологическими эффектами, то какие рецепторы воспринимают все эти стимулы? Большинство исследователей сходится на мысли, что видов механосенсоров должно быть много, поскольку информация, генерируемая сердечной мышцей и передающаяся на периферию через движущуюся кровь, для организма чрезвычайно важна. На эту роль претендует большое количество различных клеточных структур. Специалисты считают, что механические ко­лебания воспринимаются по нескольким разным ка­налам одновременно. Полной ясности в этом вопросе пока, конечно же, нет, однако уже установлено, что стресс сдвига и пульсовое напряжение воспринимаются в разных местах. Стресс сдвига воспринимается пре­имущественно мембранными рецепторами, а цикличе­ское растяжение – преимущественно структурами ци­тоскелета. Изменение механических свойств потока крови необъяснимым образом влечет за собой измене­ние текучести клеточной мембраны, которая соприка­сается с этим потоком. Доподлинно известно только то, что если из этой мембраны, используя соответствующие технологии, удалить холестерин, тогда клетка перестает чувствовать движение крови. Дальше – больше. В усло­виях «разжиженной» клеточной мембраны мембранные белки легко меняют свою форму. И в первую очередь это касается ионных каналов, преимущественно каль­циевых. Особенно чувствительны к повышению теку­чести мембраны, вызываемой изменением гидромеханических свойств движущейся крови, АТФ-зависимые Р2Х-­каналы и trp­-каналы.

Если, например, выключить Р2Х-­каналы (такие тех­нологии сегодня существуют, правда, пока только в экс­перименте) или ограничить синтез АТФ, крайне необхо­димой для их функционирования, при помощи, скажем, такого вещества, как ангиостатин, то эндотелий теряет способность воспринимать гидромеханику потока крови и превращать ее в те морфологические, физиологиче­ские и генетические эффекты, о которых сказано выше. В настоящее время нет лекарств, мишенями которых яв­ляются Р2Х-­каналы, но вполне возможно – это дело неда­лекого будущего. В первую очередь речь идет о создании препаратов против боли, причем как неврологической, так и воспалительной природы. Уже установлено, что существует 7 типов Р2Х-­рецепторов, и для каждого определены кодирующие гены. Оказалось, что по слу­чайному совпадению на эти рецепторы действует сура­мин – лекарственный препарат, синтезированный еще в 1916 г. для лечения трипаносомоза (сонная болезнь) и онхоцеркоза. Разумеется, вряд ли кто осмелится ис­пользовать это лекарство для воздействия на процессы механотрансдукции. Выраженная болезненность под­кожных инъекций АТФ тоже, кстати, связана с актива­цией этих каналов. Стал широко применяться в прак­тике антиагрегант клопидогрель, который действует на родственные Р2Х­-рецепторам Р2Y-­рецепторы, находя­щиеся на тромбоцитах.

TRP­-каналы – одно из наиболее непонятных мест в медицине. Каналов этого типа найдено немало, и можно ли извлечь из этого какую-­то пользу, пока не­ ясно. Хотя стало известно, что чувство холода от дей­ствия ментола или чувство горечи, вызываемое веще­ствами из стручкового перца, – «дело рук» trp-­каналов. Тонзипрет от «Бионорики» тоже как бы претендует в своем действии на эти каналы за счет экстракта перца, в котором содержится капсаицин. В то же время исследователи честно признаются, что средств эффективного влияния на trp-каналы в клинике пока нет. Возлагаются определенные надежды на производные мефенамовой кислоты, которая применяется сейчас в качестве обез­боливающего средства (нестероидный противовоспа­лительный препарат). В экспериментальной фармако­логии блокаторы trp-­каналов применяются достаточно интенсивно, что является верным признаком их ско­рого прихода во врачебную практику.

Поскольку мы вспомнили про ангиостатин, нельзя не сказать о нем несколько слов. Было замечено, что удаление первичной опухоли часто интенсифицирует рост ее метастазов. Размышляя над этим, американский хирург Дж. Фолкман еще в 1971 г. предположил, что причиной служит резкая активация кровоснабжения в дочерних структурах опухоли. В дальнейшем пред­положения полностью подтвердились, и в 1994 г. был выделен ангиостатин – то самое вещество, которое этот процесс, как тогда показалось авторам, контролирует. Поначалу это было расценено как сенсация, обещав­шая невиданный прорыв в онкологии, тем более что в экспериментах введение ангиостатина лабораторным животным сопровождалось полной ликвидацией мета­стазов и значительным уменьшением первичных оча­гов. Однако надежды не оправдались. Оказалось, что в организме существует большое количество разных ве­ществ, угнетающих ангиогенез (в 2007 г. их насчитыва­лось уже 25), которые непредсказуемым образом взаи­модействуют между собой, и введение какого­-то одного из них не дает ожидаемого клинического результата.

Помимо ангиостатина, из числа наиболее влиятель­ных ингибиторов ангиогенеза известны как мини­мум еще два: тромбоспондин­ 1 и эндостатин. Все они являются мишенями для создания соответствующих ле­карств, однако пока существенных результатов нет. Был создан рекомбинантный тромбоспондин с рабочим на­званием АВТ­510, дошедший до 2-­й фазы клинических испытаний, которая закончилась в 2007 г. Дальнейшей информации о развитии препарата в доступных источ­никах нет. Примерно такая же ситуация и по аналогам эндостатина. При внимательном рассмотрении эффект, похожий на действие эндостатина, случайным образом обнаружился у фумагиллина. Этот препарат известен всем пчеловодам страны и используется для борьбы с нозематозом пчел. Но синтезирован был он более 60 лет назад как средство лечения амебной дизентерии у человека. Его применение в расчете на ангиостатический эффект, как и следовало ожидать, сопровождалось запредельными побочными эффектами. Чтобы от них избавиться хотя бы частично, был создан аналог фумагиллина – препарат с рабочим названием TNP­470, который вошел в клинические испытания где-то в начале 90-­х годов, но вскоре испытания были прекращены из­-за высокой нейротоксичности. В 2005 г. появились сообщения о том, что к молекуле TNP­470 удалось на­конец-­таки пришить полимерный фрагмент, который способен предотвратить ее проникновение через гема­тоэнцефалический барьер, что значительно снижает нейротоксичность. В результате появился каплоста­тин, о клинической результативности которого данных нет. В 2008 г. в журнале Nature Biotechnology появилась статья о еще одной, по мнению авторов, наиболее эф­фективной модификации TNP, которая может приме­няться не только в онкологии, но и при лечении тяже­лых форм артритов и макулярной дегенерации сетчатки глаза (лодамин).

Одним словом, интерес к TNP­470, созданному в на­чале 90-­х годов японской фирмой Takeda Chemical Industries, опять возрастает. В университете штата Индианы (США) препарат начали использовать для борьбы с самой актуальной для США проблемой – ожирением. Каковы результаты – сообщений пока нет. В итоге оказалось, что из всех ангиостатиков докли­нической практики дошел только авастин – препарат, блокирующий сосудистый эндотелиальный фактор ро­ста. Пока высокая наука ведет дискуссии о возможно­сти или невозможности использования ангиостатиков для лечения широкого спектра болезней от артритов до рака, различные фирмы (например американ­ская Nutri­Care и многие другие) зарабатывают деньги на продаже акульего хряща примерно по доллару за грамм в расчете на его ангиостатический эффект. Сам Фолкман начал искать ангиостатики в начале 70­-х го­дов именно в акульем хряще. Почему он стал их там ис­кать, научно обоснованного объяснения нет. Вскоре он эту идею оставил, но бизнес стал ее широко использо­вать и, похоже, от этого только выиграл.

Кальциевые каналы, реагирующие на движение крови вдоль поверхности эндотелиальной клетки, в первую очередь открываются в области кавеол. Каждый эн­дотелиоцит имеет несколько таких колбообразных углублений мембраны. Эти места отличаются особой чувствительностью, потому что там собрано большое количество разных рецепторов и сигнальных молекул. Из множества белков, расположенных в кавеолах, наи­более изучен кавеолин. Трансгенные мыши, лишен­ные кавеолина, не способны реагировать на стресс сдвига, вызываемый потоком крови. Кроме того, ка­веолы легко превращаются в эндоцитозные пузырьки, поглощая различные частицы, оказавшиеся в непо­средственной близости к клетке, в т.ч. бактерии и вирусы. Поскольку кавеолы являются инициаторами таких серьезных изменений в работе клетки, есте­ственно, у исследователей возникло желание научиться как-то «отключать» эти клеточные структуры хотя бы на время. Работы по созданию ингибиторов кавеол ве­дутся, но практических результатов пока нет. В настоя­щее время ингибирующий кавеолы эффект обнаружен всего у трех веществ: филипина, фитоэстрогенов сои, в частности генистеина, а также у известного противо­грибкового препарата нистатина.

Филипин когда-­то в начале 50­-х годов ХХ ст. фирма Upjohn разработала как антигрибковый препарат. Его название происходит от названия соответствующих островов, где он был совершенно случайно обнаружен в образцах почвы. Однако его выраженные токсиче­ские эффекты, обусловленные способностью буквально рвать на куски клеточные мембраны, содержащие хо­лестерин, так и не позволили применить его в кли­нике. В настоящее время он используется как реактив в лабораторной диагностике болезни Ниманна – Пика типа С. Нистатин в представлении не нуждается, разве что история его открытия представляет интерес.

У молодой сотрудницы научного центра Нью-Йоркского отдела здравоохранения Элизабет Хазен в далеком 1950 г. появился друг – скромный американский фер­мер Вильям Нурз. Однажды, пробираясь к любимому в темное время суток, Элизабет (дело было на ферме) угодила в кучу прошлогоднего навоза, где изрядно ис­пачкала свои туфли. Похоже, обувь была серьезно ис­порчена, но мисс Хазен была настоящим исследователем и не стала сокрушаться о произошедшем, а подвергла то, что от них осталось, детальному микробиологическому исследованию. В результате ей удалось обнаружить со­вершенно новую бактерию из семейства стрептомицетов. Это было небольшим удовольствием, немного скрасив­шим потерю туфель. Но 4 года спустя, когда оказалось, что именно этот микроорганизм способен продуциро­вать нистатин, Элизабет увековечила своего друга в исто­рии науки, дав его фамилию чудесному стрептомицету. В настоящее время в медицине и ветеринарии приме­няется более двух десятков препаратов на основе ниста­тина. Вот уж поистине, чтобы сделать прорыв в науке, надо оказаться в нужное время в нужном месте.

В физиологических условиях у здорового человека растяжение сосудистой стенки не превышает 10-12% от первоначального диаметра сосуда, хотя при разви­тии выраженных вазомоторных реакций в резистив­ных артериях небольшого калибра оно доходит до 60% и длится от нескольких минут до нескольких часов. Растяжение сосуда формируется тремя физиологическими явлениями: тонусом гладкой мускулатуры, эла­стичностью сосудистой стенки и пульсовой волной. Не утомляя читателя ссылками на многочисленные ис­следования, отметим только, что динамика растяжения стенки играет если не основную, то весьма важную роль в поддержании целого ряда полезных функций, а именно сократительной способности ее мышечных клеток, препятствует их избыточному размножению, а также контролирует апоптоз в эндотелии и продукцию компонентов внеклеточного матрикса. При наличии нарушений динамики растяжения стенки все проис­ходит наоборот: гладкомышечные клетки начинают бесконтрольно размножаться, в результате чего сосу­дистая стенка утолщается, а просвет сосуда уменьша­ется. Эндотелий подвергается усиленному апоптозу, что приводит к значительному ослаблению его регулятор­ной роли в организме. В целом действие циклической нагрузки на эндотелий изучено слабо. В част­ности известно несколько доказанных фактов:

  • качество и скорость восстановления цитоскелета эндотелиальной клетки, который постоянно из­нашивается;
  • проницаемость сосудистой стенки для различных веществ;
  • баланс про-­ и антиоксидантов, синтезируемых в стенке сосуда.

Все эти процессы жестко контролируются механикой пульсовой волны.

Датчиками растяжения сосудистой стенки являются преимущественно структуры цитоскелета составляю­щих ее клеток, а также места контактов клетки с сосед­ними клетками и внеклеточным матриксом. Известны ионные каналы, которые открываются только в от­вет на растяжение клеточной мембраны. Они бло­кируются гадолинием – металлом из группы ланта­ноидов. Он применяется в медицине пока в качестве основы синтетических контрастных веществ при ­маг­нитно-­резонансной томографии, например для диа­гностики синдрома незавершенного остео­генеза ви­сочной кости у пациентов с жалобами на тугоухость. В качестве блокатора механочувствительных ионных каналов гадолиний используется только в эксперимен­тальной фармакологии. Аналогичное свойство обнару­жено у доксорубицина – цитостатика, известного еще с конца 60-­х годов. Есть попытки использовать его ка­налоблокирующее действие для лечения контрактуры Дюшенна, поскольку ее основу составляют как раз ано­малии в работе каналов, реагирующих на растяжение. Пока эти работы ограничены рамками эксперимента.

Известно, что отдельные клетки соединяются в ткань при помощи межклеточных контактов, а также контак­тов между клетками и межклеточным матриксом. Эти контакты в последние годы представляют все больший интерес для исследователей, в первую очередь как ми­шень для новых лекарств, поскольку, как оказалось, клеточные контакты играют весьма важную роль в пато­генезе почти всех заболеваний человека. Установлено, что движение тока крови воспринимается как межкле­ точными контактами, так и контактами клетки с меж­клеточным матриксом. Среди белков, обеспечивающих межклеточные контакты в эндотелии, в качестве меха­носенсоров работают VE­-кадгерин, PECAM­1 и рецеп­тор к эндотелиальному сосудистому фактору роста, объ­единенные в единый комплекс. Первые два компонента пока не стали мишенями для лекарств. Последний ис­пользуется для этой цели несколькими фармацевти­ческими компаниями в разработке противораковых средств. Некоторые из них пока проходят клинические испытания (ленватиниб, мотезаниб), а пазопаниб, раз­решенный для лечения рака почки в 2009 г., и регофа­тиниб, разрешенный для лечения колоректального рака в 2012 г., уже используются в онкологической практике. В восприятии сердечных сокращений эндотелием сосудов основную роль играют интегрины – сложные белковые комплексы, которые соединяют клетку с внеклеточным матриксом. Их структура в общем уже определена. Один конец интегринового комплекса (внеклеточный сегмент) впаян в межклеточное веще­ство, другой (внутриклеточный) – находится в цито­плазме и соединяется с цитоскелетом клетки. Поэтому любое внешнее механическое воздействие переда­ется через интегрины внутрь клетки, а все напряже­ния, возникающие в цитоскелете, через эту же систему транспортируются наружу.

Интегрины вошли в число мишеней для создания новых лекарств относительно недавно. Пока дошли до стадии клинического использования препараты, воз­действующие на интегрины тромбоцитов. Тирофибан (продукт компании Merck Sharp and Dohme) и эпти­фибатид (Shering­Plough) блокируют один из тромбо­цитарных интегринов и уже используются в клиниче­ской практике как антиагреганты. Таким же эффектом обладает и абциксимаб, созданный Janssen Biologics BV, представляющий собой моноклональные антитела к тромбоцитарному интегрину αIIbb3. В 2004 г. фирма Merck запатентовала блокатор интегринов EMD­ 409915, предназначенный для лечения фиброза печени и созданный на основе пропионовой кислоты. Однако складывается впечатление, что до клинических испы­таний он так и не дошел.

Важность клеточных контактов связана с из­обилием различных ферментов и сигнальных молекул, распо­лагающихся рядом с ними. В первую очередь это ка­сается множества различных протеинкиназ. В зоне клеточных контаков обитают киназы фокальной ад­гезии и Src-­киназы, открытие которых принесло авто­рам Нобелевскую премию 1989 г. Их работа, на первый взгляд, кажется примитивной и совершенно незамет­ной: они занимаются тем, что присоединяют остаток фосфорной кислоты к какой-нибудь доступной ами­нокислоте в молекуле белка. Однако после такого фос­форилирования свойства белка существенно меня­ются, что приводит к нарушению физиологии клетки. В частности, излишняя активация протеинкиназ, про­являющаяся в фосфорилировании всех попавшихся под руку белков, имеет место при опухолевом росте. Способностью ингибировать киназы фокальной адге­зии в настоящее время объясняют свойство ягод и ли­стьев тутового дерева тормозить образование атероскле­ротических бляшек, ограничивать ожирение и развитие диабета 2­-го типа.

Ведущие фирмы мира работают над созданием ле­карственных средств, избирательно и доказательно блокирующих ту или иную протеинкиназу, и все эти лекарства в основном предназначены для лечения злокачественных новообразований. Pfizer сообщала в 2009 г. об обнадеживающих результатах применения препарата PF­00562271, представляющего собой инги­битор киназы фокальной адгезии, в лечении пациентов со злокачественными новообразованиями поджелудоч­ной железы, головы и шеи, а также предстательной же­лезы. Как указано на сайте Национального института здоровья (США), первая фаза клинических испытаний препарата, начавшаяся в 2008 г., закончилась в марте 2013 г. Однако, не дожидаясь результатов, фирма охла­дела к PF­00562271 еще в конце 2011 г., переместив его в группу малоперспективных проектов. Несколько бо­лее надежным делом оказалось создание ингибиторов Src­-киназ. Продукт фирмы AstraZeneca AZD 0530 (сара­катиниб) дошел до 2-­й фазы клинических испытаний, которые продолжаются и по настоящее время у паци­ентов, страдающих раком молочной железы.

Подытоживая сказанное, следует обратить внимание на три доказанных в настоящее время факта:

  • первый – изменение активности киназ, нахо­дящихся в зоне клеточных контактов, приводит к опухолевому росту;
  • второй – ингибиторы этих же киназ угнетают опу­холевый рост;
  • третий – активность этих самых киназ контроли­руется сердечными сокращениями.

Вывод напрашивается сам собой: внезапные и длительные изменения меха­ники сердца, например те, что связаны с переживанием выраженного и длительного психо­эмо­цио­наль­ного раздражения, должны индуцировать опухолевый рост.

Таким образом, важнейшая роль гидродинамических сил, возникающих внутри кровеносных сосудов, в ини­циации и развитии наиболее актуальных современных заболеваний человека имеет достаточно убедительную доказательную базу.

Механотрансдукция в других органах и системах

вверх

Адекватное восприятие внешних и внутренних меха­нических сил, как это сейчас представляется в науке, составляет основу развития и функцио­нирования лю­бого многоклеточного организма. Существуют специ­альные механосенсорные системы, такие как слуховой, вестибулярный анализаторы или тактильная рецепция. Имеются также и неспецифические, которые воспри­нимают мышечную тягу, механические эффекты рит­мических движений (ходьба, бег), вибрацию тканей, индуцируемую голосом. Одно прикосновение руки мо­жет содержать в себе больше информации, чем тысяча слов, причем той информации, которая служит осно­вой для проявления поведенческих реакций. В контек­сте обсуждаемой темы вопрос может звучать так: весь человек пульсирует в ритме сокращающегося сердца, или влияние сердечных сокращений распространяется только на сосудистую систему?

Особенно острая дискуссия в свое время развер­нулась по вопросу: пульсирует ли человеческий мозг в такт сердечному ритму, если он находится в замкну­той черепной коробке? Видный советский нейрохи­рург Б.Н. Клоссовский в своей книге «Циркуляция крови в мозгу» 1951 г. выпуска целую главу (глава 12) посвятил этой теме. Что касается открытой черепной коробки, – здесь вопроса не было: еще древние хирурги видели пульсацию мозга. В книге приводится большое количество хитроумных экспериментов, ав­торы которых пытались решить этот вопрос. И, как это нередко бывает в науке, примерно половина ис­следователей пришла к выводу, что мозг в закрытой черепной коробке пульсирует. Вторая половина при­шла к противоположному выводу: не пульсирует. Сам Клоссовский склонился к тому, что мозг в закрытой черепной коробке не пульсирует, и представил этому выводу теоретическое обоснование: якобы мозговое кровообращение устроено так, чтобы в мозге не было пульсовых перепадов давления, ибо это вредно для его функции.

Этот вопрос раз и навсегда разрешила магнитно-­резонансная томография в середине 80­-х годов прошлого столетия. Пульсация ликвора в закрытой череп­ной коробке, связанная с сердечными сокращениями, была доказана работами D. Finberg, S. Mark (1987) и D. Greitz et al. (1992). А S. El­Sankari et al. (2013) из Университета Св. Луки в Брюсселе установили, что син­хронизация колебаний давления цереброспинальной жидкости и сердечных сокращений нарушается у боль­ных множественным склерозом, что предложили в каче­стве теста для его диагностики. S. Bottan et al. (2012) из Швейцарии определили пульсовое давление спин­номозговой жидкости, которое, по их данным, состав­ляет 0,4 мм рт. ст.; по данным других авторов – от 0,5 до 3 мм рт. ст. (Heiss J. et al., 1999).

Есть и другие исследования, которые выявляют раз­личные пульсации интракраниального происхождения, но они не связаны с сердцебиением, их природа на се­годняшний день неизвестна. Эти данные сегодня выхо­дят за рамки научного понимания, но с удовольствием используются для обоснования своих взглядов сторон­никами краниосакральной терапии. Последователи этого вида мануальной терапии утверждают, что череп человека в норме пульсирует с частотой 6-10 циклов в минуту, причем подготовленные остеопаты опреде­ляют эти циклы пальпаторно. Амплитуда движений в швах составляет около 0,5 мм. Эти ритмы передаются всему телу человека и определяют состояние его здоро­вья. Пока научного обоснования этим идеям нет, но се­анс подобного лечения в Москве стоит около 2000 руб.

Аналогичная дискуссия шла по отношению к движе­нию лимфы. В 30-40­-х годах прошлого столетия было опубликовано много исследований, доказывавших, что и лимфа, и тканевая жидкость пульсируют в такт с пуль­сацией кровеносных сосудов. Автором одной из таких работ был Альфред Блелок, которого считают основа­телем кардиохирургии за разработку метода лечения те­трады Фалло. В 1997 г. появилась работа норвежских исследователей (Onizuka M. et al., 1997), которые опре­делили ритм пульсации лимфатических сосудов, и ока­залось, что он совершенно не совпадает с сердечными сокращениями. Современные исследователи останови­лись на мнении, что пульсация рядом лежащих артерий является одним из основных движителей лимфотока, что все­-таки обусловливает определенную синхрони­зацию движения лимфы с сердцебиением.

В настоящее время существуют технологии, позво­ляющие непосредственно наблюдать пульсацию лим­фатических сосудов, причем даже небольшого диаме­тра. Речь идет о методе инфракрасной флуоресценции с использованием индоцианина зеленого (флуорес­центный краситель), который можно вводить в любой участок человеческого тела, включая глаз и внутренние органы, после чего наблюдать лимфоток из этого региона [8, 11]. Технология включена в роботизированный хирургический комплекс да Винчи для точного и безо­пасного определения опухолей через визуализацию их кровеносной сосудистой сети в ходе оперативного вме­шательства.

Таким образом, связь движения двух основных жидкостей человеческого тела (лимфы и ликвора) с сердцебиением считается установленной, хотя особен­ности явлений механотрансдукции и в ЦНС, и в лим­фатических сосудах изучены значительно меньше, чем в артериях. Доказано наличие протеина G на поверх­ности эндотелия лимфатических сосудов, который мо­жет выступать в качестве рецептора, воспринимающего скорость и другие характеристики тока лимфы. На се­годняшний день об этих процессах и о том, как можно на них повлиять, фактически ничего не известно. Хотя, как и в кровеносных сосудах, эндотелий лимфатических сосудов тоже активно синтезирует оксид азота, и этим определяется их тонус. Ну а синтез оксида азота эндо­телиоцитами, как указывалось выше, контролируется гидромеханикой потока крови или лимфы.

Долгое время оставался неясным вопрос: пульсирует ли интерстициальная жидкость в соответствии с сокра­щениями сердца? В любом учебнике по физиологии напи­сано, что пульсовое давление падает по мере удаления от сердца, а в капиллярах оно вообще отсутствует, что якобы необходимо для осуществления эффективного обмена веществ через капиллярную стенку. Однако в последние годы исследователи пришли к выводу, что движение крови по сосудам не подчиняется зако­нам классической физики, кровь, как это установлено современными исследованиями, течет не сплошным потоком, а порциями или квантами. Кроме того, в зависимости от диаметра сосуда меняется и вязкость крови, и гемато­крит. В этих условиях, полагают, давление в капилля­рах не может быть постоянным и должно быть связано с фазой сердечного цикла.

Об этом же говорит и выдающийся американский физиолог А. Гайтон в своем классическом учебнике «Медицинская физиология» (перевод с англ. под ред. В.И. Кобрина, 2008): непрерывного тока крови, а значит, и постоянного давления в капилляре нет. Но колебания давления в капилляре, по его мнению, свя­заны не с сердечными сокращениями, а с тем, что ка­пилляры периодически открываются и закрываются. В любом случае получается, что колебания давления в капиллярах и, соответственно, пульсация интерсти­циальной жидкости должны иметь место. Долгое время методы измерения капиллярного давления были весьма грубыми (например при помощи микропипеток), чтобы показать его изменения в течение такого корот­кого промежутка, как сердечный цикл. Однако даже ми­кропипетки показывали пульсацию давления в легочных капиллярах. Еще один пример: стоит только несколько повыситься пульсовому давлению в аорте, как это про­исходит при недостаточности аортального клапана, так сразу пульсация капилляров становится видимой нево­оруженным глазом (общеизвестный симптом Квинке). В принципе можно считать, что этой дискуссии по­ложили конец работы группы российских лазерных физиков из Сибирского отделения РАН [4]. На спе­циально разработанной прецизионной лазерной уста­новке измерена скорость движения эритроцитов по капиллярам. Установлено, что их скорость изменяется соответственно фазам сердечного цикла. Если рассмотреть этот вопрос подробнее, похожие выводы можно найти в книге «Механика кровообращения», изданной в Нью-­Йорке еще в 1978 г. (К. Каро et al.). Очень интересная работа была опубликована в Microvascular Research (ноябрьский номер 1994 г.). J. Lee et al. (1996) провели оригинальный эксперимент. Одну из передних конечностей козы перфузировали пульсиру­ющим и непульсирующим потоком крови. Оказалось, что 3 ч кровотока без пульсаций достаточно для того, чтобы в мышцах начались расстройства микроциркуля­ции. Подобные эксперименты проводились и у людей, но об этом – в следующем разделе.

С пульсациями интерстициальной жидкости связан еще один пример внесосудистой механотрансдукции – патогенез остеопороза. Заболевание, как известно, проявляется переломами костей различной локализа­ции (почти четверть всех переломов составляют пере­ломы шейки бедра). Оно, как оказалось, обусловлено ограниченной способностью остеоцитов и остеобла­стов реагировать на ток жидкости по костным каналь­цам (Delaine­Smith R. et al., 2013). Оказалось, что ток жидкости, воспринимаемый клеточными реснич­ками (наличие которых на поверхности клеток кост­ной ткани уже доказано), обеспечивает способность клеток всасывать ионы кальция. Поглотив ионы каль­ция, остео­цит выделяет во внешнюю среду большое количество различных сигнальных молекул, в пер­вую очередь тот же оксид азота, что и клетки эндоте­лия. Эти сигналы обеспечивают баланс между рабо­той остеобластов по созданию новой костной ткани и ее разрушением остеокластами. Ток жидкости по ка­нальцам костной ткани возбуждается механическими нагрузками, гравитацией и ритмическими изменени­ями давления интерстициальной жидкости, которое в свою очередь связано с сердечными сокращени­ями. Поэтому распад костной ткани активизируется у лежачих больных, лишенных мышечных нагрузок, и у космонавтов в условиях длительного пребывания в невесомости. Были даже предложения использовать для активизации этого механизма у космонавтов низ­кочастотную вибрацию, но результаты разочаровали. Известно, что адекватная пульсация среды необхо­дима для эффективного выращивания искусствен­ной костной ткани.

Были и попытки использовать в лечении остео­пороза лекарства, воздействующие на систему механотрансдукции. В конце 90-­х ХХ – начале XXI века активно исследовались возможности искусственно синтези­рованных для этой цели пептидов, связывающихся с интегринами остеокластов. Обоснование их исполь­зования было следующим. Если в системе передачи ме­ханических колебаний, снимаемых с потока жидкости в костных канальцах, имеется сбой, который приво­дит к активизации остеокластов с их разрушительной деятельностью, то почему бы не прервать этот процесс, например на уровне контакта остеокласта с межкле­точным матриксом. Для этого было синтезировано спе­циальное вещество пептидной природы (рабочее на­звание SC 56631), которое связывалось с интегринами остеокластов и тем самым выключало их из этой па­тологической цепочки. Первоначальные результаты были обнадеживающими, но начиная с 2001 г. инфор­мацию об этом проекте обнаружить не удается. Были и другие разработки: L­000845704 (Merck), SB 2730005 для лечения остеопороза, которые пока проходят кли­нические испытания. Ближе всех к регистрации ока­зался препарат фирмы Merck ингибитор катепсина К. Катепсин К – лизосомная пептидаза, которая в изо­билии производится остеокластами. Разработчики планировали обратиться за регистрацией препарата в середине 2013 г., но состоялось ли это обращение, информации нет.

Еще два примера механотрансдукции, которые в буду­щем должны войти в клиническую практику.

Первый: трепетание предсердий связывают с наруше­нием работы ионных мембранных каналов, чувстви­тельных к механическому растяжению. В настоящее время найден эффективный ингибитор этих кана­лов – вещество пептидной природы из яда тарантула. Название вещества – GsMTx4. С ним связывают надежды на существенное продвижение вперед в лечении различных видов аритмий, сердечной недостаточно­сти, мышечной дистрофии Дюшенна, ряда заболева­ний ЦНС, связанных с нарушением функции глиаль­ных клеток (Bauman C. еt al., 2007).

Второй: эпителиальные клетки почечных протоков содержат микроворсинки, которые реагируют на ток мочи. Движение мочи является важным фактором фор­мообразования в почечной ткани. Микроворсинка со­стоит из нескольких белковых молекул, среди которых есть и полицистин 1. Если случается мутация гена, ко­дирующего этот белок, то ворсинка перестает снимать показания с движущейся жидкости. В результате эпи­телиоцит теряет способность синхронизировать транс­мембранный поток ионов кальция со скоростью тока жидкости мимо клетки. Результатом этого информа­ционного сбоя является потеря контроля над размно­жением эпителиальных клеток, и даже не столько за размножением, сколько за приданием этим размножающимся клеткам правильной трехмерной структуры. Результатом является поликистоз почек. Отдельные ис­следователи считают, что механизм управления просве­том сосуда в зависимости от интенсивности кровотока и механизм управления просветом почечного протока в зависимости от интенсивности тока мочи практиче­ски одинаковы (Du Z., et al., 2004). В настоящее время еще нет лекарственных средств, использующих в каче­стве мишени эти белки, хотя в июньском номере жур­нала Nature Genetics за 2013 г. группа исследователей из Йельского университета (США) еще раз подчер­кнула, что воздействие на реснички, по всей вероятно­сти, должно стать самым эффективным направлением медикаментозного лечения поликистоза почек.

Наконец, как полагают H. Langevin et al. (2001), ме­ханизм действия акупунктуры следует объяснять не столько мистическим взаимодействием энергий Инь и Янь, сколько нарушением передачи механических сигналов, возбуждаемых сокращающимся сердцем, с внеклеточного матрикса на группу клеток в зоне вве­дения иглы.

Подлинная роль механических явлений в регуляции физиологических функций и, что еще более важно, в принуждении клеток создавать структуры правильной формы до сих пор не ясна. Известно, что основными формо­образующими факторами для скелета являются гравитация и тяга сокращающихся мышц. Сокращения сердца контролируют формообразование в сердечно­-сосудистой системе. Механика дыхания контролирует морфогенез легочной ткани, движение мочи – морфо­-генез в почках. Восприятие механических колебаний внешней среды в виде звука, прикосновения, а также анализ вестибулярных раздражений, восприятие ко­торых основано на механике волосковых клеток лаби­ринта, обеспечивают создание нейронных сетей, про­низывающих все структуры ЦНС, что также можно считать одним из вариантов формообразования.

Эти и другие факты, подчеркивающие перво­сте­пен­ную роль механических явлений в формообразовании, позволили исследователям выдвинуть гипотезу, что опухолевый рост является результатом дисгармонии действующих на ткань механических факторов. Это ни в коей мере не противоречит современным представле­ниям о генетике опухолевого роста, поскольку наличие гена не обязательно сопровождается его фенотипиче­ским проявлением, которое тесно связано с нарушени­ями в системе механотрансдукции.

Ответ на вопрос, почему биологические объек­ты являются механочувствительными, в общих чертах получен: потому что изменения пространственного положения любой биологической молекулы, имею­щей, как правило, большие размеры, является важ­ным сигналом, который запускает целый каскад дальнейших биохимических реакций. Поэтому на­рушениями механотрансдукции обусловлен целый ряд совершенно, казалось бы, не связанных между собой заболеваний.

Таким образом, вся внутренняя среда человеческого организма представляет собой поле взаимодействия разнообразных механических сил, среди которых ос­новную роль играют сердечные сокращения. Баланс этих сил является основой здоровья и долголетия.

Продолжение в следующем номере

Поделиться с друзьями: