Роль магния в клеточном ионном обмене
Способность магния ограничивать поток ионизированного кальция во внутриклеточное пространство хорошо известна [27, 28]. Однако магний участвует и в ограничении интенсивности целлюлярной трансминерализации, препятствуя поступлению в клетку ионов натрия. Первый механизм, обеспечивающий «откачивание» ионизированного натрия из клетки, обусловлен стимуляцией работы №+/К+-АТФазы [13, 29, 30].
Второй механизм обусловлен непосредственным блокированием ионами магния натриевых каналов. Целью исследования Lin (1991) было определение с помощью макроскопического анализа тока, как внутриклеточные ионы магния влияют на натриевые каналы нейронов млекопитающих. Сообщается, что проницаемость натриевых каналов уменьшается в зависимости от напряжения и концентрации за счет внутриклеточного ионизированного магния. Это приводит к общему снижению проводимости натриевой мембраны и выходящему наружу пиковому току натрия при больших положительных потенциалах. Блокировка натриевого потока внутриклеточным ионизированным магнием снижается при увеличении внутриклеточной или внеклеточной концентрации ионизированного натрия, что свидетельствует о том, что ионизированный внутриклеточный магний препятствует проникновению натрия, конкурентно занимая натриевые каналы [31].
Однако авторы, исследовавшие эти два механизма, указывают и на то, что чрезмерное увеличение концентрации внутриклеточного магния приводит к нарушению их функционирования.
Третьим механизмом является натриево-магниевый антипорт. Антипорт, который также называют «обменником», «эксченджером» и «контртранспортером», представляет собой мембранный белок, который участвует во вторичном переносе двух или большего количества разных молекул или ионов через фосфолипидную плазматическую мембрану в противоположных направлениях. При вторичном активном переносе один вид растворенного вещества движется по своему электрохимическому градиенту, позволяя другим видам двигаться против своего собственного электрохимического градиента.
Это движение отличается от первичного активного транспорта, при котором все растворенные вещества перемещаются против градиента их концентрации, подпитываемого АТФ. В качестве примера антипорта часто приводят работу натриево-калиевого насоса, хотя специалисты в области целлюлярной физиологии избегают применять этот термин по отношению к №+/К+-АТФазе.
Гораздо чаще встречается термин «натриево-протонный антипорт» или «№+/Н+-эксченджер», который используют по отношению к белку, транспортирующему в клетку ионы натрия и экспортирующему из нее во внеклеточную жидкость протоны. Н+/К+-АТФаза транспортирует протон из цитоплазмы париетальной клетки в полость желудка через апикальную мембрану в обмен на ион калия, который она переносит внутрь клетки. Обменник №+/Са2+, обнаруженный в плазматической мембране многих клеток, перемещает три иона натрия в одном направлении и один ион кальция -- в другом [13, 32].
Большинство исследований функционирования №+/М^2+-антипорта выполнены Теодором Гюнтером. Клинический материал набирался в клинике Шарите. Антипорт №+/М^2+ в эритроцитах обменивает 2 внеклеточных иона №+ на 1 внутриклеточный ион М^2+. Признаки наличия работы №+/М^2+-антипорта обнаружены также в эритроцитах животных (крыс и кур), в лимфоцитах, тромбоцитах, асцитных опухолевых клетках Эрлиха, клетках НЬ60, в ацинарных клетках поджелудочной железы и слюнных желез, в гепатоцитах, клетках эпителия почечных канальцев, в эпителиальных рубцовых клетках, клетках
гладких и скелетных мышц, а также в кардиомиоцитах. Движущими силами в работе антипорта являются градиенты концентрации ионов №+ и М^2+. Антипорт может работать в обоих направлениях. То есть магний может теряться из внутриклеточного пространства в обмен на натрий, но также и вытеснять натрий из клеток, в зависимости от электролитного состава инкубационной среды. Другие ионы со степенью окисления +2 также могут обмениваться на магний в соотношении 1 : 1. Но нет данных о том, что антипорт обменивает ионы М^2+ на ионы Са2+. Антипорт №+/М^2+ ингибируется амилори- дом, хинидином и имипрамином и активируется хлоридами. Внесение в инкубационную среду нитратов (натрия нитрата) и тиоцианата также угнетало работу антипорта и отток из клеток ионов М^2+. Возможен независимый от ионов №+ отток ионизированного магния из клетки под влиянием ацетилхолина. Но этот механизм не признан в качестве специфической работы антипорта. Отток ионов М^2+ из клеток увеличивается по мере нарастания концентрации несвязанного ионизированного магния в протоплазме, а именно в условиях дефицита АТФ, поскольку внутриклеточный ионизированный магний чаще всего связан с АТФ. До сих пор не определено главное назначение №+/М^2+- антипорта. Наиболее вероятным объяснением наличия этого механизма является жесткое поддержание нормальной концентрации свободного внутриклеточного ионизированного магния. Обсуждается возможность участия нарушений работы №+/МЈ2+-антипорта в патогенезе артериальной гипертензии. Кроме того, №+/М^2+-антипорт может служить дополнительным механизмом защиты клеток от перегрузки протонами, усиливая надежность функционирования №+/Н+- эксченджера.
Учитывая, что гидратированные ионы М^2+ обладают по сравнению с другими ионами наиболее значительными размерами, они достаточно прочно могут удерживаться во внутриклеточном пространстве, не позволяя проникать в него посторонним опасным химическим субстанциям (например, солям тяжелых металлов) и блокируя потерю из клеток ионов калия, т.е. выполняя роль своеобразного мембранного замка [33-38].
Потеря организмом магния и формирование гипо- магниемии достаточно часто бывают ассоциированы с развитием гипокалиемии. Указанный факт не является неожиданным, поскольку оба эти иона накапливаются преимущественно во внутриклеточной жидкости, а значит, должны совместно теряться из клетки при критических состояниях, сопровождающихся энергетическим дефицитом.
Но гипокалиемия может быть вторичной по отношению к гипомагниемии. Механизм гипокалиемии, вызванной гипомагниемией, связан с внутренними биофизическими свойствами почечных наружных медуллярных калиевых каналов, опосредующих секрецию ионов К+ в толстой части восходящего колена петли Генле и дистальном нефроне. Эти каналы имеют большую внутреннюю проводимость для ионов калия, чем внешнюю проводимость при отрицательных мембранных потенциалах (если внешняя и внутренняя концентрации ионов К+ эквивалентны).
Механизм этой дифференциальной проводимости является результатом связывания и последующего цитоплазматического блокирования движения ионов К+ наружу (в полость канальцев) цитоплазматическим магнием и полиаминами. Уменьшение содержания внутриклеточного магния (в отсутствие полиаминов) приводит к уменьшению калиевой реабсорбции. Таким образом, снижение внутриклеточной концентрации магния в толстой части восходящего колена петли Генле и в клетках собирающего протока приводит к увеличению секреции К+ и росту его почечных потерь.
Дефицит магния также может вызвать гипокаль- циемию, поскольку они взаимосвязаны. Снижение содержания магния вызывает нарушение образования магнийзависимой аденилциклазы циклического аденозинмонофосфата, что снижает высвобождение паратиреоидного гормона. В свою очередь, уровень кальция также снижается, поскольку паратгормон регулирует уровень кальция [29, 39, 40].
Введение пациентам, находящимся в состоянии гиповолемического шока при политравме, 25% раствора магния сульфата в физиологическом растворе из расчета 0,35 ± 0,05 мл/кг (обычно 1 ампулу 10 мл 25% раствора М^04 добавляли к 200 мл физиологического раствора и рассчитанное количество магния вводили внутривенно струйно) приводило к быстрому вытеснению из плазмы крови по правилу Гембла ионов калия, натрия и хлоридов, но достоверно не влияло на концентрацию ионов кальция. Такой гипертонический раствор использовался для ускорения эффекта жидкостной объемной ресусцитации вместо скомпрометированных гипертонических растворов натрия хлорида [41, 42].
Влияние магния на механизмы воспаления
В современных источниках научной информации пока отсутствуют результаты исследований, согласно которым можно уверенно утверждать, что магнезиальная терапия обеспечивает противовоспалительный эффект при различных заболеваниях и патологических состояниях. Но в большинстве известных исследований выявлено, что дефицит магния в организме может действительно оказывать неблагоприятное влияние на течение этих процессов и устранение гипомагниемии достоверно улучшает результаты лечения [43--45].
В исследовании Мигш (2012) рассматривалась проблема у пациентов с аневризмальными субарахноидальными кровоизлияниями (САК). Теоретически терапия высокими дозами сульфата магния должна давать сосудистые и нейропротекторные преимущества, и поэтому в настоящее время проводится ее оценка. Интенсивность воспалительного ответа после САК связана с исходом. Целью исследования была оценка возможной связи между воспалительным ответом и терапией MgS04, поскольку магний обладает противовоспалительными свойствами. У 15 пациентов с САК уровень воспалительных цитокинов в спинномозговой жидкости и периферической крови определялся ежедневно с помощью иммуноферментного анализа с 4-го по 12-й день.
Восемь пациентов получали только стандартную терапию, и семь пациентов получали дополнительно высокие дозы MgSO4. Уровень Mg2+ в сыворотке крови в группе 2 был значительно выше по сравнению с 1-й группой: 0,90 ± 0,01 ммоль/л против 1,48 ± 0,04 ммоль/л; р < 0,001. Уровень интерлейкина-6 (IL-6) в спинномозговой жидкости был значительно ниже в группе 2 по сравнению с группой 1: 11 079 ± 1277 пг/мл против 6680 ± 989 пг/мл; р = 0,021. Тенденция к более низким системным уровням IL-6 в плазме крови была также обнаружена в группе 2: 104 ± 21 пг/мл против 58 ± 7 пг/мл; р = 0,052. Системные уровни IL-1 были значительно ниже во 2-й группе: 0,66 ± 0,11 пг/мл против 0,15 ± 0,01 пг/мл; р < 0,001. При этом уровни IL-1 в цереброспинальной жидкости не различались. Уровни фактора некроза опухоли не различались между двумя группами. Хотя в 2-й группе было больше пациентов с благоприятным исходом, разница не была статистически значимой, вероятно, из-за небольшого размера выборок. Результаты указывают на подавление высвобождения воспалительных цитокинов, в частности IL-6, у пациентов, получавших высокие дозы MgSO4, и перспективу дальнейших исследований влияния Mg2+ на воспалительный сигнальный путь при церебральной ишемии после САК [46].
В работе Xia (2017) исследовали влияние воспалительного эффекта хирургических шовных магниевых скобок высокой чистоты в ректальных анастомозах с помощью экспрессии репортерного гена люциферазы in vivo у трансгенных мышей, с окрашиванием гематоксилин-эозином, иммуногистохимией и вестерн-блоттингом. Материалы на основе магния являются многообещающими биоразлагаемыми имплантатами, хотя влияние магния на воспаление изучено мало. Как и ожидалось, сильное опосредованное IL-1 р воспаление и инфильтрация наблюдались через 1 день после сшивания ректальных анастомозов с помощью высокочистого магния или титана. Однако через 4--7 дней после операции инфильтрация и другие признаки воспаления уменьшились более значительно в тканях, сшитых с помощью высокочистых магниевых штапелей.
Это быстрое уменьшение воспаления было подтверждено иммуногистохимическим анализом через определение IL-6 и фактора некроза опухоли a (TNF-a). Вестерн- блоттинг также показал, что снижение воспалительной реакции связано с подавлением передачи сигналов TLR4/NF-kB. В совокупности результаты предполагают, что высокочистые магниевые хирургические скобы подавляют воспалительную реакцию при накладывании ректальных анастомозов [47].
В обзоре Castiglion (2017) указывается, что гипомаг- ниемия способствует активации процессов свободнорадикального окисления (СРО), увеличению продукции пероксинитрита, нарушению местных защитных механизмов в кишечнике в результате нарушения микробиоты, активации фосфолипазы А2, следствием чего является избыточная продукция воспалительных эйкозаноидов и патологическое повышение проницаемости сосудистой стенки.
Активация процессов СРО происходит при гипомагниемии, преимущественно через механизм гиперпродукции ядерного фактора кВ (NF-кВ). Этим процессам противостоят противовоспалительные простагландины и IL-10 [48].
В работе Hu (2018) установлено, что дефицит магния увеличивает выработку провоспалительных цитокинов, и это постоянно сопровождается сенсибилизацией нейтрофилов, макрофагов и эндотелиальных клеток. Изучена способность магния регулировать поляризацию макрофагов и вызванное ими воспаление с активацией липополисахаридом (ЛПС) и интерфероном-у (IFN-y) или без нее. Исследователи также выяснили, влияет ли это воздействие на ингибирующие функции активированного макрофагального индуцированного воспаления на регенерацию хряща.
Результаты показали, что магний ингибирует активацию макрофагов, о чем свидетельствует значительное снижение процента ССЯ7-положительных клеток, в то время как процент СИ206-положительных клеток снизился в меньшей степени.
После применения магния активация продукции как провоспалительных, так и противовоспалительных цитокинов снижалась на уровне мРНК, а уровень некоторых цитокинов (IL-1 р, IL-6 и IL-10) снижался в супернатанте клеток при добавлении магния. Более того, магний уменьшал ядерную транслокацию и фосфорилирование NF-кВ, препятствуя его активации. В итоге сделан вывод, что магний усиливает хондрогенную дифференцировку и устраняет побочные эффекты воспаления, вызванного активированными макрофагами [49].
Изоглицирризинат магния, новое молекулярное соединение, извлеченное из корня солодки, обладает большей противовоспалительной активностью и способностью защищать печень, чем глицирризин и Р-глицирризиновая кислота. В исследовании Xie (2019) изучали противовоспалительный эффект и потенциальный механизм воздействия изоглицирризината магния на обработанные ЛПС клетки RAW264.7. Препарат магния подавлял индуцированную ЛПС продукцию провоспалительных медиаторов и ферментов в обработанных ЛПС клетках RAW264.7, включая TNF-a, IL-6, IL-1p, IL-8, NO, и активность индуцибельной синтазы оксида азота. Генерация активных форм кислорода в обработанных ЛПС клетках RAW264.7 также была снижена. Изоглицирризинат магния ослаблял транслокацию NF-кВ путем ингибирования и одновременно ингибировал ЛПС-индуцированную активацию митоген-активируемой протеинкиназы. Взятые вместе, эти результаты говорят о том, что изоглицирризинат магния подавляет воспаление, блокируя пути передачи сигналов NF-кВ и митоген-активируемой протеинкиназы и подавляя генерацию активных форм кислорода и медиаторов воспаления [50].