Влияние этанола на развитие оксидативного стресса и эндотелиальной дисфункции
Чернов И. А., Кириллов Ю. А., Арешидзе Д. А.,
Козлова М. А, Макарцева Л.А, Штемплевская Е. В.
Аннотация
Обзор посвящен патогенетическим механизмам влияния этанола на развитие оксидативного стресса (ОС) и эндотелиальной дисфункции (ЭД).
Показано, что как при острой, так и при хронической алкогольной интоксикации поступление этанола в организм инициирует развитие ОС, образование активных форм кислорода, вызывает снижение содержа-ния эндотелий-зависимых релаксирующих факторов (оксида азота (NO), простациклина, эндотелинового фактора деполяризации (EDHF)), повышение концентрации эндотелий-зависимых суживающих факторов (эндотелина, ангиотензина-И), тем самым обуславливая развитие ЭД.
При употреблении алкоголя в малых дозах здоровыми непьющими людьми этанол способен выступать в качестве антиоксиданта, вызывать нейтрализацию активных форм кислорода, способствовать образованию NO и препятствовать формированию ЭД.
Применяемые на сегодняшний день методы оценки ЭД позволяют охарактеризовать функциональное со-стояние эндотелия. Структурные изменения стенки кровеносных сосудов как проявление ЭД при алкоголь-ной болезни описаны недостаточно, что свидетельствует о необходимости их изучения с применением современных гистологических, гистохимических, иммуногистохимических и электронномикроскопических методов.
Ключевые слова: эндотелиальная дисфункция, оксидативный стресс, закись азота, этанол.
Abstract
The effect of ethanol on the development of oxidative stress and endothelial dysfunction
Chernov I. A., Kirillov Yu. A., Areshidze D. A., Kozlova M. A., Makartseva L. A., Shtemplevskaya E. V.
The review focuses on the pathogenetic mechanisms of ethanol influence on the development of oxidative stress (OS) and endothelial dysfunction (ED).
It is shown that both in acute and chronic alcohol intoxication, the intake of ethanol in the body initiates the devel-opment of OS, the formation of reactive oxygen species, causes a decrease in the content of endothelium-derived relaxing factors (nitric oxide (NO), prostacyclin, endothelium-derived hyperpolarization factor (EDHF)), an increase in the concentration of endothelium-derived constricting factors (endothelin, angiotensin-II), thereby causing the development of ED.
When alcohol is consumed in small doses by healthy non-drinkers, ethanol can act as an antioxidant, cause the neu-tralization of reactive oxygen species, promote the formation of NO, and prevent the formation of ED.
Currently used methods for evaluating ED allow us to characterize the functional state of the endothelium. Structural changes in the blood vessel wall as a manifestation of ED in alcoholic disease are not sufficiently described, which indicates the need to study them using modern histological, histochemical, immunohistochemical and electron mi-croscopic methods.
Keywords: endothelial dysfunction, oxidative stress, nitrous oxide, ethanol.
Алкоголизм является одной из актуальных медицин-ских и социальных проблем современного общества. Уровень потребления алкоголя в Российской Федерации продолжает оставаться высоким и составляет 10-12,4 литров в год на человека [22], что ежегодно приводит к преждевременному уходу из жизни около полумил-лиона человек [6] Одной из ведущих причин алкоголь-ассоциированной смертности являются заболевания внутренних органов, в первую очередь, сердечно-сосудистой системы и печени (более 13,7 человека на 100 000 населения) [2, 6]. Среди патогенетических механизмов их развития центральное место принад-лежит эндотелиальной дисфункции (ЭД) [5, 7, 9, 14, 21, 32, 48] .
Известно, что сосудистый эндотелий представляет собой однослойный пласт плоских клеток мезенхимного происхождения, выстилающий внутреннюю поверх-ность кровеносных и лимфатических сосудов, а также полостей сердца Количество клеток эндотелия состав-ляет 1х1010, длина эндотелиального монослоя - 7 км, а его площадь - 600 м2 Общая масса эндотелиальных клеток составляет 1,5-1,8 кг, что сопоставимо с весом печени [10]
На сегодняшний день эндотелий рассматривают как «сердечно-сосудистый эндокринный орган, осу-ществляющий связь в критических ситуациях между кровью и тканями» [20]. Клетки эндотелия обеспечи-вают транспорт кислорода и питательных веществ из кровеносного русла в окружающие ткани, регулируют тонус сосудистой стенки [52] Эндотелиоциты выраба-тывают тромбогенные и антиромбогенные факторы, принимают участие в процессах коагуляции и фибрино- лиза [1], обеспечивают реализацию иммунного ответа, экспрессируют на своей поверхности антигены, пред-ставляют их Т-лимфоцитам и секретируют цитокины [27] Эндотелий играет важнейшую роль в регуляции роста и размножения гладкомышечных клеток сосуди-стой стенки, ремоделировании кровеносных сосудов, неоангиогенезе [14, 41]
В физиологических условиях клетки эндотелия обеспечивают баланс между веществами, имеющими противоположный механизм действия: вазодилатато- рами и вазоконстрикторами; антикоагулянтами и про-коагулянтами; факторами роста и их ингибиторами [5, 7]
Развитие эндотелиальной дисфункцией (ЭД) харак-теризуется нарушением равновесия между субстан-циями с сосудорасширяющими свойствами (эндоте- лий-зависимые релаксирующие факторы, EDRFs) [18] и с сосудосуживающими характеристиками (эндотелий- зависимые суживающие факторы, EDCFs) [55].
В настоящее время в качестве ведущего патоге-нетического фактора развития ЭД рассматривают снижение продукции оксида азота (N0) [39], который синтезируется в клетках эндотелия из L-аргинина под влиянием эндотелиальной синтазы оксида азота (eN0S) .
Активность фермента возрастает при повышении вну-триклеточной концентрации Са2+ [37, 60], воздействии инсулина на эндотелиоциты [42]. Реакция синтеза N0 протекает при участии ряда кофакторов, таких как никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ-Н), флавинадениндинуклеотид, флавинмононуклеотид, тетрагидробиоптерин (ВН4), кальмодулин При доста-точном содержании в клетке ВН4 eN0S синтезирует N0, при снижении концентрации ВН4 - супероксид анион [44]
N0 проникает в гладкомышечные клетки кровенос-ных сосудов, вызывает активацию гуанилатциклазы, что приводит к выработке циклического гуанозинмонофос- фата (цГМФ), который, в свою очередь, опосредует сни-жение тонуса сосудистой стенки [45] Помимо вазодила- тирующей, N0 выполняет ряд других важных функций: модулирует высвобождение вазоактивных медиаторов, ингибирует адгезию лейкоцитов, подавляет экспрессию провоспалительных генов, адгезию и агрегацию тромбо-цитов, ингибирует миграцию и пролиферацию гладко-мышечных клеток кровеносных сосудов [17, 26] Период полураспада N0 исчисляется несколькими секундами, что делает невозможным использование стандартных методик его определения .
Вазодилатационным действием также обладают простациклин ^12), эндотелиновый фактор деполяри-зации (EDHF) К повышению тонуса сосудистой стенки приводит воздействие эндотелина, ангиотензина-1, тромбоксана (ТХА2), простагландина Н2 [5, 7, 9].
В качестве непосредственных причинных факторов, способствующих развитию ЭД, рассматривают: гемо-динамические нарушения (пристеночное напряжение сдвига, неритмичное воздействие пульсовой волны), хроническую гипоксию, дислипопротеидемии, гипергомоцистеинемию, эндогенные и экзогенные инток-сикации [17].
Основную роль в развитии дисфункции эндотелия играет оксидативный стресс (ОС), который характе-ризуется избыточным образованием активных форм кислорода (АФК) и недостаточностью механизмов анти-оксидантной защиты [44, 48].
К активным формам кислорода относят молекулы с неспаренным электроном: супероксид анион (О2-), перекись водорода (Н2О2), гидроксильный радикал (-0Н) и пероксинитрит ^N00“) .
Нейтрализация АФК осуществляется антиоксидант-ной системой. Низкомолекулярные антиоксиданты вырабатываются в организме (мочевая кислота, кофер-мент Ц, билирубин) либо поступают извне (витамины С и Е, флавоноиды, каротины) Ферментами антиок-сидантной системы являются супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидазы, тиоредоксин, перок- сиредоксин [46].
В образовании супероксид аниона (02-) принимают участие различные ферменты (НАДФН-оксидаза, ксан- тиноксидаза, циклооксигеназа, N0-синтазы, цитохром Р450 и ферменты митохондриальной дыхательной цепи), которые проявляют активность практически во всех типах клеток, включая сосудистые гладкомышеч-ные и эндотелиальные клетки [35].
Нейтрализация 02- осуществляется супероксиддис- мутазой, которая катализирует восстановление 02- до Н2О2 Глутатионпероксидазы обеспечивают трансфор-мацию Н2О2 в Н2О, при этом глутатион превращается в глутатиондисульфид. Под влиянием каталазы Н2О2 расщепляется на Н2О и 02- [13, 32]. При снижении активности глутатионпероксидаз и каталазы из Н2О2 образуются гидроксильные радикалы, которые вызы-вают повреждение клеток путем перекисного окисления липидов и сульфгидрильных групп .
Взаимодействие NO и O2- приводит к образованию пероксинитрита (ONOO-), способного окислять сульфги- дрильные группы, а также нитрировать и гидроксили- ровать ароматические группы тирозина, триптофана и гуанина [24] В нейтрализации ONOO- принимают участие пероксиредоксин и тиоредоксин [36].
В физиологических условиях АФК вырабатываются в малом количестве и необходимы для поддержания сосудистого гомеостаза Например, Н2О2 может высту-пать в качестве вазодилататора, роль которого значи-тельно возрастает в условиях дефицита выработки NO и снижения активности eNOS [60] .
При развитии оксидативного стресса АФК оказывают повреждающее действие на клетки. Пероксинитрит ингибирует eNOS, окисляя цинк-тиолатные кластеры внутри фермента и незаменимый кофактор тетрагидро- биоптерин ONOO- снижает продукцию простациклина вследствие инактивации простациклинсинтазы, осла-бляет EDHF-опосредованную вазодилатацию в коро-нарных артериях, усугубляет ОС путем ингибирования супероксиддисмутазы [15, 40, 43]. АФК ингибируют диметиламиногидролазу диметиларгинина, что приво-дит к накоплению в эндотелиальных клетках асимме-тричного диметиларгинина, являющегося эндогенным ингибитором eNOS [45] .Доказана роль АФК в активации циклооксигеназы, блокаде кальций-активированных калиевых каналов, что в свою очередь вызывает уси-ление образования эндотелий-зависимых суживающих факторов [38, 53] В условиях ОС воздействие NO на гуанилилатциклазу характеризуется образованием циклического инозинмонофосфата, что приводит к повышению тонуса сосудистой стенки [54] .
Одной из распространённых причин, способной инициировать развитие ОС, является употребление этанола Известно, что при поступлении в организм он преимущественно (от 75% до 98%) окисляется в печени Под влиянием фермента алкогольдегидрогеназы (АДГ) из этилового спирта образуется ацетальдегид, который в свою очередь под влиянием ацетальдегиддегидроге- назы превращается в уксусную кислоту.
Коферментом обеих химических реакций является никотинамидадениндинуклеотид, который, забирая ионы водорода, переходит из окисленной формы (NAD+) в восстановленную (NADH) Обратный переход NADH в NAD+ осуществляется в митохондриях и сопро-вождается выработкой супероксид аниона (O2-) При хронической алкогольной интоксикации (ХАИ) содер-жание NADH в клетках увеличивается, в то время NAD+ уменьшается В таких условиях NAD+ не может полно-ценно выступать в качестве акцептора ионов H-, кото-рые в свою очередь, взаимодействуя с O2, вызывают образование АФК [21] .
В окислении этанола до ацетальдегида принимают участие и другие ферменты. Одним из них является цитохром Р450, который в отличие от АДГ, проявляющей активность в цитозоле, локализован в эндоплазматиче-ском ретикулуме При окислении небольших количеств алкоголя цитохром Р450 значительно уступает по своей активности АДГ Длительный прием алкоголя значи-тельно повышает активность цитохрома Р450 и инду-цирует выработку его компонента CYP2E1, который проявляет свою активность даже в отсутствии алкоголя, образуя небольшие количества 02- и Н2О2 При поступле-нии этанола в организм CYP2E1 вызывает значительное увеличение выработки АФК [33] .
Этанол ингибирует транспортные белки, обеспечи-вающие поступление глутатиона из цитозоля в мито-хондрии, что снижает активность глутатионпероксидаз и ослабляет активность антиоксидантной системы [21]
Хроническая алкогольная интоксикация характе-ризуется повышением концентрации в крови ангио-тензина II, который, реагируя с рецепторами ангиотен-зина 1 типа, вызывает повышение активности НАДФ- оксидазы и увеличение образования 02- [29] Другими изученными механизмами повышения активности НАДФ-оксидазы являются фосфорилирование этанолом рецепторов тромбоцитарного фактора роста (PDGF-R) [23], активация RhoA/Rho киназы [50] .
В настоящее время для оценки эндотелиальной дисфункции и оксидативного стресса при употреблении алкоголя предложены различные подходы .
Методы функциональной диагностики ЭД осно-ваны на оценке реализации вазомоторной функции эндотелия за счет изменения продукции NO и других вазоактивных веществ Наиболее широкое распро-странение получил способ определения «кровоток- опосредованного расширения» (FMD - Flow Mediated Dilatation) Методика предусматривает ультразвуковое измерение способности артерий к расширению в ответ на 5-минутную окклюзию плечевой артерии манжетой для измерения кровяного давления [9] Усиление FMD свидетельствует об увеличении выработки NO и других вазодилататоров, ослабление FMD - о снижении их биодоступности [3] .