Концепция энергетического дефицита и нарушенной функции митохондрий.

На основании клинико-экспериментальных исследований, выполненных на протяжении ряда лет, мы полагаем, что феномен дисфункции миометрия обус-ловлен дефицитом энергии на клеточном уровне. Патогенез, пути образования и частота различны для конкретных форм аномалий родовой деятельности. Патогенетический механизм аномалий родовой деятельности реализуется через снижение энергообразовательной функции митохондрий. Кроме того, можно говорить о существовании генетически детерминированных особенностей клеточных мембран, инициирующих возникновение недостаточности мембранной регуляции внутриклеточного кальция при физиологическом и патологическом течении родового акта, что зависит от механизмов кальциевого гомеостаза клеток. Нами [1] была представлена биохимическая, биофизическая, электронно-микроскопическая и рентгеноструктурная характеристика сократительного аппарата матки в конце беременности и в родах. Изучение основного структурно-функционального субстрата - миоцитов матки показало, что по сравнению с концом беременности (38-40 нед) при нормальной родовой деятельности миоциты значительно увеличены в размерах, "светлые" и "темные" клетки представлены в одинаковом количестве. Двухконтурные мембраны саркоплазматической сети в большей части миоцитов гипертрофированы и гиперплазированы. На фрагментах зернистых мембран обнаруживается повышенное количество осмиофильных зерен, рибосом и полирибосом, что можно расценить как регенераторную гипертрофию и гиперплазию этих клеток. Лишь в отдельных миоцитах имеются признаки дезорганизации в различных органеллах. Можно полагать, что эти сдвиги выражают процессы адаптации к повышенным запросам сократительного аппарата и указывают на максимальное напряжение в них обменных процессов, которое сопровождается повышенной изнашиваемостью мембранных структур. Эти изменения, очевидно, происходят за счет процессов репаративной регенерации. Стабильное повышение маточной активности в конце беременности, опосредуемое через усиление симпатической эфферентной активности и других систем функциональной интеграции, происходит по мере накопления митохондриями избытка цитозольного кальция с последующим снижением энергообразовательной функции и развития нарушений ионотранспортной функции клеточных мембран [2].Таким образом, повышенную маточную активность в конце беременности можно рассматривать как естественную особенность матки, что соответствует сниженному уровню (дефициту) энергии на клеточном уровне. Выявленное нами увеличение активности дыхательных ферментов - сукцинат-дегидрогеназы, цитохром-С-оксидазы и суммарного содержания нуклеиновых кислот в митохондриях, выделенных в градиенте сахарозы путем ультрацентрифугирования гомогенатов мышцы матки, указывает на высокий уровень окислительно-восстановительных процессов в клетках миометрия при нормальной родовой деятельности, а также на возможное участие этих органелл в усилении биосинтеза клеточных белков. Нами [2, 10] были исследованы биохимические процессы неферментативного и ферментативного звеньев антиоксидантной системы с одновременной оценкой показателей свободно-радикального окисления (СРО) у беременных и рожениц групп высокого риска развития аномалий родовой деятельности, а также изучена сократительная деятельность матки в эксперименте на полосках миометрия беременных женщин и в клинике по данным гистерографии. При оценке функционального состояния системы антиоксидантной защиты у беременных группы риска возникновения слабости родовой деятельности по сравнению с контрольной группой выявлено снижение почти в 1,5 раза небелкового и белкового тиолдисульфидного коэффициентов и в 2 раза коэффициента аскорбиновая кислота/окисленные формы. В ферментативном звене отмечено снижение активности супероксиддисмутазы (СОД), каталазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ) почти в 1,4 раза, а глутатионредуктазы в 1,5 раза. В родах у рожениц групп высокого риска возникновения слабости родовой деятельности; при развитии слабости родовой деятельности по сравнению с физиологическим течением родов выявлено снижение тиолдисульфидного коэффициента небелковой фракции в 2 раза, белковой фракции в 1,3 раза, коэффициента аскорбиновая кислота/окисленные формы в 2 раза. У рожениц при слабости родовой деятельности отмечено снижение тиолдисульфидного коэффициента небелковой фракции на 60%, белковой фракции в 1,2 раза, коэффициента аскорбиновая кислота/окисленные формы на 64%. В ферментативном звене антиоксидантной системы выявлено снижение активности всех определявшихся ферментов (СОД, каталазы, глутатионредуктазы в 1,4 раза, Г-6-ФДГ в 1,3 раза) у рожениц как группы риска, так и при слабости родовой деятельности по сравнению с контрольной группой женщин с физиологическим течением родов. Об интенсификации процессов СРО свидетельствовало повышение уровня малонового диальдегида, причем наиболее высокий уровень (21%) определялся при слабости родовой деятельности. Таким образом, у беременных и рожениц высокого риска развития слабости родовой деятельности наряду с интенсификацией процессов СРО выявлен дисбаланс неферментативного и ферментативного звеньев системы антиоксидантной защиты: истощение запасов восстановленных форм глутатиона и других низкомолекулярных тиолов, снижение активности аскорбатной окислительной системы, снижение активности антирадикальных, антиперекисных оксидоредуктазных ферментов. В условиях применения антиоксидантов (витамин Е, аскорбиновая кислота, унитиол) по данным внутренней гистерографии наблюдается увеличение маточной активности на 18,6%, амплитуды схватки на 37,2% на фоне снижения базального тонуса матки на 25,7% по сравнению с контрольной группой. Анализ экспериментальных исследований на полосках миометрия беременных и рожениц показал, что во всех опытах унитиол усиливал спонтанные сокращения, увеличивал амплитуду и частоту сокращения в 1,5 раза. Несмотря на очевидные успехи в изучении механизмов регуляции маточной активности в эксперименте и клинике, природа аномалий родовой деятельности и их патогенез остаются еще далекими от полного понимания, так же как до сих пор не установлена у части беременных и рожениц генетическая основа маточной активности. Как известно, беременность продолжается строго определенное число дней, специфичное для каждого вида. Однако фактор, отвечающий за окончание беременности, не установлен [6]. Н.С. Бакшеев, Р.С. Орлов рассматривают роды как наследственно детерминированный процесс [5]. Развиваемая нами мембранная концепция патогенеза аномалий родовой деятельности исходит из признания, что в основе аномалий родовой деятельности лежит нарушение структуры и ионотранспортной функции клеточных мембран, которые не способны поддерживать в цитоплазме клеток нормальный уровень важнейших ионов (Са, К и Na) по отношению к внеклеточной среде. Нами изучена взаимосвязь плацентарной недостаточности и аномалий родовых сил [8]. Как известно, универсальными регуляторами адаптационных реакций клетки являются циклические нуклеотиды. Дан ные наших исследований свидетельствуют, что по мере прогрессирования беременности в плаценте увеличивается содержание циклических нуклеотидов АМФ и ГМФ. Эти «вторичные мессенджеры», «посредники» между гормонами и рецепторными аппаратами клетки, играют решающую роль в осуществлении адаптационно-гомеостатических реакций клетки, ткани, органа, а нарушение их обмена может стать причиной создания «порочного» круга в обмене белков, жиров, углеводов, электролитов, а также нарушения микрогемоциркуляции и др. Так, содержание цАМФ в плаценте после физиологических родов у здоровых женщин составляет 474,9±2,0 пмоль на 1 г ткани, что соответствует данным литературы. При слабости родовой деятельности уровень цАМФ уменьшается более чем в 3 раза, что свидетельствует о максимальном снижении адаптационных механизмов. Уровень цГМФ, составляющий в контрольной группе 15,5 пмоль на 1 г ткани, при слабости родовой деятельности снижается почти в 2 раза (до 7,9 пмоль на 1 г ткани). Однако особый интерес представляет не только динамика содержания циклических нуклеотидов, но и соотношение между ними, поскольку большинство клеточных реакций опосредуется сочетанным действием цАМФ и цГМФ. Отношение цАМФ/цГМФ также увеличивается по мере прогрессирования беременности. При нормальных родах этот показатель составляет 31,7, при слабости родовой деятельности - 32,9, что свидетельствует о сохранении иерархической регуляции адаптационно-гомеостатической реакции [8]. Деятельность циклазных систем в плаценте тесно сопряжена с метаболизмом белков. В работе [8] изучали содержание рибосом, характеризующее общий уровень биосинтеза белка, а также соотношение свободных и мембранно-связанных полирибосом. Однако исследование биоэнергетики представляет особый интерес, так как все без исключения обменные процессы в органе, ткани, клетке и субклеточных структурах энергозависимы. При изучении ультраструктурных особенностей митохондриальной фракции [1] установлены удовлетворительный признак упаковки крист митохондрий и одновременно увеличение самих митохондрий в основном с четкими и непрерывными контурами внутренней и наружной мембран наряду с гиперплазией и гипертрофией мембран эндоплазматической сети, мембран ядра клетки и миофиламентов. Это дает основание предполагать, что существующая регенерация носит в данном случае характер внутриорганелльный и даже мембранный (цит. по [9]). Большинство исследователей в настоящее время считают, что действие ферментов, участвующих в ферментативных реакциях, обеспечивающих энергией сократительный аппарат мышцы матки, или указывающих на степень и характер развития этих реакций, одинаково с таковым в поперечно-полосатой мускулатуре. Обнаруженное в наших исследованиях повышение активности креатинфосфокиназы в гомогенате мышцы матки при нормальной родовой деятельности говорит о наличии этого фермента в миометрии и о его роли во время родовой деятельности. Повышенная активность креатинфосфокиназы в митохондриях мышцы матки может указывать на место приложения действия этого фермента в сложной системе регуляции процессов сокращения миометрия в родах. Используя экспериментальный подход к аналитическому изучению регуляции и коррекции сократительной функции клетки, мы проследили за изменениями, происходящими в сократительном аппарате мышцы матки, на глицеринизированных мышечных моделях и установили, что пучки глицеринизированных клеток, приготовленные из мышцы матки при нормальной родовой деятельности, под действием АТФ развивают наиболее высокое напряжение. Для выяснения структурных особенностей сократительного аппарата мышцы матки при ее различном функциональном состоянии (доношенная беременность, нормальная родовая деятельность, слабость родовых сил, проведение родостимулируюшей терапии) мы использовали метод рентгеноструктурного анализа, имеющий высокую информативность и позволяющий судить о межатомных и межмолекулярных расстояниях в веществе. Изучение рентгенограмм пучков глицеринизированных клеток, приготовленных из мышцы матки при нормальной родовой деятельности, продемонстрировало существование ориентации фибриллярных белков в сократительном аппарате клеток миометрия, с чем должно быть связано развитие пучками этих клеток высокого напряжения под действием АТФ, а маткой в целом - выраженной сократительной деятельности. При доношенной беременности выявлено дезориентирование фибриллярных белков в сократительном аппарате клеток миометрия, которое, видимо, является одним из факторов, обусловливающих отсутствие высокого напряжения, развиваемого пучками этих клеток под действием АТФ, и выраженной маточной активности в эти сроки беременности. В гомогенате и митохондриях ткани плаценты при нормальной родовой деятельности в сравнении с доношенной беременностью увеличена активность сукцинатдегидрогеназы, цитохром-С-оксидазы, креатинфосфокиназы и суммарное содержание нуклеиновых кислот. Следовательно, направленность указанных изменений в плаценте соответствует таковым в мышце матки. По сравнению с концом доношенной беременности обнаруживается некоторое увеличение содержания кальция в плазме крови, что, видимо, является положительным фактом с учетом роли ионов кальция в мышечном сокращении. Увеличение суммарного содержания нуклеиновых кислот в крови можно объяснить повышенным их образованием в миометрии и плаценте во время выраженной родовой деятельности, как и увеличение активности креатинфосфокиназы, которое, видимо, также обусловлено повышенной продукцией этого фермента в ткани миометрия и плаценты и его поступлением в кровяное русло. При слабости родовой деятельности в тонкой структуре миоцитов матки и в митохондриальной фракции этих клеток происходит ряд изменений, доминирующими среди них являются признаки дезорганизации преимущественно в миофиламентах и особенно в митохондриях, на фоне которых обнаруживаются изменения активности изученных ферментов и содержания нуклеиновых кислот. Так, миоциты матки становятся набухшими, имеют «светлый» вид. Межклеточные пространства расширены и заполнены пучками фибрилл коллагеновых волокон и гетерогенным аморфным материалом различной электронно-оптической плотности. В большинстве миоцитов уменьшено число органелл, а в сохранившихся преобладают явления дезорганизации. Мембрана саркоплазматической сети резко фрагментирована. Таким образом, выявленные нами изменения в ультраструктуре миоцитов матки и в митохондриальной фракции этих клеток указывают на существование при слабости родовой деятельности дезориентации миофиламентов и нарушение структуры митохондрий - субстрата окислительного фосфорилирования, происходящего в кристах и элементарных частицах этих органелл. Во время слабости родовой деятельности пучки глицеринизированных клеток мышцы матки под действием АТФ развивают значительно меньшее напряжение, чем при нормальной родовой деятельности. Рентгенограммы их напоминают таковые клеток мышцы матки в конце доношенной беременности. Такое изменение рентгеновской дифракционной картины может указывать либо на нарушение структуры самих молекул, либо на разупорядоченность во взаимной ориентации молекул. Следовательно, дезориентация молекул или клеток относительно друг друга может приводить к изменению сократимости мышцы и уменьшению напряжения, развиваемого мышечной моделью, приготовленной путем глицеринизации по методу Сен-Дьердьи. Это выявлено нами в отношении матки в конце доношенной беременности и при нарушении ее сократительной способности во время слабости родовой деятельности. Электронно-микроскопические исследования плаценты при слабости родовой деятельности выявляют однотипные с миоцитами матки изменения. Ключевым по значимости и более изученным следствием мембранного дефекта является смещение пределов регуляции концентрации свободного кальция цитоплазмы в сторону более высоких, чем в норме, значений с последующим развитием клеточного ресетинга - функциональной адаптации клетки к кальциевой перегрузке [7]. Благодаря уникальной роли кальция в клеточной физиологии повышенные концентрации свободных ионов кальция в цитоплазме существенно изменяют характеристики кальцийзависимых внутриклеточных механизмов, в связи с чем изменяются взаимоотношения клетки с гормонами и нейромедиаторами, т.е. с системой нейрогормональной интеграции. Появление избытка свободного кальция в цитоплазме клетки изменяет ответ кальцийзависимых внутриклеточных механизмов, в частности систем проведения сигнала от рецепторов к ее исполнительным механизмам. Этим изменяется взаимодействие клетки с симпатической нервной системой, эндокринной и другими системами интеграции. Для сохранения нормальной величины физиологического ответа воздействие гормона или медиатора на клетку должно быть соответственно изменено (обычно оно усилено). Таким образом, сохраняя функцию в условиях нарушенной мембранной регуляции кальция, клетка работает в новом режиме клеточно-гормональных отношений, названном «перенастройкой», или ресетингом клетки. Вследствие этого вся совокупность клеток, составляющих ткани, будучи измененной, воздействует на системы нейрогормональной интеграции как бы изнутри со стороны клеточной мишени, изменяя активность этих систем. Так повышается эфферентная активность симпатической нервной системы, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, изменяется функция инсулярного аппарата [7]. В наших клинико-экспериментальных исследованиях показана роль дефицита энергии как причина нарушений ионотранспортной функции клеточных мембран. Как известно, одним из абсолютных условий существования клеточной формы жизни является асимметричное (неравновесное) распределение ионов между цитоплазмой клеток (внутриклеточным пространством организма) и внеклеточной средой. Введение животным буферного раствора с сукцинатом натрия приводит к повышению активности митохондриальных ферментов - сукцинатдегидрогеназы и цитохром-С-оксидазы, что, видимо, связано с высокой экономичностью и продуктивностью этой кислоты в поддержании энергетического потенциала клетки. Включение янтарной кислоты в метаболический цикл активизирует не только энергетические, но и пластические процессы [2]. При проведении родостимулирующей терапии внутривенным капельным введением окситоцина на буферном растворе нами выявлено резкое увеличение репаративной регенерации мембран (крист) митохондрий и других мембранных структур в миоцитах матки и клетках плаценты, что может указывать на усиление процессов окислительного фосфорилирования наряду с повышением окислительно-восстановительных процессов. Это подтверждается обнаруженным нами повышением активности креатинфосфокиназы, сукцинатдегидрогеназы, цитохром-С-оксидазы и увеличением суммарного содержания нуклеиновых кислот в гомогенате и митохондриях миометрия и плаценты, а в сократительном аппарате мышцы матки - существованием выраженной ориентации молекул фибриллярных белков, приводящих к повышению напряжения, развиваемого под действием АТФ пучками глицеринизированных клеток миометрия [1]. Таким образом, показана роль митохондриальных нарушений в механизме энергетического дефицита при аномалиях родовой деятельности. Нами была проведена оценка состояния митохондрий - клеточных органелл, играющих роль универсального поставщика энергии во всех типах тканей. По мнению Ю.В. Постнова [7], именно в митохондриях происходит окисление клеточного топлива, в основном жирных кислот и глюкозы, в процессе которого электроны по дыхательной цепи переходят от органических субстратов к кислороду. Выделяемая при этом энергия используется на образование АТФ из АДФ и фосфата. Таким образом, в митохондриях осуществляется сопряжение процессов окисления и фосфорилирования с образованием АТФ. Сведения о митохондриях клеток при доношенной беременности, нормальной и патологической родовой деятельности очень немногочисленны. Постоянно повышенный уровень аккумуляции Са2 митохондриями, например при гипертензии, вызывает в них ряд нарушений, важнейшим следствием которых являются снижение синтеза АТФ и развитие структурных изменений митохондрий, прослеженных на экспериментальной модели первичной гипертензии [7]. Митохондрии, будучи универсальным источником энергии, депонируемой в молекулах АТФ, одновременно являются и конечным звеном сигнальной системы клеток. Поэтому допустимо говорить об изначальном повреждении энергообразующей функции митохондрий, рассматривая патогенез аномалий родовой деятельности как следствие вызванного этим дефицита энергии. Последующая хроническая аккумуляция митохондриями избытка цитозольного кальция, вызывающая в них структурно-функциональные изменения и нарушение энергообразовательной функции, служит причиной развития различных форм аномалий родовой деятельности. В.В. Абрамченко, И.М. Бетоева изучали содержание стероидных гормонов и ионов Са2 в сыворотке крови [3]. Как известно, стероидные гормоны и Са2 играют определенную роль в развязывании родов. Авторы продемонстрировали, что уровень Са2 при беременности на сроках 38-39 нед составил 2,46±0,04 ммоль/л, а к началу родов имел тенденцию к снижению (2,26±0,04 ммоль/л). При нормальном прелиминарном периоде его уровень равен 2,45±0,07 ммоль/л, а к началу родов - 2,57±0,06 ммоль/л (р>0,05). При нелеченом патологическом прелиминарном периоде уровень Са2 составил 2,55±0,06 ммоль/л, а в начале родов - 2,57±0,06 ммоль/л (р>0,05). При введении b-миметика бриканила при данной патологии уровень Са2 составил 2,45±0,08 ммоль/л, в начале родов - 2,39±0,07 ммоль/л (р>0,05). В то же время при наличии гестоза выявлена гипокальциурия у беременных [4]. Таким образом, проведенные исследования в эксперименте и клинике показали, что в основе патогенеза возникновения аномалий родовой деятельности лежат нарушенная функция митохондрий и дефицит энергии на клеточном уровне. Современное акушерство располагает рядом методов воздействия на дефицит энергии на клеточном уровне, в частности возможностью применения b-миметиков и b-блокаторов, антагонистов кальция, антиоксидантов и антигипоксантов и других лекарственных средств с целью профилактики и лечения аномалий родовой деятельности. Б.В. Абрамченко Институт акушерства и гинекологии РАМН им. Д.О. Отта, Санкт-Петербург Литература 1. Абрамченко В.В., Бибилейшвили З.В., Чхеидзе А.Р. Профилактика и лечение аномалий родовой деятельности. Тбилиси: Сабчота Сакартвело 1987; 182. 2. Абрамченко В.В., Капленко О.В. Адренергические средства в акушерской практике. Ст-Петербург: ТК Петрополис 2000; 272. 3. Абрамченко В.В., Бетоева И.М., Омельянюк Е.В. и др. Бета-адреномиметики и антигипоксанты в акушерской практике. Методические рекомендации. Л 1986; 16. 4. Абрамченко В.В., Абдуллаев Д.Н., В.И. Циркин, Капленко О.В. Антагонисты кальция в комплексной регуляции родовой деятельности при аномалиях родовых сил, гестозе, гипертонической болезни и вегетососудистой дистонии по гипертоническому типу. Журн акуш и жен бол 1998; 1: 40-46. 5. Бакшеев Н.С., Орлов Р.С. Сократительная функция матки. Киев: Здоров'я 1976; 183. 6. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. М: МИР 1993; 2: 415. 7. Постнов Ю.В. К развитию концепции патогенеза первичной гипертензии (нарушенная функция митохондрий и энергетический дефицит). Кардиология 2000; 10: 4-12. 8. Радзинский В.Е., Абрамченко В.В. Регуляция родовой деятельности. Ашгабат: Ылым 1992; 228. 9. Саркисов Д.С. Очерки по структурным основам гомеостаза. М: Медицина 1977. 10. Щербина Л.А. Профилактика и лечение слабости родовой деятельности антиоксидантами: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Ст-Петербург 1995; 18. * * * Последнее поколение... Однажды вечером сын разговаривал со своим отцом о насущных проблемах. Мальчика интересовало, что думает отец по поводу перестрелок в школах, компьютерах и о жизни вообще. "Хорошо, - сказал папа, - дай мне немного подумать…. ...Я родился до того, как появились телевизор, пенициллин, полиомиелитная вакцина, замороженные продукты, ксерокс, контактные линзы и противозачаточные таблетки. Тогда не было радара, кредитных карточек, лазеров и шариковых ручек. Человек еще не изобрел колготки, посудомоечную машину, сушилку для белья (белье вывешивалось и сохло на свежем воздухе), кондиционер и не прогуливался по Луне. Твоя мама и я сначала поженились, а потом стали жить вместе. В каждой семье были отец и мать, и у каждого мальчика старше 14 лет была винтовка, обращению с которой обучал его отец. Вместе они охотились и ловили рыбу. До 25 лет каждого мужчину старше себя я называл "сэр", когда мне стукнуло 25, я продолжал так называть только полисменов и титулованных особ. В воскресенье полагалось ходить в церковь, помогать по дому и ходить в гости к родственникам или соседям. Это было до компьютерного органайзера, двойного образования и групповой психотерапии. Нашими жизнями управляли 10 заповедей, трезвый расчет и здравый смысл. Мы учились понимать разницу между хорошим и плохим и нести ответственность за свои поступки. Привилегией считалось служить своей стране, еще большей привилегией было жить в ней. Под "фаст фудом" мы подразумевали питание во время Великого поста. Иметь "интимные отношения" значило остаться наедине со своими кузинами. Мы никогда не слышали о FM-радио, магнитолах, CD-проигрывателях, электронных пишущих машинках, йогуртах, детях из пробирки и парнях, носящих серьги. Мы слушали джаз, Джека Бенни и президентские речи по радио. И я не припомню ни одного ребенка, у которого поехала бы крыша от прослушивания Томми Дорси. Никто не знал о Пицца Хат, Макдоналдсе и растворимом кофе. У нас были 5- и 10-центовые магазины, в которых действительно можно было купить вещи стоимостью 5 и 10 центов. Стаканчик мороженого, телефонный звонок, поездка на трамвае и пепси - все стоило по 5 центов. За $600 можно было купить новый двухместный автомобиль, но кто мог себе это позволить, когда галлон газа стоил 11 центов? Мы были последним поколением, которое действительно верило, что для рождения ребенка порядочной женщине необходим муж. Неудивительно, что люди называют нас "старомодными и зажатыми" и говорят о пропасти между поколениями… а мне всего лишь 55 лет". Прислал Геннадий Лифшиц, врач-радиолог, Иерусалим, Израиль