Автореферат (Эффекты и механизмы ишемического прекондиционирования и посткондиционирования головного мозга)

На правах рукописиЩЕРБАКНаталия СергеевнаЭФФЕКТЫ И МЕХАНИЗМЫ ИШЕМИЧЕСКОГОПРЕКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ПОСТКОНДИЦИОНИРОВАНИЯГОЛОВНОГО МОЗГА03.03.01 – физиологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора биологических наукСанкт-Петербург – 20162Работа выполнена в ФГБУ «Северо-Западный федеральный медицинскийисследовательский центр имени В.А. Алмазова» Министерства здравоохраненияРоссийской ФедерацииНаучныеконсультанты:Шляхто Евгений Владимирович,академик РАН, доктор медицинских наук, профессор,генеральный директор ФГБУ «СЗФМИЦ им. В.А. Алмазова»Баранцевич Евгений Робертович,доктор медицинских наук, профессорзаведующий НИО ФГБУ «СЗФМИЦ им. В.А.

Алмазова»Официальныеоппоненты:Щербук Юрий Александрович,академик РАН, доктор медицинских наук, профессор,заведующий кафедрой нейрохирургии и неврологии,декан факультета стоматологии и медицинских технологийФГБОУ ВО СПбГУМоскаленко Юрий Евгеньевич,доктор биологических наук, профессор,заслуженный деятель науки Российской Федерации,руководитель группы сравнительной физиологии кровообращенияФГБУ ИЭФБ РАНВознюк Игорь Алексеевич,доктор медицинских наук, профессор,заместитель директора по научной и учебной работеГБУ СПб НИИ СП им. И.И. ДжанелидзеВедущая организация: ФГБ ВОУ ВО «Военно-медицинская академия имениС.М. Кирова» Министерства обороны Российской Федерации, г.

Санкт-ПетербургЗащита состоится «13» апреля 2017 г. в 16 часов 00 минут на заседании СоветаД 212.232.10 на базе ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет» по адресу: 199034, С-Петербург, Университетская наб., 7-9, ауд. 90С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. ГорькогоФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет» по адресу: 199034,Санкт-Петербург, Университетская наб., д.

7/9 и на сайте СПбГУ:https://disser.spbu.ru/files/disser2/disser/gJ8yr9dyYK.pdfАвтореферат разослан «____» __________2017 г.Ученый секретарь диссертационного советадоктор биологических наук, профессорАлексеев Н.П.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Фундаментальной проблемой биологии имедицины является понимание механизмов адаптивных реакций и приспособительныхвозможностей организма, развивающихся в ответ на воздействие неблагоприятных факторовокружающей среды, а также при развитии различных эндогенных патологических процессов,в частности, при ишемическом и реперфузионном повреждении головного мозга.

Во многомуспешность решения существующей проблемы зависит от полноты представлений обизменениях метаболизма нейронов при ишемическом-реперфузионном повреждении ипонимания механизмов наступления необратимого повреждения нейронов. Изучение какобщих основ формирования ишемической толерантности головного мозга, так и тонкихмолекулярных механизмов при эндогенных нейропротективных воздействиях позволяетидентифицировать перспективные мишени для нейропротекции и способствует поиску путейэффективного лечения нарушений мозгового кровообращения, а также разработкеоптимальных способов восстановительных мероприятий, используемых в экстремальной,военной и спортивной медицине. Известно, что ежегодно в мире ишемический инсультпереносят около 15 млн.

человек, в Российской Федерации – около 500 тыс. человек, причем30-дневная летальность составляет 34,6%, а в течение года умирает половина пациентов, приэтом наблюдается постоянное «омоложение» инсульта (Скворцова В.И., Евзельман М.А.,2006; Тибекина Л.М., Щербук Ю.А., 2013). Также церебральные последствия прикардиохирургических операциях в условиях искусственного кровообращения оказываютсущественноевлияниенакачествожизнипациентовивитальныйпрогнозпослеоперационного периода (Вознюк И.А. с соавт., 2009; Цыган Н.В., 2012; Selim M., 2007;Gottesman R.F.

et al., 2010).Остроенарушениецеребральногокровообращенияприводиткнедостаткупоступления кислорода к клеткам головного мозга, в результате чего запускается сложныйпатологический процесс, известный под названием «ишемического каскада» (Lipton P.,1999). Восстановление кровотока в ишемизированной ткани может приводить к развитиюреперфузионного повреждения мозга, механизмы которого включают генерацию высокихконцентраций активных форм кислорода, метаболические нарушения, невосстановлениекровотока (no-reflow), внутриклеточный отек и другие изменения, приводящие в итоге кгибели клеток нервной ткани (Одинак М.М., Вознюк И.А., 2003; Kirino T.

et al., 2002; Zhao H.et al., 2012). Комплекс мероприятий, обеспечивающих защитный эффект за счетблокирования механизмов повреждения нейронов, глии, сосудов головного мозга и/илистимулирования протективных механизмов, называют нейропротекцией (Jain K.K., 2012).Несмотрянато,нейропротективнаяисследованиях,чтовэкспериментальныхэффективностьособеннопримногихиспользованииисследованияхсубстанций,принциповоднакопоказанавдоказательнойвысокаяклиническихмедицины,результаты чаще бывают недостоверными (Green A.R., 2008; Cook D.J., Tymianski M., 2011).4На сегодняшний день, перспективным направлением нейропротекции является стимуляцияэндогенных защитных механизмов, заложенных в процессе эволюции и являющихсягенетически детерминированными, а также использование механизмов формированияишемической толерантности головного мозга и идентификация перспективных мишеней длямедикаментозной нейропротекции.

К эндогенным способам цитопротекции относятишемическое прекондиционирование (ИПреК) и ишемическое посткондиционирование(ИПостК). Феномен ИПреК, впервые описанный на сердце (Murry C.E. et al., 1986),заключается в формировании устойчивости ткани к ишемическому и реперфузионномуповреждению, вызванному продолжительной ишемией, формирующейся после одного илинескольких кратковременных эпизодов ишемии-реперфузии (Шляхто Е.В., 2008; ШляхтоЕ.В.

с соавт., 2008; Kitagawa К. et al., 1990; Dirnagl U. et al., 2003). Лежащий в основе ИПреКадаптивный ответ можно наблюдать у представителей самых разнообразных живыхорганизмов от бактерий до млекопитающих (Feder M.E., Hofmann G.E., 1999). ФеноменИПостК был открыт в начале XXI века в исследованиях на сердце (Zhao Z.Q. et al., 2003;Galagudza M.M. et al., 2004), его протективные возможности реализуются при выполнениикоротких ишемических воздействий в реперфузионном периоде после пролонгированной(повреждающей) ишемии (Zhao H. et al., 2006; Wang J.Y.

et al., 2008). Несмотря на наличиеработ, посвященных изучению протективных эффектов эндогенной нейропротекции,механизмыформированияреперфузионномутолерантностиповреждению,головногомозгаиндуцируемойккороткимиишемическомуиишемическимистимулирующими воздействиями, остаются малоизученными.Получение новых данных в этой области сдерживается отсутствием оптимальныхэкспериментальных моделей, позволяющих воспроизводить обратимую полную глобальнуюишемию головного мозга заданной продолжительности. В частности, остается неизученнымвлияние ИПостК на протекание окислительно-восстановительных реакций энергетическогометаболизма нейронов, обладающих различной чувствительностью к ишемическому иреперфузионному повреждению.

Также не изучено влияние ИПостК на инициацию илиподавление адаптивных иммунных реакций организма. Немногочисленны и противоречивысведения о вовлеченности белка Bcl-2 в реализацию нейропротективного эффекта ИПостКголовного мозга (Ветровой О.В. с соавт., 2014; Hara A. et al. 1998; Xing B. et al.

2008; DingZ.M. et al., 2012). Отсутствуют исследования, направленные на изучение эффектов ИПостК взависимости от анатомических особенностей кровоснабжения головного мозга. Некоторыеавторы рассматривают ИПреК и ИПостК как защитные феномены, реализующие своиэффекты на различных этапах повреждения и имеющие сходство в механизмахформирования толерантности нейронов (Dirnagl U. et al., 2009; Pignataro G. et al., 2008).

Насегодняшний день показано ослабление проявлений эксайтотоксичности при развитииишемической толерантности при применении ИПреК и показана роль NMDA-рецепторов вреализации нейропротективных эффектов (Grabb M.C., Choi D.W., 1999; Dave K.R. et al.,52005; Shpargel K.B. et al., 2008). Известно, что ключевую роль в реализацииэксайтотоксичности играют NMDA, АМРА и каинатные рецепторы (Harukuni I., Bhardwaj A.,2006), однако возможное участие этих рецепторов в повышении резистентности нейронов креперфузионному повреждению остается неизученным. При применении ИПреК выделяютдве фазы ишемической толерантности мозга в ответ на предварительные сублетальныестимулы, а именно, раннюю и позднюю ишемическую толерантность головного мозга,механизмы которых существенно различаются. При этом данные литературы о наличии истепени выраженности нейропротективного эффекта ранней и поздней фазы ишемическойтолерантности головного мозга весьма противоречивы (Furuya K.

et al., 2005; Bolacos J.P. etal., 2009). Практически отсутствуют сведения о возможных кумулятивных повреждающихэффектах повторных ишемических стимулирующих воздействий.Помимо недостаточности знаний о фундаментальных механизмах, лежащих в основереализации защитных эффектов ИПреК и ИПостК, отсутствуют данные о взаимодействииэтих способов нейропротекции с лекарственными препаратами нейропротективногомеханизма действия. Гипотетически можно ожидать усиления нейропротективного эффектапри одновременном применении нескольких защитных воздействий. Однако исследований,направленных на изучение эффектов совместного применения методов кондиционированияголовного мозга и нейропротекторов, до настоящего времени не проводилось. В литературеописаныкакслучаивзаимногопотенцированияэффектовразличныхспособовцитопротекции, в частности, при сочетанном применении ИПреК сердца и ингибиторовангиотензин-превращающего фермента (Цырлин В.А.