Главная >> Медицинские статьи >> Кардиология

Проницаемость эндотелия и атеросклероз

Писаржевский С.А.
Cтарший научный сотрудник, Институт Атеросклероза
[email protected]
1.Эндотелиальные клетки.
Эндотелий участвует как в физиологической регуляции сосудистого тонуса, так и в структурной трансформации сосуда при патологических условиях. При физиологических условиях эндотелиальные клетки постоянно секретируют окись азота (NO), которая расслабляет гладкомышечные клетки и обеспечивает раскрытое состояние сосудов. Поврежденные или избыточно активированные эндотелиальные клетки могут также секретировать вазоконстрикторные факторы, наиболее известным из которых является эндотелин - 1 (ЕТ - 1), как и факторы, влияющие на дифференцировку и рост сосудистых гладкомышечных клеток. Как повреждение эндотелиальных клеток вносит вклад при патологических условиях в болезнь сосудов лучше всего иллюстрируется на примере пациентов с diabetes mellitus, у которых наблюдаются выраженные изменения в структуре и функции эндотелиальных клеток. Эндотелиальные клетки также реагируют с клетками в кровяном русле, ЕТ-1 и другие факторы освобождаются из эндотелиальных клеток в кровь, где их хемотаксическое действие может индуцировать лейкоциты и тромбоциты мигрировать в сосудистую стенку. Эндотелиальные клетки индуцируют адгезию путем экспрессии специфических молекул адгезии (селектины, интегрины и супергенное семейство иммуноглобулинов), которые могут взаимодействовать с лигандами на лейкоцитах и тромбоцитах. Экспрессия молекул адгезии увеличивается в эндотелиальных клетках, которые подвергаются хроническому повреждению факторами риска атеросклероза. Нарушенная проницаемость эндотелиального слоя у пациентов с diabetes mellitus и/или гиперлипидемией ведет к увеличенному притоку субстанций из циркуляции в сосудистую стенку. Кроме того, дисфункция эндотелиальных клеток может вести к ускоренному внутрисосудистому свертыванию крови. Очевидно, что эндотелий играет центральную роль во многих ранних патофизиологических процессах, участвующих в атеросклерозе. Поэтому важно изучить эффекты антиатеросклеротической терапии на функцию эндотелиальных клеток и межклеточные взаимодействия. До недавнего времени мало было известно о прямых эффектах антогонистов кальция на функцию эндотелиальных клеток. Недавние исследования показали, что они в основном влияют на взаимодействие эндотелиальных клеток, гладкомышечных клеток, моноцитов и тромбоцитов, что играет центральную роль на ранних стадиях развития атеросклероза, в то время как протективный эффект этих агентов на сосудистую систему оказывается мал на поздних стадиях /20/.
Таким образом, эндотелий играет важную роль, как в физиологии, так и патологии сосудов, при этом особое значение имеют нарушение проницаемости эндотелия и секреция эндотелиальными клетками молекул адгезии.
2.Соединения между клетками эндотелия.
Связи между клетками эндотелия являются сложными структурами, образованные трансмембранными адгезивными молекулами, соединенными с сетью цитоплазматических/цитоскелетных белков. Существует, по крайней мере, три различных типа эндотелиальных соединений: плотные соединения, щелевые соединения и соединения-сцепления. Эти структуры имеют некоторые черты и компоненты, общие с эпителием, но некоторые специфичны для эндотелия. Известно очень мало о патологических последствиях изменений в функциональном состоянии или синтезе белков соединений эндотелиальных клеток. Возможно, что патологии, связанные с измененной эндотелиальной проницаемостью и организацией сосудов (гемангиома, склеродермия и другие типы васкулитов) связаны со структурными изменениями в организации соединений эндотелиальных клеток. Кроме того, изменения в эндотелиальной проницаемости связаны с ранними стадиями атеросклероза и многими воспалительными болезнями /62/.
Таким образом, связи между эндотелиальными клетками являются сложными структурами, играющими важную роль в различных сосудистых патологиях.
3.Микротубулы и микрофиламенты
Эндотелий - это метаболически активный монослой клеток, регулирующий множество физиологических и патологических функций, которые определяют его проницаемость и тромборезистентные свойства. Структура и функция эндотелиального цитоскелета предотвращает сосудистую болезнь, поскольку он является молекулярным барьером для атерогенных белков и источником мигрирующих клеток, готовых восстановить повреждения эндотелиального слоя. Цитоскелет является ключевым регулятором в поддержании целостности эндотелия и восстановления целостности после повреждений, вызвавших оголение сосуда, таких, которые происходят при патогенезе атеросклероза. Актиновые микрофиламенты и их соединения: сцепления и фокальные сцепления являются важными регуляторами клеточного сигнализирования, клеточного движения и механизма заживления повреждений. Различные белки участвуют в контролировании основанной на цитоскелете эндотелиальной функции и заживления, такие, как тирозин - киназы/фосфатазы и Rho семейство белков. Нормальная функция эндотелия является высоко зависимой от цитоскелета. Разрушение и дисфункция цитоскелета может быть вызывать нарушение эндотелиальной функции, соответственно нарушая баланс в пользу сосудистой болезни. Поэтому понимание клеточной и молекулярной биологии эндотелиального цитоскелета существенно для понимания патогенеза сосудистых болезней, особенно атеросклероза /31/.
Исследовался вопрос о том, влияет ли гиперхолестеринемия на распределение микрофиламентов эндотелиальных клеток в течение инициации и роста повреждений типа жировых полос. Повреждения, развившиеся в течение 20-недельного периода, были классифицированы в четыре типа, основанные на локализации и степени макрофагальной инфильтрации, наблюдаемых микроскопически. Наиболее ранние повреждения характеризуются прилипанием лейкоцитов к поверхности эндотелия. Минимальные повреждения характеризуются немногими клетками в субэндотелии. Промежуточные повреждения состоят из многочисленных субэндотелиаьных лейкоцитов в минимально поднятом повреждении.
Зрелые жировые повреждения в виде жировых полос приподняты и содержат несколько слоев лейкоцитов. Организация актина периферических соединений (плотная периферическая лента) и центральные эндотелиальные пучки актиновых микрофиламентов изучались в каждом из этих повреждений с помощью флуоресцентной микроскопии. Обнаружено, что в аорте, вне мест разветвлений и в областях вне повреждений, на распределение центральных микрофиламентов не влияла гиперхолестеринемия. Макрофаги входили в стенку без определимой реорганизации микрофиламентов. В течение аккумуляции субэндотелиальных макрофагов в минимальных и промежуточных повреждениях стрессовые волокна первоначально увеличиваются по сравнению со свободными от повреждений областями. В приподнятых зрелых повреждениях центральные микрофиламенты становятся тоньше и исчезают. Однако, в разделителях потоков, где центральные стрессовые волокна в норме заметны, эндотелиальные клетки на поверхности промежуточных повреждений демонстрируют редукцию центральных волокон, а периферические связки становятся видимы. Это сопровождается
изменениями в форме клеток от вытянутой до булыжникообразной. Связки актиновых микрофиламентов в эндотелиальных клетках претерпевают существенные изменения в течение накопления субэндотелиальных макрофагов при формировании индуцированных гиперхолестеринемией повреждениях типа жировых полос. Эти изменения могут влиять на адгезию к эндотелию, проницаемость и восстановление после повреждения /11/.
Таким образом, цитоскелет является ключевым регулятором в поддержании целостности эндотелия и в восстановлении целостности после повреждений. Актиновые микрофиламенты в эндотелии изменяются во время накопления макрофагов под эндотелием при начальных атеросклеротических повреждениях типа жировых полос при гиперхолестеринемии. Это может влиять на проницаемость эндотелия.
4.Кавеолы
Кавеолы – это инвагинации в поверхности плазматической мембраны от 5 до 100 нм в терминально дифференцированных клетках. Они особенно многочисленны в эндотелиальных клетках, в которых, как полагают, они играют главную роль в регуляции эндотелиального везикулярного транспорта и сигнальной трансдукции. Использование кавеолин – 1 - дефицитных мышей дало много новых идей для понимания ролей кавеол и кавеолин-1 в регуляции функции эндотелиальных клеток. Эти новые открытия заставляют предположить важную роль кавеолин - 1 в патогенезе рака, атеросклероза и васкулярной болезни /16/.
Таким образом, кавеолы, инвагинации в поверхности плазматических мембран, играют главную роль в регуляции эндотелиального везикулярного транспорта.
5.Эндотелиальная дисфункция
В течение последних 10 лет стало очевидным, что эндотелий регулирует тонус сосудов, модулирует гемостаз, влияет на сосудистую проницаемость и контролирует рост кровеносных сосудов. Роль эндотелия в регуляции сосудистого тонуса опосредована освобождением сильных вазоактивных веществ, включая происходящие из эндотелия релаксирующие факторы (один из которых либо окись азота, либо вещество, высвобождающее окись азота), вазоактивные простагландины, выделяемый эндотелием гиперполяризующий фактор и факторы констрикции (такие как тромбоксан А2, эндотелин, супероксид анион, L – аргинин -зависимые продукты и др.). Эта роль эндотелия драматически изменяется несколькими болезнями, включая diabetes mellitus, цереброваскулярную болезнь и т.д. Ненормальности эндотелиальной регуляции сосудистого тонуса могут вносить вклад в клинические синдромы, включая атеросклероз, гипертонию, септический шок и многие другие. Эндотелиальная дисфункция, характеризуемая измененным синтезом или освобождением этих релаксирующих факторов вместе с поддержанием или усилением синтеза или освобождения факторов контракции, может привести к различным патологическим явлениям, таким, как тромбоз, спазм сосудов и гипертония. Лучшее понимание точной природы эндотелиальной дисфункции, включая роль происходящих из эндотелия вазоактивных факторов, может обеспечить базис для новых методов терапии при этих сосудистых патологиях /34/.
Здоровый эндотелий играет центральную роль в контроле за сердечно-сосудистой системой. Поэтому эндотелиальная дисфункция (ЭД), которая характеризуется дисбалансом между факторами релаксации и контракции, прокоагулянтными и антикоагулянтными субстанциями и между провоспалительными и антивоспалительными медиаторами, может играть особо существенную роль в патогенезе атеросклероза. Эндотелиальная дисфункция тесно связана с различными факторами риска атеросклероза, интенсивностью и продолжительностью их действия. Участие факторов риска в ЭД также доказывается результатами исследований, которые показали регрессию ЭД при лечении факторов риска. Поскольку действие факторов риска обычно сопровождается уменьшением биодоступности окиси азота, общим знаменателем различных факторов риска, вызывающих ЭД по всей вероятности является окислительный стресс. ЭД может способствовать атерогенезу через разные механизмы, такие, как увеличенное сцепление моноцитов, макрофагов и возросшая проницаемость эндотелиального слоя. Далее, ЭД вероятно играет важную роль в росте атеросклеротических поражений и в развитии тромботических осложнений на поздних стадиях болезни. Поскольку ЭД является ключевым фактором атеросклеротического процесса, проводился поиск маркеров эндотелиальных аномалий. Оценка ЭД основано на тестах по определению эндотелий - зависимойподвижности сосудов (способность к расслаблению периферических и коронарных артерий) и циркулирующих маркеров эндотелиальной функции (эндотелин - 1, фактор von Willebrand, тканевой активатор плазминогена, ингибитор активатора плазминогена и молекулы адгезии). Используя эти тесты, возможно, определить дозовую зависимость вредных эффектов факторов риска и эффекты превентивных процедур на функцию сосудистой стенки /45/.
Эндотелий является главным регулятором сосудистого тонуса, освобождая сосудосуживающие (эндотелин, циклооксигеназа -зависимые факторы, включая простаноиды и кислородные свободные радикалы) и сосудорасширяющие (генерируемая эндотелием окись азота, генерируемый эндотелием фактор гиперполяризации) медиаторы. Эти биологичеки активные субстанции контролируют не только сосудистый тонус, но и структуру и проницаемость сосуда, свертывание и фибринолиз, также как и воспалительный ответ сосудистой стенки. При эндотелиальной дисфункции баланс продукции эндотелием сосудорасширяющих и сосудосуживающих субстанций меняется, в результате чего уменьшается эндотелий - зависимая релаксация. Эндотелиальная дисфункция является важным событием в патогенезе ранней стадии атеросклероза и гипертонии. Тестирование и мониторирование эндотелиальной дисфункции включает тесты эндотелий -зависимой подвижности сосудов, также как и циркулирующих маркеров эндотелиального повреждения. Требуется поиск методов для построения системы тестов для измерения степени эндотелиальной дисфункции(=субклиническому атеросклерозу), степени риска и ответа на терапию /39/.
Эндотелиальные клетки выполняют многие физиологические функции, включая регуляцию сосудистого тонуса, регуляцию гемостаза и фибринолиза, регуляцию воспалительных процессов и поддержание барьера проницаемости для обеспечения обмена и активного транспорта субстанций в артериальную стенку. Патофизиологические стимулы могут приводить к локальным изменениям в активности эндотелия. Эти изменения включают повышенную проницаемость для плазменных липопротеинов, имбаланс локальных тромбогенных субстанций, ведущий к протромботическому состоянию, и освобождение вазоактивных веществ, ведущее к вазоконстрикции. Потеря эндотелий - зависимой вазодилятации считается ранним событием, ведущим к атеросклерозу и происходящим еще до того, как морфологические изменения в эндотелии могу быть обнаружены. Многие из эффектов здорового эндотелия производятся окисью азота. Уменьшенная доступность окиси азота приводит к эндотелиальной дисфункции, которая является первым шагом атеросклеротического процесса. Модифицация факторов риска и фармакологическое вмешательство, которые могут обратить эндотелиальную дисфункцию, могут уменьшить кардиоваскулярные события у пациентов с риском /2/.
Чрезмерная продукция супероксидных анионов в сосудистой стенке вносит вклад в эндотелиальную дисфункцию при сосудистой болезни. Генерирующая супероксид восстановленная бета - никотинамид динуклеотид фосфат (NADPH) оксидаза была недавно идентифицирована как основной источник окислительных радикалов в сосудистых тканях. Изучались эффекты синтетического соединения, имитирующего магний - содержащую супероксид дисмутазу (СОД), M40403, на зависимую от NADPH оксидазы продукцию супероксида и на эндотелиальную дисфункцию. У крыс в гладкомышечных клетках аорты NADPH (100 микро M) существенно стимулируют продукцию супероксида. Это было определено с помощью
хемилюминесцентного теста с люцигинином . M40403 уменьшает NADPH оксидаза - зависимую продукцию супероксида в зависимости от концентрации. Ангиотензин 11 увеличивает активность NADPH оксидазы, а обработка M40403 (10 микро М) уменьшает увеличенный уровень супероксида до контрольного уровня. В аорте аполипопротеин - дефицитных мышей с гиперлипедемией и атеросклерозом продукция супероксида в основном определяется
NADPH оксидазой. Истощение эндотелиальной продукции окиси азота идет параллельно с увеличением образования супероксида в сосудах на различных стадиях болезни. Аортальные кольца с M40403 существенно подавляют продукцию супероксида и улучшают эндотелий - зависимое расслабление сосудов до уровня сравнимого с тем, который наблюдается у контрольных мышей дикого типа. Суммарно проникающий в клетки имитирующий СОД M40403 приводит к реверсии эндотелиальной дисфункции у аполипопротеиндефицитных мышей ex vivo путем уменьшения NADPH оксидаза - зависимого уровня супероксида. Преимущества синтетического СОД миметика по сравнению с нативным Cu/Zn СОД энзимом, такие, как увеличенная клеточная проницаемость и стабильность, имеют значительный терапевтический потенциал для лечения сосудистой болезни /27/.
Таким образом, эндотелиальная дисфункция, которая характеризуется дисбалансом между факторами релаксации и контракции, прокоагулянтными и антикоагулянтными субстанциями и между провоспалительными и антивоспалительными медиаторами, может играть особо существенную роль в патогенезе атеросклероза.
Чрезмерная продукция супероксидных анионов в сосудистой стенке вносит вклад в эндотелиальную дисфункцию при атеросклерозе.
6.Факторы, влияющие на проницаемость эндотелия.
6.1.Общие вопросы.
Эндотелиальный барьер во всех органах позволяет проходить свободному обмену воды, но ограничивает в различной степени транспорт растворов, таких, как раствор альбумина. Например, в микрососудах мозга эндотелиальный барьер ограничивает транспорт белков, в то время как в имеющих поры и непрерывных эндотелиальных клетках почек и в эндотелиальных клетках легких эндотелиальный барьер полупроницаем. Эндотелиальный монослой демонстрирует селективность, т.е. проницаемость молекул универсально связана с молекулярным весом. Хотя теория пор была использована для описания транспорта через эндотелиальный барьер, транспорт растворов также зависит от заряда растворенных веществ и эндотелиальных клеток. Рецептор - опосредованный трансцитоз альбуминов может вносить вклад в транспорт альбуминов в дополнение к транспорту через парацеллюлярное пространство (т.е. через так называемые поры). Проницаемость воды через эндотелий определяется взаимодействием альбумина с гликокаликсом и щелевыми компонентами эндотелия (“волоконный матрикс”). Концентрации альбумина в окружающей среде служат для понижения гидравлической проводимости эндотелия. Увеличенная проницаемость эндотелия по отношению к растворенным веществам и воде зависит от формы и конфигурации эндотелиальных клеток, определяемых изменениями в элементах цитоскелета, таких, как f-актин, и регулируется внутриклеточными вторичными мессенджерами, такими, как свободный цитозольный кальций /37/.
Эпидемиологические и экспериментальные исследования показали, что магний тесно связан с регуляцией метаболизма липидов, структурой и проницаемостью мембраны, эндокринными гормонами и функцией тромбоцитов. Причиной атеросклероза, индуцированного дефицитом магния, как предполагают, является уменьшение количества простациклина, продуцируемого эндотелиальными клетками, и увеличение агрегации тромбоцитов. Обнаружено, что плазма от пациентов, страдающих от боли в груди содержит более высокие уровни оксистеролов, чем плазма пациентов того же возраста и пола, не имеющих боли. Исследования на культивируемых артериальных клетках в среде дефицитной по магнию или содержащей оксистеролы показали, что и магний, и оксистеролы играют важную роль в липидном обмене у пациентов с коронарной болезнью сердца /30/.
Накапливающиеся данные демонстрируют, что атеросклероз является иммунологически опосредованной болезнью. Повреждение ишемией/реперфузией миокарда сопровождается воспалительным ответом, вносящим вклад в обратимые и необратимые изменения в жизнеспособности тканей и функции органов. Признаны три, вносящие вклад в реперфузионное повреждение, фактора. Это: (1) молекулярный кислород, выделяемый клеточными элементами крови (особенно нейтрофилами); (2) клеточные элементы крови (особенно нейтрофилы); (3) компоненты активированной системы комплемента. Последние два часто действуют совместно. Эндотелиальный и лейкоцитарный ответы участвуют в повреждении тканей, будучи регулируемы каскадом комплемента. Анафилатоксины и мембранные атакующие комплексы вносят вклад прямо или косвенно в дальнейшее повреждение тканей. Повреждение тканей, опосредованное нейтрофилами, может быть инициировано фрагментами комплемента, в особенности C5a, которые являются сильными стимуляторами продукции супероксида нейтрофилами и связывания с эндотелием коронарной артерии. Каскад комплемента, в особенности альтернативный путь, активируется в течение ишемии/реперфузии миокарда. Фрагменты комплемента, такие, как анфилатоксины C3a и C5a, продуцируются как локально, так и системно, и комплекс атаки мембраны помещается на клеточные мембраны и происходит последующее высвобождение медиаторов, таких, как гистамин и фактор активации тромбоцитов, что, таким образом, является причиной увеличения сосудистой прницаемости с последующим проявлением клеточного отека. Комплемент увеличивает экспрессию CD18 на нейтрофилах и увеличивает экспрессию Р-селектина на поверхности эндотелия. Митохондрии могут быть источниками молекул, которые активируют комплемент в течение ишемического/реперфузионного повреждения миокарда, обеспечивая стимул для инфильтрации полиморфноядерными лейкоцитами. Сохранение ткани может быть достигнуто путем истощения компонентов комплемента, что делает очевидным вклад каскада комплемента при ишемическо - реперфузионном повреждении. Сложность каскада комплемента содержит многочисленные места, являющиеся потенциальными мишенями для терапевтических вмешательств, модулирующих ответ комплемента на повреждение. Примером может служить способность растворимых форм рецептора комплемента 1(sCR1) уменьшать размер инфаркта, вызванного ишемическим/реперфузионным повреждением в моделях in vitro. Механизм, который инициирует активацию комплемента, не совсем ясен, хотя потеря CD59 (протектина из клеток), подвергнутых опасности ишемии/реперфузии, может вносить вклад в прямое повреждение коронарного сосуда терминальным комплексом комплемента. Терапевтические подходы к ишемическому/реперфузионному повреждению вообще, и особенно к включающему комплемент, только начинают разрабатываться, и их потенциальные преимущества все еще не оценены адекватно. Нужно заметить, что активация комплемента имеет позитивные и негативные эффекты, и поэтому скорее должна быть модулирована, чем резко остановлена /6/.
6.2.Гемодинамические факторы.
6.2.1.Сдвиг (shear stress).
Лучшее понимание того, как гемодинамические факторы влияют на целостность и функцию сосудистого эндотелия, необходимо для понимания того, как инициируется и развивается атеросклероз. Представлена новая техника для определения связи между динамическими жидкостными характеристиками и проницаемостью эндотелия для макромолекул. Полностью анестезированным домашним свиньям внутривенно вводили альбумин, меченный голубым красителем Эванса, которому позволяли циркулировать в течение 90 мин. После того, как животные были умерщвлены, силиконовые препараты были приготовлены из абдоминальной аорты и подвздошных ветвей. Были проведены вычисления пульсирующего потока в областях, информация о которых была получена из препаратов. Распределение рассчитанного, зависимого от времени shear stress (имеется в виду реакция эндотелия на гемодинамическое растяжение сосуда и сдвиг, т.е. стресс сдвига или растяжение) стенки во внешних разветвлениях подвздошной артерии было напрямую сравнено с вычисленным по точкам пространственно варьирующим поглощением красителя Evans голубой в тех же самых артериях. Результаты указывают, что in vivo проницаемость эндотелия по отношению к альбумину уменьшается с увеличением среднего по времени shear stress по отношению к нормальным значениям. Кроме того, проницаемость эндотелия увеличивается незначительно по мере осцилляции индекса среза /23/.
Гипотеза, что значительная часть поглощения макромолекул сосудистой стенкой имеет место, когда эндотелий приспосабливается к изменениям в гемодинамическом окружении, была тестирована в серии in vivo измерений поглощения меченного голубым красителем Эванса альбумина в подвздошных артериях свиньи, подвергавшимся острым изменениям потока крови. Данные по поглощению были интерпретированы посредством специальной ad hoc модели ответа динамической проницаемости, который, как предполагается, сопровождает изменения в пристеночном слое. Модель способна коррелировать в одном комплекте параметров с ответом сосуда при разнообразных экспериментальных протоколах, включая шаговое увеличение и уменьшение shear stress в различные периоды. Анализ наиболее походящих параметров модели заставляет предположить, что перед адаптивным ответом на увеличение среза имеется латентный период приблизительно в 1,5 мин, что существенно меньше, чем при ответе на уменьшение сдвига /21/.
Атеросклероз преимущественно бывает в областях с турбулентым потоком и низким уровнем стресса среза, в то время как ламинарный поток и высокий shear stress являются атеропротективными. Хорошо охарактеризованный атеропротективный механизм включает ингибирование тромбоза (увеличенный уровень тканевого активатора плазминогена и уменьшенный уровень ингибитора – 1 активатора плазминогена), ингибирование апоптоза эндотелиальных клеток, ограничение проницаемости (поглощения липопротеинов низкой плотности), предотвращение связывания белых клеток крови и трасмиграции (отсутствие экспрессии молекул адгезии, таких, как межклеточная молекула адгезии – 1 [ICAM-1] и сосудистая клеточная адгезивная молекула – 1 [VCAM-1]) и отсутствие увеличенной биодоступности окиси азота (из-за увеличенной экспрессии эндотелиальной синтетазы окиси азота и магниевой супероксид дисмутазы). Было проведено исследование опосредованного потоком ингибирующего действия воспалительных цитокинов. Установлено, что поток предотвращает опосредованную фактором некроза опухолей альфа сигнальную трансдукцию. Фактор некроза опухолей регулирует экспрессию воспалительных генов (т.е. ICAM - 1 и VCAM - 1) в эндотелиальных клетках, частично за счет стимулирования митоген - активированных белковых киназ, которые фосфорилируют транскрипционные факторы. Выдвинута гипотеза, что shear stress потока ингибирует воспалительные эффекты фактора некроза опухолей(TNF) на эндотелиальные клетки путем ингибирования TNF-опосредованной активации c-Jun N-терминальной киназы. Для проверки этой гипотезы определялись эффекты устойчивого ламинарного потока на TNF-стимулируемую активность c-Jun N-терминальной киназы. Результаты показали, что поток ингибирует активацию c-Jun N-терминальной киназы через множественный механизм, включающий стимуляцию противорегуляторной MAP киназы (внеклеточные регулирующие сигнал киназы [ERK]1/2 и ERK5) и ингибирование сигнал - регулирующей апоптоз киназы. Суммарно, атеропротективный эффект устойчивого ламинарного потока на эндотелий включает множественные синергичные механизмы. Эти множественные механизмы являются привлекательными мишенями для новых лекарственных средств, направленных на ограничение развития и прогрессирования атеросклероза /3/.
Целью настоящего исследования было изменения индуцированной артериальным проницаемости для альбумина в интиме и сопровождающие ее структурные ответы в артериях свиньи. Одинаковые ламинарные ответы shear stress были сравнены с таковыми областями стресса “разделения потока”. Эти области были созданы с использованием специально созданных образующих потоки приспособлений в экспериментально контролируемых, метаболически поддерживаемых ex vivo препаратах торакоабдоминальной аорты. Образцы проницаемости для окрашенного голубым красителем Эванса альбумина определялись рефлектометрическим методом. Соответствующие структурные тканевые ответы определялись с помощью гистологической, иммуноокращивающей и ультраструктурной микроскопической техники. Было показано, что когда предварительно адаптированная in vivo артерия переносится в новое механохимическое окружение, в ней происходит последовательность адаптивных процессов в течение последующих 95 часов. Области интимы, подвергшиеся воздействию shear stress (приблизительно 16 дин/см(2) в первый период (23 часа)) отвечали увеличением проницаемости. По мере продолжения стресса структурные изменения в интиме - медии происходили таким образом, что восстанавливалась нормальная физиологическая проницаемость. В течение того же самого периода в смежных областях эндотелия, подвергшиеся стрессу полей разделенных потоков (приблизительно 0,03-0,27 дин/cм(2)),наблюдалось раннее и прогрессивно увеличивающееся увеличение проницаемости. Это сопровождалось формированием локальной эдемы в интиме, потерей матрикса в интиме и развитием отчетливо приподнятых желатиноподобных поражений в интиме, имеющих потенциально преатероматозную структуру /18/.
Поток через щели субэндотелиальной интимы и медии артериальной стенки стимулировался количественно для того, чтобы изучить распределение водного потока через небольшие поры, которое влияет на shear stress в гладкомышечных клеток артериальной стенки прямо под внутренней эластичным слоем. Был выполнен анализ в двух измерениях с использованием модели Brinkman для потока в пористой среде. Обнаружено, что гидравлическая проницаемость слоя интимы должна быть значительно больше, чем таковая медии для того, чтобы предсказать разумную величину падения давления через субэндотелиальную интиму и внутренний эластичный слой. Когда Ki было установлено равным значению в медии, это падение давления оказалось нереалистично высоким. Более того, более высокие значения Ki вызывали почти однородное распределение потоков воды через простой набор небольших пор, все из которых имели одинаковый диаметр (1,2 микрона). В то время как Ki был установлен на уровне значения медии, распределение потока через поры было в высокой степени неоднородным и нефизиологичным. Деформируемая модель интимы предсказывала неоднородное распределение потока при высоких давлениях (180 мм Hg). Повреждение внутреннего эластичного слоя моделировалось введением больших пор (до 17,8 микрон). Драматическое увеличение потока через большие поры наблюдалось при изменении жидкостной механической среды гладкомышечных клеток около больших пор, что имеет значение для гиперплазии интимы и атеросклероза. Модель также предсказывает, что жидкостной shear stress на дне поверхности эндотелиальной клетки порядка 10 дин/см2, что является уровнем, который может влиять на клеточную функцию /59/.
Нарушение барьерной функции связано с инициацией и прогрессированием атеросклероза, болезни фокальной природы, ассоциированной с гемодинамикой. В данном исследовании проницаемость эндотелия для макромолекул и электрическое сопротивление эндотелия изучались in vitro в монослоях, подвергавшихся воздействию нарушенных (приведенных в беспорядок) полей потока, что моделировало пространственные вариации при shear stress потока, обнаруживаемого в артериальных бифуркациях. После 5 часов действия потока области высокого градиента shear stress показали увеличение в 5,5 раза трансэндотелиального транспорта декстрана (молекулярный вес 70 000) по сравнению с контролями, где не было потока. Области невозмущенного полностью развившегося потока, в том же монослое показали 2,9-кратное увеличение. Электрическое сопротивление монослоя уменьшалось при контакте с потоком. Сопротивление во время действия потока и уровень изменений в сопротивлении монослоя после удаления потока был наиболее низким поблизости от нового подключения потока (наиболее высокие значения градиента shear stress). Эти результаты демонстрируют, что барьерная функция эндотелия и проницаемость эндотелия к макромолекулам регулируется пространственными вариациями в силе shear stress in vitro /43/.
Таким образом, турбулентность потока и низкий shear stress, а также высокий градиент стресса среза способствуют увеличению проницаемости эндотелия.
6.2.2.Гипертония
Гипертония, фактор риска атеросклероза, увеличивает поглощение липопротеинов низкой плотности стенкой артерии. Было использовано компьютерное моделирование для идентификации физических факторов, которые могут быть частично ответственны за этот эффект. Поток жидкости и перенос массы в просвете и стенке артерии рассчитывались с помощью компьютера одновременно, повторяя насколько это было возможно предыдущие экспериментальные исследования, в которых поглощение LDL артериальной стенкой измерялось в обычных вырезанных артериальных сегментах. Как при наличии потока, так при его отсутствии модель предсказывает увеличение концентрации поляризации LDL в артериальной стенке, когда артериальное давление возрастает с 120 до 160 мм Hg. Однако это ведет только к небольшому увеличению в средней концентрации LDL в стенке артерии. Если значения проницаемости эндотелия к LDL варьируется совместно с внутриартериальным давлением, тогда модель предсказывает увеличение поглощения LDL в 1.9-2.6 раза при более высоких давлениях. Величины этого увеличения согласуются с экспериментальными данными. Сделан вывод, что концентрационные эффекты поляризации не могут объяснить наблюдаемые эффекты усиления поглощения LDL при гипертонии. Вместо этого, эти данные согласуются со связанным с давлением увеличением проницаемости эндотелия для LDL /55/.
Хотя хорошо установлено, что гипертония является основным фактором риска инсульта, сложность цереброваскулярных проблем в связи с гипертонией обычно недооценивается. Гипертония может вызывать инсульт через многие механизмы. Высокое внутрисосудистое давление ведет к большим изменениям в эндотелии и функции гладкомышечных клеток во внутричерепных артериях. Увеличенный стресс в эндотелии может увеличить проницаемость барьера кровь - мозг и локальную мультифокальную эдему мозга. Повреждение эндотелия и измененное взаимодействие между клетками крови и эндотелием может привести к локальному тромбообразованию и ишемическим повреждениям. Фибриноидный некроз может быть причиной лакунарных инфарктов и вутримозговых геморрагий. Более того,гипертония ускоряет процесс атеросклероза, этим увеличивая вероятность повреждений мозга, связанных со стенозом и образованием эмболов, происходящих из больших внутримозговых сосудов, из дуги аорты и из сердца. Адаптивные структурные изменения в сопротивлении сосудов, имеющие позитивное значение, уменьшая напряжение сосудистой стенки, могут иметь и негативное значение, увеличивая периферическое сосудистое сопротивление, которое может затруднить коллатеральную циркуляцию и увеличить риск ишемических событий в связи с эпизодами гипотонии в дистальных по отношению к стенозу областях. Гипертония является фактором риска для васкулярной деменции /28/.
Гипертония является известным фактором риска развития атеросклероза, который характеризуется ненормальной аккумуляцией липопротеинов низкой плотности и других, происходящих из плазмы молекул Целью настоящей работы было измерение накопления маркера происходящих из плазмы молекул пероксидазы хрена (ПХ, 44 kDa), в интиме и меди аорты крыс с хронической гипертонией. Транспорт ПХ у двухлетних крыс со спонтанной гипертонией сравнивался с таковым у того же возраст крыс линии Wistar-Kyoto при условиях, что кровяное давление существенно не изменялось в течение 15 мин циркуляции ПХ. Накопление в интиме и профиль концентрации в медии ПХ были получены на основании анализа залитых метакрилатом срезов препаратов после реакции с 3,3’-диаминобензидином и Н₂О_2.Данные анализировались с помощью математической модели макромолекулярного транспорта для количественной оценки проницаемости эндотелия и внутреннего эластичного слоя (ВЭС). Хроническая гипертония увеличивает проницаемость эндотелия без изменения в ВЭС. Очевидный конвективный поток ПХ в интиму у крыс с гипертонией поднимал уровень ПХ в интиме до концентрации более высокой, чем концентрация ПХ в плазме. Эти результаты заставляют предположить, что накопление происходящих из плазмы макромолекул, вызванное обусловленной давлением конвекцией минимизируется в норме интактностью эндотелия. Сходные изменения вызываются сильным повреждением липополисахаридами, что заставляет предположить, что эндотелиальные повреждения могут быть связаны с изменениями транспорта при гипертонии. После либо острого, либо хронического повреждения эндотелия, транспорт макромолекул в интиму во