Роль моноокчида азоты в формировании кислородтранспортной функции крови

Биологическая функция NO-производных  гемоглобина во многом неясна. Гемоглобин способен выполнять функцию депо NO в микроциркуляторной сети. В сосудистой сети нитрозотиолы, образуемые при  опосредуемом NO нитрозировании тиолов, играют важную роль в транспорте, хранении и метаболизме NO. Предполагается, что SNO-Hb действует как "аллостерически контролируемый буфер NO", обменивающий свою NO-группу с тиолами среды, в том числе с глутатионом, и тем самым, изменяя кровоток (выполняя роль критического фактора, определяющего доставку О₂). Сравнительно стабильные вазоактивные соединения могут служить системой хранения NO. Депонирование оксида азота можно рассматривать как фактор адаптационной защиты; существует NO-индуцированная активация различных защитных факторов (теплошоковые белки, простагландины, антиоксидантная система). Например, эндотоксемия резко повышает образование циркулирующих S-нитрозотиолов (через 5 час после в/б введения крысам ЛПС уровень циркулирующего S-нитрозоальбумина возрастал примерно в 3,4 раза, а SNO-Hb - в 25 по сравнению с контролем). Сывороточный альбумин может служить ловушкой для низкомолекулярных нитрозотиолов и модулятором переноса NO между сосудистой стенкой и гемоглобином внутри эритроцитов.

SNO - Hb может быть «сберегающим»  механизмом, доставки NO , но лишь  в регионах, сопровождающихся значительным  стрессом (снижение кровотока, тканевая  гипоксия, ацидоз). Повышенное в гипоксических  тканях высвобождение NO из нитрозоформ  снижает региональное сосудистое  сопротивление, что является примером  аллостерических свойств гемоглобина, которые улучшают транспорт О₂ путём улучшения соответствия региональных потребностей к О₂ с кровотоком. Нитрозилирование гема и нитрозирование b93-цистеина в белковой цепи гемоглобина играют важную роль в транспорте и метаболизме NO кровью. Образование SNO - Hb не является главным механизмом транспорта NO , но он может способствовать высвобождению NO из гема. Взаимодействие между NO и гемоглобином важно для регуляции функций обоих молекул, однако при нахождении гемоглобина вне эритроцита доминирующим становится гашение NO. Процессы деоксигенации SNO-окси-Hb в капиллярах обусловливают аллостерический переход гемоглобина (из R -состояние в Т-), что инициирует выход NO. SNO-Hb - это вазодилататор, активность которого аллостерически модулируется О₂. Его оксигенированная структура облегчает сокращение кровеносных сосудов, а дезоксигенированная обеспечивает вазорелаксантную активность. Ощущая таким образом физиологический градиент кислорода в тканях гемоглобин использует связанные с конформацией изменения в положении b 93-цистеина для приведения местного кровотока в соответствие с кислородными потребностями.

Влияние SNO-Hb на транспорт NO к тканям может быть весьма существенным, так как высвобождение NO из комплекса  с гемоглобином сильно зависит от наличия или отсутствия кислорода. В гипоксических условиях гемоглобин переходит из R- в Т-конформацию, в  которой он не может прочно удерживать данный лиганд. Высвобождение большого количества NO из Hb-NO комплексов может  приводить к тому, что эти молекулы, конкурируя с супероксидисмутазой, взаимодействовали бы с супероксидными анион-радикалами, а, это, в свою очередь, обуславливала бы образование пероксинитритов  с последующим высвобождением диоксида азота (NO₂) и ОН-радикалов, которые вызывают денатурацию белков и повреждают ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав липидов мембран. Как известно, поступление О₂ в ткани определяется его содержанием в крови и величиной кровотока. Эритроциты, секвестрируя NO в терминальных артериолах и капиллярах, уменьшают его участие в вазодилатации, и тем самым, казалось бы, противодействуют реализации кислородтранспортной функции крови. Однако, кислородзависимый характер равновесия между HbFe²⁺NO и SNO-Hb обеспечивает соответствие кровотока с его потребностью, т.е. оптимальный баланс между гипоксической вазодилатацией и гипероксической вазоконстрикцией. Существуют механизмы, ускоряющие высвобождение NO из HbFe²⁺NO при низких pO₂ за счет перехода гемоглобина в Т-состояние, для которого константа скорости диссоциации на 2 порядка выше, и еще более усиливаемые гетеротропными эффекторами (H⁺ , 2,3-дифосфоглицерат). Предполагается возможным, путем вдыхания NO при дисфункции эндотелия, поддержание нормальной функции сосудов за счет образования различных форм NO-производных гемоглобина и высвобождения ими NO в различных регионах.

В гемолизатах эритроцитов  крыс с индуцированным стрептозотоцином диабетом был найден значимо больший  уровень SNO-Hb, чем у контрольных  крыс, что позволяет предполагать об участии гликозилированного гемоглобина  в процессах S-нитрозилирования, которое, в свою очередь, может нарушать функцию  сосудов и участвовать в диабетической  микроангиопатии. Обратимая секвестрация NO гемоглобином (через HbFe²⁺NO) играет важную роль в развитии ряда заболеваний почек. При трансплантации печени обнаружен максимум HbFe²⁺NO через 60 минут после операции, отражая его участие в ишемически-реперфузионных повреждениях. Предполагается, что большая уязвимость зрелых внутриэритроцитарных форм возбудителя малярии частично может быть опосредована через NO, его производные и их вклада в иммуноэффекторную функцию организма.

ОСОБЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДА АЗОТА В КРОВИ В РАЗЛИЧНЫХ  ОТДЕЛАХ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Следует учитывать гетерогенность эндотелия по NO-образующей функции по ходу сосудистого русла. Иммуногистологические исследования указывают, что экспрессия эндотелиальной NO-синтазы снижается в различных отделах сосудистой системы с уменьшением диаметра, в артериолах она наиболее высока, а в венах существенно меньше. При значимом атериовенозном градиенте наблюдаемая неоднородность распределения эндотелиальной NO-синтазы отражает функциональные особенности каждого эндотелиального компонента. Так, базальный уровень синтеза NO в артериях выше, чем в венах. Содержание NO в артериальной крови у здоровых женщин, судя по величине NO^2- / NO^3- , гораздо выше чем в венозной (45,1 ± 17,7 в сравнении с 22, 5 ± 8,5 мкмоль). Исследование содержания нитритов у добровольцев в плазме крови, взятой из локтевой артерии и антекубальной вены, характеризовалось наличием незначительного артериовенозного градиента, но существенно возраставшего в условиях стимуляции эндотелия ацетилхолином. В исследовании на добровольцах показано, что содержание NO^2- и HbFe²⁺NO в артериальной крови постоянно выше, чем в венозной. Наличие артериовенозного градиента, например, по HbFe²⁺NO тем более удивительно, что время одного цикла движения для эритроцита составляет около 27 сек, а на участке артерия – вена еще меньше, что означает наличие быстрого механизма высвобождения NO (намного быстрее, чем в опытах in vitro. Вдыхание NO существенно повышает уровень нитрозилированного гемоглобина в крови и его артериовенозный градиент, для SNO-Hb такая закономерность не наблюдалась, что по мнению этих исследователей предполагает ведущую роль взаимодействия NO с гемом в его метаболизме кровью. Важно отметить, что в условиях ингибирования NO-синтазы наблюдалось выраженное снижение уровней NO^2- (более 50%) характеризующееся сравнительно большим артериовенозным градиентом, отражая происхождение NO^2-, измеряемого в венозных отделах, из сосудов предплечья. Артериовенозная разница содержания NO-производных есть, по-видимому, следствие различной NO-синтазной активности эндотелия по ходу сосудистой системы (его гетерогенности) и это значимо для СГК.

Конечно, на содержание конечных продуктов элиминации NO (нитритов/нитратов) в крови может оказывать влияние экспрессия других изоформ NO-синтазы (индуцибельной и нейрональной). Следует учитывать вклад NO, образуемого индуцибельной изоформой NO-синтазы, присутствующей во многих клетках, и в частности в эндотелиальных и гладкомышечных, так как образуемые ими количества NO могут намного превышать их физиологические концентрации. По мнению ряда авторов индуцибельная изоформа NO-синтазы может приводить к образованию очень больших (микромолярных) количеств NO, но прежде всего локально, в определенных регионах, а NO, синтезируемое нейрональной изоформой, не должна выделяться в значительном количестве в просвет сосуда.

Также важным в значимости эффекта NO на СГК является и особенности  объемного содержания крови в  различных отделах сердечно-сосудистой системы. На долю терминальных артериол и капилляров приходится 69% от общей  площади сосудистой системы, а венул  и вен – 30,5%, а объемы, содержащейся в них крови, составляют 10 и 75%, соответственно, соответственно объемы крови, приходящиеся на единицу площади артериол и капилляров, будут наиболее высоки. Это предполагает более высокое содержание NO и его производных на микроциркуляторном участке сосудистого русла (в 100 и более раз) и соответственно его большую долю, взаимодействующую непосредственно с гемоглобином. На уровне микроциркуляции это может быть чрезвычайно важным для модифицирования его кислородсвязывающих свойств и, в конечном итоге, для оксигенации тканей. Важность связывания NO с гемами или тиолами гемоглобина состоит не только в непосредственном эффекте на функциональное поведение молекул, переносящих NO (т.е. S-нитрозилирование может служить для запасания NO через благоприятствование R-структуре, тогда как переход на гем ограничивает его потерю NO при дезоксигенации), но и на популяцию гемоглобина в целом на данном участке сосудистой системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эволюция наших представлений  о взаимодействии NO с гемоглобином прошла сложный путь: от понимания  роли гемоглобина только как фактора  элиминации NO , до его значения как  депо, и далее как модификатора кислородсвязывающих свойств гемоглобина. Очевидно, данные изменения СГК наиболее благоприятны для адекватной оксигенации  тканей. Анализ литературы и результаты выполненных нами исследований свидетельствуют о том, что L-аргинин-NO система может участвовать в формировании кислородтранспортной функции крови при окислительном стрессе и гипоксии. NO может определять СГК, и соответственно, процессы оксигенации и деоксигенации в капиллярной сети малого и большого кругов кровообращения, а также другие функции крови.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борисюк М.В. Особенности регуляции кислородсвязующих свойств крови в процессе ее циркуляции // Успехи физиол. наук. 1984. Т. 15. № 2. С. 3-26.
2. Ванин А.Ф. Оксид азота: регуляция клеточного метаболизма без участия системы клеточных рецепторов // Биофизика. 2001. Т. 46. № 4. С. 631-641.
3. Галаган М.Е., Киладзе С.В., Ванин А.Ф. Реакция динитрозильных комплексов негемового железа с диэтилдитиокарбаматом в крови анестезированных крыс: ее специфическое проявление на физико-химическом и физиологическом уровнях // Биофизика. 1997. Т. 42. № 3. С. 687-693.
4. Дорохина Л.В., Зинчук В.В. Прооксидантно-антиоксидантное равновесие у крыс при гипотермии в условиях коррекции L-аргинин-NO системы // Bесцi АН РБ /сер. бiял.нав. 2000. № 4. С.83-86.
5. Зинчук В.В., Борисюк М.В. Эффект ингибирования NO-синтазы на кислородтранспортную функцию крови при лихорадке у кроликов // Росс. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1997. Т.83. №4. С.111-116.
6. Зинчук В.В., Борисюк М.В. Роль кислородсвязующих свойств крови в поддержании прооксидантно-антиоксидантного равновесия организма // Успехи физиол. наук. 1999а. Т.30. №3. С.38-48.
7. Зинчук В.В., Борисюк М.В. Изменение сродства гемоглобина к кислороду и параметров прооксидантно-антиоксидантного равновесия при введении ЛПС в условиях коррекции L-аргинин-NO-пути // Бюлл. эксперим. биол. и мед. 1999б. Т.127. №6. С.616-619.