Новые аспекты в механизмах ишемического и реперфузионного повреждения миокарда

Введение. В статье представлен современный анализ литературы относительно патофизиологии ишемического и реперфузионного повреждения (ИРП) миокарда, который сосредоточен на возможной роли кальпаиновой системы и окислительного стресса. Были предложены несколько вариантов развития процессов, включая цитозольный и митохондриальную Ca2+-перегрузку, выпуск реактивного кислородного стресса, острую воспалительную реакцию и ухудшение метаболизма. Совместное воздействие всего перечисленного производит необратимое ишемическое и реперфузированное повреждение кардиомиоцитов.

Материалы и методы. Была экспериментально исследована роль кальпаиновой системы в создании миокардиального ИРП. Обнаружено, что субстраты активного кальпаина играют весомую роль в процессах клеточного цикла, апоптоза и дифференцирования, они отрицательно сказываются на функциях кардиомиоцитов. Кальпаиновая система — часть интегрированной протеолитической системы, которая является критической в отношениях между структурой и функцией кардиального саркомера. Бесконтрольная активация кальпаина вовлекает в патофизиологию множество сердечно-сосудистых нарушений. Ингибитор кальпаина, как показывали исследования, уменьшает риск «оглушения» миокарда и размер зоны инфаркта после ишемии реперфузии. Как известно, следствием ИРП является острый инфаркт миокарда (ОИМ), который занимает ведущую роль в сердечно-сосудистых заболеваниях (ССЗ), а также является одной из основных причин смертности населения. Понимание точных патофизиологических механизмов остается актуальной проблемой для клинических врачей. На сегодняшний день механизмы ИРП не полностью известны, что создает определенные трудности в дальнейшей тактике лечения и профилактике. Кроме того, миокардиальное ИРП является важным вопросом и для патологоанатомической службы, так как внезапная коронарная смерть может произойти несмотря на своевременную реперфузионную терапию после ОИМ.

Заключение. Развитие стратегий по созданию условий, ограничивающих степень повреждения миокардиальных тканей, заметно увеличивает способность сердца выдерживать ишемическое повреждение.

1. Бульон В.В., Крылова И.Б., Селина Е.Н. Кардиопротекция при ишемическом повреждении миокарда. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2018;16(2):13–7. DOI: 10.17816/RCF16213-17

2. Шемарова И.В., Нестеров В.П., Коротков С.М., Соболь К.В. Участие Cа2+ в развитии ишемических нарушений сократительной функции миокарда. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2017;53(5):328–37.

3. Мандель И.А., Подоксенов А.Ю., Суходоло И.В., Подоксенов Ю.К., Свирко Ю.С., Каменщиков Н.О. и др. Защита миокарда от ишемических и реперфузионных повреждений (экспериментальное исследование). Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017;164(7):29–33.

4. Нарыжная Н.В., Маслов Л.Н. Пути клеточной гибели кардиомиоцитов во время ишемии и реперфузии сердца. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2017;103(4):371–80.

5. Гореликов А.В. Ишемическое посткондиционирование в предотвращении реперфузионного повреждения миокарда у пациентов с ОИМ и подъемом сегмента st. Кардиология в Беларуси. 2017;(1):60–78.

6. Лукьянова М.Е., Ермола Ю.А. Современные представления о роли апоптоза в гибели кардиомиоцитов при ишемической болезни сердца. Концепт. 2017;(42):179–84.

7. Константинова Е.В., Шостак Н.А., Гиляров М.Ю. Современные возможности реперфузионной терапии инфаркта миокарда и ишемического инсульта. Клиницист. 2015;(1):4–12. DOI: 10.17650/1818-8338-2015-1-4-12

8. Гребенчиков О.А., Лихванцев В.В., Плотников Е.Ю., Силачев Д.Н., Певзнер И.Б., Зорова Л.Д. и др. Молекулярные механизмы развития и адресная терапия синдрома ишемии-реперфузии. Анестезиология и реаниматология. 2014;(3):59–67.

9. Карпенко М.Н., Тихомирова М.С. Роль кальпаинов в регуляции синаптической передачи. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2014;100(4):385–93.

10. Калюжин В.В., Тепляков А.Т., Беспалова И.Д., Калюжина Е.В. К вопросу об ишемической дисфункции миокарда. Бюллетень сибирской медицины. 2014;13(6):57–71.

11. D’amico R., Fusco R., Gugliandolo E., Cordaro M., Siracusa R., Impellizzeri D. et al. Effects of a new compound containing Palmitoylethanolamide and Baicalein in myocardial ischaemia/reperfusion injury in vivo. Phytomedicine. 2019;54:27–42. DOI: 10.1016/j.phymed.2018.09.191

12. De Jong R.C.M., Pluijmert N.J., De Vries M.R., Pettersson K., Atsma D.E., Jukema J.W. et al. Annexin A5 reduces infarct size and improves cardiac function after myocardial ischemia-reperfusion injury by suppression of the cardiac inflammatory response. Scientific Reports. 2018;(6753). DOI: 10.1038/s41598-018-25143-y

13. Tao A., Xu X., Kvietys P., Kao R., Martin C., Rui T. Experimental diabetes mellitus exacerbates ischemia/reperfusion-induced myocardial injury by promoting mitochondrial fission: Role of down-regulation of myocardial Sirt1 and subsequent Akt/Drp1 interaction. Int J Biochem Cell Biol. 2018;105:94–103. DOI: 10.1016/j.biocel.2018.10.011

14. Yang G.-Z., Xue F.-S., Liu Y.-Y., Li H.-X., Liu Q., Liao X. Feasibility analysis of oxygen-glucose deprivation-nutrition resumption on H9c2 cells in vitro models of myocardial ischemia-reperfusion injury. Chin Med J (Engl). 2018;131(19):2277–86. DOI: 10.4103/0366-6999.241809

15. Wang S., Liu C., Gong C., Li T., Zhao J., Xiao W. et al. Alpha linolenic acid intake alleviates myocardial ischemia/reperfusion injury via the P2X7R/NF-κB signalling pathway. J Function Foods. 2018;49:1–11. DOI: 10.1016/j.jff.2018.08.012

16. Zhang S.-B., Liu T.-J., Pu G.-H., Li B.-Y., Gao X.-Z., Han X.-L. Suppression of long non-coding RNA LINC00652 restores sevoflurane-induced cardioprotection against myocardial ischemia-reperfusion injury by targeting GLP-1R through the cAMP/PKA pathway in mice. Cell Physiol Biochem. 2018;49:1476–91. DOI: 10.1159/000493450

17. Huang Y.-Y., Wu J.-M., Su T., Zhang S.-Y., Lin X.-J. Fasudil, a rhokinase inhibitor, exerts cardioprotective function in animal models of myocardial ischemia/reperfusion injury: A meta-analysis and review of preclinical evidence and possible mechanisms. Front Pharmacol. 2018;9:1083. DOI: 10.3389/fphar.2018.01083

18. Zhang Y., Qian P., Zhou H., Shen R., Hu B., Shen Y. et al. Pharmacological signatures of the exenatide nanoparticles complex against myocardial ischemia reperfusion injury. Kidney Blood Press Res. 2018;43(4):1273–84. DOI: 10.1159/000492409

19. Huang X., Wang Y., Wang Y., Yang L., Wang J., Gao Y. Ophiopogonin D reduces myocardial ischemia-reperfusion injury via upregulating CYP2J3/EETs in rats. Cell Physiol Biochem. 2018;49(4):1646–58. DOI: 10.1159/000493500

20. Yang C.-F. Clinical manifestations and basic mechanisms of myocardial ischemia/reperfusion injury. Tzu Chi Med J. 2018;30(4):209–15. DOI: 10.4103/tcmj.tcmj_33_18

21. Cao F., Zervou S., Lygate C.A. The creatine kinase system as a therapeutic target for myocardial ischaemia-reperfusion injury. Biochem Soc Trans. 2018;46(5):1119–27. DOI: 10.1042/BST20170504

22. Zhang Y., Cao C., Xin J., Lv P., Chen D., Li S. et al. Treatment with placental growth factor attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury. PLoS One. 2018;13(9):e0202772. DOI: 10.1371/journal.pone.0202772

23. Li Q., Fan Z.-X., Yang Y., Yang J. Ethyl pyruvate: A promising feasible therapeutic approach for myocardial ischemia-reperfusion injury under both normoglycemia and hyperglycemia. Int J Cardiol. 2018;265:38. DOI: 10.1016/j.ijcard.2018.02.089

24. Yan X., Xun M., Wu L., Du X., Zhang F., Zheng J. DRm217 attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury via stabilizing plasma membrane Na+-K+-ATPase, inhibiting Na+-K+-ATPase/ROS pathway and activating PI3K/Akt and ERK1/2. Toxicol Appl Pharmacol. 2018;349:62–71. DOI: 10.1016/j.taap.2018.04.030

25. Geldi O., Kubat E., Ünal C.S., Canbaz S. Acetaminophen mitigates myocardial injury induced by lower extremity ischemia-reperfusion in rat model. Braz J Cardiovasc Surg. 2018;33(3):258–64. DOI: 10.21470/1678-9741-2017-0218

26. Jeddi S., Ghasemi A., Asgari A., Nezami-Asl A. Role of inducible nitric oxide synthase in myocardial ischemia-reperfusion injury in sleep-deprived rats. Sleep Breath. 2018;22(2):353–9. DOI: 10.1007/s11325-017-1573-7

27. Fu H., Li X., Tan J. NIPAAm-MMA nanoparticle-encapsulated visnagin ameliorates myocardial ischemia/reperfusion injury through the promotion of autophagy and the inhibition of apoptosis. Oncol Lett. 2018;15(4):4827–36. DOI: 10.3892/ol.2018.7922

28. Abad C., Castano-Ruiz M., Clavo B., Urso S. Myocardial-reperfusion injury in cardiac surgery with cardiopulmonary bypass. Biochemical aspects. Cirugia Cardiovascular. 2018;25(2):112–7. DOI: 10.1016/j.circv.2017.09.007

29. Yin B., Hou X.-W., Lu M.-L. Astragaloside IV attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury in rats via inhibition of calcium-sensing receptor-mediated apoptotic signaling pathways. ActaPharmacol Sin. 2018 Jul 20 [in Press]. DOI: 10.1038/s41401-018-0082-y

30. Luan Y., Sun C., Wang J., Jiang W., Xin Q., Zhang Z. et al. Baicalin attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury through Akt/NF-κB pathway. J Cell Biochem. 2018 Sep 22 [in Press]. DOI: 10.1002/jcb.27587

31. Li D., Ni H., Rui Q., Gao R., Chen G. Mst1: Function and mechanism in brain and myocardial ischemia reperfusion injury. Curr Neuropharmacol. 2018;16(9):1358–64. DOI: 10.2174/1570159X16666180516095949

32. Dong J., Zhao Y., He X.-K. Down-regulation of miR-192 protects against rat ischemia-reperfusion injury after myocardial infarction. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2018;22(18):6109–18. DOI: 10.26355/eurrev_201809_15950

33. Gunes I., Kartal H., Dursun A.D., Sungu N., Polat Y., Erkent F.D. et al. Effects of apelin-13 on myocardial ischemia reperfusion injury in streptozotocine induced diabetic rats. Bratisl Lek Listy. 2018;119(6):348–54. DOI: 10.4149/BLL_2018_065

34. Ghardashi Afousi A., Gaeini A., Rakhshan K., Naderi N., Darbandi Azar A., Aboutaleb N. Targeting necroptotic cell death pathway by high-intensity interval training (HIIT) decreases development of postischemic adverse remodelling after myocardial ischemia / reperfusion injury. J Cell Commun Signal. 2018 Aug 2 [in Press]. DOI: 10.1007/s12079-018-0481-3

35. Wu J., Xun N., Yang Y., Zeng L., Li Z., Yang W. et al. Chrysin attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury by inhibiting myocardial inflammation. RSC Advances. 2018;8(25):13739–46. DOI: 10.1039/c8ra00590g

36. Jin B., Jiang R., Guo Y., Huang Y., Chen N., Qian C. et al. Protective effect of the total flavonoids from Caryacathayensis leaves on myocardial ischemia-reperfusion injury through anti-oxidative and anti-apoptotic activities. Int J Agric Biol. 2018;20(10):2293–300. DOI: 10.17957/IJAB/15.0780

37. Yu L., Zhang W., Huang C., Liang Q., Bao H., Gong Z. et al. FoxO4 promotes myocardial ischemia-reperfusion injury: The role of oxidative stress-induced apoptosis. Am J Transl Res. 2018;10(9):2890–900. PMID: 30323875

38. Fu W., Xu H., Yu X., Lyu C., Tian Y., Guo M. et al. 20(S)-Ginsenoside Rg2 attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury by reducing oxidative stress and inflammation: Role of SIRT1. RSC Advances. 2018;8(42):23947–62. DOI: 10.1039/c8ra02316f

39. Han X., Zhongbao R., Xiaofeng C., Xuehua P., Jilu Y. Implication of serum microRNA-7a/B with myocardial cell injury induced by ischemia reperfusion. Biomed Res. 2018;29(10):1974–8. DOI: 10.4066/biomedicalresearch.29-17-2915

40. Koçyigit A., Gulmen Ş., Kurtoglu T., Doguç D.K., Meteoglu I., Okutan H. et al. The effect of ozone treatment on remote organ myocardial injury in an aortic ischemia-reperfusion model. Turk J Thorac Cardiovasc Surg. 2018;26(2):207–13. DOI: 10.5606/tgkdc.dergisi.2018.15484

41. Qiu Z., Chen X., Yin L., Chen W., Xu Y., Jiang B. Stomatin-like protein-2 relieve myocardial ischemia/reperfusion injury by adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase signal pathway. J Cell Biochem. 2018 Oct 10 [in Press]. DOI: 10.1002/jcb.27561

42. Tonet E., Bernucci D., Morciano G., Campo G. Pharmacological protection of reperfusion injury in ST-segment elevation myocardial infarction. Gone with the wind. Postepy Kardiol Interwencyjnej. 2018;14(1):5–8. DOI: 10.5114/aic.2018.74349

43. Al-Salam S., Hashmi S. Myocardial ischemia reperfusion injury: apoptotic, inflammatory and oxidative stress role of galectin-3. Cell Physiol Biochem. 2018;50(3):1123–39. DOI: 10.1159/000494539

44. Zhou L.-Y., Zhai M., Huang Y., Xu S., An T., Wang Y.-H. et al. The circular RNA ACR attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury by suppressing autophagy via modulation of the Pink1/FAM65B pathway. Cell Death Different. 2018 Oct 22 [in Press]. DOI: 10.1038/s41418-018-0206-4

45. Zhang L., Jian L.L., Li J.Y., Jin X., Li L.Z., Zhang Y.L. et al. Possible involvement of alpha B-crystallin in the cardioprotective effect of n-butanol extract of Potentillaanserina L. on myocardial ischemia/ reperfusion injury in rat. Phytomedicine. 2018 Oct 19 [in Press]. DOI: 10.1016/j.phymed.2018.10.024

46. Gong Z., Wen M., Cheng X. Research progress on the role of exosomes in myocardial ischemia/reperfusion injury. Chin J Cardiol. 2017;45(12):1112–4. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-3758.2017.12.021

47. Sun X., Wang W., Dai J., Jin S., Huang J., Guo C. et al. A long-term and slow-releasing hydrogen sulfide donor protects against myocardial ischemia/reperfusion injury. Sci Rep. 2017;14;7(1):3541. DOI: 10.1038/s41598-017-03941-0

48. Binek A., Fernández-Jiménez R., Jorge I., Camafeita E., López J.A., Bagwan N. et al. Proteomic footprint of myocardial ischemia/reperfusion injury: Longitudinal study of the at-risk and remote regions in the pig model. Sci Rep. 2017;7(1):12343. DOI: 10.1038/s41598-017-11985-5

49. DÍaz I., Calderón-Sánchez E., Toro R.D., Ávila-Médina J., De Rojas-De Pedro E.S., Domínguez-Rodríguez A. et al. MIR-125a, MIR-139 and MIR-324 contribute to Urocortin protection against myocardial ischemia-reperfusion injury. Sci Rep. 2017;7(1):8898. DOI: 10.1038/s41598-017-09198-x

50. Vincent A., Covinhes A., Barrère C., Gallot L., Thoumala S., Piot C. et al. Acute and long-term cardioprotective effects of the Traditional Chinese Medicine MLC901 against myocardial ischemia-reperfusion injury in mice. Sci Rep. 2017;7(1):14701. DOI: 10.1038/s41598-017-14822-x

51. Yu S.-Y., Dong B., Zhou S.-H., Tang L. LncRNA UCA1 modulates cardiomyocyte apoptosis by targeting miR-143 in myocardial ischemia-reperfusion injury. Int J Cardiol. 2017;247:31. DOI: 10.1016/j.ijcard.2017.05.055

52. Zhu J.-X., Kong L.-H., Zhang C.-F., Sun N., Chang J.-R., Xu Y. Capsaicin alleviate myocardial ischemia reperfusion injury through attenuating mitochondrial oxidative stress. J Sichuan Univer. 2017;48(5):716–20. PMID: 29130663

53. Dong B., Zhou S., Yu S., Tang L. NOD-like receptor pyrin domain containing 3 inflammasome and myocardial ischemia-reperfusion injury. J Central South Univer (Med Sci). 2017;42(7):848–53. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7347.2017.07.018

54. He Y., Zhang B., Chen Y., Jin Q., Wu J., Yan F. et al. Image-guided hydrogen gas delivery for protection from myocardial ischemiareperfusion injury via microbubbles. ACS Appl Mater Interfaces. 2017;9(25):21190–9. DOI: 10.1021/acsami.7b05346

55. Lee Y.J., Lee D., Shin S.M., Lee J.S., Chun H.S., Quan F.-S. et al. Potential protective effects of fermented garlic extract on myocardial ischemia-reperfusion injury utilizing in vitro and ex vivo models. J Function Foods. 2017;33:278–85. DOI: 10.1016/j.jff.2017.03.058

56. Cui Y.-C., Pan C.-S., Yan L., Li L., Hu B.-H., Chang X. et al. Ginsenoside Rb1 protects against ischemia/reperfusion-induced myocardial injury via energy metabolism regulation mediated by RhoA signaling pathway. Sci Rep. 2017;7:44579. DOI: 10.1038/srep44579

57. Zheng X.-H., Liu C.-P., Hao Z.-G., Wang Y.-F., Li X.-L. Protective effect and mechanistic evaluation of linalool against acute myocardial ischemia and reperfusion injury in rats. RSC Advances. 2017;7(55):34473–81. DOI: 10.1039/c7ra00743d

58. Hadi N.R., Al-Amran F.G., Abbas M.K., Ali Hussein Y., Al-Yasiri I.K., Kartikey K. The cardioprotective potential of bosentan in myocardial ischemia reperfusion injury. World Heart J. 2017;9(2):155–63.

59. Zhao X., Zhang F., Wang Y. Proteomic analysis reveals Xuesaitong injection attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury by elevating pyruvate dehydrogenase-mediated aerobic metabolism. Molecular Bio Systems. 2017;13(8):1504–11. DOI: 10.1039/c7mb00140a