Субстраты метаболизма живых систем — глюкоза и кислород — занимают особую нишу как относительно друг друга, так и каждый в отдельности. Степень взаимодействия этих веществ определяет энергетическую стратегию клетки (толерантность или резистентность), исходя из условий, в которых она находится. Аэробная и анаэробная утилизация глюкозы отражает связь между ее основными метаболитами — лактатом и пируватом. Последние в свою очередь играют важную роль в функционировании всего организма и первостепенную — в нервной ткани, а их концентрация и соотношение (лактат/пируват) являются показателями церебрального повреждения. Известно, что ишемия/гипоксия и метаболический стресс приводят к накоплению аденозина и АТФ во внеклеточном пространстве. Снижение поступления необходимых для функционирования системы субстратов корректирует стратегию открытости, оптимизируя неоправданные потребности [1].

Аденозин накапливается во внеклеточном пространстве в ответ на метаболический стресс и клеточное повреждение при ишемии, гипоксии, воспалении и травмах [2, 3]. Физиологические эффекты аденозина проявляются через связывание и активацию одного или нескольких из четырех своих трансмембранных рецепторов А₁, А_2а, А_2b и А₃. Аденозиновые рецепторы, функции которых многообразны, относятся к рецепторам семейства G-белков, хотя имеются некоторые данные о независимых с G-белками эффектах [3]. Для головного мозга как органа анализа, обработки и реагирования на поступающую информацию, требуется соответствующее количество энергии, что обеспечивается основными ресурсами — кислородом и глюкозой. Впервые Я. Берцелиусом было отмечено, что молочная кислота образуется в избытке при интенсивном анаэробном гликолизе. Позже было доказано, что количество лактата в мышцах после физической нагрузки пропорционально ее силе [3]. Гипотезу о том, что лактат не просто конечный продукт распада глюкозы, а альтернативный энергетический компонент, сформулировал G. Brooks [4] и назвал «челночной теорией лактата» в 80-х годах XX столетия. Этот субстрат способен преодолевать гематоэнцефалический барьер посредством монокарбоксильных переносчиков (англ.: monocarboxylate transporters — MCT) [5, 6], а в определенных структурах головного мозга принимает участие в формировании долговременной памяти [7]. Появляется все больше работ, в которых сообщается о сигнальной функции лактата [3, 7, 8]. Установлено, что лактат может связываться с рецептором карбоксильной кислоты 1-го типа (англ.: hydrocarboxylic acid receptor — HCAR), который ингибирует аденилатциклазу посредством взаимодействия с Gi-белком. Основная экспрессия белка HCAR приходится на области гиппокампа, неокортекса и мозжечка [2]. В отношении пирувата информации меньше. Известно, что MCT лучше транспортируют пируват, нежели лактат. Немаловажную роль в защите клеток играет и прекондиционирование (ПК), феномен, который был описан в 1986 г. исследователями С. Murry и соавт. [9]. Это явление было открыто в работе с кардиомиоцитами и заключается в метаболической адаптации клеток в условиях кратковременной ишемии и последующей реперфузии. В зависимости от продолжительности воздействия, количества циклов ишемии и реперфузии во времени выделяют два периода: ранний (классический) и поздний. Ранний период характеризуется наступлением защитных эффектов в течение первых 2 ч с момента воздействия, поздний — от 2 до 48 ч [9, 10]. Несмотря на то что ПК впервые было описано на кардиомиоцитах, оно также справедливо и для нейронов, астроцитов, эпителиоцитов и других клеток организма [11].

Цель исследования — изучение показателей углеводного обмена при глобальной ишемии головного мозга на фоне применения лигандов аденозиновых рецепторов и гипоксического ПК в эксперименте на мышах, а также изучение связи изменения метаболизма и нейропротективного эффекта.

Исследование проведено на беспородных белых мышах-самцах массой 20—25 г (n=51). Организация работы соответствовала международным этическим нормам, регламентирующим эксперименты на животных [12, 13]. Глобальная ишемия мозга воспроизводилась на декапитационной модели. Показатель продолжительности жизни оценивался по длительности агонального дыхания (гаспинг), продолжительность которого связана только с функциональным состоянием нейронов дыхательного центра и не зависит от состояния мозгового кровотока [10, 12, 13]. Гипоксическое П.К. проводилось в стеклянной гермокамере объемом 100 мл в оптимальном режиме: 4 гипоксических воздействия с интервалом 10 мин и без перерыва перед ишемией мозга [14]. Интенсивность метаболических процессов оценивали по содержанию лактата, пирувата в мозговой ткани и их соотношению стандартным спектрофотометрическим методом. В сравнительных сериях эксперимента использовали циклопентиладенозин (N⁶-cyclopentyladenosine — CPA) 2,4 мг/кг за 3 ч до ишемии, аденозин в дозе 200 мг/кг за 1 ч до ишемии, этилкарбоксамидоаденозин (5’-N-ethylcarboxamide adenosine — NECA) 0,1 мг/кг за 3 ч до ишемии, дипропилциклопентилксантин (1,3-dipropyl-8-cyclopentylxanthine — DPCPX) 1 мг/кг за 1 ч подкожно в виде водных растворов. Дозы и время введения подобраны экспериментально. Экспериментальные животные были распределены на восемь групп: 1-я — контрольная (n=10); 2-я — NECA (n=8); 3-я — CPA (n=6); 4-я — аденозин (n=6); 5-я — ПК (n=6); 6-я — DPCPX (n=5); 7-я — DPCPX+CPA (n=5); 8-я — DPCPX+ПК (n=5). Для обработки данных использовались пакеты программ Microsoft Excel и Biostat. Для установления различия концентраций между группами применяли непараметрический критерий Манна—Уитни, для сравнения изменений температуры тела — дисперсионный анализ и критерий Даннета. Связь и силу факторов в группах анализировали с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Построение и оценка кривых выживаемости проведены с использованием Log-Rank-теста. Различия считали значимыми при p≤0,05.

В 3-й и 5-й группах не изменялось содержание лактата по сравнению с контролем, хотя в отношении пирувата наблюдался противоположный эффект: увеличение содержания в 2,4 и 3,8 раза соответственно. В 4-й группе значимо снижалось содержание молочной кислоты, а пировиноградной — увеличивалось. Во 2-й группе концентрация лактата и пирувата значимо не изменилась. В 6-й группе значимо увеличивалось содержание лактата, более чем в 2 раза, и не изменялось содержание пирувата. В 8-й группе концентрация лактата не изменялась, но при этом содержание пирувата сводилось к бесконечно малым концентрациям (рис. 1).

Сравнение соотношения лактата и пирувата, которое, по разным источникам, варьирует от 10 до 40 при гипоперфузии тканей [11, 15], показало наименьшие значения в 3-й и 4-й группах. Показатель соотношения лактата и пирувата в 5-й группе ниже, чем в 3-й и 4-й. ПК, CPA и аденозин значимо уменьшают коэффициент лактат/пируват в 2; 3,6 и 5,2 раза соответственно. DPCPX, напротив, увеличивает его в 2,5 раза, а введение NECA не оказывает отличных от контрольной группы сдвигов по этому показателю (см. таблицу).

Достоверное изменение температуры наблюдалось во 2—5-й группах, а наибольшая амплитуда — во 2-й и 3-й. В 6—8-й группах температура изменялась незначительно.

NECA, CPA, аденозин и ПК значимо увеличивают продолжительность жизни животных, а DPCPX — сокращает. Антагонисты А₁ аденозиновых рецепторов обостряют нейрональное повреждение за счет ускоренного метаболизма как клетки, так и ее окружения [16]. Неблагоприятное повреждающее воздействие и ускоренный метаболизм нервной ткани и, как результат, — лактатацидоз, т. е. резкий переход от аэробного окисления глюкозы к анаэробному, отразились на продолжительности жизни животных. Более того, серии с комбинированным применением DPCPX+CPA, DPCPX+ПК свидетельствуют не только об ослаблении, но и полном устранении нейропротективного эффекта CPA и ПК.

Так, в группе DPCPX+ПК не удавалось измерить продолжительность жизни, поскольку животные не выдерживали схемы прекондиционирования и погибали на начальном этапе. Это может свидетельствовать о несостоятельности механизмов протекции мозговой ткани путем гипоксического ПК в условиях блокады А₁ аденозиновых рецепторов. Предельно высокое значение соотношения концентраций лактат-пируват формируется не столько за счет высокой концентрации лактата, сколько из-за предельно низких значений пирувата.

Примечательным фактом, по нашему мнению, является то, что нейропротективный эффект, отражающийся в достоверном увеличении продолжительности жизни, опосредуется через аденозиновые рецепторы по определенным механизмам. Изучение корреляции концентраций лактата, пирувата, их соотношения и температуры показало следующее: CPA и ПК — увеличение концентрации пирувата, амплитуды температуры и снижение индекса лактат/пируват, NECA — увеличение только амплитуды температуры; аденозин — увеличение концентрации пирувата и амплитуды температуры, снижение лактата и индекса лактат/пируват. Скорее всего, такое распределение обусловлено степенью избирательности воздействия на аденозиновые рецепторы и/или аденилатциклазу. CPA обладает высокой избирательностью к А₁, NECA — преимущественно к А_2в, аденозин — ко всем типам аденозиновых рецепторов, гипоксическое ПК, исходя из полученных результатов, близко к эффектам CPA.

L. Barros [2] говорит о воздействии лактата на рецепторы гидрокарбоксильной кислоты 1-го типа (HCAR1). Выяснилось, что лактат, воздействуя на HCAR1, ингибирует аденилатциклазную активность, являясь стимулятором G_i-белка.

Подобное ингибирование происходит и при стимуляции А₁-аденозиновых рецепторов, при этом концентрация лактата значимо снижалась лишь в 4-й группе, а увеличение концентрации пирувата зафиксировано в 3, 4 и 5-й группах. Возможно, этот подъем обусловлен подготовкой клеток к скорейшей энергетически выгодной «сделке», назовем этот феномен «централизацией пирувата». Такое накопление может быть оправдано тем, что долгожданный момент аэробного дыхания вот-вот произойдет, и клетки пребывают в предвкушении «события», в котором роль пирувата еще предстоит прояснить. В этой связи может увеличиваться активность изофермента лактатдегидрогеназы-1, количество и/или работа MCT для доставки пирувата к митохондриям [5].

Многочисленные сравнения изменений температуры тела в эксперименте анализировались критерием Даннета. Температура тела животных во всех опытных группах относительно контрольной достоверно различалась за исключением групп с введением DPCPX. Также удалось достоверно установить, что применение NECA и CPA вызывало гипотермию у животных в равной степени. Достоверно установлено, что применение NECA, CPA, ПК и аденозина увеличивает продолжительность жизни (p<0,001; Z=4,54; 3,53; 3,33; 3,79 соответственно), а DPCPX, напротив, — уменьшает (p=0,002, Z=3,02) (рис. 2).

Для установления связи и ее характера между продолжительностью жизни, изменением температуры тела и соотношением лактат/пируват в экспериментальных группах рассчитывали коэффициент ранговой корреляции Спирмена и составляли уравнения линейной регрессии соответствующих функций. В группе NECA установлена положительная корреляция продолжительности жизни и изменения температуры, продолжительности жизни и соотношения лактат/пируват, статистически незначимая (r=0,40; p=0,32 и r=0,56; p=0,15 соответственно). Совершенно иной характер показала серия с CPA. Выживаемость достоверно сильно зависела и от изменения температуры (r=0,90; p=0,04) и от соотношения лактат/пируват (r= –0,90; p=0,04). Более того, в последнем случае отрицательное значение коэффициента указывало на обратный характер связи, а именно — выживаемость увеличивалась с понижением лактата/пирувата. В группе животных с ПК коэффициенты корреляции продолжительности жизни и изменения температуры (r= –0,4; p=0,50) и продолжительности жизни и соотношения лактат/пируват (r= –0,97; p=0,00) отрицательны, достоверен лишь последний. В группе с DPCPX коэффициент корреляции продолжительности жизни и изменения температуры показал слабую положительную недостоверную зависимость (r=0,20; p=0,74), в то время как от соотношения лактат/пируват эта связь обратная (r= –0,80; p=0,10), как и во всех группах, кроме NECA (рис. 3).

Таким образом, агонисты аденозиновых рецепторов и ПК оказывают нейропротективный эффект при острой ишемии головного мозга у мышей. Для каждой группы установлено характерное распределение, основанное на исследованных параметрах, что позволило определить особенности и сходство защитных воздействий при глобальной ишемии для мозговой ткани.

Блокатор А₁-аденозиновых рецепторов усугубляет метаболические нарушения в мозге и не позволяет реализовать защитное действие циклопентиладенозина и гипоксического ПК.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: tapuz82@mail.ru