ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Околоплодные воды и их роль в обменных процессах,
происходящих в системе «мать-плацента-плод»
Околоплодные воды, или амниотическая жидкость – биологически активная среда, выполняющая самые разнообразные функции и обеспечивающая нормальное функционирование системы «мать-плацента-плод» (Орлов В.И. и др., 1998; 2009; Радзинский В.Е. и др., 2004).
В основном околоплодные воды являются сложной и динамичной биологической жидкостью, которая в ходе эмбриогенеза первоначально формируется из материнской плазмы и представляет собой секрет амниотического эпителия, продукты обмена, выделяемые почками и легочной тканью плода и собственно фильтрат плазмы крови матери (Dawn C.S., 2007). Одним из источников образования околоплодных вод считается пассивная транссудация из крови матери, так и транссудация, происходящая под влиянием биологических механизмов в соответствии с осмотическим и гидростатическим градиентом и разностью потенциалов (Радзинский В.Е. и др., 1993).
Околоплодные воды характеризуются высокой скоростью обмена, совершаемого через амнион и хорион (в течение часа обменивается третья часть вод, полный их обмен происходит в течение 3 часов, а всех растворенных в них веществ – за 5 суток) (Айламазян Э.К., 2003).
Удельный вес околоплодных вод варьирует от 1,006 (ранние сроки) до 1,081 (поздние сроки), вязкость – 1,10-1,26, поверхностное натяжение 46,3-50,6 дин/см. Анализ поверхностного натяжения околоплодных вод в родах показал, что повышение этого показателя может быть использовано для прогнозирования у новорожденного респираторных расстройств (Рудик Н.М., 1986).
В процессе развития беременности меняется и объем околоплодных вод. В нормальных условиях он возрастает по мере увеличения срока гестации. Так, объем околоплодных вод при 6-недельной беременности составляет всего 5 мл, в сроке 10 недель – 30 мл; к концу 20-й недели – 300 мл; к концу 30-й недели – 600 мл; к 38-й неделе – 1000 мл. Регуляция объема амниотической жидкости до сих пор не вполне ясна, предполагают, что в ней определенное значение имеет пролактин матери. Кроме того, важную роль играет сам плод, обеспечивая поступление амниотической жидкости за счет диуреза и деятельности его желудочно-кишечного тракта (Анастасьева В.Г., 1996).
В диагностике состояния внутриутробного плода особое значение приобретает измерение объема околоплодных вод. По данным литературы, измененное количество околоплодных вод наиболее характерно для плацентарной недостаточности (Савельева Г.М. и др., 1991). Определенная зависимоть выявлена между патологией беременности (перенашиванием, гестозом, гипотрофией плода, врожденными аномалиями развития) и вышеуказанным параметром.
Важная роль в обмене амниотической жидкости принадлежит так называемому параплацентарному пути, т.е. происходящему через внеплацентарную часть плодных оболочек (Савельева Г.М., 2000).
Околоплодные воды с биохимической точки зрения представляют собой коллоидный раствор сложного химического состава. В околоплодных водах представлены практически все вещества, которые присутствуют в крови матери и плода: электролитный состав, белки, липиды, углеводы, гормоны, ферменты, разнообразные биологически активные вещества, витамины (Айламазян Э.К., 2003).
Минеральные вещества околоплодных вод представлены ионами натрия, калия, кальция, магния, хлора, фосфора, железа, меди. Осмотическую концентрацию околоплодных вод, кроме минеральных веществ, обусловливают глюкоза и мочевина.
Околоплодные воды обладают способностью ускорять свертываемость крови, в них обнаружены специфические ферменты, катализирующие этот процесс, тромбопластин, факторы активации тромбоцитов и в то же время отсутствуют фибриноген, тромбин, протромбин, фибринолитическая активность.
Амниотическая жидкость укорачивает время рекальцификации плазмы, уменьшает ингибиторный эффект гепарина на процесс свертывания, обладает противокоагулянтной активностью, которая связана с содержанием в ней тромбопластина, коллагена и других, пока не идентифицированных факторов. Присутствие свободного коллагена в амниотической жидкости было подтверждено с помощью электрофореза в полиакриламидном геле, а также на основании обнаружения в ней оксипролина, содержащегося, как известно, в большом количестве в этом белке (Salem H.H. et al., 1982).
В околоплодных водах имеются факторы, влияющие на свертывающую систему крови. К ним относятся факторы X и XIII, а также тромбопластин, фибринолизин. В целом амниотическая жидкость обладает относительно высокими коагулирующими свойствами
Поскольку околоплодные воды столь полно отражают состав материнской крови, а также обеспечивают гомеостаз плода, реагируя на его нарушения изменением физических свойств и биохимического состава, они несут значительную диагностическую ценность. Установленно важное диагностическое значение в амниотической жидкости фосфолипидов, определение концентрации -фетопротеина, содержания креатинина (Савельева Г.М., 2000).
Концентрация креатинина в амниотической жидкости отражает также степень зрелости почек плода. Кроме того, увеличение уровня креатинина в околоплодных водах отмечается при гипотрофии плода, при поздних гестозах беременных (Bauk F.A. et al., 1996; Troccoli R. et al., 1986).
1.1.1. Аминокислотный состав околоплодных вод
Для нормального функционирования и развития организма человека большое значение имеет оптимальный аминокислотный состав биологических сред. Избыточное или недостаточное содержание в тканях, органах, биологических жидкостях аминокислот является важным диагностическим признаком и может свидетельствовать о возникновении различных патологических состояний. Именно поэтому изучение аминокислотного состава тканей и биожидкостей человека на сегодняшний день является важной задачей, как клинической биохимии, так и медицины.
Среди азотистых компонентов амниотической жидкости важное место занимают свободные аминокислоты. Известно, что аминокислоты околоплодных вод эффективно используются плодом в качестве пластического материала, наряду с их плацентарным источником (Майстренко В. Н., 2008).
Качественный спектр свободных аминокислот околоплодных вод аналогичен таковому в сыворотке крови матери, однако в количественном отношении между ними имеются определенные различия. В литературе встречаются неоднозначные данные о соотношении аминокислот в этих биологических жидкостях (Hernández-Andrade E. et al., 2004; Jauniaux E. et al., 1994). Различие в количестве аминокислот в сыворотке пуповинной крови, околоплодных водах и в сыворотке крови рожениц свидетельствует, прежде всего, о том, что обмен аминокислот между этими жидкостями совершается не только по законам простой диффузии, но и в результате активных биохимических процессов (Jauniaux E. et al., 1999). Причем скорость обновления свободных аминокислот в амниотической жидкости меньше скорости обновления их в сыворотке крови матери.
Спектр аминокислот, определяемый в околоплодных водах для диагностики состояния плода, в последние годы значительно расширился (Bernstein I.M. et al., 1997; Bock J.L., 1994; Grandone E. et al. , 2006; Jauniaux E. et al., 1994; Monsen A.L. et al., 2006; Rabier D. et al., 1996). Для пренатальной диагностики ряда наследственных нарушений обмена веществ используют определение в околоплодных водах концентрации тирозина (Grenier A. et al., 1996), N-ацетил-L-аспарагиновой кислоты (Bennett M.J. et al., 1993; Kelley R.I., 1993), гомоцистеина (Parvy P. et al., 1995). Повышение нейроспецифической аминокислоты – гомоцистеина свидетельствует также о наличии дефектов нервной трубки (Steegers-Theunissen R.P. et al., 1995) и возможной задержки роста плода (Grandone E. et al., 2006). Кроме того, закрытые дефекты нервной трубки сопровождаются увеличением в околоплодных водах содержания фенилаланина (Legge M. et al., 1995). Снижение количества метионина в амниотической жидкости в период 13-17 недель беременности рассматривается в настоящее время как критический фактор, влияющий на рост плода и его органогенез (Monsen A.L. et al., 2006). Ещё одним маркёром задержки роста плода в околоплодных водах, по данным (Bernstein I.M. et al., 1997), является увеличение соотношения глицина и валина.
Как известно, основным механизмом обезвреживания аммиака в организме человека является биосинтез мочевины. Последняя выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового и, соответственно, аминокислотного обмена.
В 1932 году впервые Г.Кребс и К. Гензеляйт вывели уравнения реакций синтеза мочевины, которые были представлены в виде цикла, получившего название орнитинового (рис. 1).
Рис. 1. Схема орнитинового цикла Кребса-Гензелейта (по King M.W., 2001)
Мочевина – это нетоксичное и нейтральное соединение. Ее молекула обладает небольшими размерами и легко проходит через мембраны, а так же, может беспрепятственно переносится кровью и выводится из организма с мочой, из-за хорошей растворимости в воде.
Образование мочевины происходит в печени, в результате циклической последовательности реакций. Стадии проходят при использовании энергии в форме АТФ, при этом происходит расщепление на АМФ и дифосфат.
На первом этапе из гидрокарбоната (НСО3-) и аммиака образуется карбомоилфосфат. На следующем - карбамоильный остаток переносится на орнитин с образованием цитруллина. За счет реакции аспартата с цитруллином поставляется вторая аминогруппа молекулы мочевины. Для обеспечения необратимости реакции дифосфат гидролизуется полностью. К образованию аргинина приводит отщепление фумарата от аргининосукцината. Из аргинина в результате гидролиза образуется мочевина. Остающийся орнитин вновь включается в цикл мочевины.
В околоплодных водах при физиологической беременности содержится в среднем 7,0 ±0,5 ммолей мочевины/л. В условиях острой гипоксии плода ее концентрация значительно возрастает (Савельева Г.М и др., 1991; Bauk F.A. et al., 1996).
В настоящее время большое количество исследований посвящено аминокислоте L-аргинину, которая выступает в качестве единственного эндогенного источника оксида азота – одной из важнейших сигнальных молекул всех без исключения тканей организма (Закуцкий А.Н. и др., 2005). Одним из важных компонентов соединительной ткани является пролин, который образуется при циклизации производного аргинина – глутамата (Бабушкина А. В., 2009). Аргинин служит необходимым предшественником для синтеза белков и многих биологически важных молекул, таких как орнитин, креатин, пролин, полиамины и агматин. Аргинин является условно незаменимой кислотой для взрослых и незаменимой для новорожденных и детей, аргинин достаточно эффективно стимулирует продукцию соматотропного гормона гипофиза (гормона роста) и позволяет поддерживать его концентрацию на верхних границах нормы, а недостаток аргинина приводит к замедлению роста детей. Кроме того, гормон роста в зрелом возрасте поддерживает все жизненно важные функции и препятствует процессу старения (Данилова Е. И. и др., 1999; Каменский А. А. и др., 2002; Чернобровкин М. Г. и др., 2004). Определение содержания L-аргинина и L-пролина в биологических жидкостях может служить показателем для диагностики различных осложнений, возникающих при беременности. Определение аргинина в образцах амниотической жидкости, методом капиллярного зонного электрофореза (КЗЭ), показало, что при плацентарной недостаточности содержание последнего в амниотической жидкости возрастает по сравнению с нормальными показателями (Нарежная Е.В. и др., 2010). Показано также, что определение аргинина и пролина в околоплодных водах методом КЗЭ можно использовать в качестве информативного теста ранней диагностики задержки роста плода. (Крукиер И.И. и др., 2010)
Известно, что метаболизм L-аргинина может идти двумя альтернативными путями: 1) окисным (NO-синтазным) с образованием L-цитруллина и NO; 2) неокисным (аргиназным) с образованием L-орнитина и мочевины. Вероятно и одновременное протекание этих двух процессов - часть L-аргинина не метаболизировавшаяся в печени, используется как субстрат для продукции NO (Степанов Ю.М. и др., 2004; Бабушкина А.В., 2009).
Таким образом, L-аргинин является субстратом для двух ферментативных реакций (NO-синтазной и аргиназной), которые соответственно конкурируют за субстрат (Демиденко А.В., 2006).
Превращение L-аргинина в эквивалентные количества L-цитруллина и NO включает 5-электронное окисление аминокислоты и является НАДФ-зависимым (Moncada S., 1991).
2Arg + 3NADPH + 4О2 + 3H 2Cit + 2NO + 3NADPH + 4H2О,
где Arg – аргинин; Cit – цитруллин.
Цитруллин, являющийся сопродуктом оксида азота при окислении аргинина, способен вновь превращаться в аргинин и в настоящее время этот путь трактуется как L-цитруллин/NO-цикл или как L-аргинин/L-цитруллин-цикл. Существование L-цитруллин/NO-цикла подтверждается тем фактом, что общая продукция цитруллина в организме ниже, чем общая продукция оксида азота. Кроме того, цитруллин способен частично заменять аргинин в поддержании определенного уровня NO в интактных клетках. (Хлыбова С.В., 2007). Доступность аргинина в качестве субстрата для NO- синтазы может быть снижена в результате повышения активности аргиназы.
Аргиназа (КФ 3.5.3.1) – регуляторный фермент, определяющий доступность L-аргинина для синтеза оксида азота, полиаминов (спермина, спермидина и др.), агматина, пролина и глутамата. Имеются две изоформы аргиназы, которые, в целом, выполняют одинаковые функции, но различаются локализацией, регуляцией экспрессии и иммунологической активностью. Аргиназа регулирует доступность L-орнитина для полиаминового синтеза, это следует из того факта, что ее активность часто сопряжена с активностью ОДК (орнитин-декарбоксилазы), обеспечивающей трансформацию орнитина в путресцин. Содержание полиаминов отражает интенсивность протекания в организме катаболических процессов (Демиденко А.В., 2006). L-аргинин является так же субстратом для аргиназы, осуществляющей неокислительный гидролиз с образованием L-орнитина и мочевины.
Аргиназа вместе с орнитин-аминотрансферазой и Р5С-редуктазой обеспечивают синтез L-пролина. Образующийся из аргинина орнитин превращается в L-1,2-дегидропирролидинкарбоновую кислоту (Р5С) и затем в цитозоле – в пролин (пирролидин-α-карбоновая кислота), существующий в двух оптически изомерных формах – L и D, а также в виде рацемата (Граник В.Г., 2003).
L-пролин – единственная из кодируемых аминокислот, у которой α-аминогруппа – фрагмент гетероцикла. Она входит в состав практически всех белков, особенно богаты L-пролином коллаген, протамины и эластин.
Являясь заменимой аминокислотой, L-пролин выполняет в клетке несколько различных функций: является источником углерода и азота, выполняет структурную функцию в белках. Возможность определения содержания L-пролина в биологических жидкостях и в продуктах фармакологии является весьма актуальной задачей (Раевский К.С., 1986.; Орлов В.И., 1998).
Биосинтез L-пролина в живом организме протекает через полуальдегид глутаминовой кислоты или из орнитина. L-пролин при окислении с участием аскорбиновой кислоты превращается в оксипролин, он также является предшественником синтеза L-цитруллина и L-аргинина.
Известно, что пролин является строительным материалом клеточных белков и входит в состав основного белка соединительной ткани – коллагена, который в высоких концентрациях содержится в мышечной и костной тканях. В настоящее время известно 19 типов коллагенов: так коллаген Ι и V типа входит в состав плаценты, коллаген ΙΙΙ типа обнаруживают в составе матки и кожи плода, коллаген VII типа в амнионе и хорионе (Граник В.Г. и др., 2003; Северин Е.С., 2003)
L-аргинин и L-пролин, а также лекарственные препараты на их основе могут использоваться для лечения и профилактики различных осложнений беременности, в том числе некоторых форм гестоза (Чернобровкин М.Г. и др., 2004; Хлыбова С.В. и др., 2007).
Метаболизм L-аргинина определяется экспрессией соответствующих ферментов: индуцибельной NO-синтазой, продукция которой стимулируется цитокинами Th1 (ИЛ-1, ФНО-, и -интерферон), и аргиназами. Индукция синтеза последних обеспечивается цитокинами Th2 (ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13, а также ТФР-) (Северьянова Л.А. и др., 2006).
В последние годы установлен альтернактивный путь метаболизма L-аргинина в иммунокомпетентных клетках, в нем принимают участие аргиназы I и аргиназы II, являющиеся двумя изоформами аргиназы (Bansal V. et al., 2003; Rodriguez P.C. et al., 2003). Аргиназа I вызывает гидролиз аргинина с продукцией мочевины и L-орнитина, что необходимо для синтеза полиаминов (Kepka-Lenhart D. et al., 2000).
В целом, подводя итог анализа данных литературы о значении аминокислот в метаболизме развивающегося организма, следует подчеркнуть их особую роль в процессах биосинтеза белка и биоактивных компонентов, а также участия их в энергетическом обмене, индукции синтеза гормонов, нейромедиаторных процессах, регуляции ионного равновесия.
1.1.2. Вазоактивные компоненты околоплодных вод и их роль в процессах репродукции
Оксид азота является растворимым в воде и жирах бесцветным газом с уникальными физиологическими свойствами. Формирование представления о его физиологической роли может быть датировано 80-ми годами XX века, когда появились первые сообщения, что эта молекула играет важное значение в функциях иммунной, сердечно-сосудистой и нервной систем (Проскуряков С.Я. и др., 1999; Ванин А.Ф., 2001; Малкоч А.В. и др., 2000).
В химическом отношении NO является липофильной молекулой, состоящей из одного атома азота и одного атома кислорода. Она обладает малым размером и имеет непарный электрон. Это дает ей возможность превращаться в высоко реактивный радикал. Он свободно проникает через биологические мембраны и легко вступает в реакции с другими соединениями (Зеленин К.Н., 1997).
В организме молекула NO может существовать в разных электронных состояниях:
относительно стабильный (NO*) – нейтрально заряженный радикал;
при потере одного электрона он может трансформироваться в ион нитрозония (NO+) (Степанов Ю.М. и др., 2004; Львова О.А. и др., 2010).
при присоединении одного электрона он восстанавливается до нитроксил-иона (NO-) и имеет лишний электрон, с чем связана его высокая химическая активность;
Известно, что оксид азота – важный биологический медиатор, вовлеченный в большое число физиологических и метаболических процессов, являющийся нейротрансмиттером, цитотоксическим агентом, регулятором сосудистого тонуса, мощным фактором гомеостаза, ингибирующим агрегацию и препятствующим адгезии циркулирующих тромбоцитов. (Осипов А.Н., 2005; Реутов В.П., 2002; Kahler C. et al., 2004; Nanaev A. et al., 1995)
В комплексе с другими биорегуляторами NO активирует процессы пролиферации и апоптоза (Меньщикова Е.Б. и др., 2008). Молекула оксида азота обладает всеми свойствами, присущими классическим мессенджерам: быстро продуцируется, способна реагировать в весьма низких концентрациях и по окончании необходимого эффекта превращаться в более стабильные продукты. Однако NO имеет неоспоримое преимущество по сравнению с другими мессенджерами. Оксид азота беспрепятственно проникает через клеточные мембраны и действует не только как переносчик межклеточного сигнала, но и как внутриклеточный эффектор. Существенное значение в действии NO имеет его свободнорадикальная природа, обусловливающая возможное участие этой молекулы (в условиях гиперпродукции) в развитии окислительного стресса.
От концентрации оксида азота в клетках и тканях зависит его функциональная активность и токсическое действие. Так, в наномолярных и более низких концентрациях NO регулирует функциональную активность клеток. Умеренная гиперпродукция приводит к апоптозу, причем в этом процессе важная роль принадлежит образованию комплексов NO с цитохромом С (Осипов А.Н., 2005). Более высокие концентрации вызывают гибель клеток и некроз тканей (Nanaev A. et al., 1995).
Специфическим предшественником оксида азота является L-аргинин (Hibbs J.B.Jr. et al., 1987; Hibbs J.B., 2002). В физиологических условиях он превращается в эквивалентные количества NO и L-цитруллина при воздействии NO-синтазы (КФ 1.14.13.39; NOS).
Существует несколько изоформ этого фермента, названных по типу клеток, в которых они впервые были выделены – нейрональная (nNOS, NOS Ι), индуцибельная (iNOS, NOS ΙΙ), эндотелиальная (еNOS, NOS ΙΙΙ) (Lind L. et al., 2000).
Молекулы синтаз содержат домены с оксигеназной и редуктазной активностью. При синтезе NO они присоединяют молекулярный кислород к конечному атому азота в гуанидиновой группе L-аргинина (Марков Х.М., 2000; Львова О.А. и др., 2010).
При недостатке L-аргинина nNOS может генерировать супероксид-анион и перекись водорода, которые способны оказывать нейротоксическое действие при развитии различных патологических состояний (Степанов Ю.М. и др., 2004; Львова О.А. и др., 2010)
Основные индукторы NOS-2 – воспалительные цитокины, механическое повреждение сосудистой стенки, беременность (Kazuhiro Sase et al., 1997). Система NOS/NO функционирует в иммунокомпетентных клетках (ИКК), индуцируется в ответ на продукцию провоспалительных цитокинов и участвует в воспалительной реакции организма, вовлекаясь в процессы эрадикации патогенов и апоптической гибели клеток мишеней (Esh T. et al., 2002; Burgner D. et al., 1999). При этом iNOS, будучи одним из эффекторов клеточного иммунитета, активируется при аутоиммунных болезнях, хронических инфекциях (дыхательных, мочевыводящих путей), малярии, некоторых экстремальных состояниях организма и способна продуцировать NO в течение нескольких дней, обеспечивая высокий уровень последнего (Kronke Kroencke K.D. et al., 1998).
Под влиянием иммуногенных и провоспалительных стимулов, таких как фактор некроза опухолей и др., происходит экспрессия гена, ответственного за синтез индуцируемой NO-синтазы. При этом соответствующие клетки продуцируют и выделяют на протяжении многих часов, иногда дней, в тысячу раз больше NO (наномоли), чем под влиянием конститутивной NO-синтазы (Цепелева С.А. и др., 2010). NO в данном случае оказывает мощное повреждающее действие на проникающие в организм инородные клетки, осуществляя таким образом, защитную функцию.
Экспрессия iNOS тормозится белком р53, тепловым шоком, стероидами и самим оксидом азота. Резко усиливает повреждение печени блокирование iNOS неселективными ингибиторами. (Львова О.А. и др., 2010).
Недавно обнаружен асимметричный диметиларгинин (АДМА) - эндогенный ингибитор фермента NOS, он является «физиологическим» конкурентным ингибитором NOS. Его деградация осуществляется при помощи внутриклеточного фермента диметиларгининни-метиланимогидролазы (ДДАГ), метаболизирующий его в цитруллин и выводящийся почками (Vallance P. et al., 1992). Имеется связь между концентрацией АДМА в плазме крови и уровнем общей продукции оксида азота (Boger R.H. et al., 1997).
Оксид азота может также генерироваться от неферментативного взаимодействия аргинина и перекиси водорода (Tse W.Y. et al., 2001).
Усиленный синтез NO с участием iNOS является доминирующим, но не единственным путем его генерации. Имеется несколько NOS-независимых путей образования NO. Так, известны нитрит-редуктазные реакции, роль которых возрастает в условиях гипоксии. При гипоксии NO-синтазный путь подавляется, и в работу включаются нитритредуктазные системы, с помощью которых нитрит восстанавливается до NO+ (нитрозоний-анион) (Реутов В.П., и др., 1997; 1998). Наличие NO-синтазного механизма, обеспечивает эндогенный синтез NO, ионов NO2- и NO3-:
L-аргинин®NO® NO2- / NO3-
Данная цепочка функционирует как замкнутый цикл, благодаря высокой активность нитритредуктазных систем. Авторы этот цикл называют циклом оксида азота (Реутов В.П. и др., 2000).
Огромное внимание в настоящее время уделяется физиологической роли оксида азота в репродуктивных органах. В литературе появились исследования, свидетельствующие об изменении продукции NO у женщин при различных осложнениях беременности, таких как гестоз, плацентарная недостаточность, невынашивание беременности (Медведев Б.И., и др., 2004; Мурашко Л.Е. и др., 2004; Орлов А.В. и др., 2003; Посисеева Л.В. и др., 2004; Sand A.E. et al., 2002).
Так, оксид азота участвует в ингибировании агрегации тромбоцитов в эндометрии, инициации и контроле менструального цикла, регуляции утилизации глюкозы миометрием, освобождении эндотелина под действием интерлейкина-1 в эндометрии (Dunk C. et al., 2000). Одной из главных функцией оксида азота при беременности и родах является поддержание тонуса сосудов в матке (Lyall F. et al., 1999; Nanaev A. et al., 1995).
В период ранней беременности источником оксида азота может служить плацента и трофобласт (Goodrum L. et al., 1996). Оксид азота регулирует контрактильную активность гладкомышечных клеток матки при родах и на разных стадиях беременности (Novaro V. et al., 1996). Основными источниками NO в матке является эндометрий, миометрий и эндотелий сосудов.
Известен факт снижения активности фосфолипазы А2 и уровня арахидоновой кислоты в плодных оболочках при слабости родовых сил на фоне повышения содержания оксида азота (Орлов А.В. и др., 2003).
Установлена также роль оксида азота в качестве, по крайней мере, одной из сигнальных молекул, ответственных за регуляцию выработки интерлейкинов, влияющих опосредованно на продукцию простагландинов. Причем не исключено и прямое влияние оксида азота на активность ферментов, участвующих в синтезе простагландинов. В процессе NO-синтазной реакции наряду с NO в небольших количествах образуются гидроксиламин, закись азота, ион нитрозония, нитрозотиолы (Shmidt H.H.W. et al., 1996), которые определяются реакцией Грисса, так же как и стабильные продукты окисления NO, нитраты, нитриты и связанные нитрозосоединения (Аракелян Л.А. и др., 2006).
Снижение синтеза NO достигается фосфорилированием NO-синтазы протеинкиназой С (Горрен А.К.Ф. и др., 1998).
Существуют различные механизмы, снижающие уровень NO при гиперпродукции последнего клеткой: нитрозилирование мембранных и цитозольных тиоловых групп, связывание NO с железо-серными центрами и гемовыми группами; ингибирование активности NO-синтаз продуктами реакции, а также окисление NO в менее его реакционноспособные метаболиты (NO2- и NO3-.).
1.1.3. Производные оксида азота и их роль в репродуктивных процессах
В последние годы большая роль в снижении эндотелийзависимой вазодилатации отводится оксидантному стрессу, приводящему к ускоренной инактивации NO супероксидным анион-радикалом, в результате чего образуется пероксинитрит, который в свою очередь, может вступать в реакцию с тирозиновыми остатками белков с образованием нитротирозина и с тиолами альбумина или глутатиона, образуя S-нитрозотиолы. Таким образом, взаимодействие с тиолами может предотвратить токсические эффекты пероксинитрита, но при этом снижается биодоступность оксида азота при его неизменном синтезе (Недоспасов А.А., 1988; Реутов В.П., 2000; Bouloumie A. et al., 1997).
Механизмы, с помощью которых активация NO-синтазы приводит к апоптозу, сопровождаются предварительным увеличением количества NO, супероксиданиона (О*2) пероксинитрита (ONOOH) и вызывают нитрацию протеинов, ингибируя синтез и повреждая ДНК, снижая ее репаративные способности, инактивируют ДНК-лигазы (Гарматина О.Ю. и др., 2005). Пероксинитрит считается мощным окислителем, необратимо инактивирующим риановые рецепторы, что в свою очередь приводит к увеличению выброса Ca2+ из саркоплазматического ретикулума, росту уровня Ca2+ в цитоплазме и нарушению дыхательной функции митохондрий (Xu L. et al., 1998; Bolli R., 2001; Moncada S. et al., 1991).
В патологии клетки значительную роль играет и инактивация ион-транспортных ферментов, с тиоловыми группами в активном центре. В первую очередь это касается Ca2+-АТФазы. При ее инактивация нарушается баланс между входом и выведением ионов кальция из клетки, за счет чего происходит увеличение его внутриклеточной концентрации, что и приводит к повреждению клетки.
Кроме того, окисление тиоловых групп мембранных белков ведет к появлению дефектов в липидном слое мембран клеток и митохондрий. В результате, данный процесс может приводить к неферментативной реакции между SH-группами и свободными радикалами липидов с образованием сульфгидрильных радикалов. Они в свою очередь, затем, или взаимодействуют с образованием дисульфидов, или окисляются кислородом с образованием производных сульфоновой кислоты:
Pr-SH + L LH + Pr-S
Pr1-S + Pr2-S Pr1-SS- Pr2
Pr-S + O2 Pr-SO2 производные сульфоновой кислоты.
Пероксинитрит образуется при взаимодейстивии оксида азота с супероксид-анионом:
O2-+NO ONOO-.
Константа скорости этой реакции превышает 109 моль-1/с-1, и, по разным оценкам, составляет: (6,7 + 0,9)109 М-1/с-1 (данные, полученные методом импульсного фотолиза) (Huie R.E. et al., 1993); (4,3 + 0,5)109 М-1/c-1 (цифры получены с помощью метода импульсного радиолиза (Ischiropoulos H. et al., 1992); (3,7 + 1,1)107 М-1/с (Saran M. et al., 1990).
В нейтральной среде ONOO- относительно нестабилен и быстро разлагается (период полураспада около 1 секунды) после протонирования (рК = 6.8). При этом образуется короткоживущий и исключительно реакционноспособный интермедиат – гидроксильный радикал (Beckman J.S. et al., 1994).
Благодаря показателям среднего времени жизни (в фосфатном буфере при рН 7,4 и 37С оно составляет около 1-2 с.) пероксинитрит обладает способностью мигрировать в тканях.
Пероксинитрит ингибирует и обращает агрегацию тромбоцитов, что служит примером физиологических функций данного вещества. По данным Yin K. et al., 1995 это происходит через нитрование белков, которые в результате приобретают антиагрегационные свойства, а не за счет конверсии в NO.
Пероксинитрит окисляет железосерные активные центры, тиолы и нитрозилирует белки по остаткам тирозина.
Наряду с физиологическими функциями, пероксинитрит выполняет и биохимические: он способен окислять NH- и SH-группы белков (Radi R. et al., 1991), поскольку является сильным окислителем. Это приводит к таким процессам как инактивация тканевого ингибитора металлопротеиназ-1 (Frears E.R. et al., 1996), a1-ингибитора протеиназ (Moreno J.J. et al., 1992), Mn-СОД и Fe-СОД (Ischiropoulos H. et al., 1992; Salgo M.G. et al., 1995).
Глутатион из антиоксиданта превращается в прооксидант, инициирующий процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), когда в присутствии пероксинитрита или продуктов его распада образуются тиольные радикалы глутатиона (GS*) (Karoui H. et al., 1996).
Пероксинитрит способен индуцировать процессы ПОЛ в мембранах (Radi R. et al., 1991) и липопротеинах (Leeuwenburgh C. et al., 1997); нарушать ДНК, провоцируя ее однонитевые разрывы (Salgo M.G. et al., 1995) и резко повышая образование 8-гидроксидезоксигуанозина (Inoue S. et al., 1995); гидроксилировать и нитровать ароматические кольца (в частности, тирозин и триптофан) (Alvarez В. et al., 1996; Van der Vliet A. et al., 1995), ингибировать митохондриальное дыхание (как прямо, так и опосредованно) (Szabo С. et al., 1996).
Пероксинитрит в концентрации 250 мкМ вызывает 50%-ную гибель E.coli (Zhu L. et al., 1992); в концентрациях 25-200 мкМ в печени кролика вызывает переход ксантиндегидрогеназы в оксидазную форму (Sakuma S. et al., 1997); а при концентрациях 1-100 мМ – индуцирует гибель опухолевых клеток линий U-937 и HL-60. Цитотоксическое действие пероксинитрита на клетки HL-60 сопровождается усилением продукции О2 и Н2О2, вероятно, тоже вовлеченных в данный процесс (Lin K.T. et al., 1997). Установлено также, что гибель клеток осуществляется в результате классического апоптоза: с деградацией и фрагментацией ДНК, конденсацией хроматина и фрагментацией ядра (Lin K.T., et al., 1997; Troy C.M. et al., 1996).
При понижении рН из пероксинитрита в результате нефентоновской реакции образуется ОН-радикал:
ONOO- + Н+ ONOOH + НО* + NO2.
Он вносит значительный вклад в цитотоксическое действие пероксинитрита (Beckman J.S. et al., 1990).
Данная реакция может быть одной из основных, приводящих к образованию гидроксильных радикалов, поскольку не требует участия металлов переменной валентности, которых в клетках в свободном виде содержится мало.
Кроме того, ONOO- вызывает образование в клетках О2, проявляющийся усилением люцигенинзависимой хемилюминесценции (Lin K.T. et al., 1997).
Поскольку, как указывалось выше, пероксинитрит участвует во многих химических реакциях: подавляет транспорт электронов в митохондриях, повреждает цепи ДНК, окисляет SH-группы небелковых молекул и белков, активизирует перекисное окисление липидов (Gao Y., 2010; Liaudet L. et al., 2009; Radi R. et al., 1994; Rubbo H. et al., 2009), повышение его содержания при различных патологических состояниях могут вызывать весьма серьёзные метаболические последствия. Показано, что уровень пероксинитрита и нитросоединений возрастает в околоплодных водах и плаценте при невынашивании беременности, гестозе и плацентарной недостаточности. Преждевременное прерывание беременности также сопровождается значительным ростом продукции пероксинитрита, который может усиливать прооксидантные процессы и в тоже время выводить часть оксида азота из его активной «сферы деятельности» (Крукиер И.И. и др., 2011; Авруцкая В.В. и др., 2011).
Следует ещё раз подчеркнуть, что нитрозилирование тиолов (прежде всего глутатиона) и тирозиннитрирование – важные проявления клеточного действия оксида азота. Если эти реакции происходят с белковосвязанными тирозином и цистеином, то изменяется конформация белков и, как следствие, их функциональная активность, что приводит к усилению дисбаланса в обменных процессах в различных тканях, в том числе и плаценте (Погорелова Т.Н. и др., 2012).
В целом, обобщая изложенное, можно констатировать тот факт, что околоплодные структуры обеспечивают морфо-функциональные возможности для быстрого роста плода, который уже на 16-17 неделях беременности опережает по массе плаценту и в дальнейшем не уступает ей «пальму первенства» (Радзинский В.Е. и др., 2004).
Таким образом, во время второго триместра нормальной беременности, после становления закладок основных органов и систем эмбриона, происходит дальнейший их рост, специализация функций и формирование межорганных связей. Этому в значительной мере способствует усложнение ряда околоплодных структур. Одновременно формируются плодные оболочки, и вокруг плода увеличивается объем амниотической жидкости, т.е. образуется параплацентарный путь транспорта.
1.2 Плодные оболочки: краткая характеристика основных свойств и их роль в процессах репродукции
Наиболее полное представление о взаимосвязи матери и плода в функциональной системе «мать-плацента-плод» можно получить, изучая плодные оболочки, которые являются не просто резервуаром для амниотической жидкости. Это ткань, обеспечивающая вместе с околоплодными водами дополнительный параплацентарный обмен между матерью и плодом (Радзинский В.Е. и др., 2001; Орлов В.И. и др., 1998, 2009; Крукиер И.И., 2009).
Известно, что обмен околоплодных вод совершается через амнион и хорион. Наряду с этим важная роль в обмене вод принадлежит так называемому параплацентарному пути, т.е. через внеплацентарную часть плодных оболочек.
Как производное эмбриобласта, на 8-й неделе беременности появляется амниотический мешок. Прогрессивное увеличение объема амниотической полости происходит по мере роста и развития плода за счет накопления в ней околоплодных вод. Одновременно с трофобластом развивается и эмбриобласт.
Из клеток эмбриобласта параллельно процессу имплантации происходит формирование эктобластического и энтобластического пузырьков, окруженных мезобластом. Из эктобластического пузырька в дальнейшем образуется амниотическая полость и ее стенка – амниотическая оболочка (амнион). Три зародышевых листка (эктодерма, мезодерма и энтодерма) формируются из клеток эктобласта, мезобласта и энтобласта, из которых в последствии образуются все ткани и органы плода (Айламазян Э.К., 2003).
Обладая анатомо-физиологическим сродством с плацентой, внеплацентарные плодные оболочки включают ткани, различные по тканевой и генетической принадлежности, антигенной структуре, гистобластическим свойствам: а) амнион, состоящий из эпителия, базальной мембраны и стромы; б) хорион, объединяющий клеточный, ретикулярный слои, псевдобазальную мембрану; в) цитотрофобласт; г) децидуальную ткань в составе больших и малых децидуальных, а также гранулярных клеток. Различные слои внеплацентарных оболочек представляет собой единую морфофункциональную систему, действующую по ступенчатому принципу с эстафетной передачей от одного слоя к другому для завершения незаконченного в предыдущем слое эффекта (Милованов А.П., 1999).
На ранних этапах внутриутробного развития децидуальная оболочка является для плода питательным и защитным слоем. В этот период в основном осуществляется её трофическая функция. Защитная роль децидуальной оболочки наиболее полно проявляется высокой фагоцитарной активностью. Эта ткань лизирует микроорганизмы и инактивирует их токсины, принимая участие в синтезе углеводов, липидов и белков, а также синтезе пролактина и простагландинов.
Таким образом, очень важная роль в имплантации и дальнейшем развитии эмбриона и плода принадлежит именно децидуальной ткани.
Из эктобластического пузырька в процессе эмбриогенеза развивается амнион. Амнион (водная оболочка) обращена к плоду, выстилает плаценту, переходя на пуповину и сливается в области пупочного кольца с кожей плода. Эпителий амниона формипруется из эктодермы, из мезодермы – соединительнотканная основа. В состав амниона входят липиды, полисахариды, протеины, фосфорные соединения, а также ряд ферментов, участвующих в процессах метаболизма и обмене стероидных гормонов. Макроскопически амнион представляет собой тонкую полупрозрачную мембрану. Он вместе с гладким хорионом принимает активное участие в обмене околоплодных вод, а также в параплацентарном обмене.
Плодные оболочки представляют собой многослойную мембрану со сквозной транспортной системой, включающей сеть межклеточных каналов. В целом, они характеризуются как дискретная система для транспорта, главным образом, азотсодержащих компонентов мочевины из околоплодных вод в сторону материнских капилляров и венул матки (Abramovich D.R. et al., 1976)
Одной из важных функций внеплацентарных оболочек, как указывалось выше, является их участие в параплацентарном обмене за счет экскреции, резорбции и регуляции биохимического состава околоплодных вод.
Высокая концентрация арахидоновой кислоты, наличие ферментных систем, контролирующих синтез простагландинов, являются основой участия оболочек в регуляции родовой деятельности.
Клеточные элементы различных слоев внеплацентарных оболочек содержат аминокислоты, белки, большое количество липидов, представленных триглицеридами, фосфолипидами и неполярными липидами. На основе глюкозы внеплацентарных оболочек в эпителии амниона и в клетках гладкого хориона происходит синтез макроэргических соединений. Являясь мощной биохимической «лабораторией», плодные оболочки участвуют в регуляции основных видов обмена плода, его энергетического баланса. Оболочки, главным образом эпителий амниона и децидуальная ткань, принимают участие в метаболизме гормонов фетоплацентарного комплекса (хорионического гонадотропина, АКТГ, стероидов, пролактина, релаксина). Одной из основных функций внеплацентарных оболочек является их участие в становлении иммунной системы плода, реализации иммунных взаимовлияний организмов матери и плода, обеспечении иммунобиологической защиты плода от неблагоприятных воздействий.
Особое значение в обеспечении нормального развития плода играет сохранение до конца беременности целостности плодных оболочек, определяемое физико-химическим состоянием стромы амниона, содержащей коллаген.
Физиологический разрыв плодных оболочек определяется соотношениями синтеза и деградации компонентов экстрацеллюлярного матрикса, которые в свою очередь, регулируются сложной системой на молекулярном уровне (Милованов А.П., 1997; Милованов А.П. и др., 1999). Современная концепция молекулярных основ растяжения плодных оболочек основана на тесном взаимодействии постоянных структурных компонентов (макромолекул коллагенов различного типа, фибронектина, интегринов, матриксных металлопротеиназ).
Среди различной акушерской патологии существенную часть составляют нарушения функции эсктраэмбриональных структур, обусловливающих преждевременное прерывание беременности. Общими для всех осложнений является плацентарная недостаточность (ПН), представляющая собой «результат сложной поликазуальной реакции плода и плаценты», в основе которой лежит комплекс нарушений различных функций плаценты и её структур (Калашникова Е.П. и др., 1979).
Отклонения в нормальном соотношении аминокислотного состава и вазоактивных соединений могут сопровождаться глубокими биохимическими изменениями и повреждением функциональных связей в системе «мать-плацента-околоплодная среда-плод», поэтому выявление нарушений в разные сроки гестации позволит выяснить механизмы развития различных осложнений беременности.
Несмотря на увеличивающуюся в последние годы роль околоплодных вод и плодных оболочек в течение внутриутробного развития эмбриона и плода, представление о разнообразных метаболических процессах в вышеперечисленных биологических объектах нуждаются в дальнейших исследованиях.
|
