Preview

Кубанский научный медицинский вестник

Расширенный поиск

РОЛЬ АКТИВАЦИИ СИМПАТИЧЕСКОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ В РАЗВИТИИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ МИОКАРДА ПРИ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ

https://doi.org/10.25207/1608-6228-2018-25-1-180-188

Полный текст:

Аннотация

Развитие сердечной недостаточности сопровождается выраженной активацией симпатической нервной системы, которая изначально осуществляется как компенсаторный эффект, необходимый для поддержания насосной функции сердца. Тем не менее, на долговременной основе, симпатическая активация вызывает ряд негативных структурно-функциональных изменений миокарда, которые способствуют прогрессированию сократительной дисфункции, и определяют неблагоприятный клинический прогноз. Природа данных изменений и их механизмы были изучены с помощью модели сердечной недостаточности, полученной при хроническом введении норадреналина или его аналогов экспериментальным животным. В данной модели aдренергическая активация приводит к гипертрофии сердца в связи с усилением синтеза сократительных белков в кардиомиоцитах, а также вызывает фиброзные изменения миокарда посредством увеличения образования коллагена фибробластами сердца. Параллельно с этим происходит гибель кардиомиоцитов за счет некроза и апоптоза, что связано с их перегрузкой ионами кальция и повреждением митохондрий в результате образования свободнорадикальных форм кислорода. Адренергическая стимуляция повышает активность матриксных протеиназ, которые разрушают коллагеновые связи между пучками мышечных волокон, что вызывает смещение интрамуральных слоев миокарда, и как следствие – дилатацию полости левого желудочка. Чрезмерная адренергическая стимуляция также приводит к истощению запасов катехоламинов в симпатических терминалях сердца, а на клеточном уровне – к выраженным нарушениям кальциевого гомеостаза. К числу последних относится "утечка" кальция из саркоплазматического ретикулума в связи с дисфункцией рианодинового рецептора, а также уменьшение обратного поступления кальция из цитозоля в саркоплазматический ретикулум во время диастолы в результате угнетения Са2+ АТФазы (SERCA2a). Сочетанное действие этих факторов играет ключевую роль в снижении сократительных резервов сердца. Структурно-функциональные изменения миокарда в условиях хронической активации симпатической нервной системы опосредованы стимуляцией образования ангиотензина II и альдостерона, а также локальных факторов роста, и повышением экспрессии цитокинов. На субклеточном уровне эти изменения реализуются за счет стимуляции митоген-активируемых протеинкиназ, которые в свою очередь активируют гены "раннего ответа", и таким образом инициируют процессы транскрипции, ведущие к увеличению белкового синтеза, образованию новых саркомеров, и их включению в структуру кардиомиоцитов.

Об авторе

О. Е. ОСАДЧИЙ
Медицинский Факультет Университета Ольборга.
Дания

Фредрик Байер Вей 7E, Ольборг, Дания, 9220.



Список литературы

1. Greenwood J.P., Scott E.M., Stoker J.B., Mary D.A. Hypertensive left ventricular hypertrophy: relation to peripheral sympathetic drive. J Am Coll Cardiol. 2001; 38(6): 1711-1717.

2. Cohn J.N., Levine T.B., Olivari M.T., Garberg V., Lura D., Francis G.S., Simon A.B., Rector T. Plasma norepinephrine as a guide to prognosis in patients with chronic congestive heart failure. N Engl J Med. 1984; 311(13): 819-823.

3. Kaye D.M., Lefkovits J., Jennings G.L., Bergin P., Broughton A., Esler M.D. Adverse consequences of high sympathetic nervous activity in the failing human heart. J Am Coll Cardiol. 1995; 26(5): 1257-1263.

4. Osadchii O.E. Cardiac hypertrophy induced by sustained beta-adrenoreceptor activation: pathophysiological aspects. Heart Fail Rev. 2007; 12(1): 66-86.

5. Nichtova Z., Novotova M., Kralova E., Stankovicova T. Morphological and functional characteristics of models of experimental myocardial injury induced by isoproterenol. Gen Physiol Biophys. 2012; 31(2): 141-151.

6. Rona G. Catecholamine cardiotoxicity. J Mol Cell Cardiol. 1985; 17(4): 291-306.

7. Teerlink J.R., Pfeffer J.M., Pfeffer M.A. Progressive ventricular remodeling in response to diffuse isoproterenol-induced myocardial necrosis in rats. Circ Res. 1994; 75(1): 105-113.

8. Schafer M., Frischkopf K., Taimor G., Piper H.M, Schlüter K.D. Hypertrophic effect of selective beta-adrenoceptor stimulation on ventricular cardiomyocytes from adult rat. Am J Physiol. 2000; 279(2): С495-С503.

9. Simpson P., McGrath A., Savion S. Myocyte hypertrophy in neonatal rat heart cultures and its regulation by serum and by catecholamines. Circ Res. 1982; 51(6): 787-801.

10. Barth W., Deten A., Bauer M., Reinohs M., Leicht M., Zimmer H.G. Differential remodeling of the left and right heart after norepinephrine treatment in rats: studies on cytokines and collagen. J Mol Cel Cardiol. 2000; 32(2): 273-284.

11. Deshaies Y., Willemot J., Leblanc J. Protein synthesis, amino acid uptake, and pools during isoproterenol-induced hypertrophy of the rat heart and tibialis muscle. Can J Physiol Pharm. 1981; 59(2): 113-121.

12. Marcus M.L., Koyanagi S., Harrison D.G., Doty D.B., Hiratzka L.F., Eastham C.L. Abnormalities in the coronary circulation that occur as a consequence of cardiac hypertrophy. Am J Med. 1983; 75(3A): 62-66.

13. Weiner M.M., Reich D.L., Lin H.M., Krol M., Fischer G.W. Increased left ventricular myocardial mass is associated with arrhythmias after cardiac surgery. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2013; 27(2): 292-297.

14. Bhambi B., Eghbali M. Effect of norepinephrine on myocardial collagen gene expression and response of cardiac fibroblasts after norepinephrine treatment. Am J Pathol. 1991; 139(5): 11311142.

15. Jalil J.E., Doering C.W., Janicki J.S., Pick R., Shroff S.G., Weber K.T. Fibrillar collagen and myocardial stiffness in the intact hypertrophied rat left ventricle. Circ Res. 1989; 64(6): 1041-1050.

16. Wang J., Song Y., Li H., Shen Q., Shen J., An X., Wu J., Zhang J., Wu Y., Xiao H., Zhang Y. Exacerbated cardiac fibrosis induced by β-adrenergic activation in old mice due to decreased AMPK activity. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2016; 43(11): 10291037.

17. Jalil J.E., Janicki J.S., Pick R., Abrahams C, Weber KT. Fibrosis-induced reduction of endomyocardium in the rat after isoproterenol treatment. Circ Res. 1989; 65(2): 258-264.

18. Nguyen T.P., Qu Z., Weiss J.N. Cardiac fibrosis and arrhythmogenesis: the road to repair is paved with perils. J Mol Cell Cardiol. 2014; 70: 83-91.

19. Weber KT. Fibrosis and hypertensive heart disease. Curr Opin Cardiol. 2000; 15(4): 264-272.

20. Goldspink D.F., Burniston J.G., Tan L.B. Cardiomyocyte death and the ageing and failing heart. Exp Physiol. 2003; 88(3): 447-458.

21. Singh K., Xiao L., Remondino A., Sawyer D.B., Colucci W.S. Adrenergic regulation of cardiac myocyte apoptosis. J Cell Physiol. 2001; 189(3): 257-265.

22. Mann D.L., Kent R.L., Parsons B., Cooper G. Adrenergic effects on the biology of the adult mammalian cardiocyte. Circulation 1992; 85(2): 790-804.

23. Ellison G.M., Torella D., Karakikes I., Purushothaman S., Curcio A., Gasparri C., Indolfi C., Cable N.T., Goldspink D.F., Nadal-Ginard B. Acute beta-adrenergic overload produces myocyte damage through calcium leakage from the ryanodine receptor 2 but spares cardiac stem cells. J Biol Chem. 2007; 282(15): 1139711409.

24. Remondino A., Kwon S.H., Communal C., Pimentel D.R., Sawyer D.B., Singh K., Colucci W.S. Beta- adrenergic receptorstimulated apoptosis in cardiac myocytes is mediated by reactive oxygen species/c-Jun NH2-terminal kinase-dependent activation of the mitochondrial pathway. Circ Res. 2003; 92(2): 136-138.

25. Jiang S., Huo D., Wang X., Zhao H., Tan J., Zeng Q., OʼRourke S.T., Sun C. β-adrenergic receptor-stimulated cardiac myocyte apoptosis: role of cytochrome P450 ω-hydroxylase. J Cardiovasc Pharmacol. 2017; 70(2): 94-101.

26. Grossman W., Jones D., McLaurin L.P. Wall stress and patterns of hypertrophy in the human left ventricle. J Clin Invest. 1975; 56(1): 56-64.

27. Stewart J.M., Patel M.B., Wang J., Ochoa M., Gewitz M., Loud A.V., Anversa P., Hintze T.H. Chronic elevation of norepinephrine in conscious dogs produces hypertrophy with no loss of LV reserve. Am J Physiol. 1992; 262(2): H331-H339.

28. Tang L., Gao W., Taylor P.B. Force-frequency response in isoproterenol-induced hypertrophied rat heart. Eur J Pharmacol. 1996; 318(2-3): 349-356.

29. Mészáros J., Ryder K.O., Hart G. Transient outward current in catecholamine-induced cardiac hypertrophy in the rat. Am J Physiol. 1996: 271(6): H2360-H2367.

30. Baek M., Weiss M. Down-regulation of Na+ pump alpha 2 isoform in isoprenaline-induced cardiac hypertrophy in rat: evidence for increased receptor binding affinity but reduced inotropic potency of digoxin. J Pharmacol Exp Ther. 2005: 313(2): 731-739.

31. Nakajima-Takenaka C., Zhang G.X., Obata K., Tohne K., Matsuyoshi H., Nagai Y., Nishiyama A., Takaki M. Left ventricular function of isoproterenol-induced hypertrophied rat hearts perfused with blood: mechanical work and energetics. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009; 297(5): H1736- H1743.

32. Chorvatova A., Hart G., Hussain M. Na+/Ca2+ exchange current (INa/Ca) and sarcoplasmic reticulum Ca2+ release in catecholamine-induced cardiac hypertrophy. Cardiovasc Res. 2004; 61(2): 278-287.

33. Siwik D.A., Kuster G.M., Brahmbhatt J.V., Zaidi Z., Malik J., Ooi H., Ghorayeb G. EMMPRIN mediates beta adrenergic receptor-stimulated matrix metalloproteinase activity in cardiac myocytes. J Mol Cell Cardiol. 2008; 44(1): 210-217.

34. Veliotes D.G., Norton G.R., Correia R.J., Strijdom H., Badenhorst D., Brooksbank R., Woodiwiss A.J. Impact of aldosterone receptor blockade on the deleterious cardiac effects of adrenergic activation in hypertensive rats. J Cardiovasc Pharmacol. 2010; 56(2): 203-211.

35. Mueller R.A., Axelrod J. Abnormal cardiac norepinephrine storage in isoproterenol-treated rats. Circ Res. 1968; 23(6): 771778.

36. Marks A.R. Calcium cycling proteins and heart failure: mechanisms and therapeutics. J Clin Invest. 2013; 123(1): 46-52.

37. Mitsuyama S., Takeshita D., Obata K., Zhang G.X., Takaki M. Left ventricular mechanical and energetic changes in long-term isoproterenol-induced hypertrophied hearts of SERCA2a transgenic rats. J Mol Cell Cardiol 2013; 59: 95-106.

38. Grimm D., Elsner D., Schunkert H., Pfeifer M., Griese D., Bruckschlegel G., Muders F., Riegger G.A., Kromer E.P. Development of heart failure following isoproterenol administration in the rat: role of the renin-angiotensin system. Cardiovasc Res. 1998; 37(1): 91-100.

39. Nagano M., Higaki J., Nakamura F., Higashimori K., Nagano N., Mikami H., Ogihara T. Role of cardiac angiotensin II in isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy. Hypertension. 1992; 19(6): 708-712.

40. Grimm D., Holmer S.R., Riegger G.A.J., Kromer E.P. Effects of beta-receptor blockade and angiotensin II type I receptor antagonism in isoproterenol-induced heart failure in the rat. Cardiovasc Pathol. 1999; 8(6): 315-323.

41. Regitz-Zagrosek V., Friedel N., Heymann A., Bauer P., Neuss M., Rolfs A., Steffen C., Hildebrandt A., Hetzer R., Fleck E. Regulation, chamber localization, and subtype distribution of angiotensin II receptors in human hearts. Circulation. 1995; 91(5): 1461-1471.

42. Sadoshima J., Izumo S. Molecular characterization of angiotensin II-induced hypertrophy of cardiac myocytes and hyperplasia of cardiac fibroblasts. Circ Res. 1993; 73(3): 413-423.

43. Weinberger M.H., Aoi W., Henry D.P. Direct effect of betaadrenergic stimulation on renin release by the rat kidney slice in vitro. Circ Res. 1975; 37(3): 318-324.

44. Nakamaru M., Jackson E.K., Inagami T. Beta-adrenoceptormediated release of angiotensin II from mesenteric arteries. Am J Physiol. 1986; 250(1): H144-H148.

45. Dostal D.E., Booz G.W., Baker K.M. Regulation of angiotensinogen gene expression and protein in neonatal rat cardiac fibroblasts by glucocorticoid and betaadrenergic stimulation. Basic Res Cardiol. 2000; 95(6): 485-490.

46. Hori Y., Touei D., Saitoh R., Yamagishi M., Kanai K., Hoshi F., Itoh N. The aldosterone receptor antagonist eplerenone inhibits isoproterenol-induced collagen-I and 11β-HSD1 expression in rat cardiac fibroblasts and the left ventricle. Biol Pharm Bull. 2017; 40(10): 1716-1723.

47. Güder G., Bauersachs J., Frantz S., Weismann D., Allolio B., Ertl G., Angermann C.E., Störk S. Complementary and incremental mortality risk prediction by cortisol and aldosterone in chronic heart failure. Circulation. 2007; 115(13): 1754-1761.

48. Pitt B., Zannad F., Remme W.J., Cody R., Castaigne A., Perez A., Palensky J., Wittes J. The effect of spironolactone on morbidity and mortality in patients with severe heart failure. Randomized Aldactone Evaluation Study Investigators. N Engl J Med. 1999; 341(10): 709-717.

49. Pitt B., Remme W., Zannad F., Neaton J., Martinez F., Roniker B., Bittman R., Hurley S., Kleiman J., Gatlin M. Eplerenone, a selective aldosterone blocker, in patients with left ventricular dysfunction after myocardial infarction. N Engl J Med. 2003; 348(14): 1309-1321.

50. Brown N.J. Contribution of aldosterone to cardiovascular and renal inflammation and fibrosis. Nat Rev Nephrol. 2013: 9(8): 459-469.

51. Garlie J.B., Hamid T., Gu Y., Ismahil M.A., Chandrasekar B., Prabhu S.D. Tumor necrosis factor receptor 2 signaling limits β-adrenergic receptor-mediated cardiachypertrophy in vivo. Basic Res Cardiol. 2011; 106(6): 1193- 1205.

52. Tanriverdi L.H., Parlakpinar H., Ozhan O., Ermis N., Polat A., Vardi N., Tanbek K., Yildiz A., Acet A. Inhibition of NADPH oxidase by apocynin promotes myocardial antioxidant response and prevents isoproterenol-induced myocardial oxidative stress in rats. Free Radic Res. 2017; 51(9-10): 772-786.

53. Murray D.R., Prabhu S.D., Chandrasekar B. Chronic beta-adrenergic stimulation induces myocardial proinflammatory cytokine expression. Circulation. 2000; 101(20): 2338-2341.

54. Bogoyevitch M.A., Andersson M.B., Gillespie-Brown J., Clerk A., Glennon P.E., Fuller S.J., Sugden P.H. Adrenergic receptor stimulation of the mitogen-activated protein kinase cascade and cardiac hypertrophy. Biochem J. 1996; 314(Pt 1): 115-121.

55. Zou Y., Yao A., Zhu W., Kudoh S., Hiroi Y., Shimoyama M., Uozumi H., Kohmoto O., Takahashi T., Shibasaki F., Nagai R., Yazaki Y., Komuro I. Isoproterenol activates extracellular signalregulated protein kinases in cardiomyocytes through calcineurin. Circulation. 2001; 104(1): 102-108.

56. Takemoto Y., Yoshiyama M., Takeuchi K., Omura T., Komatsu R., Izumi Y., Kim S., Yoshikawa J. Increased JNK, AP-1 and NF-kB binding activities in isoproterenolinduced cardiac remodeling. J Mol Cell Cardiol. 1999; 31(11): 2017-2030.

57. Brand T., Sharma H.S., Schaper W. Expression of nuclear proto-oncogenes in isoproterenol-induced cardiac hypertrophy. J Mol Cell Cardiol. 1993; 25(11): 1325-1337.

58. Robbins R.J., Swain J.L. C-myc protooncogene modulates cardiac hypertrophic growth in transgenic mice. Am J Physiol. 1992; 262(2): H590-H597.

59. Zimmer H.G. Catecholamine-induced cardiac hypertrophy: significance of proto-oncogene expression. J Mol Med. 1997; 75(11-12): 849-859.

60. Bishopric N.H., Jayasena V., Webster K.A. Positive regulation of the skeletal alpha-actin gene by Fos and Jun in cardiac myocytes. J Biol Chem. 1992; 267(35): 2535-2554.

61. Iwaki K., Sukhatme V., Shubeita H.E., Chien K.R. Alpha- and beta-adrenergic stimulation induces distinct patterns of immediate early gene expression in neonatal rat myocardial cells. J Biol Chem. 1990; 265(23): 13809-13817.

62. Daaka Y., Luttrell L.M., Lefkowitz R.J. Switching of the coupling of the beta2-adrenergic receptor to different G-proteins by protein kinase A. Nature. 1997; 390(6655): 88-91.

63. Zou Y., Komuro I., Yamazaki T., Kudoh S., Uozumi H., Kadowaki T., Yazaki Y. Both Gs and Gi proteins are critically involved in isoproterenol-induced cardiomyocyte hypertrophy. J Biol Chem. 1999; 274(14): 9760-9770.

64. Oudit G.Y., Crackower M.A., Eriksson U., Sarao R., Kozieradzki I., Sasaki T., Irie-Sasaki J., Gidrewicz D., Rybin V.O., Wada T., Steinberg S.F., Backx P.H., Penninger J.M. Phosphoinositide 3-kinase-deficient mice are protected from isoproterenol-induced heart failure. Circulation. 2003; 108(17): 2147-2152.

65. Zhang G.-X., Kimura S., Nishiyama A., Shokoji T., Rahman M., Yao L., Nagai Y., Fujisawa Y., Miyatake A., Abe Y. Cardiac oxidative stress in acute and chronic isoproterenol-infused rats. Cardiovasc Res. 2005; 65(1): 230-238.

66. Haider A.W., Larson M.G., Benjamin E.J., Levy D. Increased left ventricular mass and hypertrophy are associated with increased risk for sudden death. J Am Coll Cardiol. 1998; 32(5): 1454-1459.


Для цитирования:


ОСАДЧИЙ О.Е. РОЛЬ АКТИВАЦИИ СИМПАТИЧЕСКОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ В РАЗВИТИИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ МИОКАРДА ПРИ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ. Кубанский научный медицинский вестник. 2018;25(1):180-188. https://doi.org/10.25207/1608-6228-2018-25-1-180-188

For citation:


OSADCHII O.E. ROLE OF SUSTAINED SYMPATHETIC OVERACTIVATION IN THE DEVELOPMENT OF STRUCTURAL AND FUNCTIONAL MYOCARDIAL CHANGES IN HEART FAILURE. Kuban Scientific Medical Bulletin. 2018;25(1):180-188. (In Russ.) https://doi.org/10.25207/1608-6228-2018-25-1-180-188

Просмотров: 568


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1608-6228 (Print)
ISSN 2541-9544 (Online)