Алкоголизм — одна из основных причин неишемической болезни сердца. Клинически выявляемая патология сердца отмечается у 23—40% больных хроническим алкоголизмом [1] и часто служит причиной смерти. Например, в структуре причин смерти от последствий употребления алкоголя в Волгоградской области в 2008 г. удельный вес алкогольной кардиомиопатии (АКМП) составил 73,3%, а острого отравления алкоголем — только 8,6% [2]. В целом признаки алкогольного поражения сердца выявляют у 10—35% лиц, умерших внезапной смертью.
АКМП имеет признаки дилатационной кардиомиопатии (КМП) и проявляется, прежде всего, увеличением объема левого желудочка (ЛЖ), его гипертрофией, уменьшением сократительной способности, а в условиях декомпенсации — и снижением сердечного выброса [3]. Кроме того, у больных алкоголизмом часто наблюдают нарушения ритма сердца: синусовую тахикардию, наджелудочковую и желудочковую экстрасистолию, пароксизмальные желудочковые и наджелудочковые тахикардии, атриовентрикулярные и синоатриальные блокады.
Диагноз АКМП ставится на основании следующих признаков: 1) алкогольный анамнез, клинические и лабораторные маркеры алкоголизма (полиневропатия, энцефалопатия, телеангиэктазии, контрактура Дюпюитрена, повышенная активность γ-глутамилтранспептидазы, макроцитоз эритроцитов, активность аспартатаминотрансферазы выше активности аланинаминотрансферазы и др.); 2) клиническая картина КМП (признаки сердечной недостаточности); 3) структурно-функциональные изменения сердца, а именно расширение ЛЖ (в большинстве случаев — всех полостей сердца) и снижение систолической функции ЛЖ; 4) отсутствие другой явной причины, приводящей к сердечной недостаточности (например, ишемическая болезнь сердца, клапанные пороки, легочное сердце и т.д.).
Макроскопически АКМП напоминает конгестивную КМП с дилатацией желудочков, но с более интенсивным диффузным интерстициальным фиброзом миокарда. Микроскопические изменения при АКМП включают сочетание дистрофии (гидропической и жировой), атрофии и гипертрофии кардиомиоцитов (КМЦ), встречаются очажки лизиса КМЦ и склероза. Поврежденные участки миокарда чередуются с неизмененными. При электронной микроскопии биоптатов сердца находят характерное для АКМП кистозное расширение саркоплазматической сети и Т-системы КМЦ [4].
АКМП часто сочетается с алкогольной болезнью печени. Так, в одном из исследований цирроз печени был диагностирован у 13 из 30 пациентов с АКМП и только у 2 из 30 больных алкоголизмом без признаков АКМП [5].
В основе АКМП могут лежать следующие процессы:
- апоптоз КМЦ;
- дисфункция внутриклеточных органелл в клетках миокарда;
- нарушения в системе миофиламентов;
- нарушение внутриклеточного гомеостаза кальция;
- нарушение нейрогуморальной регуляции КМЦ.
Усиление апоптоза в КМЦ под действием алкоголя наблюдали в эксперименте in vitro. Непосредственно апоптоз вызывали заменой плазмосодержащей среды, в которой культивировали КМЦ, на бесплазменную. Добавление этанола в высоких концентрациях (500 и 1000 мг/дл) приводило к усилению фрагментации ДНК, повышению концентрации проапоптотического белка bax и значительному возрастанию активности каспазы-3 [6].
Острая алкогольная интоксикация сопровождается выбросом норадреналина из окончаний симпатической части вегетативной нервной системы. Норадреналин в высоких концентрациях дает кардиотоксический эффект. In vitro при инкубации КМЦ в присутствии 10 мМ норадреналина обнаружили усиление фрагментации ДНК и увеличение доли апоптозных клеток с гипоплоидией [7]. Проапоптозный эффект норадреналина устранялся антагонистом β-адренорецепторов пропранололом, но не празозином, антагонистом α-адренорецепторов. Такой же эффект, как и норадреналин, оказывали агонист β-адренорецепторов изопротеренол и активатор аденилатциклазы форсколин. Таким образом, норадреналин индуцирует апоптоз КМЦ опосредованно, активируя β-адренергическую рецепторную систему и активность протеинкиназы А. Реализация этого эффекта обусловливает необходимость открытия вольтаж-зависимых кальциевых каналов и внутриклеточного тока Са2+.
Дисфункция органелл при АКМП проявляется набуханием митохондрий, дезорганизацией крист [8], нарушением акцепторного контроля дыхания и функции кальциевого насоса [9, 10]. Кроме того, при хроническом воздействии алкоголя в КМЦ возникают метаболические изменения, описываемые термином «стресс-эндоплазматический ретикулум — стресс-ЭР», который сопровождается накоплением в клетке белков с аномальной конформацией (неправильной упаковкой). Последнее получило название «реакция на белки с аномальной конформацией». Аномальные белки, накапливаясь в КМЦ, включают механизм запрограммированной гибели клеток — апоптоз. В настоящее время стресс-ЭР рассматривают как важное звено в патогенезе нейродегенеративных заболеваний, некоторых форм сахарного диабета и поражения миокарда при ишемии/реперфузии [11]. В эксперименте показано усиление экспрессии двух трансмембранных белков, опосредующих реакции стресса-ЭР и являющихся его маркерами — eIF2α, IRE-1α, при хроническом употреблении алкоголя [12]. При этом также усиливался синтез проапоптозного белка gadd153, служащего конечным звеном «реакции нарушенной упаковки белков». Известно, что инициация синтеза gadd153 в данной реакции зависит от еще одного «сенсора» стресса-ЭР — метаболического пути PERK/eIF-2α [13].
Изменения структуры и функции белков миофибрилл влияют на многие аспекты процесса сокращения, включая циклическое образование межмолекулярных мостиков и генерацию силы. Потребление алкоголя в течение 2 мес вызывает сдвиг соотношения тяжелых цепей β-миозина и α-миозина в миокарде крыс в пользу β-цепей [14]. Это сопровождается снижением АТФазной активности миозина и миофибрилл. Считается, что подобный сдвиг в соотношении изоформ миозина способствует уменьшению скорости сокращения и потребления АТФ, позволяя сердцу экономить энергию. Однако в конечном счете такие изменения снижают адаптивные способности сердца и ослабляют его насосную функцию.
Важная роль в повреждении мембран клеточных органелл, инактивации кальциевых насосов, инициации апоптоза при различных патологических процессах в миокарде отводится свободно-радикальному перекисному окислению липидов (СПОЛ). Ему приписывают существенную роль и в развитии АКМП. Показано, что употребление раствора этанола в качестве единственного источника жидкости в течение 6 нед сопровождается увеличением на 26% содержания диеновых конъюгатов в ткани ЛЖ сердца крыс [15]. Причем этот эффект не проявляется, если одновременно с алкоголем животные получали дозы α-токоферола или антиоксиданта цианидола. Используя аналогичную модель, другие исследователи не обнаружили активации СПОЛ в миокарде, но выявили снижение уровня тиольных групп белков в цитозоле и клеточных мембранах [16]. При этом в сердце алкоголизированных животных возрастала активность Cu,Zn-супероксиддисмутазы и глутатион-S-трансферазы, что в целом свидетельствовало о наличии компенсированного окислительного стресса. Прооксидантное действие этанола на сердце находит подтверждение и в снижении содержания восстановленного глутатиона в клетках миокарда как при однократном, так и хроническом его употреблении [17, 18]. Кардиотоксические эффекты этанола устраняются, если одновременно с этанолом животным дополнительно вводят природный антиоксидант витамин Е [19]. Образование свободных радикалов (предположительно липидов с радикальным центром на атоме углерода) продемонстрировано методом электронного парамагнитного резонанса в ткани сердца хронически алкоголизированных крыс, которым дополнительно вводили дозу этанола в сочетании со «спиновой ловушкой» [20]. Подобные радикалы генерируются в экстрактах сердца in vitro после добавления в систему этанола или ацетальдегида [21]. Кроме того, в ткани сердца, как и в печени, употребление алкоголя приводит к усиленной трансформации ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу [22], т. е. форму фермента, генерирующую перекись водорода.
Прооксидантные эффекты этанола при его длительном употреблении объясняют индукцией синтеза особой изоформы CYP2E1 цитохрома Р450, генерирующей повышенные количества активных форм кислорода (АФК) [23]. Накопление в клетке АФК, таких как супероксид-анион, гидроксильный радикал, перекись водорода, наряду с ослаблением антиоксидантной защиты приводит к химической модификации и деградации углеводных, белковых и липидных молекул, а также нуклеиновых кислот [24]. Показана связь между экспрессией CYP2E1, окислительным стрессом и усилением апоптоза в КМЦ собак, которые в течение 6 мес подвергались воздействию алкоголя [25]. Апоптоз клеток сердца сопровождался повышенной экспрессией проапоптозных белков bad и calpain-1.
В результате серии исследований, проведенных в ННЦ наркологии, предложена следующая схема изменений в ткани сердца, приводящих к АКМП. На первом этапе хроническая алкоголизация вызывает качественные сдвиги липидного состава мембран КМЦ, которые проявляются уменьшением относительного содержания диеновых жирных кислот в составе фосфолипидов и повышением — триеновых, тетраеновых и гексаеновых жирных кислот [26]. В результате этого возрастает индекс переокисляемости фосфолипидов сердца, который отражает способность липидов вступать в реакции СПОЛ. Наряду с изменениями состава липидов мембран под влиянием длительного употребления этанола в КМЦ происходит увеличение числа и размеров микропероксисом, а также индукция активности фермента, генерирующего перекись — ацил-КоА-оксидазы [27]. Это обусловливает возрастание скорости генерации перекиси водорода, чему способствует повышение доступности субстрата данного фермента, благодаря мобилизации липидов из жировых депо и накоплению их в клетках сердца. Снижение активности каталазы в этих условиях приводит к выходу избытка перекиси водорода из микропероксисом в цитоплазму и последующей активации процессов СПОЛ в мембранах КМЦ. Правомерность этого механизма в патогенезе АКМП подтверждает моделирование повреждения сердца на крысах, получавших алкогольный рацион и одновременно инъекции ингибитора каталазы аминотриазола [28]. Морфологические изменения в сердце у крыс экспериментальной группы были аналогичны тем, что наблюдают при АКМП у больных алкоголизмом.
Хроническая алкогольная интоксикация характеризуется генерализованным повышением активности симпатико-адреналовой системы. При этом наблюдается увеличение биосинтеза, высвобождения, обратного захвата, скорости метаболизма катехоламинов и повышение их содержания в крови [29]. Непосредственное участие катехоламинов в патогенезе заболеваний сердца, возникающих при стрессе, гипоксии, ишемической болезни сердца и артериальной гипертензии, свидетельствует о том, что они могут вносить вклад в патогенез повреждения миокарда и у больных алкоголизмом. Основной путь катаболизма катехоламинов связан с их дезаминированием в реакции с моноаминоксидазой (МАО). Однако существует и альтернативый метаболический путь — хиноидное окисление. Оно включает на первом этапе превращение катехоламина в катехол-О-хинон и затем его дальнейшее преобразование через стадию лейкоформы в аминохром или (нор)адренохром [30]. Скорость этого процесса резко возрастает в присутствии системы генерации гидроксильного радикала, т. е. в присутствии Fe2+ и перекиси водорода. Известно также, что адреналин легко окисляется в адренохром супероксид-анионом, на чем основан один из методов определения активности супероксиддисмутазы. Таким образом, АФК являются неферментативными факторами окисления катехоламинов по хиноидному пути. Некоторые ферменты, каталитическая активность которых связана с генерацией АФК или использованием их в качестве кофактора, ускоряют окисление катехоламинов до О-хинонов. Окисление адреналина до адренохрома легко идет в присутствии фермента ксантиноксидазы и ее субстрата (ксантина, гипоксантина и др.), благодаря генерации в ходе реакции супероксид-аниона, а также в присутствии цитохромоксидазы и цитохрома С. Если в инкубационную среду, содержащую активированные полиморфноядерные лейкоциты, добавить адреналин в физиологических концентрациях (<10 мкМ), то более 80% окисления адреналина идет по пути адренохрома и менее 20% приходится на продукты реакций МАО и катехол-О-метилтрансферазы [31]. Образующиеся хиноны легко вступают в реакции присоединения с нуклеофильными группами белков, вызывая их модификацию и денатурацию [32].
Катехоламины не только окисляются супероксид-анионом, но и сами способны восстанавливать кислород до супероксид-аниона. В присутствии следов металлов с переходной валентностью, например Fe2+ или Cu2+, формируется тройной комплекс катехоламин-Fe-О2, в котором происходит обмен электрона между молекулой катехоламина и кислородом [33]. Таким образом, сами катехоламины при соответствующих условиях (наличие следов свободного железа или меди, недостаточная активность МАО) могут служит прооксидантами и инициировать свободно-радикальные процессы в клетках.
Образование семихиноновых радикалов в процессе аутоокисления катехоламинов, генерация с их участием АФК, а также накопление адренохрома лежат в основе кардиотоксичности адреналина и норадреналина. Катехоламины принято рассматривать в качестве главных факторов повреждения сердца при стрессе или кокаиновой интоксикации, однако в ряде опытов на изолированном сердце зачастую не удается наблюдать выраженных некротических изменений миокарда при перфузии адреналином или его аналогом изопротеренолом. В то же время перфузия изолированного сердца в течение 15 мин средой, содержащей 50 мг/л окисленного изопротеренола, вызывает полную утрату способности к сокращению. Аналогично, перфузия изолированного сердца в течение 30 мин средой, содержащей 25 или 50 мг/л адренохрома, вызывает повреждение клеток миокарда: набухание митохондрий и саркоплазматического ретикулума, распад миофиламентов, появление контрактурных полос [34]. Добавление адренохрома к препаратам сарколеммы сердечной мышцы приводит к дозозависимому ингибированию Na+,К+-АТФазы, начиная с концентрации 5 мкг/мл [35]. Пятидесятипроцентное ингибирование фермента достигается при концентрации адренохрома 50 мкг/мл. Таким образом, усиленное образование АФК в миокарде на фоне избытка катехоламинов создает благоприятный фон для активации процессов СПОЛ и повреждения КМЦ.
Возникает вопрос, в какой период алкогольной интоксикации миокард наиболее подвержен действию патогенных факторов. Исследования показали, что наибольшее повреждение миокарда развивается в период максимального повышения концентрации в ткани катехоламинов, а именно на пике развития алкогольного абстинентного синдрома. В эксперименте наибольшая интенсивность дезинтеграции КМЦ (по повышению активности креатинфосфокиназы в плазме крови и перфузате сердца) отмечается на 2—3-и сутки отмены этанола после длительного периода его употребления [36]. На 1—2-е сутки безалкогольного содержания в ткани миокарда максимально повышены уровни адреналина и понижено содержание норадреналина; на 3-и сутки — максимально снижена плотность содержащих катехоламин нервных волокон в ткани миокарда и максимально увеличена площадь содержащих катехоламин структур, расположенных диффузно (вне волокон). Таким образом, максимумы деструктивного процесса в сердечной мышце и экстранейронального накопления в ней катехоламинов совпадают.
Злоупотребление алкоголем приводит к значительному повышению в крови концентрации ацетальдегида (от 10 до 100 мкг/л) [37]. Это вещество в 10—30 раз токсичнее этанола [38], оказывает выраженное угнетающее действие на функцию центральной нервной системы и является сильным симпатомиметиком [39]. Показано, что ацетальдегид служит непосредственным источником АФК при окислении в реакциях, катализируемых альдегидоксидазой и ксантиноксидазой [40, 41]. При этом образуется супероксид-анион. Потребление алкоголя трансгенными мышами, в геном которых введен ген высокоактивной алкогольдегидрогеназы, быстро превращающей этанол в ацетальдегид, вызывает резкую активацию СПОЛ и накопление белковых карбонильных соединений в ткани сердца [42]. Кроме того, при алкоголизации трансгенных мышей ускоренными темпами развиваются сократительная дисфункция и гипертрофия миокарда.
СПОЛ считают важным механизмом, опосредующим снижение электромеханического сопряжения и угнетение выхода Са2+ из цистерн эндоплазматического ретикулума в КМЦ под действием ацетальдегида [40, 43]. В то же время ацетальдегид вступает в реакции присоединения с белковыми молекулами и пептидами с образованием устойчивых «аддуктов», что может приводить к истощению внутриклеточного пула восстановленного глутатиона, инактивации белков или их ускоренной деградации [44]. Наряду с окислительным стрессом ацетальдегид способен запускать процесс апоптоза КМЦ посредством включения «сигнала стресса», в частности фосфорилирования фактора транскрипции c-Jun [44]. Этот фактор является также одним из регулирующих звеньев в процессе гипертрофии миокарда.
Развитие АКМП может быть связано с изменениями в эндоканнабиноидной системе (ЭКС). ЭКС включает СВ-рецепторы (также опосредующие эффекты марихуаны), эндоканнабиноидные вещества и ферменты, участвующие в биосинтезе и деградации этих веществ. Основными эндогенными каннабиноидами — лигандами СВ-рецепторов — являются арахидоноилэтаноламид и 2-арахидоноилглицерол. ЭКС обнаружена как в ткани мозга, так и в периферических тканях, включая печень и миокард [45]. Как экзогенные каннабиноиды (например, тетрагидроканнабинолы в составе марихуаны и гашиша), так и эндогенные, оказывают свой эффект посредством стимуляции СВ1-рецепторов, способствуя, при длительном применении, артериальной гипотензии и брадикардии [45].
Активация СВ1-рецепторов вызывает снижение сократительной функции сердца [46], опосредованное, предположительно, ингибированием кальциевых каналов L-типа [47] и/или снижением концентрации сАМФ в КМЦ [48]. Кроме того, стимуляция СВ1-рецепторов эндогенным каннабиноидом анандамидом или синтетическими лигандами в клетках эндотелия [49], миокарда [50] и в макрофагах [51] сопровождается усиленной генерацией АФК и апоптозом. ЭКС приписывают важную роль в снижении сократительной способности и β-адренергической гипочувствительности сердца при экспериментальном циррозе печени [46]. В то же время хроническое употребление алкоголя способствует усиленному синтезу эндогенных каннабиноидов, по крайней мере, в мозге [52] и звездчатых макрофагах печени [53]. Таким образом, в патогенезе АКМП существенную роль может играть активация каннабиноидной системы, особенно при сопутствующей алкогольной болезни печени на стадии цирроза. Однако эта проблема требует дальнейшего изучения.
В заключение следует отметить, что патофизиология АКМП сложна и затрагивает многие аспекты функции КМЦ. Момент интеграции начальных изменений митохондрий, саркоплазматического ретикулума, сократимых белков и кальциевого гомеостаза в устойчивую дисфункцию КМЦ, описываемую термином АКМП, зависит от степени, длительности и постоянства злоупотребления алкоголем.
Авторы данного обзора ставили своей целью осветить только некоторые молекулярные механизмы токсического действия алкоголя на миокард. Вопросы диагностики, классификации и вариантов клинических проявлений АКМП остались за пределами рассмотрения и ждут участия специалистов в обсуждении этих проблем.
Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ 07-06-00719а.
