Инсульт является второй по значимости причиной смерти во всем мире. Основная масса инсультов – ишемические, и они, как правило, вызваны тромбоэмболической окклюзией церебральных артерий. Известно, что повреждение головного мозга происходит, когда мозговой кровоток снижается до 25 %
от своего нормального объема [1, 2]. Чем дольше продолжительность окклюзии, тем больше объем повреждения головного мозга, и такие нарушения, как правило, необратимы. Тем не менее специфическое лечение ишемического инсульта хотя и доступно, однако может применяться для ограниченной, тщательно отобранной группы пациентов. Например, активатор тканевого плазминогена (который является единственным лекарственным препаратом, одобренным к применению
в США, Food and Drug Administration для лечения острого инсульта) и проурокиназа используются для тромболизиса, но они должны быть применены к пациентам в течение 3–6 часов от начала инсульта и имеют побочный эффект в виде увеличения частоты внутримозговых геморрагических пропитываний [3]. Поэтому можно утверждать, что до сих пор существует проблема безопасного и эффективного
лечения большой группы пациентов с инфарктами мозга.
Уменьшение кровоснабжения быстро приводит к метаболическим сбоям в тканях-реципиентах, дефицит энергии непосредственно вызывает дисбаланс ионных градиентов на мембране, накопление внутриклеточного кальция и ионов натрия, снижение рН. Аномальные градиенты ионов и рН нарушают мембранный транспорт, функции митохондрий и продукцию белков, а также активацию Са2+-зависимых ферментативных реакций. В результате нарушений в дыхательной цепи происходит генерация чрезмерного количества свободных радикалов, что приводит к липопероксидации мембран, повреждению клеточных органелл и цитоскелета. Инициируются явления проапоптоза, такие как активация ядерного транскрипционного фактора NFκB и p53, снижение уровня регулятора апаптоза Bcl-2, выход цитохромоксидазы из митохондрий и активация каспаз. В итоге активируются ферменты,
разрушающие ДНК, нарушается репарация ДНК, что приводит к разрыву ДНК и смерти клетки [4, 5].
Массивная гибель клеток мозга в конечном счете приводит к неврологическому дефициту.
Первичной терапевтической стратегией при лечении острой ишемии головного мозга является восстановление кровотока, поэтому ишемизированные ткани должны быть подвергнуты реперфузии или реоксигенации в кратчайшие сроки (в идеале в течение нескольких минут) с целью сохранения нервной ткани, что способствует восстановлению утраченных функций и выживанию пациентов. Вторичный подход заключается в уменьшении выраженности патофизиологических последствий инсульта, в т. ч. эксайтотоксичности, апоптоза, воспаления, уменьшения деполяризационной полутени, вызванных свободными радикалами, которые образуются при гипоксии/ишемии и
реперфузии.
В данном случае тромболитические средства не применяются, но с успехом мог бы применяться мелатонин как идеальное лекарственное средство, поскольку он является естественным антиоксидантом, обладает хорошим профилем безопасности, практически не токсичен для человека и легко проникает через гематоэнцефалический барьер [6].
Несколько слов о биосинтезе мелатонина в организме человека. Циркадные ритмы животных и человека формируются нейронами супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса, которые выступают в качестве физиологического пейсмейкера [7]. Нейроны СХЯ передают световую информацию, воспринимаемую глазами человека, в эпифиз через интермедиолатеральный клеточный ствол верхнегрудной части спинного мозга и верхнего шейного ганглия. Нейроны последнего, являю-
щиеся постганглионарными симпатическими нейронами, заканчиваются в эпифизе (пинеальной железе) рядом с основными секреторными клетками железы, а также в перикапиллярных пространствах [8].
Основной функцией эпифиза всех видов животных и человека является передача информации о световом режиме окружающей среды во внутреннюю среду организма, т. е. поддержание ритмических колебаний его гомеостаза, опосредованное главным образом секрецией его основного гормона –
мелатонина. Его продукция угнетается на свету и увеличивается во время темной фазы суток. Регуляция биосинтеза этого гормона зависит от сигналов с фоторецепторов сетчатки, воспринимающих и передающих информацию об окружающем освещении, и эндогенного осциллятора в СХЯ, генерирующего не зависимый от внешних условий циркадный ритм. Мелатонин
выступает как модулятор трансдукции внутриклеточного сигнала, увеличивающий или уменьшающий ответ массы дифференцированных клеток к другим поступающим сигналам. Он вовлечен в синхронизацию многочисленных разнообразных аспектов циркадных систем, происходящую в ответ на
естественное стимулирование циклом смены дня и ночи. Роль мелатонина как регулятора биологических ритмов универсальна для всех живых организмов, о чем свидетельствует факт его продукции у всех известных животных, начиная с одноклеточных [9]. Источником мелатонина служит триптофан, который поступает в пинеалоциты из сосудистого русла и через 5-окситриптофан превращается в серотонин. Лимитирующим фактором в синтезе гормона служит активность фермента
арилалкиламин-N-ацетилтрансферазы (AANAT), контролирующего образование предшественника – N-ацетил серотонина, в дальнейшем при участии гидрокси-индол-О-метилтрансферазы (ГИОМТ), превращающегося в мелатонин. Синтез мелатонина эффективно происходит только с наступлением темноты и резко снижается в светлую фазу суток. Достаточно короткого светового импульса (силой 0,1–1 лк), чтобы подавить этот процесс. В дневные часы в ткани железы, напротив, накапливается
серотонин. Наиболее высока секреция мелатонина ночью в молодом возрасте. Уровни циркулирующего плазменного мелатонина зависят от широты местности: они выше в более северных широтах по сравнению с южными. Постепенное снижение циркадных уровней гормона, определяемого в слюне, происходит довольно рано: приблизительно около 40 лет. Пациенты среднего возраста сохраняют лишь 60 % амплитуды выброса мелатонина молодых пациентов и самые низкие дневные его уровни, хотя при этом у них самая длинная продолжительность пиковых концентраций содержания гормона. У женщин отмечаются ежемесячные циклические колебания его продукции, обусловленные менструальным циклом [10, 11].
В лабораторных условиях были широко изучены модели церебральной ишемии с развитием инсульта у грызунов при окклюзии средней мозговой артерии (СМА) и влиянием мелатонина на последствия данного состояния. Ниже приводятся результаты исследований.
Временная окклюзия СМА у грызунов осуществлялась в течение 60–90 минут, а мелатонин вводили либо до ишемии, либо вскоре после реперфузии, что существенно уменьшало зону инфаркта мозга и неврологический дефицит. Ряд физиологических параметров, в т. ч. рН, рСО2, рО2, температура и кровяное давление, которые контролировались в ходе исследований, не изменялись при введении
мелатонина [12–14].
Защитный эффект мелатонина при остром инсульте (в течение двух дней от начала окклюзии сосуда) в основном обусловлен тем, что мелатонин является прямым и косвенным антиоксидантом, способствует сохранению митохондриальных функций. Антиоксидантные свойства мелатонина объясняются освобождением от свободных радикалов и повышением активности антиоксидантных ферментов. Кроме того, мелатонин подавляет выработку оксида азота за счет сокращения синтеза nNOS (синтаз оксида азота) в нейронах и прекращением iNOS-экспрессии в макрофагах через NFκB-опосредованный механизм (транскрипцио́нный фактор NF-κB – универсальный фактор транскрипции, контролирующий экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла) [15, 16]. Кроме того, мелатонин стимулирует активность кофермента NADH-коэнзим Q редуктазы и цитохром С оксидазы в электронтранспортной цепи (ETC – Electron transport chain) митохондрий, следовательно, снижает утечку электронов и свободных радикалов и поддерживает нормальную продукцию АТФ [17, 18]. Таким образом, использование мелатонина может противодействовать энергетическому дефициту клеток, тем самым поддерживать нормальное их функционирование и уменьшать повреждение головного мозга. Способность мелатонина снижать окислительное повреждение, вызванное ишемией, было показано и на примере других органов: сердца, печени и почек [19–22].
Мелатонин снижает эксайтотоксичность и инфильтрацию мозга иммунными клетками после церебральной гипоксии/ишемии. Пинеалэктомия у животных (как мы помним, шишковидная железа является основным источником мелатонина в организме), проводимая с целью изучения воздействия эндогенного мелатонина при травме мозга, показала, что выработка мелатонина шишковидной железой защищает головной мозг крыс от эксайтотоксичного повреждения. В частности, при введении каината обнаруживают более выраженную дегенерацию нейронов и повреждение ДНК в гиппокампе [23]. У крыс с пинеалэктомией был показан больший объемкоркового инфаркта через четыре–шесть часов после окклюзии средней
мозговой артерии (СМА) по сравнению с контрольной группой животных. При введении мелатонина в начале реперфузии снижается микроглия/макрофагальная активация и снижается инфильтрация иммунными клетками ишемизированного полушария без изменения клеточного иммунного ответа в крови в течение двух дней после окклюзии СМА [24]. Также было показано, что в модели воспалительного колита у крыс введение мелатонина подавляет мРНК, белок экспрессии фактора некроза опухоли-α (TNF-α) и молекулу клеточной адгезии-1 (ICAM-1) в тканях толстой кишки [25].
В другом исследовании стриарные нейроны мыши культивировали и подвергали кислородному и глюкозному голоданию (КГГ). Авторы хотели выяснить: напрямую ли мелатонин подавляет апоптоз нейронов после гипоксии/ишемии? Результаты показали, что мелатонин предотвращает КГГ-индуцированную митохондриальную деполяризацию мембраны и упраздняет NMDA-индуцированное увеличение уровня внутриклеточного Ca2+. Эти данные дают возможность
предположить, что антиапоптический эффект мелатонина реализуется через ингибицию митохондриальной проницаемости.
Недавние исследования показали, что мелатонин может снижать уровень глутамат или H2O2-индуцированный апоптоз в C6 астроглиальных клетках, а как известно, астроциты играют важную роль в поддержании гомеостаза головного мозга [26].
Не так давно для получения окклюзии мозговых артерий был изобретен лазерный луч, при использовании которого получают эмболы, по составу похожие на те, которые образуются у людей при инсульте, что делает данную модель инсульта практически идеальной. Исследования показали, что при окклюзии, индуцированной лазерным лучом, применение мелатонина в сочетании с тканевым активатором плазминогена (ТАП) в начале окклюзии СМА или через 6 часов после реперфузии уменьшает ТАП-индуцированную iNOS экспрессию и геморрагическое пропитывание, а также наблюдается восстановление уровня р-AKT (внутриклеточного фермента, одного из трех членов семейства протеинкиназ B). Соответственно, мелатонин уменьшает повреждение мозга, возникающее при использовании тромболитических агентов на моделях инсульта у животных [27–29].
Кроме того, было показано, что мелатонин снижает перекисное окисление липидов в острой (4 и 24 часа) и подострой фазах (день 10) ишемического инсульта у животных по сравнению с контрольной группой, не получавшей терапию мелатонином, что было подтверждено при помощи биохимических анализов [30].
В целом в острой стадии церебральной гипоксии/ишемии мелатонин действует в нескольких направления, снижая уровень повреждения головного мозга, а именно:
• уменьшает окислительный стресс;
• помогает митохондриям сохранять свои функции;
• снижает эксайтотоксичность;
• подавляет воспаление;
• уменьшает апоптоз.
Мелатонин показывает свою эффективность и через 120 дней после глобальной ишемии головного мозга. Был выполнен эксперимент, в котором крыс подвергали ишемии головного мозга в течение 15 минут, мелатонин вводили внутривенно через 30 минут после окончания ишемии и продолжали вводить в течение 6 последующих часов. Обучаемость, которую тестировали при помощи водного лабиринта Морриса, и оперативную память, которую тестировали при помощи радиального лабиринта Ольтона, оценивали через 90 дней после ишемии. Подвергли исследованию также пирамидальные нейроны в области Cornus Ammoni и III и V слои медиальной префронтальной коры на 120-й день
после травмы (в конце поведенческого тестирования). Было показано, что глобальная ишемия вызывает значительные проблемы с оперативной памятью, ухудшает обучаемость, а также снижает число пирамидальных нейронов в Cornus Ammoni. Как и ожидалось, животные, получившие мелатонин, показали значительно лучшие результаты по поведенческому тестированию, чем не получившие терапию мелатонином. Кроме того, мелатонин предохранил от ишемически индуцированных потерь пирамидальных нейронов в области Cornus Ammoni по сравнению с группой контроля. Было
показано, что мелатонин активирует Ca2+-зависимые α-изоформы протеин-киназы С (ПКС) и связывается с Ca2+-активированным кальмодулином, тем самым помогая сохранению цитоскелета нейронов после повреждения головного мозга [31, 32].
Было выявлено также гендерное различие в чувствительности к терапии мелатонином: самкам крыс требуются более низкие дозы мелатонина для получения нейропротекции после окклюзии СМА по сравнению с особями мужского пола, что, очевидно, связано с защитной ролью эстрадиола при церебральной ишемии [33]. Было высказано предположение, что эстроген и мелатонин имеют синергетическое влияние и играют важную роль в определении тяжести ишемии головного мозга. Кроме того, по мнению ряда авторов, терапия мелатонином должна быть проведена своевремен-
но, в идеал – в течение трех часов от момента возникновения ишемического инсульта, т. к. препарат обладает мощным антиоксидантным и противовоспалительным действием, максимально полно проявляет свои свойства именно в этот временнóй период [34].
В современной фармакологии существует синтезированный мелатонин (Мелаксен, Юнифарм) по 3 мг
в таблетке. Это химический аналог биогенного амина мелатонина, который синтезирован из аминокислот растительного происхождения и является синтетическим аналогом гормона эпифиза. Мелаксен нормализует циркадные ритмы, регулирует цикл сон–бодрствование, проявляет иммуностимулирующие и выраженные антиоксидантные свойства, обладает адаптогенным эффектом, что с успехом может быть применено пациентами с инфарктами головного мозга. Мелаксен назначают по ½–1 таблетке 1 раз в сутки за 30–40 минут перед сном, максимальная суточная доза не должна превышать 6 мг
(2 таблетки).
