Heart Therapy
 Scientific American (January 2017), 316, 38-43 Published online: 20 December 2016 | doi:10.1038/scientificamerican0117-38 | |
|---|---|
|
Harnessing the organ's own healing properties may help prevent heart attacks and lessen the painful effects of severely narrowed coronary arteries |
Сердце человека сокращается более 100000 раз ежедневно, перекачивая почти 2000 галлонов (галлон с США - 3,785 л в Великобритании - 4,564 л) богатой кислородом крови через аорту в остальную часть тела. Около 5% этой крови находит свой путь через две крупные коронарные артерии, которые поставляют её в сеть всё уменьшающихся кровеносных сосудов, чтобы питать каждое волокно сердечной мышцы.
Если иногда кровяной сгусток или атеросклеротическая бляшка в стенке артерии прерывает кровообращение в одном или нескольких местах коронарных артерий, то блокируется доставка в клетки сердца кислорода и питательных веществ. Голодающая часть сердечной мышцы погибает. В зависимости от того насколько протяженное повреждение нарушается собственно функция сердца или даже останавливается его работа, приводя к смерти.
Новейшая терапия, которая уменьшает симптомы грудной жабы (боль в груди), драматически улучшает качество жизни у многих пациентов. Сердце имеет свой собственный способ борьбы с блокадой коронарных артерий. Оно может развивать новые каналы - наз. коллатеральными сосудами - которые перенаправляют кровоток по нескольким новым направлениям к областям с кислородным голоданием в сердечной мышце. Коллатеральные сосуды присутствуют с момента рождения, но они обычно не несут кровь. Они могут становиться более крупными и могут даже возникать вновь после тяжелой блокады или сужения коронарных артерий, но лишь спустя несколько недель. Но очень часто естественное кровообращение через коллатерали не достигает цели.
Пока наши усилия - включающие инъекции различных белков, генов и клеток в сердце - не привели к излечению.
По разным причинам стандартное лечение с помощью лекарств, стентов или хирургических вмешательств не может помосчь миллионам пациентов с грудной жабой во всем мире и 850000 пациентам, живущим в США. Collateral Formation Первой ступенью в направлении стимуляции роста и развития новых кровеносных сосудов в сердце является понимание, почему коллатеральные сосуды иногда возникают и созревают сами по себе. Предполагается существование двух разных сил, способствующих имеющимся коллатеральным каналам превращаться в артерии среднего размера: повышение кровотока в коллатеральных каналах или снижение кислорода в поврежденной сердечной мышце. Давление внутри артерии позади закупорки снижается. Это снижение вызывает дисбаланс, в результате кровь начинает поступать в "нижестоящие" коллатерали из неповрежденных областей сердца. В то же самое время сердечная ткань позади места сужения артерии получает меньше кислорода.
Сегодня считается, что оба процесса играют важную роль в развитии кровообращения через коллатерали в сердце человека. Новый кровоток во вспомогательные каналы создает сдирающие усилия (shear forces), которые заставляют внутреннюю выстилку высвобождать белки, наз. факторами роста, которые способствуют тому, чтобы стенка становилась сильнее и увеличивался внутренний диаметр. В дальнейшем вновь созревшие артерии увеличивают кровоток. Между тем отсутствие кислорода в сердечной мышце стимулирует высвобождение иных факторов роста, которые запускают образование новых коллатеральных каналов, которые могут стать малыми артериями.
Известно, что пока 20 - 30% кардиальных пациентов имеют хорошо развитое коллатеральное кровообращение. Никто не знает почему, но коллатеральная сеть у большинства людей с болезнью коронарных артерий не развивается до такой степени, чтобы преодолеть блокаду своих коронарных артерий. Некоторые исследования указывают на то, что высокие уровни холестерина в крови и повреждения мелких кровеносных сосудов вызываются диабетом, в частности, он может мешать способности коллатеральных каналов к изменению.
При изучении 845 человек с серьезными болезнями сердца, опубликованном в 2013, Christian Seiler из University Hospital of Bern в Швейцарии с колл. показали, что пациенты, чьё коллатеральное кровообращение работает, и может замещать, по крайней мере, 25% их обычного коронарного кровообращения, были на 67% менее склонны погибать от проблем с сердцам в течение 10 лет. Research Challenges В последнее время исследователи выявили один доказанный метод улучшения коллатеральной циркуляции в сердце: упражнения, которые заставляют орган выполнять более высокого уровня работу, чем в норме в течение продолжительного периода. Исследование в Германии 60 мужчин с серьезной болезнью коронарных артерий, опубликованное в 2016, продемонстрировало, что 10 ч высокой интенсивности или 15 ч умеренной интенсивности упражнения каждую неделю в течение мес. повышают количество крови, протекающей через коллатеральную сеть, составляет примерно 40%. Группа с умеренным уровнем упражнений 6-8 раз в день с производительностью (capacity) 60%, при этом 100% усилий не сопровождались болями в груди. Группа с высокой интенсивностью упражнений 4 раза в день с 95% производительностью (capacity) (уровень, при котором люди иногда ощущают боль в груди) - все они находились под наблюдением оптного врача и персонального тренера. 40% улучшение, по-видимому, составляет теоретический максимум, который физиологически возможен, исходя из лаб. исследований собак, которые показали, что сеть коллатералей может обеспечить до трети еормального кровообращения в коронарных артериях.
По-видимому, существенная физическая активность повышает давление в коронарных артериях, это, в свою очередь, понуждает поступать кровь в коллатеральные сосуды. Регулярные ежедневные тренировки стимулируют ширину сосудов и толщину стенок, что позволяет пропускать больше крови. Запускают ли упражнения рост новых коллатеральных сосудов остается неясным, поскольку такие сосуды, даже если образуются, настолько малы, что трудны для обнаружения на ангиограммах и при рентгеновском сканировании.
Однако, даже умеренные упражнения не являются оптимумом для большинства людей с прогрессирующим сердечным заболеванием. Некоторые из ранних попыток были сконцентрированы на двух разных белках VEGF и FGF - которые стимулируют рост кровеносных сосудов. Вообще-то самой большой проблемой для клиницистов является доставка больших количеств белка в течение длительного периода, чтобы в сердце сформировались новые кровеносные сосуды. Между тем др. части кровеносной системы а теле реагировали плохо, вызывая падение кровяного давления, поэтому экспериментальные исследования были остановлены.
Возникла идея инъецировать гены, содержащие молекулярные инструкции для создания VEGF, FGF или др. белков непосредственно в сердце, обычно помещая гены в относительно доброкачественные вирусы, чтобы инфицировать ими кардиальные клетки. Будучи успешно имплантированными, эти гены могут испускать необходимые факторы роста в течение продолжительного периода там, где они необходимы. Хотя ученые фактически вызывают появление и созревание коллатеральных кровеносных сосудов в сердце лабораторных животных, не производится крупномасштабных клинических исследований по генной терапии, которые бы продемонстрировали достоверное улучшение - вообще-то из-за того, что инъецированные гены не достигали в достаточном количестве сердечной мышцы. В моей компании, Angionetics, разрабатывается одно из таких лекарственных средств, базируясь на гене для FGF. Наши исследования установили, что должен существовать более эффективный метод для доставки генетического материала в более широкую область сердца, что важно для формирования достаточного количества новых коллатеральных сосудов. U.S. Food and Drug Administration предоставила разрешение в сентябре 2016 на проведение продвинутого тестирования нашего продукта на 320 людях.
Наконец, некоторые исследователи пытаются использовать т. наз. стволовые клетки взрослых, забирая от пациентов выборки костного мозга или крови в попытке заставить больное сердце формировать добавочные кровеносные сосуды. Разумным является то, что эти стволовые клетки могут продуцировать разнообразные ростовые факторы - в точно подобранной комбинации - чтобы генерировать соотв. количества коллатеральных кровеносных сосудов. Однако, не всегда легко идентифицировать сколько из инъецированных клеток остаются функциональными в сердце. Тем не менее, некоторые небольшие клинически испытания последних 10 лет привели к обнадеживающим находкам. Но как и в случае белковой и генной терапии не достигнуто существенных успехов при крупных клинических испытаниях по клеточной терапии. Lessons Learned Исторически исследователи в своей экспериментальной терапии избирали один из трех путей доставки: непосредственно в сердечную мышцу, откуда агент распространялся на небольшую область между мышечными волокнами; введение через вену в сердце, проталкивая его обратно против кровотока; или вводя в коронарные артерии. Установлено, что существует единственный путь для проникновения в коллатеральные каналы - это инъекции экспериментальных лекарств в одну или более коронарных артерий. Мы также установили, что временная блокада кровообращения путем введения небольшого баллона внутрь артерии в то же самое время, когда вводится лекарство, делает сосуды более проницаемыми и позволяет более крупным дозам достигать сердца.
По всей вероятности, лекарственные средства, расширяющие существующие коллатеральные сосуды и вызывающие рост новых сосудов, не будут действовать у 20- 30% пациентов с болезнью сердца, т.к. их коллатеральное кровообращение уже хорошо развито. К таких людей, участвующих в наших экспериментах, отсутствие улучшения, с другой стороны, снизить общий показатель; создавая впечатление об отсутствии успеха в лечении.
Кстати, более аккуратный метод измерения коллатерального кровообращения у каждого из пациентов является слишком сложной и дорогостоящей процедурой, чтобы оценить помогло ли лечение. Разрабатываются менее инвазивные техники для подсчета коллатерального кровообращения, но они пока неточны. Мы предлагаем простой, стандартный способ измерения коллатерального кровотока, так что мы можем выявлять наиболее подходящих кандидатов по успешности их действия.
|