Различные природные и техногенные катастрофы сопровождают человечество на протяжении всей его истории. В настоящее время ситуация с бытовым, транспортным, промышленным травматизмом остается крайне напряженной. В последнее время отмечается увеличение количества тяжелых травм, сопровождающихся шоком, травматическим эндотоксикозом, приводящим к смертельному исходу. Еще одной особенностью нашего времени является новый источник массовых повреждений — террористические акты. Представляется актуальным обобщение данных об одном из наиболее сложных вариантов травматической болезни — миоренальном синдроме (МРС).

Миоренальный синдром — комплекс клинических и патоморфологических событий, развивающихся после некроза скелетной мускулатуры различной этиологии. Для него характерно высвобождение в межклеточное пространство клеточного содержимого, что приводит к развитию эндотоксикоза и острой почечной недостаточности. Помимо непосредственных повреждений органов грудной клетки, живота или таза, которые в значительном большинстве случаев заканчиваются фатальным исходом, МРС является одной из наиболее частых причин смерти пострадавших при обрушении зданий, землетрясениях и т.д.

За последние десятилетия накоплены публикации, посвященные патофизиологии, клинико-лабораторной диагностике и стратегиям лечения при МРС, однако довольно ограничена информация по его биохимическим аспектам.

Цель работы — обзор отечественной и зарубежной литературы о молекулярных аспектах патогенеза МРС.

Факторы, провоцирующие рабдомиолиз и МРС

Первоначальным событием при МРС является рабдомиолиз — разрушение клеток скелетной мышечной ткани, приводящее к поступлению токсичных внутриклеточных компонентов во внеклеточную жидкость. Рабдомиолиз может быть следствием травмы и вызван действием на организм немеханических факторов [1].

Травматическую природу имеют синдром длительного раздавливания (СДР) и синдром кратковременного раздавливания (СКР), обычно развивающиеся при действии статической силы сжатия участка тела человека. Этот процесс повреждает мягкие ткани: кожу, подкожную основу и мышцы. СДР и СКР возникают при прямом механическом воздействии повреждающего фактора на ткани обломками зданий при землетрясениях и взрывах домов, деталями автомашин при дорожно-транспортных происшествиях, различными механизмами на производстве, а также в результате окклюзии крупных магистральных и коллатеральных кровеносных сосудов, травмы нервных стволов в сдавленном сегменте. Описан случай СДР при вывихе плеча и наложении фиксирующей повязки. В данном случае вследствие гнойного воспаления плечевого сустава возник отек, который в сочетании с давящим действием фиксирующей повязки вызвал длительное сдавление плеча, некроз мышц с последующим развитием миоглобинурийного нефроза, послужившего причиной острой почечной недостаточности [2].

Причиной синдрома позиционного сдавления (СПС) является длительное пассивное нахождение тела человека в определенном положении: например, на полу или другой твердой поверхности, нередко с подвернутыми под себя или длительно согнутыми в суставах конечностями, что приводит к нарушению кровообращения в тканях. В большинстве случаев при СПС пострадавших обнаруживали в бессознательном состоянии в различных позах: лежащими на боку, спине, животе или сидящими на корточках, иногда находящихся на сиденье машины или на стуле, с ногами, лежащими на спинке кровати или подлокотнике кресла [3]. Это может быть связано с инсультом у пожилых людей, длительным хирургическим вмешательством без адекватной периодической мобилизации пациентов, экзогенной интоксикацией (с сопутствующими эффектами иммобилизации и токсичностью ксенобиотиков) [4]. В результате сдавления возникает ишемия сегмента конечности или конечности целиком в комбинации с венозным застоем, травматизацией и сдавлением крупных нервных стволов. Происходит механическое разрушение главным образом мышечной ткани с освобождением большого количества токсичных продуктов метаболизма. К таким продуктам относятся молочная кислота, тромбопластин, креатинкиназа, фосфаты, креатин и др., однако наиболее значимые из них миоглобин и ионы кальция [5].

Следует отметить, что в настоящее время в отечественной и зарубежной литературе достаточно много терминов, обозначающих данный вид повреждения: СДР, СКР, СПС, травматическая токсемия, краш-синдром, посттравматическая почечная недостаточность, травматический токсикоз. По нашему мнению, все они являются синонимами одного и того же состояния организма, развивающегося закономерно в ответ на компрессию мягких тканей. Предлагаем обозначать данный вид повреждения как миоренальный синдром — МРС и рассматривать СДР, СКР, СПС как его частные случаи.

Среди нетравматических факторов физической природы, действующих на организм и приводящих к развитию МРС, можно выделить внешние (ожоги, поражение электрическим током) и внутренние (избыточное напряжение, судороги, астматический статус) [6]. Чрезмерная мышечная активность вызывает рабдомиолиз вследствие напряженных занятий спортом (как правило, у марафонцев), связанных с чрезмерной мышечной активностью, а также в сочетании с такими заболеваниями, как эпилепсия, столбняк. Электрические травмы тоже являются частой причиной рабдомиолиза из-за комбинации тетанического сокращения мышц и прямого воздействия электричества на мышечные волокна [7, 8].

Среди инфекционных заболеваний, которые могут быть связаны с развитием рабдомиолиза, наиболее значимыми являются некоторые бактериальные (например, легионеллез) и вирусные (грипп A и B, вирусы Коксаки, Эпштейна—Барра и др.) инфекции [9]. Описаны случаи заболевания SARS-CoV-2, приводящие к рабдомиолизу как позднему осложнению COVID-19. Среди возможных причин вирусного разрушения миоцитов выделяют прямую вирусную инвазию и гипериммунный ответ [10, 11]. Известно, что начальным этапом заражения является проникновение коронавируса SARS-CoV-2 в клетки-мишени, имеющие рецепторы ангиотензинпревращающего фермента II типа (АПФ2), который экспрессирован в различных тканях, в том числе в мышечной. Вследствие нарушения регуляции ренин-ангиотензин-альдостероновой системы снижается расщепление ангиотензина I и ангиотензина II и происходят повреждение эндотелиальных клеток, нарушение регуляции иммунного ответа и гипервоспаление, вызванное истощением T-клеток и продукцией провоспалительных цитокинов [12].

Различные природные вещества также могут вызывать рабдомиолиз. Наиболее известны цикутоксин, а также алкалоиды, присутствующие в различных видах болиголова. Яд гадюки часто вызывает рабдомиолиз и компартмент-синдром. Это может быть связано с отеком, миотоксичными агентами и геморрагическими факторами, которые в конечном счете приводят к ОПН и гиперкалиемии [13].

Особо следует отметить действие химических факторов, приводящих к рабдомиолизу и МРС, имеющих наибольшее судебно-медицинское значение: алкоголь, наркотические средства и другие вещества, вызывающие зависимость и приводящие к злоупотреблению. Все эти соединения способны либо напрямую индуцировать рабдомиолиз путем повреждающего действия на мышечные волокна, либо косвенно, посредством иммобилизации, сжатия или мышечной гиперактивности [13]. Негативное воздействие этанола на мышечную ткань выражается в разрушении мембран миоцитов, подавлении Na⁺/K⁺-АТФазы, накоплении Ca²⁺ в саркоплазматической сети. Все эти события в совокупности приводят к развитию рабдомиолиза [14]. Еще одной причиной разрушения клеток скелетной мускулатуры могут быть кислотно-щелочные и электролитные нарушения (гипокалиемия, гипофосфатемия, гипомагниемия и гипокальциемия), которые часто возникают у больных алкоголизмом при плохом питании [15]. Повреждение мышц может быть вызвано также активированными нейтрофилами, которые проникают в мышечную ткань и высвобождают протеазы в ответ на накопление токсичного клеточного содержимого. Индукция иммунного пути этанолом подтверждена введением кортикостероидов, что помогло уменьшить воспалительную реакцию и потенциально снизило вторичное иммуноопосредованное повреждение мышц [16].

Рабдомиолиз, спровоцированный употреблением кокаина, может развиться в связи с такими состояниями, как судороги, чрезмерная мышечная активность, гипертермия, гипоксия тканей из-за сдавления конечностей после потери сознания и гиповолемии [17].

В отдельных работах [18] указано на развитие тяжелого рабдомиолиза при употреблении синтетических каннабимиметиков — сравнительно новой группы синтетических наркотических веществ, входящих в состав курительных смесей (например, «Spice») и вызывающих схожие эффекты с растительными каннабиноидами.

Рабдомиолиз может вызывать большое количество лекарственных препаратов: бензодиазепины, статины, нейролептики, ингибиторы протонной помпы, левофлоксацин, кофеин, прегабалин [13, 19].

При тяжелом отравлении угарным газом (CO) называют два механизма, которые вызывают рабдомиолиз: мышечное повреждение в результате гипоксии и компрессия участка мягких тканей, особенно если пострадавший остается без сознания на твердой поверхности в течение длительного времени [13].

Таким образом, рабдомиолиз — угрожающий жизни клинико-морфологический синдром, вызванный действием факторов травматической и нетравматической природы, приводящий к миоглобинурии, электролитным нарушениям и острому повреждению многих органов, основными из которых являются почки. Знание этиологии МРС позволит правильно оценить влияние факторов на организм, способных вызвать МРС, для верной интерпретации данных, полученных в ходе судебно-медицинской экспертизы.

Биохимические аспекты рабдомиолиза

Известно два типа мышечных волокон, классифицируемых по их метаболическим особенностям. Волокна I типа («медленные») характеризуются окислительным типом метаболизма и имеют высокое содержание миоглобина и митохондрий в миоцитах. Волокна II типа («быстрые») являются преимущественно гликолитическими (низкое количество митохондрий и небольшое содержание миоглобина) [20]. Мышечные волокна I типа значительно превалируют (98%), следовательно, разрушение мышц будет сопровождаться и массивным выбросом миоглобина в кровь.

Большинство форм некроза мышц вызвано нарушениями энергетического обмена клетки и, как следствие, истощением запасов АТФ, приводящим к глубоким нарушениям ионного гомеостаза миоцитов, в частности к цитозольной перегрузке Ca²⁺. Это является триггером разрушения миоцитов. Существуют и другие механизмы нарушения кальциевого гомеостаза. Физическая травма или токсическое повреждение приводят к притоку Ca²⁺ через саркоплазматическую мембрану. При истощении АТФ нарушается работа Ca²⁺-АТФазы, индуцирующее увеличение содержания свободного кальция. Приток Na⁺ по трансмембранному градиенту стимулирует Na⁺/Ca²⁺-обмен, что дополнительно истощает остаточный пул АТФ, в то же время увеличивая концентрацию Ca²⁺. Как только концентрация Ca²⁺ достигает критического уровня, нейтральные протеазы (такие как кальпаин), фосфолипазы (такие как PLA2) и другие деградирующие ферменты активируются, что приводит к повреждению миофибрилл и мембранных фосфолипидов [21].

Кроме того, поврежденные кальцием митохондрии могут генерировать большие количества супероксид-аниона (Q₂^-), являющегося прекурсором таких других активных форм кислорода (АФК), как пероксид водорода и гидроксил-радикал. В последнее время появились данные, что помимо митохондрий существенный вклад в генерацию АФК вносят ферменты, локализующиеся в саркоплазматической сети [22]. АФК быстро накапливаются в начале ишемии в поперечнополосатой мускулатуре, несмотря на ограниченное снабжение кислородом. В этот период основным фактором, влияющим на выработку АФК, является фермент ксантиноксидаза [23]. В присутствии ксантиноксидазы и кислорода гипоксантин может превращаться в ксантин с образованием супероксид-аниона. Во время ишемии быстро накапливаются и ксантиноксидаза, и гипоксантин, что приводит к увеличению продукции Q₂. Важно отметить, что во время ишемии молекулярный O₂ является ограниченным субстратом для этой реакции, но становится вполне доступным во время реперфузии. Это может объяснить большее образование АФК в этот период [24].

При позиционном сдавлении и развивающейся гипоксии быстро истощается содержание кислорода в тканях, соответственно и запасы АТФ. Жизнеспособность клеток, несмотря на это, может оставаться неизменной в течение значительного времени. Это связано с тем, что вызванная давлением окклюзия сосудов ограничивает поступление Ca²⁺ в ишемизированные ткани и, следовательно, предотвращает нагрузку, предупреждая развитие некроза клеток. Кроме того, митохондриальная продукция АФК заметно сокращается во время ишемии в связи со снижением содержания кислорода и активности цепи переноса электронов. При восстановлении кровотока каждый из этих механизмов меняется на обратный: происходят приток Ca²⁺ и быстрое образование свободных радикалов. На основании этого можно сделать вывод, что, хотя механизм повреждения при длительном сдавлении четко определяет степень рабдомиолиза, большинство компонентов его патогенеза активируются только в период реперфузии [25]. В этот же период и миоглобин активно поступает в кровь, оказывая свое токсическое действие.

Таким образом, повреждение мышечной ткани развивается по различным механизмам и приводит к острому повреждению почек. Понимание данных процессов необходимо для правильной экспертной оценки событий, происходивших при действии повреждающего фактора.

Молекулярные механизмы повреждения почек при МРС

Как отмечалось, повреждение мембраны миоцитов приводит к выходу в кровеносную систему клеточного содержимого, включая электролиты, различные ферменты (креатинкиназа, альдолаза, лактатдегидрогеназа) и миоглобин.

Миоглобин является важнейшим белком скелетной мускулатуры, играет роль резервуара внутриклеточного кислорода в мышцах и транспортирует его от плазматической мембраны к митохондриям. Молекула миоглобина представляет собой белок с молекулярной массой 17,5 кДа, состоящий из одной полипептидной цепи, которая содержит 153 аминокислотных остатка и имеет глобулярную структуру. По сравнению с гемоглобином миоглобин обладает более высоким сродством к кислороду, способен связывать O₂ при его низком парциальном давлении у стенок капилляров и транспортировать к митохондриям [26]. В норме в крови живых лиц миоглобин присутствует в следовых количествах (до 70 нг/мл у женщин и до 110 нг/мл у мужчин), ввиду небольших размеров его молекулы легко фильтруется клубочковым аппаратом почек и может быть обнаружен в моче (менее 5 нг/мл). Необходимо отметить, что референсные значения содержания миоглобина для трупной крови составляют 600—10 000 нг/мл [27]. Вследствие резких отличий данного показателя для трупной и цельной крови от живых лиц интерпретировать результаты судебно-биохимического анализа следует с большой осторожностью.

При массивном повреждении мышечной ткани миоглобин в большом количестве попадает в систему кровообращения и вызывает повреждение почечных клубочков и канальцев. Нефротоксические эффекты миоглобина обычно реализуются посредством трех различных механизмов: ренальной вазоконстрикции, внутритубулярной обструкции и прямой токсичности на почечные канальцы [28].

Почечная вазоконстрикция вызвана последовательностью событий, связанных с уменьшением кровотока вследствие развивающейся плазмопотери. В результате перехода внеклеточной жидкости в поврежденные мышечные клетки возникает гиповолемия, которая приводит к активации ренин-ангиотензин-альдостероновой и симпатической нервной систем, а также выбросу вазопрессина, что усиливает вазоконстрикцию. Помимо этого тяжелое повреждение мышечной ткани вызывает генерацию таких эндогенных веществ, как эндотелин-1, тромбоксан A2, фактор некроза опухоли α (TNF-α), повышающих тонус почечных сосудов и усугубляющих повреждение почек [29—31]. Кроме того, выраженная вазоконстрикция снижает скорость клубочковой фильтрации, что способствует увеличению токсичности гемов. Ввиду этого продлевается период их полураспада в кровотоке и усиливаются повреждение проксимальных канальцев и формирование тубулярной обструкции (см. рисунок, на цв. вклейке).

Схематическое изображение механизма повреждения почек при рабдомиолизе.

Schematic view of the mechanism of kidney injury in rhabdomyolysis.

Образование тубулярных цилиндров, приводящих к обструкции почечных канальцев, определяют три основных фактора: кислые значения pH мочи, высокая концентрация миоглобина и присутствие белка Тамма—Хорсфалла. Механизм их формирования заключается в том, что в кислой среде растворимость миоглобина снижается и он образует агрегаты с белками Тамма—Хорсфалла [32]. Данный белок является специфическим почечным антигеном, который экспрессируется на мембранах эпителиоцитов, выстилающих восходящий участок петли Генле [33]. Важно отметить, что белок Тамма—Хорсфалла локализуется в дистальных канальцах нефрона, где чаще всего встречается застой миоглобина, что становится основным местом образования цилиндров и, как следствие, обструкции канальцев.

Прямое цитотоксическое действие на проксимальные канальцы в основном определяется наличием железа в гемовой части миоглобина и заключается в усилении вазоконстрикции, снижении доступности АТФ в митохондриях и, как следствие, в нарушении биоэнергетических процессов в клетке и усугублении ишемии [34].

Формирование активных форм кислорода (АФК) и азота играет важную роль в молекулярной патофизиологии повреждения почек, вызванном миоглобином. Гиперпродукция АФК и азота приводит к повреждению биомакромолекул в результате перекисного окисления липидов (ПОЛ). Повышенное образование супероксид-аниона в клетках канальцев способствует синтезу H₂O₂ под действием марганцевой супероксиддисмутазы. Образующийся H₂Q₂ вступает в реакции Фентона и Габера—Вейса с образованием высокореакционных гидроксильных радикалов (QH^-), так как белки цепи переноса электронов в митохондриях содержат в качестве кофакторов металлы (комплексы II, III и IV). Можно предположить, что и увеличение концентрации железосодержащего белка миоглобина также будет способствовать увеличению продукции QH^-. АФК также инактивируют железосерные (Fe-S) центры первых трех комплексов дыхательной цепи митохондрий, а также аконитазу цикла Кребса, что уменьшает синтез АТФ, приводит к энергодефициту и еще большему производству АФК [35].

Оксид азота (NO) вступает в реакцию с супероксид-анионом с образованием высокореактивного соединения — пероксинитрита, который вызывает апоптоз, необратимое ингибирование ЦПЭ, дефицит АТФ и гибель клеток [36].

Кроме того, сам миоглобин способен проявлять активность пероксидазоподобного фермента и приводить к неконтролируемому окислению биомолекул [37]. Чтобы миоглобин индуцировал ПОЛ, железо гема (Fe²⁺) должно быть в окисленной форме (Fe³⁺). Показано, что этот процесс зависит от pH: щелочные условия предотвращают вызванную миоглобином липопероксидацию путем стабилизации реактивного комплекса феррил-миоглобин [37]. Возможно и прямое взаимодействие миоглобина с митохондриями, приводящее к высвобождению ионов железа из гема и окислительному повреждению мембран митохондрий.

В результате приведенных ранее биохимических событий развивается почечный тип терминального состояния. Морфологически для него характерны пигментный миоглобинурийный некротический нефроз со значительной распространенностью поражения канальцев, обтурация их просветов, паретическое расширение оптически пустых петель капилляров клубочков, набухание и десквамация подоцитов, резкий отек межуточной ткани, полнокровие сосудов, стаз и значительные повреждения иной природы (воспаление, кровоизлияния). Клинически это проявляется признаками протеинурии, уробилинурии, олигоурии, анурии, гиперкалиемии, азотемии, высоким содержанием креатинина и мочевины в сыворотке крови, кислотно-щелочным дисбалансом. Смерть обычно наступает от почечной недостаточности [38].

Заключение

Таким образом, обзор отечественной и зарубежной литературы показал, что миоренальный синдром включает массивное разрушение скелетной мышечной ткани, сопровождающееся повреждением различных органов, в первую очередь почек. Рабдомиолиз — основной фактор в механизме смерти при МРС в результате воздействия механической силы, химических, биологических влияний на организм, о чем необходимо помнить при интерпретации полученных данных и установлении судебно-медицинского диагноза. Знание молекулярных аспектов патогенеза МРС поможет улучшить понимание патофизиологии данного состояния и оптимизировать меры по его судебно-медицинской диагностике.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.