Повысить скорость ферментативных реакций в желудке

В упрощенном виде энергетическое состояние клеток (ткани) может быть охарактеризовано как отношение действующих масс АТФ-системы – АТФ/АДФ. По существу оно отражает текущий баланс между расходом энергии на поддержание жизнеспособности и функций клетки и продукцией АТФ в ходе субстратного (гликолитического) и окислительного фосфорилирования. Последнее играет, разумеется, решающую роль и полностью зависит от сохранения нормальной функциональной структуры митохондрий (ионная проницаемость внешней и внутренней мембран, их заряд, упорядоченность расположения и работы ферментов дыхательной цепи и фосфорилирования АДФ и др.), поступления кислорода в количестве, превышающем порог использования митохондриями, от снабжения субстратами окисления и ряда других причин, весьма подробно рассматриваемых биохимиками. Нарушения механизма продукции энергии в «шоковой клетке» неоднозначны, как и причины, их вызывающие. Несомненно, ведущую роль играет сложная по природе гипоксия в результате расстройств внешнего дыхания, кровообращения в легких, кислородтранспортной функции крови, нарушений системного, регионарного кровообращения и микроциркуляции, эндотоксемии. Поэтому борьба с гипоксией на разных уровнях восстановления кислородного каскада с помощью инфузионной терапии, различных сердечно-сосудистых и антитромботических средств остается главным путем ее профилактики и лечения. Вторая по важности причина нарушений биоэнергетики, в значительной мере вторичная к гипоксии – повреждение мембранных структур, в частности митохондрий, была рассмотрена выше.

Нарушение энергетического гомеостаза клетки и повреждение ее мембранных структур ставит перед фармакологами задачу разработки средств, защищающих клетку при шоке и нормализующих ее энергетический обмен. «Реанимация на клеточном уровне» при травмах и шоке – один из путей решения проблемы предупреждения необратимых состояний. С развитием этого направления связаны реализация новых идей и надежды на удовлетворительное решение проблемы фармакологической защиты организма при травмах и шоке. Разработка антигипоксантов, лекарственных средств, способных уменьшать или ликвидировать последствия кислородного голодания, может стать одним из таких перспективных подходов и сыграть ключевую роль в метаболической «реанимации клетки» при шоке.

Улучшение энергетического статуса клетки может быть достигнуто либо за счет снижения затрат АТФ на выполнение специфической работы (например, большие дозы барбитуратов при ишемии мозга, бета-адренолитиков или антагонистов кальция при ишемии миокарда), либо путем оптимизации использования дефицитного кислорода митохондриями и клеткой в целом и повышения продукции АТФ в ходе гликолиза, и наконец, за счет восполнения внутриклеточного фонда АТФ вводимыми извне высокоэнергетическими соединениями. Лекарства, повышающие тем или иным путем энергетический потенциал клетки, можно разделить применительно к профилактике и терапии шока на четыре группы:

1. антигипоксанты гутиминовой группы (их объединяет общность защитных свойств, установленных или постулированных механизмов действия);
2. экзогенные высокоэнергетические соединения;
3. субстраты окисления, ферменты и коферменты дыхательной цепи;
4. препараты других фармакологических групп.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]

Субстраты окисления, ферменты и коферменты дыхательной цепи

Массивный выброс катехоламинов при шоке сопровождается снижением толерантности организма к глюкозе, которая обусловлена не только гликогенолизом, но также, особенно в начальной фазе шока, снижением содержания инсулина вследствие стимуляции альфа-рецепторов В-клеток поджелудочной железы. Поэтому фармакологическая регуляция метаболизма в клетке при шоке и ишемии должна предусматривать улучшение доставки глюкозы в клетку и включение ее в энергетический обмен. Как пример такого терапевтического подхода можно привести направленное воздействие на метаболизм миокарда «реполяризующего раствора» (глюкоза+инсулин+калий), переключающего метаболизм миокарда с окисления жирных кислот на энергетически более выгодную глюкозу. Такая комбинация с успехом используется для лечения шока при инфаркте миокарда и при сердечно-сосудистой недостаточности другой этиологии. Применение «реполяризующего раствора» при инфаркте миокарда стимулирует поглощение сердцем глюкозы, тормозит окисление НЭЖК, способствует приникновению калия в миокардиоциты, стимулирует окислительное фосфорилирование и синтез АТФ. Сходное действие в присутствии инсулина, но не глюкозы, оказывает и гутимин.

В анаэробных условиях, помимо гликолиза, синтез АТФ возможен при обращении реакций в дикарбоновой части цикла трикарбоновых кислот с образованием сукцината как конечного продукта. При этом в ходе восстановления фумарата в сукцинат, помимо АТФ, образуется окисленный НАД , однако ацидоз, накопление сукцината и дефицит гексоз лимитируют эту реакцию. Попытки использовать в клинике фосфорилированные гексозы типа эфира Кори (глюкозо-1-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат) оказались практически мало успешными.

Одной из причин субстратного голодания при шоке является возникновение своеобразного блока на пути вхождения пирувата в цикл трикарбоновых кислот. Поэтому одним из путей повышения энергетического потенциала клетки может служить использование субстратов цикла трикарбоновых кислот и, в первую очередь, сукцината и фумарата. Применение сукцината при различных формах кислородного голодания теоретически хорошо обосновано М. Н. Кондрашовой и соавт. (1973). При кислородном голодании клетка в основном использует янтарную кислоту, так как ее окисление не связано с НАД+. В этом заключается несомненное преимущество сукцината перед НАД-зависимыми субстратами (например, альфа-кетоглутаратом). Реакция окисления в клетке сукцината в фумарат представляет собой как бы «боковой вход» в дыхательную цепь и не зависит от конкуренции с другими субстратами за НАД+. Образование сукцината возможно и в цикле Робертсона, промежуточными метаболитами которого являются ГАМК, ГОМК и янтарный полуальдегид. Со стимуляцией образования сукцината связывают и противогипоксическое действие натрия оксибутирата. Включение в рецептуры противошоковых плазмозамещающих растворов сукцината и фумарата позволяет значительно повысить их гемодинамические эффекты и лечебное действие при геморрагическом и ожоговом шоке.

Нарушение при шоке транспорта электронов по дыхательной цепи настоятельно диктует необходимость применения средств, избирательно воздействующих на окислительно-восстановительные процессы в клетке. Можно полагать, что применение антигипоксантов с электронакцепторными свойствами типа естественного переносчика электронов цитохрома С или синтетических переносчиков, позволит в какой-то мере компенсировать недостаток конечного акцептора электронов – кислорода и частично восстановить окислительное фосфорилирование. При этом преследуются определенные цели: «снятие» электронов с промежуточных звеньев дыхательной цепи и окисление пиридиннуклеотидов в цитозоле; предупреждение накопления высоких концентраций лактата и ингибирование гликолиза, создание условий для дополнительного, помимо гликолиза, реакций субстратного фосфорилирования, поставляющих АТФ.

Препараты, способные формировать искусственные редокс-системы, должны удовлетворять следующим требованиям:

1. иметь оптимальный редокс-потенциал;
2. обладать конформационной доступностью для взаимодействия с дыхательными ферментами;
3. иметь способность осуществлять как одно-, так и двухэлектронный перенос.

Такие свойства имеются у некоторых ортобензохинонов и 1,4-нафтохинонов.

Так, представитель орто-бензохинонов анило-метил-орто-бензохинон способен взаимодействовать как с митохондриальным фондом пиридиннуклеотидов, так и с экзогенными НАД и НАДН. У этого препарата установлено наличие способности переносить электроны с коэнзима Q или метадионредуктазы не только на цитохром С, но и непосредственно нa кислород. Способность бензохинонов осуществлять внемитохондриальное окисление НАДН, образующегося в ходе гликолипа, предупреждает накопление высоких концентраций лактата и торможение им гликолиза. Положительными характеристиками искусственных переносчиков электронов служат их возможности тормозить продукцию лактата, которые более выражены, чем у препаратов гутиминовой группы, и повышать pH клетки. Наряду с этим, производные ортобензохинонов способны осуществлять функциональные связи между комплексами дыхательной цепи, включая пункты сопряжения, выполняя при этом «челночные функции», аналогично убихинону.

Убихинон или кофермент Q представляет собой жирорастворимый хинон, структурно связанный с внутренней мембраной митохондрий, выполняющий в клетке коллекторную функцию, собирая восстановленные эквиваленты не только от НАДН-дегидрогеназы, но и от ряда других флавинзависимых дегидрогеназ. Применение эндогенного убихинона в эксперименте при острой ишемии миокарда уменьшало размеры инфарктной зоны миокарда, снижало содержание лактата в крови и активности сывороточных креатинкиназы и лакгатдегидрогеназы. Убихинон «смягчал» истощение в ишемической зоне миокарда запасов КФК и ЛДГ и содержание фосфокрелтина в миокарде. Положительный эффект убихинона отмечен н при ишемии печени.

Антигипоксанты гутиминовой группы

Механизм противогипоксического действия препаратов этой группы поливалентен и на молекулярном уровне фактически не выяснен. В большом же числе экспериментальных и меньшем – клинических исследований доказательства довольно высокой эффективности препаратов носят феноменологический характер. В этой группе лучше других изучено защитное действие гутимина и амтизола при шоке, ишемии миокарда и мозга, почек, печени, при внутриутробной гипоксии плода. Гутимин и его аналоги снижают кислородный запрос тканей, причем это снижение легко обратимо и достигается в результате экономного использования кислорода, а не снижения функциональной активности органов.

При шоке, как известно, накопление продуктов гликолиза (в основном лактата) в сочетании с дефицитом субстратов окисления и повышением восстановленности пиридиннуклеотидов лимитируют интенсивность гликолиза, ингибируя активность лактатдегидрогеназы. В этих условиях можно достичь перевода гликолиза на алактатный путь либо мобилизацией глюконеогенеза, либо переключением цикла Кребса на окисление пирувата вместо жирных кислот. Применение гутимина и его аналогов позволяет реализовать, в основном, первый фармакологический подход. Препараты этой группы повышают транспорт глюкозы в клетки в условиях гипоксии, активируют гликолиз в мозге, сердце, печени и тонкой кишке. В то же время они уменьшают накопление лактата в органах и глубину метаболического ацидоза. В условиях достаточного снабжения печени и почек кислородом препараты гутиминовой группы стимулируют глюконеогенез, ингибируют липолиз, индуцированный катехоламинами и АКТГ.

Гутимин и его аналоги стабилизируют биологические мембраны, поддерживая их электрический потенциал и осмотическую резистентность, уменьшают выход из клеток ряда ферментов (ЛДГ, КФК, трансфераз, фосфатаз, катепсина). Одним из наиболее существенных проявлений защитного действия антигипоксантов группы гутимина на мембранные структуры является сохранение структурной целостности и функциональной активности митохондрий при кислородном голодании. Гутимин препятствует нарушению кальцийтранспортной функции мембран митохондрий, способствуя тем самым поддержанию сопряжения и фосфорилирования.

[10], [11], [12], [13], [14]

Экзогенные высокоэнергетические соединения

С целью регуляции обменных процессов в клетке при шоке и ишемии предпринимались многочисленные попытки использовать парентеральное введение АТФ. Расчет на весомый энергетический вклад экзогенного АТФ в энергетику клетки малореален, так как при введении препарата в сосудистое русло он быстро гидролизуется. Включение АТФ в липосомы позволило пролонгировать действие препарата и повысить его антигипоксическую активность.

Большое число исследований посвящено использованию комплекса АТФ-М5С12 при различных формах острого «энергетического крисиза» клетки: при геморрагическом шоке и тяжелых ожогах, сепсисе и перитоните, эндотоксиновом шоке и ишемических повреждениях печени. Убедительно доказано, что при шоке и ишемии различных органов (сердце, печень, почки) АТФ-М^С^ нормализует энергетический гомеостаз и функции клетки, корригируя нарушения ее метаболизма, стимулируя процессы синтеза эндогенного АТФ, однако сведения о ее клиническом применении отсутствуют. Механизм действия АТФ-М5С12 на уровне клетки не вполне ясен. Известно, что в цитоплазме, для которой характерно высокое содержание ионов Mg2+, АТФ и АДФ присутствуют главным образом в виде комплексов с магнием – М5-АТФ2~ И MgAДФ~. Во многих ферментативных реакциях, в которых АТФ участвует в качестве донора фосфатной группы, активной формой АТФ является именно его комплекс с магнием – М5АТФ2~. Поэтому можно предположить, что экзогенный комплекс АТФ-М5С12 способен достигать клетки.

Другой представитель высокоэнергетических фосфатов – фосфокреатин (неотон) – с успехом используется в лечебных целях при ишемии миокарда. Защитное действие фосфокреатина при ишемии миокарда обусловлено аккумуляцией его миокардом, сохранением адениннуклеотидного пула и стабилизацией клеточных мембран. Полагают, что менее выраженное повреждение сарколеммы кардиомиоцитов и менее выраженный гидролиз адениннуклеотидов в ишемизированном миокарде после введения фосфокреатина связан, по-видимому, с ингибированием активности 5-нуклеотидазы и фосфатазы. Аналогичные эффекты при ишемии миокарда вызывает и фосфокреатин.

[15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24]

Препараты других фармакологических групп

К этой группе препаратов следует отнести натрия оусибутират и пирацетам.

Натрия оксибутират (гамма-оксимасляная кислота, ГОМК) обладает выраженной противогипоксической активностью и повышает устойчивость организма, в том числе тканей мозга, сердца и сетчатки глаза к кислородному голоданию, и оказывает противошоковый эффект при тяжелых травмах и кровопотере. Спектр ее влияний на метаболизм клетки весьма обширен.

Регуляторное влияние ГОМК на клеточный метаболизм осуществляется путем активирования контролируемого дыхания митохондрий и повышения скорости фосфорилирования. При этом препарат способен активировать цитохромоксидазу, защищать внемитохондриальный фонд АТФ от гидролиза АТФ-азой, тормозить накопление в тканях лактата. Механизм противогипокси- ческого эффекта ГОМК не ограничивается стимуляцией окислительного обмена. ГОМК и продукт ее восстановления – янтарный полуальдегид – предотвращают развитие характерных для гипоксии нарушений азотистого обмена, предупреждая накопление в тканях мозга и сердца аммиака, аланин?