Zdravila, ki povečujejo energetski potencial celic

V poenostavljeni obliki lahko energijsko stanje celic (tkiv) označimo kot razmerje aktivnih mas sistema ATP - ATP/ADP. V bistvu odraža trenutno ravnovesje med porabo energije za ohranjanje vitalnosti in funkcij celice ter proizvodnjo ATP med substratno (glikolitično) in oksidativno fosforilacijo. Slednja ima seveda odločilno vlogo in je popolnoma odvisna od ohranjanja normalne funkcionalne strukture mitohondrijev (ionska prepustnost zunanje in notranje membrane, njihov naboj, urejenost razporeditve in delovanja encimov dihalne verige in fosforilacije ADP itd.), oskrbe s kisikom v količini, ki presega prag uporabe mitohondrijev, oskrbe z oksidacijskimi substrati in številnih drugih razlogov, ki jih biokemiki podrobno obravnavajo. Motnje v mehanizmu proizvodnje energije v "šok celici" so dvoumne, prav tako pa tudi razlogi, ki jih povzročajo. Nedvomno ima vodilno vlogo hipoksija, ki je kompleksne narave in je posledica motenj zunanjega dihanja, pljučnega obtoka, prenosa kisika v krvi, motenj sistemskega, regionalnega obtoka in mikrocirkulacije, endotoksemije. Zato ostaja boj proti hipoksiji na različnih ravneh obnove kisikove kaskade s pomočjo infuzijske terapije, različnih kardiovaskularnih in antitrombotičnih sredstev glavni način njenega preprečevanja in zdravljenja. Zgoraj je bil obravnavan drugi najpomembnejši vzrok bioenergetskih motenj, ki je v veliki meri posledica hipoksije - poškodba membranskih struktur, zlasti mitohondrijev.

Kršitev energijske homeostaze celice in poškodba njenih membranskih struktur predstavljata problem razvoja sredstev za farmakologe, s katerimi bi zaščitili celico med šokom in normalizirali njen energijski metabolizem. "Oživljanje na celični ravni" pri travmi in šoku je eden od načinov za rešitev problema preprečevanja nepopravljivih stanj. Razvoj te smeri je povezan z udejanjanjem novih idej in upanjem na zadovoljivo rešitev problema farmakološke zaščite telesa med travmo in šokom. Razvoj antihipoksantov, zdravil, ki lahko zmanjšajo ali odpravijo učinke stradanja s kisikom, lahko postane eden takšnih obetavnih pristopov in igra ključno vlogo pri presnovni "oživljanju celice" v šoku.

Izboljšanje energijskega stanja celice je mogoče doseči bodisi z zmanjšanjem porabe ATP za specifično delo (na primer visoki odmerki barbituratov pri možganski ishemiji, beta-adrenolitikov ali kalcijevih antagonistov pri miokardni ishemiji) bodisi z optimizacijo uporabe pomanjkanja kisika s strani mitohondrijev in celice kot celote ter povečanjem proizvodnje ATP med glikolizo in končno z dopolnjevanjem znotrajceličnega bazena ATP z visokoenergijskimi spojinami, vnesenimi od zunaj. Zdravila, ki na tak ali drugačen način povečajo energijski potencial celice, lahko glede na preprečevanje in zdravljenje šoka razdelimo v štiri skupine:

1. antihipoksanti iz skupine gutiminov (združujejo jih skupne zaščitne lastnosti, uveljavljeni ali domnevni mehanizmi delovanja);
2. eksogene visokoenergijske spojine;
3. oksidacijski substrati, encimi in koencimi dihalne verige;
4. zdravila drugih farmakoloških skupin.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Oksidacijski substrati, encimi in koencimi dihalne verige

Masivno sproščanje kateholaminov v šoku spremlja zmanjšana toleranca za glukozo, ki jo povzroča ne le glikogenoliza, temveč tudi, zlasti v začetni fazi šoka, znižana raven insulina zaradi stimulacije alfa receptorjev celic B trebušne slinavke. Zato bi morala farmakološka regulacija celičnega metabolizma v šoku in ishemiji zagotoviti izboljšano dostavo glukoze v celico in njeno vključitev v energetski metabolizem. Primer takšnega terapevtskega pristopa je ciljno usmerjen učinek "repolarizirajoče raztopine" (glukoza + inzulin + kalij) na metabolizem miokarda, ki preklopi metabolizem miokarda z oksidacije maščobnih kislin na energetsko ugodnejšo glukozo. Takšna kombinacija se uspešno uporablja za zdravljenje šoka pri miokardnem infarktu in pri kardiovaskularni odpovedi drugih etiologij. Uporaba "repolarizirajoče raztopine" pri miokardnem infarktu spodbuja absorpcijo glukoze v srcu, zavira oksidacijo NEFA, spodbuja prodiranje kalija v miokardiocite, spodbuja oksidativno fosforilacijo in sintezo ATP. Gutimin ima podoben učinek v prisotnosti insulina, ne pa glukoze.

V anaerobnih pogojih je poleg glikolize možna tudi sinteza ATP z obratom reakcij v dikarboksilnem delu cikla trikarboksilne kisline, pri čemer se kot končni produkt tvori sukcinat. V tem primeru med redukcijo fumarata v sukcinat poleg ATP nastane tudi oksidiran NAD, vendar acidoza, kopičenje sukcinata in pomanjkanje heksoz to reakcijo omejujejo. Poskusi uporabe fosforiliranih heksoz tipa Cori ester (glukoza-1-fosfat, fruktoza-1,6-difosfat) v kliniki so se izkazali za malo praktičnega uspeha.

Eden od razlogov za stradanje substrata v šoku je pojav nekakšne blokade na poti vstopa piruvata v cikel trikarboksilne kisline. Zato je lahko eden od načinov za povečanje energijskega potenciala celice uporaba substratov cikla trikarboksilne kisline, predvsem sukcinata in fumarata. Uporabo sukcinata pri različnih oblikah stradanja s kisikom teoretično dobro utemeljujeta MN Kondrashova in sod. (1973). Med stradanjem s kisikom celica uporablja predvsem jantarno kislino, saj njena oksidacija ni povezana z NAD+. To je nedvomna prednost sukcinata pred substrati, odvisnimi od NAD+ (na primer alfa-ketoglutarat). Oksidacijska reakcija sukcinata v celici v fumarat je nekakšen "stranski vhod" v dihalno verigo in ni odvisna od konkurence z drugimi substrati za NAD+. Nastanek sukcinata je možen tudi v Robertsonovem ciklu, katerega vmesni presnovki so GABA, GHB in jantarni semialdehid. Antihipoksični učinek natrijevega oksibutirata je povezan tudi s spodbujanjem tvorbe sukcinata. Vključitev sukcinata in fumarata v formulacije raztopin proti šoku, ki nadomeščajo plazmo, omogoča znatno povečanje njihovih hemodinamskih učinkov in terapevtskega učinka pri hemoragičnem in opeklinskem šoku.

Motnje transporta elektronov vzdolž dihalne verige v šoku nujno narekujejo potrebo po uporabi sredstev, ki selektivno vplivajo na oksidacijsko-redukcijske procese v celici. Domnevamo lahko, da bo uporaba antihipoksantov z lastnostmi akceptorja elektronov, kot je naravni nosilec elektronov citokrom C ali sintetični nosilci, do neke mere omogočila kompenzacijo pomanjkanja končnega akceptorja elektronov - kisika in delno obnovila oksidativno fosforilacijo. V tem primeru se zasledujejo določeni cilji: "odstranjevanje" elektronov iz vmesnih členov dihalne verige in oksidacija piridinskih nukleotidov v citosolu; preprečevanje kopičenja visokih koncentracij laktata in zaviranje glikolize, ustvarjanje pogojev za dodatne, poleg glikolize, reakcije fosforilacije substrata, ki oskrbujejo ATP.

Pripravki, ki lahko tvorijo umetne redoks sisteme, morajo izpolnjevati naslednje zahteve:

1. imajo optimalen redoks potencial;
2. imajo konformacijsko dostopnost za interakcijo z dihalnimi encimi;
3. imajo sposobnost prenosa enega in dveh elektronov.

Takšne lastnosti najdemo v nekaterih ortobenzokinonih in 1,4-naftokinonih.

Tako lahko predstavnik orto-benzokinonov, anilo-metil-orto-benzokinona, interagira tako z mitohondrijskim skladom piridinskih nukleotidov kot tudi z eksogenima NAD in NADH. Dokazano je, da ima to zdravilo sposobnost prenosa elektronov iz koencima Q ali metadon reduktaze ne le na citokrom C, temveč tudi neposredno na kisik. Sposobnost benzokinonov, da izvajajo ekstramitohondrijsko oksidacijo NADH, ki nastane med glikolipidom, preprečuje kopičenje visokih koncentracij laktata in njegovo zaviranje glikolize. Pozitivne lastnosti umetnih nosilcev elektronov vključujejo njihovo sposobnost zaviranja nastajanja laktata, kar je bolj izrazito kot pri zdravilih iz skupine gutiminov, in zvišanja pH celice. Poleg tega so derivati ortobenzokinonov sposobni izvajati funkcionalne povezave med kompleksi dihalne verige, vključno s konjugacijskimi točkami, hkrati pa opravljajo "funkcije prevoza", podobno kot ubikinon.

Ubikinon ali koencim Q je v maščobi topen kinon, strukturno povezan z notranjo mitohondrijsko membrano, ki v celici opravlja zbiralno funkcijo, saj zbira reducirane ekvivalente ne le iz NADH dehidrogenaze, temveč tudi iz številnih drugih flavin-odvisnih dehidrogenaz. Uporaba endogenega ubikinona v poskusu z akutno miokardno ishemijo je zmanjšala velikost cone miokardnega infarkta, zmanjšala vsebnost laktata v krvi ter aktivnost serumske kreatin kinaze in laktat dehidrogenaze. Ubikinon je "ublažil" izčrpavanje rezerv CPK in LDH v ishemični coni miokarda ter vsebnost fosfokretina v miokardu. Pozitiven učinek ubikinona so opazili pri ishemiji jeter.

Antihipoksanti iz skupine gutiminov

Mehanizem antihipoksičnega delovanja zdravil te skupine je polivalenten in na molekularni ravni ni pojasnjen. V velikem številu eksperimentalnih in manjšem številu kliničnih študij so dokazi o precej visoki učinkovitosti zdravil fenomenološki. V tej skupini je bilo zaščitno delovanje gutimina in amtizola pri šoku, miokardni in možganski ishemiji, ledvicah, jetrih in intrauterini hipoksiji ploda preučeno bolje kot pri drugih. Gutimin in njegovi analogi zmanjšujejo potrebo tkiv po kisiku, to zmanjšanje pa je zlahka reverzibilno in se doseže kot posledica varčne porabe kisika, ne pa z zmanjšanjem funkcionalne aktivnosti organov.

Kot je znano, v šoku kopičenje produktov glikolize (predvsem laktata) v kombinaciji s primanjkljajem oksidacijskih substratov in povečanjem redukcije piridin nukleotidov omejuje intenzivnost glikolize z zaviranjem aktivnosti laktat dehidrogenaze. V teh pogojih je mogoče doseči prenos glikolize na alaktatno pot bodisi z mobilizacijo glukoneogeneze bodisi s preklopom Krebsovega cikla na oksidacijo piruvata namesto maščobnih kislin. Uporaba gutimina in njegovih analogov omogoča predvsem izvajanje prvega farmakološkega pristopa. Zdravila te skupine povečajo transport glukoze v celice v hipoksiji, aktivirajo glikolizo v možganih, srcu, jetrih in tankem črevesu. Hkrati zmanjšajo kopičenje laktata v organih in globino metabolne acidoze. V pogojih zadostne oskrbe jeter in ledvic s kisikom zdravila iz skupine gutiminov spodbujajo glukoneogenezo, zavirajo lipolizo, ki jo povzročajo kateholamini in ACTH.

Gutimin in njegovi analogi stabilizirajo biološke membrane, ohranjajo njihov električni potencial in osmotsko odpornost, zmanjšujejo sproščanje številnih encimov iz celic (LDH, CPK, transferaze, fosfataze, katepsin). Ena najpomembnejših manifestacij zaščitnega učinka antihipoksantov gutiminske skupine na membranske strukture je ohranjanje strukturne integritete in funkcionalne aktivnosti mitohondrijev med stradanjem kisika. Gutimin preprečuje motnje v transportni funkciji kalcija v mitohondrijskih membranah in s tem spodbuja ohranjanje konjugacije in fosforilacije.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Eksogene visokoenergijske spojine

Številni poskusi so bili narejeni, da bi parenteralno dajanje ATP uporabili za uravnavanje celičnih presnovnih procesov med šokom in ishemijo. Pričakovati pomemben energijski prispevek eksogenega ATP k celični energiji je nerealno, saj se ta ob dajanju zdravila v žilje hitro hidrolizira. Vključitev ATP v liposome je omogočila podaljšanje delovanja zdravila in povečanje njegove antihipoksične aktivnosti.

Veliko število študij je posvečenih uporabi kompleksa ATP-M5C12 pri različnih oblikah akutne celične "energijske krize": hemoragičnem šoku in hudih opeklinah, sepsi in peritonitisu, endotoksinskem šoku in ishemični poškodbi jeter. Prepričljivo je bilo dokazano, da pri šoku in ishemiji različnih organov (srca, jeter, ledvic) ATP-M5C12 normalizira energijsko homeostazo in celične funkcije, popravlja presnovne motnje in spodbuja endogene procese sinteze ATP, vendar ni podatkov o njegovi klinični uporabi. Mehanizem delovanja ATP-M5C12 na celični ravni ni povsem jasen. Znano je, da sta v citoplazmi, za katero je značilna visoka vsebnost ionov Mg2+, ATP in ADP prisotna predvsem v obliki kompleksov z magnezijem - M5-ATP2~ in MgADP~. V mnogih encimskih reakcijah, pri katerih ATP sodeluje kot donor fosfatne skupine, je aktivna oblika ATP prav njegov kompleks z magnezijem - M5ATP2~. Zato lahko domnevamo, da je eksogeni kompleks ATP-M5C12 sposoben doseči celico.

Drug predstavnik visokoenergijskih fosfatov, fosfokreatin (neoton), se uspešno uporablja v terapevtske namene pri miokardni ishemiji. Zaščitni učinek fosfokreatina pri miokardni ishemiji je posledica njegovega kopičenja v miokardu, ohranjanja zaloge adeninskih nukleotidov in stabilizacije celičnih membran. Domneva se, da sta manj izrazita poškodba sarkoleme kardiomiocitov in manj izrazita hidroliza adeninskih nukleotidov v ishemičnem miokardu po uvedbi fosfokreatina očitno povezani z zaviranjem aktivnosti 5-nukleotidaze in fosfataze. Fosfokreatin povzroča podobne učinke tudi pri miokardni ishemiji.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ]

Zdravila drugih farmakoloških skupin

V to skupino zdravil je treba vključiti natrijev ousibutyrate in piracetam.

Natrijev oksibutirat (gama-hidroksimaslena kislina, GHB) ima izrazito antihipoksično delovanje in povečuje odpornost telesa, vključno s tkivi možganov, srca in mrežnice, na pomanjkanje kisika, ter ima antišokovni učinek pri hudih poškodbah in izgubi krvi. Spekter njegovih učinkov na celični metabolizem je zelo širok.

Regulativni učinek GHB na celični metabolizem se doseže z aktivacijo nadzorovanega mitohondrijskega dihanja in povečanjem hitrosti fosforilacije. Zdravilo je sposobno aktivirati citokrom oksidazo, zaščititi ekstramitohondrijski ATP bazen pred hidrolizo z ATPazo in zavirati kopičenje laktata v tkivih. Mehanizem antihipoksičnega učinka GHB ni omejen le na spodbujanje oksidativnega metabolizma. GHB in njegov redukcijski produkt, sukcinatna semialdehidna kislina, preprečujeta razvoj motenj presnove dušika, značilnih za hipoksijo, preprečujeta kopičenje amoniaka in alanina v možganskem in srčnem tkivu ter povečujeta koncentracijo glutamata.

Piracetam (nootropil) je ciklična oblika GABA, vendar njegove farmakološke lastnosti niso povezane z učinkom na receptorje GABA. Zdravilo spodbuja oksidacijsko-redukcijske procese v možganih in povečuje njihovo odpornost na hipoksijo. Izkušnje z uporabo zdravila v poskusih in kliničnih študijah za možgansko ishemijo kažejo, da je najboljši učinek opažen pri njegovi zgodnji uporabi v kombinaciji z zaviralci proteaz (trasilol ali godox).