Lieky, ktoré zvyšujú energetický potenciál buniek

V zjednodušenej forme možno energetický stav buniek (tkanív) charakterizovať ako pomer aktívnych hmotností systému ATP - ATP/ADP. V podstate odráža aktuálnu rovnováhu medzi výdajom energie na udržanie životaschopnosti a funkcií bunky a produkciou ATP počas substrátovej (glykolytickej) a oxidačnej fosforylácie. Tá samozrejme zohráva rozhodujúcu úlohu a úplne závisí od zachovania normálnej funkčnej štruktúry mitochondrií (iónová permeabilita vonkajšej a vnútornej membrány, ich náboj, usporiadanosť a činnosť enzýmov dýchacieho reťazca a fosforylácie ADP atď.), prísunu kyslíka v množstve presahujúcom prah využitia mitochondriami, prísunu oxidačných substrátov a mnohých ďalších dôvodov, ktoré biochemici podrobne zvažujú. Poruchy mechanizmu produkcie energie v „šokovej bunke“ sú nejednoznačné, rovnako ako dôvody, ktoré ich spôsobujú. Nepochybne hrá vedúcu úlohu hypoxia, ktorá má komplexný charakter a je výsledkom porúch vonkajšieho dýchania, pľúcneho obehu, funkcie transportu kyslíka v krvi, porúch systémového, regionálneho obehu a mikrocirkulácie, endotoxémie. Preto boj proti hypoxii na rôznych úrovniach kyslíkovej kaskádovej obnovy pomocou infúznej terapie, rôznych kardiovaskulárnych a antitrombotických látok zostáva hlavným spôsobom jej prevencie a liečby. Druhá najdôležitejšia príčina bioenergetických porúch, prevažne sekundárna k hypoxii - poškodenie membránových štruktúr, najmä mitochondrií, bola diskutovaná vyššie.

Porušenie energetickej homeostázy bunky a poškodenie jej membránových štruktúr predstavuje pre farmakológov problém vývoja prostriedkov na ochranu bunky počas šoku a normalizáciu jej energetického metabolizmu. „Resuscitácia na bunkovej úrovni“ pri traume a šoku je jedným zo spôsobov riešenia problému prevencie nezvratných stavov. Rozvoj tohto smeru je spojený s implementáciou nových myšlienok a nádejami na uspokojivé riešenie problému farmakologickej ochrany tela počas traumy a šoku. Vývoj antihypoxancií, liekov schopných znížiť alebo eliminovať účinky kyslíkového hladovania, sa môže stať jedným z takýchto sľubných prístupov a zohrať kľúčovú úlohu v metabolickej „reanimácii bunky“ v šoku.

Zlepšenie energetického stavu bunky možno dosiahnuť buď znížením výdavkov ATP na špecifickú prácu (napríklad vysoké dávky barbiturátov pri mozgovej ischémii, beta-adrenolytiká alebo antagonisty vápnika pri ischémii myokardu), alebo optimalizáciou využitia deficitného kyslíka mitochondriami a bunkou ako celkom a zvýšením produkcie ATP počas glykolýzy a nakoniec doplnením intracelulárneho zásobárne ATP vysokoenergetickými zlúčeninami zavedenými zvonku. Lieky, ktoré zvyšujú energetický potenciál bunky tak či onak, možno rozdeliť do štyroch skupín s ohľadom na prevenciu a liečbu šoku:

1. antihypoxanty gutimínovej skupiny (sú spájané spoločnými ochrannými vlastnosťami, zavedenými alebo postulovanými mechanizmami účinku);
2. exogénne zlúčeniny s vysokou energiou;
3. oxidačné substráty, enzýmy a koenzýmy dýchacieho reťazca;
4. lieky z iných farmakologických skupín.

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

Oxidačné substráty, enzýmy a koenzýmy dýchacieho reťazca

Masívne uvoľňovanie katecholamínov v šoku je sprevádzané zníženou glukózovou toleranciou, ktorá je spôsobená nielen glykogenolýzou, ale aj, najmä v počiatočnej fáze šoku, zníženými hladinami inzulínu v dôsledku stimulácie alfa receptorov pankreatických B buniek. Farmakologická regulácia bunkového metabolizmu v šoku a ischémii by preto mala zabezpečiť lepšie dodávanie glukózy do bunky a jej zapojenie do energetického metabolizmu. Príkladom takéhoto terapeutického prístupu je cielený účinok „repolarizačného roztoku“ (glukóza + inzulín + draslík) na metabolizmus myokardu, prepínanie metabolizmu myokardu z oxidácie mastných kyselín na energeticky výhodnejšiu glukózu. Takáto kombinácia sa úspešne používa na liečbu šoku pri infarkte myokardu a pri kardiovaskulárnom zlyhaní iných etiológií. Použitie „repolarizačného roztoku“ pri infarkte myokardu stimuluje absorpciu glukózy srdcom, inhibuje oxidáciu NEFA, podporuje prenikanie draslíka do myokardiocytov, stimuluje oxidačnú fosforyláciu a syntézu ATP. Gutimín má podobný účinok v prítomnosti inzulínu, ale nie glukózy.

V anaeróbnych podmienkach je okrem glykolýzy možná aj syntéza ATP reverznými reakciami v dikarboxylovej časti cyklu trikarboxylových kyselín za vzniku sukcinátu ako konečného produktu. V tomto prípade sa počas redukcie fumarátu na sukcinát tvorí okrem ATP aj oxidovaný NAD, ale acidóza, akumulácia sukcinátu a nedostatok hexóz túto reakciu obmedzujú. Pokusy o použitie fosforylovaných hexóz typu Coriho esteru (glukóza-1-fosfát, fruktóza-1,6-difosfát) v klinickej praxi sa ukázali ako málo praktické úspešné.

Jedným z dôvodov hladovania substrátu pri šoku je výskyt akéhosi bloku na ceste vstupu pyruvátu do cyklu trikarboxylových kyselín. Preto jedným zo spôsobov, ako zvýšiť energetický potenciál bunky, môže byť použitie substrátov cyklu trikarboxylových kyselín, predovšetkým sukcinátu a fumarátu. Použitie sukcinátu pri rôznych formách hladovania kyslíkom je teoreticky dobre zdôvodnené MN Kondrashovou a kol. (1973). Počas hladovania kyslíkom bunka využíva hlavne kyselinu jantárovú, pretože jej oxidácia nie je spojená s NAD+. To je nepochybná výhoda sukcinátu oproti substrátom závislým od NAD+ (napríklad alfa-ketoglutarát). Oxidačná reakcia sukcinátu v bunke na fumarát je akýmsi „bočným vstupom“ do dýchacieho reťazca a nezávisí od konkurencie s inými substrátmi o NAD+. Tvorba sukcinátu je možná aj v Robertsonovom cykle, ktorého medziproduktovými metabolitmi sú GABA, GHB a sukcinátový semialdehyd. Antihypoxický účinok nátriumoxybutyrátu je tiež spojený so stimuláciou tvorby sukcinátu. Zahrnutie sukcinátu a fumarátu do formulácií roztokov nahradiacich plazmu proti šoku umožňuje významné zvýšenie ich hemodynamických účinkov a terapeutického účinku pri hemoragickom šoku a šoku z popálenín.

Porušenie transportu elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca pri šoku naliehavo diktuje potrebu použitia látok, ktoré selektívne ovplyvňujú oxidačno-redukčné procesy v bunke. Dá sa predpokladať, že použitie antihypoxantov s elektrónovo-akceptorovými vlastnosťami, ako je prirodzený elektrónový nosič cytochróm C alebo syntetické nosiče, umožní do určitej miery kompenzovať nedostatok konečného elektrónového akceptora - kyslíka a čiastočne obnoviť oxidačnú fosforyláciu. V tomto prípade sa sledujú určité ciele: „odstránenie“ elektrónov z medzičlánkov dýchacieho reťazca a oxidácia pyridínových nukleotidov v cytozole; zabránenie akumulácii vysokých koncentrácií laktátu a inhibícia glykolýzy, vytvorenie podmienok pre ďalšie, okrem glykolýzy, reakcie fosforylácie substrátu, ktoré dodávajú ATP.

Prípravky schopné tvoriť umelé redoxné systémy musia spĺňať nasledujúce požiadavky:

1. majú optimálny redoxný potenciál;
2. majú konformačnú prístupnosť pre interakciu s respiračnými enzýmami;
3. majú schopnosť vykonávať jedno- aj dvojelektrónový prenos.

Takéto vlastnosti sa nachádzajú u niektorých ortobenzochinónov a 1,4-naftochinónov.

Predstaviteľ orto-benzochinónov, anilo-metyl-orto-benzochinón, je teda schopný interagovať s mitochondriálnym fondom pyridínových nukleotidov aj s exogénnym NAD a NADH. Ukázalo sa, že tento liek má schopnosť prenášať elektróny z koenzýmu Q alebo metadón reduktázy nielen na cytochróm C, ale aj priamo na kyslík. Schopnosť benzochinónov vykonávať extramitochondriálnu oxidáciu NADH vytvoreného počas glykolipidu zabraňuje akumulácii vysokých koncentrácií laktátu a jeho inhibícii glykolýzy. Medzi pozitívne vlastnosti umelých nosičov elektrónov patrí ich schopnosť inhibovať produkciu laktátu, ktorá je výraznejšia ako u liekov gutimínovej skupiny, a zvyšovať pH bunky. Spolu s tým sú deriváty ortobenzochinónov schopné realizovať funkčné spojenia medzi komplexmi dýchacieho reťazca vrátane konjugačných bodov a zároveň vykonávať „kyvadlové funkcie“, podobne ako ubichinón.

Ubichinón alebo koenzým Q je chinón rozpustný v tukoch, štrukturálne spojený s vnútornou mitochondriálnou membránou, ktorý v bunke vykonáva zbernú funkciu, pričom zhromažďuje redukované ekvivalenty nielen z NADH dehydrogenázy, ale aj z radu ďalších flavín-dependentných dehydrogenáz. Použitie endogénneho ubichinónu v experimente s akútnou ischémiou myokardu znížilo veľkosť zóny infarktu myokardu, znížilo obsah laktátu v krvi a aktivitu sérovej kreatínkinázy a laktátdehydrogenázy. Ubichinón „zmiernil“ vyčerpanie zásob CPK a LDH v ischemickej zóne myokardu a obsah fosfokretínu v myokarde. Pozitívny účinok ubichinónu bol zaznamenaný pri ischémii pečene.

Antihypoxanciá gutimínovej skupiny

Mechanizmus antihypoxického účinku liekov tejto skupiny je polyvalentný a nebol objasnený na molekulárnej úrovni. Vo veľkom počte experimentálnych a menšom počte klinických štúdií sú dôkazy o pomerne vysokej účinnosti liekov fenomenologické. V tejto skupine bol ochranný účinok gutimínu a amtizolu pri šoku, ischémii myokardu a mozgu, poruchách obličiek, pečene a intrauterinnej hypoxii plodu študovaný lepšie ako u iných. Gutimín a jeho analógy znižujú spotrebu kyslíka v tkanivách a toto zníženie je ľahko reverzibilné a dosahuje sa skôr v dôsledku šetrného využívania kyslíka ako zníženia funkčnej aktivity orgánov.

Ako je známe, pri šoku akumulácia produktov glykolýzy (hlavne laktátu) v kombinácii s deficitom oxidačných substrátov a zvýšením redukcie pyridínových nukleotidov obmedzuje intenzitu glykolýzy inhibíciou aktivity laktátdehydrogenázy. Za týchto podmienok je možné dosiahnuť prenos glykolýzy na alaktátovú dráhu buď mobilizáciou glukoneogenézy, alebo prepnutím Krebsovho cyklu na oxidáciu pyruvátu namiesto mastných kyselín. Použitie gutimínu a jeho analógov umožňuje realizovať najmä prvý farmakologický prístup. Lieky tejto skupiny zvyšujú transport glukózy do buniek v hypoxii, aktivujú glykolýzu v mozgu, srdci, pečeni a tenkom čreve. Zároveň znižujú akumuláciu laktátu v orgánoch a hĺbku metabolickej acidózy. Za podmienok dostatočného prísunu kyslíka do pečene a obličiek lieky gutimínovej skupiny stimulujú glukoneogenézu, inhibujú lipolýzu indukovanú katecholamínmi a ACTH.

Gutimín a jeho analógy stabilizujú biologické membrány, udržiavajú ich elektrický potenciál a osmotickú rezistenciu, znižujú uvoľňovanie mnohých enzýmov z buniek (LDH, CPK, transferázy, fosfatázy, katepsín). Jedným z najvýznamnejších prejavov ochranného účinku antihypoxantov gutimínovej skupiny na membránové štruktúry je zachovanie štrukturálnej integrity a funkčnej aktivity mitochondrií počas nedostatku kyslíka. Gutimín zabraňuje narušeniu transportnej funkcie vápnika v mitochondriálnych membránach, čím podporuje udržanie konjugácie a fosforylácie.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Exogénne vysokoenergetické zlúčeniny

Bolo vykonaných množstvo pokusov o parenterálne podávanie ATP na reguláciu bunkových metabolických procesov počas šoku a ischémie. Očakávanie významného energetického príspevku exogénneho ATP k bunkovej energii je nereálne, pretože sa po podaní liečiva do cievneho riečiska rýchlo hydrolyzuje. Začlenenie ATP do lipozómov umožnilo predĺžiť účinok liečiva a zvýšiť jeho antihypoxickú aktivitu.

Veľké množstvo štúdií sa venuje použitiu komplexu ATP-M5C12 pri rôznych formách akútnej bunkovej „energetickej krízy“: hemoragický šok a ťažké popáleniny, sepsa a peritonitída, endotoxínový šok a ischemické poškodenie pečene. Bolo presvedčivo dokázané, že pri šoku a ischémii rôznych orgánov (srdce, pečeň, obličky) ATP-M5C12 normalizuje energetickú homeostázu a bunkové funkcie, koriguje metabolické poruchy a stimuluje endogénne procesy syntézy ATP, ale neexistujú žiadne informácie o jeho klinickom použití. Mechanizmus účinku ATP-M5C12 na bunkovej úrovni nie je úplne jasný. Je známe, že v cytoplazme, ktorá sa vyznačuje vysokým obsahom iónov Mg2+, sú ATP a ADP prítomné prevažne vo forme komplexov s horčíkom - M5-ATP2~ a MgADP~. V mnohých enzymatických reakciách, na ktorých sa ATP podieľa ako donor fosfátovej skupiny, je aktívnou formou ATP práve jeho komplex s horčíkom - M5ATP2~. Preto sa dá predpokladať, že exogénny komplex ATP-M5C12 je schopný dosiahnuť bunku.

Ďalším zástupcom vysokoenergetických fosfátov je fosfokreatín (neoton), ktorý sa úspešne používa na terapeutické účely pri ischémii myokardu. Ochranný účinok fosfokreatínu pri ischémii myokardu je spôsobený jeho akumuláciou v myokarde, zachovaním zásoby adenínových nukleotidov a stabilizáciou bunkových membrán. Predpokladá sa, že menej výrazné poškodenie sarkolemy kardiomyocytov a menej výrazná hydrolýza adenínových nukleotidov v ischemickom myokarde po podaní fosfokreatínu sú zrejme spojené s inhibíciou aktivity 5-nukleotidázy a fosfatázy. Fosfokreatín spôsobuje podobné účinky aj pri ischémii myokardu.

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

Lieky iných farmakologických skupín

Do tejto skupiny liekov by sa mal zaradiť ousibutyrát sodný a piracetam.

Oxybutyrát sodný (kyselina gama-hydroxymaslová, GHB) má výraznú antihypoxickú aktivitu a zvyšuje odolnosť tela, vrátane tkanív mozgu, srdca a sietnice, voči nedostatku kyslíka a má protišokový účinok pri ťažkých poraneniach a strate krvi. Spektrum jeho účinkov na metabolizmus buniek je veľmi široké.

Regulačný účinok GHB na bunkový metabolizmus sa dosahuje aktiváciou riadeného mitochondriálneho dýchania a zvýšením rýchlosti fosforylácie. Liek je schopný aktivovať cytochróm oxidázu, chrániť extramitochondriálny ATP pool pred hydrolýzou ATPázou a inhibovať akumuláciu laktátu v tkanivách. Mechanizmus antihypoxického účinku GHB nie je obmedzený len na stimuláciu oxidačného metabolizmu. GHB a jeho redukčný produkt, sukcinátový semialdehyd, zabraňujú rozvoju porúch metabolizmu dusíka charakteristických pre hypoxiu, zabraňujú akumulácii amoniaku a alanínu v tkanivách mozgu a srdca a zvyšujú koncentráciu glutamátu.

Piracetam (nootropil) je cyklická forma GABA, ale jeho farmakologické vlastnosti nie sú spojené s účinkom na GABA receptory. Liek stimuluje oxidačno-redukčné procesy v mozgu a zvyšuje jeho odolnosť voči hypoxii. Skúsenosti s použitím lieku v experimentoch a klinických štúdiách pri mozgovej ischémii naznačujú, že najlepší účinok sa pozoruje pri jeho skorom použití v kombinácii s inhibítormi proteáz (trasylol alebo godox).