CC BY
4УДК: 615.015:619:616-001.8 ПРИМЕНЕНИЕ АНТИГИПОКСАНТОВ ПРИ НЕОТЛОЖНЫХ
СОСТОЯНИЯХ У СОБАК
Атаманчук Борис Борисович, ведущий специалист, тел.: 8 (918) 47-339-71;e- mail: [email protected] Ветеринарная клиника «Зоомир» 350800г. Туапсе ул. Ленских рабочих 33 Атаманчук Виолетта Борисовна, студентка факультета ветеринарной медицины, тел.: 8-918-47-339-71; e- mail: [email protected] Ратников Александр Романович, ассистент кафедры терапии и фармакологии, тел.: 8-918-47-339-71; e- mail: [email protected].
Николаенко Самвел Николаевич, доцент КУБГАУ, кандидат технических наук, тел.: 8-918-47-339-71; e- mail: [email protected] ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина»; 350044, г. Краснодар, ул. им. Калинина, 13
Аннотация. При неотложных состояниях различной этиологии происходит нарушение энергетического обмена в клетке, что в дальнейшем приводит к развитию ацидоза и гибели клеток, тканей и всего организма. Полное усвоение всех жиров, белков и углеводов завершается на митохондриях клеток в цикле трикарбоновых кислот с образованием АТФ. Начальным этапом данного процесса является в норме аэробный гликолиз, в результате которого образуется начальный субстрат необходимый для цикла трикарбоновых кислот - пируват. При гипоксии, вызванной шоковым состоянием, происходит анаэробный гликолиз, при котором образуется молочная кислота, развивается ацидоз и нарушается синтез АТФ. Применение антигипоксанотов сукцината, фумарата и малат позволяют поддерживать энергетический обмен в клетках на должном уровне при
наличии гипоксии и аноксии. Данные вещества образуются в цикле трикарбоновых кислот на завершающем этапе цикла. При аэробном дыхании реакция идет с образованием фумарата и в дальнейшем возобновлении цикла. При гипоксии при парентеральном введении растворов данных препаратов происходит возобновление синтеза АТФ и нормализация энергетического обмена в клетке, что благоприятно сказывается на результатах лечения.
Ключевые слова: биохимия, АТФ, пируват, антигипоксант, цикл Кребса, рингер, гликолиз, НАДФ, дефицит кислорода, рН крови, фумарат, малат, сукцинат
THE USE OF ANTIHYPOXANTS IN EMERGENCY CONDITIONS
CONDITIONS IN DOGS
Atamanchuk Boris Borisovich, Leading Specialist, tel.: 8-918-47-339-71; e- mail: [email protected]. Veterinary Clinic «Zoomir» 350800g. Tuapse, Lenskikh Rabochykh str. 33 Atamanchuk Violetta Borisovna, student, tel.:8-918-47-339-71; e- mail: [email protected] RatnikovAlexander Romanovich, assistant of the Department of Therapy and
Pharmacology, tel.: 8-918-47-339-71; e- mail: [email protected] Nikolaenko Samvel Nikolaevich, Associate Professor of KUBGAU, PhD in Technical Sciences, tel: 8-918-47-339-71; e- mail: [email protected] Federal State Educational Institution of Higher Education "Kuban State Agrarian University named after. I.T. Trubilina", Krasnodar, Russian
Federation
Abstract: In emergency conditions of various etiologies, there is a violation of energy metabolism in the cell, which further leads to the development of acidosis and death of cells, tissues and the whole organism. Complete digestion of all fats, proteins and carbohydrates is completed in the mitochondria of cells in the tricarboxylic acid cycle with the formation of ATP. The initial step of this process is aerobic glycolysis, which results in the formation of the initial substrate necessary for the tricarboxylic acid cycle - pyruvate. In hypoxia, caused by shock, anaerobic glycolysis occurs, in which lactic acid is formed, acidosis develops and ATP synthesis is disturbed. The use of antihypoxanotes succinate, fumarate and malate allow to maintain energy metabolism in cells at the proper level in the presence of hypoxia and anoxia. These substances are formed in the tricarboxylic acid cycle at the final stage of the cycle. During aerobic respiration, the reaction proceeds with the formation of fumarate and further resumption of the cycle. In hypoxia with parenteral administration of solutions of these drugs there is a resumption of ATP synthesis and normalization of energy metabolism in the cell, which favorably affects the results of treatment.
Keywords: biochemistry, ATP, pyruvate, antihypoxant, Krebs cycle, ringer, glycolysis, NADPH, oxygen deficiency, blood pH, fumarate, malate, succinate.
Введение. Применение антигипоксантов в ветеринарной практике носит крайне ограниченный и за частую не эффективный характер. Причины этого кроются за частую в незнании или недопонимании тех химико-биологических процессов, которые происходят в клетках организма в той или иной ситуации. Чтобы разобраться в данном вопросе для начала хочется напомнить о некоторых основный биоэнергетические процессах, протекающих в клетках организма, от которых зависит дальнейшая судьба всего макроорганизма в целом.
Не секрет, что основным источником энергии в клетках является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая образуется в клетках организма при окислении глюкозы в результате гликолиза и дальнейшей утилизации этих продуктов в цикле Кребса или цикле трикарбоновых кислот в результате чего образуется 36 молекул АТФ. Второй путь окисления глюкозы — это пентозофосфатный, в результате которого не происходит синтез АТФ, но образуются
никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), а также образуется рибоза необходимая для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
Чтобы было более понятно значение антигипоксантов рассмотрим основные этапы данных процессов. При проникновении глюкозы в цитозоль клетки начинается первый этап гликоиза, который требует затрат энергии, а именно 2 молекулы АТФ, в результате образуется не стабильное соединение фруктозо-1,6-бифосфат под воздействием фермента фосфофруктокиназа. Данная реакция происходит в два этапа вначале образуется глюкозо-6-фосфат под действием гексокиназы и одной молекулы АТФ, а потом фруктозо-6-фосфат под действием изомеразы (данная реакция обратима). Поскольку фруктоза-1,6-дифосфат не стабильна по действию фермента альдолазы он превращается в глицеральдегид-3-фосфат и диоксиацетонфосфат. Последний под воздействием тиозофосфатизомеразы превращается в глицеральдегид-3-фосфат (реакция обратимая). На этом завершается энергопотребляемый этап гликолиза.
На втором этапе гликолиза из глицеральдегид-3-фосфата в результате цепочки реакций образуется 8 молекул АТФ и пируват. Пируват поступает в цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот). Данный процесс проходит в пять этапов. Глицеральдегит-3-фосфат под воздействием глицеральдегидфосфатдегидрогеназы превращается в 1,3дифосфоглицерат при этом накоитнамидадениндинуклеотид(НАД) восстанавливается до НАД*Н. Из 1,3дифосфоглицерата на следующем этапе образуется под
воздействием фофоглицереткиназы 3-фосфоглицерат и АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ. На следующих двух этапах в начале под воздействием фосфоглицерамутазы, а потом енолазы образуется фосфоеноилпируват. На последнем этапе изфосфоеноилпирувата под воздействием пируваткиназы образуется молекула АТФ и пируват, который поступает в цикл Кребса. Данные реакции протекают при наличии достаточного количества кислорода. При дефиците кислорода пируват под дествием лактатдегидрогеназы превращается в лактат при этом НАД*Н окисляется до НАД+, который необходим для запуска второго этапа гликолиза. Если кислорода достаточно, то пируват после окислительного декарбоксилирования превращается ацетил-коА и поступает в цикл Кребса.
В ходе этих биохимических процессов в митохондриях клетки организм постоянно обеспечивается энергией. Нарушение работы энергопродуцирующих систем, их недостаточность является одним из важных факторов патогенеза любого заболевания. Острое инфекционное заболевание, отравление, шок различной этиологии приводит к кислородному голоданию тканей и органов. Кислород является акцептором электронов в дыхательной митохондриальной цепи, его дефицит ведет к подавлению биоэнергетических функций митохондрий, что ведет к нарушению всех энергозависимых процессов. При дефиците кислорода прекращается синтез макроэргических фосфатных соединений (АТФ, ГТФ), начинается повышенное образование НАД-Н в НАД-звене дыхательной цепи. Из-за гипервосстановленности НАД-Н резко снижается синтез АТФ. Ткани стремясь компенсировать энергетический голод переходят на анаэробных тип гликолиза, который тоже требует поступление окисленной НАД, для этого пируват не поступая в цикл Кребса принимая на себя протоны от НАД-Н превращается в лактат и поставляет в клетку окисленный НАД. Накопление в конечном итоге лактата приводит к
развитию клеточного ацидоза и остановке процессов гликолиза. Прекращается регенерация НАД-звена, продолжает нарастать ацидоз, который ведет в дальнейшем к необратимым явлениям в клетке и в организме в целом.
Применение обычных инфузионных растворов, действие которых направлено на восстановления ОЦК и борьбой с ацидозом показывает свою низкую эффективность летальность при лечении шоковых состояний особенно при гастроэнтерологической патологии у таких протоколов составляет порядка 80%. Применение антигипоксантов, препаратов улучшающие микроциркуляцию, а также препаратов, действие которых направленно на восстановление и поддержание синтеза макроэргических фосфорных соединений (АТФ, ГТФ) и тем самым поддержанию энергозависимых процессов в организме показывает хорошие результаты, снижая летальность до 20-25%.
Антигипоксантовым эффектом обладают: глюкоза, рибоксин, максидол. Но применение глюкозы для поддержания гликолиза не эффективно, так как происходит накопление лактата и истощению НАД. Применение глюкозы может оказывать какой-то эффект лишь при совместном применении с препаратами, которые выводят лактат и нормализуют микроциркуляцию тканей и адекватный перенос кислорода в ткани при восполнении ОЦК. Данные препараты и протоколы с их применением позволили значительно снизить летальность среди собак, поступивших с признаками гиповолемии до 50-60%. Работы медиков по применению антигипоксантов прямого действия, который регулируют энергетический обмен в митохондриях при гипоксии. В цикле Кребса сукцинат не являясь НАД - зависимым субстратом окисляется до фумарата с образованием АТФ, компенсируя дефицит последней. Но дальнейшее нарастание гипоксии снижает скорость окисления сукцината, поэтому его
эффективность проявляется только при применении с препаратами, улучшающими газовый транспорт.
Если мы обратимся к схеме цикла Кребса, завершающие цикл реакции, а именно сукцинат - фумарат - малат могут протекать в прямом, а при условиях глубокой гипоксии обратном направлении, при этом происходит образование НАД+ из накопившегося в результате гипоксии НАДН и восстановления энергопродукции в НАД-зависимой цепи митохондрий. Фумарат является индикатором-регулировщиком завершаюшего этапа цикла Кребса при наличии кислорода он превращается в малат, при дефиците кислорода смещает реакцию в сторону образования сукцината с образованием АТФ, при этом происходит нейтрализация недоокисленных продуктов обмена, а также их скорость образования. Применение фумарата натрия благоприятно сказывается на перикисном окислении липидов на что указывает снижение промежуточных и конечных продуктов в крови. При этом идет окисление НАДН до НАД+, таким образом позволяет клетке функционировать в условиях аноксии.
Анализируя работы с данными препаратами в гуманной медицине проведено исследование по эффективности данных препаратах при лечении гастроэнтерологической патологии и осложнений, связанных с данной группой заболеваний у собак. Проводился анализ показателей крови и выживаемости при лечении обычными общепринятыми протоколами с применением раствора Рингера, цефтриаксона, метрогила, омепразола; и протоколы с применением антигипоксантов, а также витаминов, гормонов, глюкозы и препаратов для парентерального питания. Проводился ретроспективный анализ историй болезни животных которых лечили разными протоколами в течении нескольких лет.
1 протокол: раствор Рингера 5-10 мл\кг сутки; цефтриаксон в\в, 20-40 мг\кг; омез 1мг\кг в\в; метрогил 10мг\кг в\в; гидрокарбонат натрия 2%.
2 протокол: кристаллоиды: глюкоза - 5% раствор; раствор Рингера; гидрокарбонат натрия 2%; физраствор из расчета физиологических потребностей и патологических потерь, витамины группы В, аскорбиновая кислота, дексаметазон по показаниям, антиагреганты, коллоидные растворы и парентеральное питание.
3 протокол: замена раствора Рингера и 1\2 физ. раствора гидрокарбоната натрия стериофундином.
4 протокол: аналогично с третьим протоколом - замена реамберином.
5 протокол: аналогично с третьим протоколом - замена мафусолом или фумаратом натрия.
Результаты лечения протоколом №1 в сравнении с протоколом №2 показали крайне неудовлетворительные результат: летальность составляла порядка 70-80% в зависимости от времени обращения. Отмечался высокий уровень осложнений в виде пареза кишечника, тромбозов крупных сосудов, почечная и сердечно-легочная недостаточность, гиповолемический шок. Поэтому для чистоты эксперимента в дальнейшем проводилось сравнение эффективности применение различных групп антигипоксантов со стандартной схемой лечения без них.
Рисунок 1 - Эффективность протоколов лечения
40
протокол№1 протокол№2 протокол№3 протокол№4 протокол№5
Из данного рисунка видно, что применение первого протокола лечения крайне неэффективно, летальность составляет около 80% животных, чуть лучше при лечении по второму протоколу. Эффективность протоколов № 3 и 4 одинакова фактически, что указывает на одинаковую эффективность добавленных препаратов и доказывает значимость медикаментозного поддержания энергетического обмена в клетках. Протокол № 5 показал себя с лучшей стороны, это доказывает, что добавление фумарата натрия в протоколы лечении оказывает более выраженный положительный эффект на энергетический обмен в клетках и способствует выздоровлению животного.
При исследовании биохимических показателей отмечалось быстрая стабилизация уровня трансаминаз и лактата и что самое важное рН крови. При применении фумарат содержащих растворов и растворов, содержащих сукцинат и малат колебания рН крови вовремя инфузионной терапии, были незначительные в сравнении с применением растворов гидрокарбоната натрия или Рингера в течении 12 часов.
Рисунок 2 - Динамика рН крови
7.5
7.15 -
7.1 -
7.05 -
начало терапии 4 часа 8 часов 12 часов
рингер гидрокарбонат натрия фумарат натрия стериофундин(реамберин)
Из графика видно, что введение растворов с соединениями, входящими в цикл Кребса малат, сукцинат, фумарат, более мягко стабилизируют рН крови и длительно поддерживают его в приделах нормы, отсутствуют скачки уровня рН, что благоприятно сказывается на лечебном процессе. Это связано с тем, что при взаимодействии молочной кислоты с гидрокарбонотом натрия образуется щелочь - натрия гидроокисд и угольная кислота, которая разрушается до углекислого газа и воды, в результате в организме накапливается щелочь, что может привести к алколозу. Согласно хим уравнениям:
СН3СН(ОН)СООН + NaHCO3 = СН3СН(ОН)СОО№ + Н2СО3, последняя разлагается на СО2 и Н2О, которые выделяются в результате дыхания. Так как №ОН сильное основание то в результате электролитической диссоциации происходит сдвиг рН в сторону алколоза.
Биохимические показатели при сравнительном анализе протоколов на момент поступления представлены в таблице 1.
Таблица 1. Показатели анализа сыворотки крови на момент поступления
Показатели Норма Протокол№1 Протокол№2 Протокол №3 Протокол №4 Протокол №5
АЛТ, Ед\л 8,257,3 48,7-64,5 47,8-62,4 47,4-65,7 58,9-62,4 54,9-62,9,
АСТ, Ед\л 11,0-42 39,8-54,1 42,1-61,3 39,7-59,8 38,8-60,0 37,4-56,9
ЛДГ, Ед\л 25,1212,2 200-225,7 187,9-220,1 195,7229,8 201,0219,0 197,5231,7
Амилаза, Ед\л 269,51462,4 897,8-1673,4 947,8-1701,8 398,91547,9 974,81490,8 584,91507,9
ГГТ, Ед\л 1,0-9,7 6,4-10,1 5,8-9,8 7,8-10,6 8,4-10,1 6,2-10,9
АЛР, Ед\л 48,075,0 68,9-85,7 70,1-83,1 70,9-80,8 62,9-79,8 59,8-84,1
Лактат, ммоль\л До 2,5 2,0-2,6 1,9-2,6 2,1-2,4 1,8-2,7 1,9-2,6
Биохимические показатели протоколов в динамике на 3 сутки лечения представлены в таблице 2.
Таблица 2. Показатели анализа сыворотки крови на 3 сутки
Показатели Протокол №1 Протокол №2 Протокол №3 Протокол №4 Протокол №5
АЛТ, Ед\л 58,3-75,9 56,9-60,7 44,8-58,1 40,8-57,2 34,8-54,8
АСТ, Ед\л 42,8-59,8 43,1-57,9 40,8-50,8 29,8-41,9 31,8-41,9
ЛДГ, Ед\л 220,1-245,9 210,5-229,5 178,5-221,7 168,7-212,9 121,4-195,9
Амилаза, Ед\л 945,11714,8 845,7-1598,5 368,9-1387,5 445,9-1499,9 784,6-1384,4
ГГТ, Ед\л 7,5-11,4 6,1-7,1 4,5-8,0 3,8-6,9 4,5-7,5
АЛР, Ед\л 69,7-91,2 71,8-84,5 54,7-79,8 45,8-74,1 46,7-70,4
Лактат, ммоль\л 2,3-3,8 2,0-3,0 1,9-2,2 1,9-2,0 1,8-2,0
Из таблиц № 1 и 2 видно, что уровень протеолитических ферментов и концентрация лактат-иона стабилизируется намного быстрее в протоколах, в которые включены растворы антигипоксантов. Для чистоты эксперимента животные брались на одинаковой стадии болезни первые двое суток с момента появлении клинических признаков, одинаковой массы 10-15 кг возраста 9-18 мес.
При введении кислот из цикла Кребса, а также ацетата натрия натрия лактата накопившийся №ОН расходуется на нейтрализацию кислых продуктов обмена, при этом фумарат, малат и сукцинат расходуются с образованием макроэргических соединений, подерживая тем самым энергетический баланс в клетке. Что касается лактата, то он может накапливаться в организме с учетом эндогенного поступления из -за гипоксии (анаэробный путь гликолиза)это ведет снижению продукции гликолитической АТФ и снижению самого гликолиза в плоть до остановки из-за накопления НАДН и лактата; так же высокое содержание лактат в крови вызывает агрегацию эритроцитов и тромбоцитов, интерстициальный
отек и отек головного мозга. Утилизация ацетата также затруднена из-за постгипоксического дефекта вдыхательной цепи митохондрий.
Низкая эффективность при введении стреофундина и реамберина в сравнении с фумаратом натрия объясняется тем, что:
1. Содержания малата в растворе Стериофундина низкое и оно не может сдвинуть полностью реакцию в сторону образования фумарата и способствовать тем самым синтезу АТФ.
2. По Реамберину - условиях гипоксии окисление сукцината снижается и как следствие снижается энергопродукция.
Фумарат натрия при глубокой гипоксии обеспечивает накопление сукцината в клетках, при этом происходит регенерация НАД+ из воостановленной при гипоксии формы НАДН и восстановления энергопродукции в НАД-зависимом цикле в митохондриях.
Вывод:
Из вышеизложенных материалов следует:
Любой патологический процесс, ведущий к гипоксии, нарушает процесс энергопродукции в клетках на уровне НАД-зависимого звена в митохондриях. Это ведет к нарушению метаболизма, развитию ацидоза с последующей гибелью тканей.
Широко применяемые в настоящее время протоколы с применением только растворов электролитов направленные на борьбу с гиповолемическим шоком и ацидозом не соответствуют современным понятиям о механизме патогенеза шоковых состояний и поэтому являются не эффективными.
Стабилизация тканевого дыхания и энергетического обмена в клетке является одним из главных факторов в борьбе с ацидозом, как одной из основных причин развития шока.
Для эффективного лечения данной патологии на ряду с витаминотерапией, парентеральным кормлением, применением
ангиопротекторов необходимо проводить комплексную терапию с использованием антигипоксантов.
Предложения:
На начальных этапах лечения животных для поддержки и профилактики нарушений в энергопродуктивной функции клеток добавить в протоколы растворы, содержащие антигипоксанты - Стериофундин и Реамберин.
При поступлении животного с клиникой гиповолемического шока или поступлении животного в шоковом состоянии в стандартные протоколы противошоковой терапии включать фумарат содержащие препараты Мафусол или Фумарат натрия, заменяя ими электоролитную часть протоколов, до восстановления гемодинамики и стабилизации общего состояния с последующей постепенной отменной.
Литература
1. Абдулаев З.М. Применение мафусола в комплексном лечении синдрома энтеральной недостаточности при острой кишечной непроходимости. Дисертация, Махачкала. - 2008 г.
2. Емельянова В.В., Максимова Н.Е., Мочульская Н.Н. Биохимия // Екатеринбург, 2016 г.
3. Место фумартсодержащих антигипоксических инфузионных растворов в интенсивной терапии шока на до госпитальном этапе. // Е.А. Селиванов, Л.В. Слепышева, Г.А. Хмылова, 2009 г.
4. Осипов И.С. «Роль перекисного окисления липидов в генезе острых язв желудка и возможности их коррекции мафусолом» // Российский журнал гастроэнтнрологиилогии, гепатологии, колонопроктологии. - № 1, 1995 г. - С. 17-19.
5. Сафронов Г.А. Селиванов Е.А. Ханевич М.Д. «Использование антигипоксантных растворов в хирургии» // Вестник национального хирургического центра им. Пирогова, 2011 г., Т.6. - № 1. - С. 88-91.
6. Слепышева Л.В., Хмылова Г.А.. Механизм повреждения энергетического обмена при гипоксии и возможные пути его коррекции фумаратсодержащими растворами / Трансфузиология, - 2013. - № 2.
References
1. Abdulaev Z.M. The use of mafusol in the complex treatment of enteral insufficiency syndrome in acute intestinal obstruction. Disertation, Makhachkala. - 2008
2. Yemelyanova V.V., Maksimova N.E., Mochulskaya N.N. Biochemistry // Yekaterinburg, 2016
3. The place of fumarts-containing antihypoxic infusion solutions in intensive shock therapy at the pre-hospital stage. // E.A. Selivanov, L.V. Slepysheva, G.A. Khmylova, 2009
4. Osipov I.S. "The role of lipid peroxidation in the genesis of acute gastric ulcers and the possibility of their correction with mafusol" // Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Colonoproctology. - No. 1, 1995 - pp. 17-19.
5. Safronov G.A. Selivanov E.A. Khanevich M.D. "The use of antihypoxant solutions in surgery" // Bulletin of the National Surgical Center. Pirogova, 2011, vol.6. - No. 1. - pp. 88-91.
6. Slepysheva L.V., Khmylova G.A.. The mechanism of damage to energy metabolism in hypoxia and possible ways to correct it with fumarate-containing solutions / Transfusiology, 2013. - No. 2.
