Léky, které zvyšují energetický potenciál buněk

Zjednodušeně lze energetický stav buněk (tkání) charakterizovat jako poměr aktivních hmot systému ATP - ATP/ADP. V podstatě odráží aktuální rovnováhu mezi energetickým výdejem na udržení životaschopnosti a funkcí buňky a produkcí ATP během substrátové (glykolytické) a oxidační fosforylace. Ta samozřejmě hraje rozhodující roli a zcela závisí na zachování normální funkční struktury mitochondrií (iontová permeabilita vnější a vnitřní membrány, jejich náboj, uspořádanost uspořádání a činnosti enzymů dýchacího řetězce a fosforylace ADP atd.), přísunu kyslíku v množství přesahujícím práh využití mitochondriemi, přísunu oxidačních substrátů a řadě dalších důvodů, které biochemici velmi podrobně zvažují. Poruchy mechanismu produkce energie v „šokové buňce“ jsou nejednoznačné, stejně jako důvody, které je způsobují. Vedoucí roli nepochybně hraje hypoxie, která má komplexní povahu a je důsledkem poruch vnějšího dýchání, plicního oběhu, transportní funkce kyslíku krví, poruch systémového, regionálního oběhu a mikrocirkulace, endotoxémie. Proto zůstává hlavním způsobem prevence a léčby hypoxie boj s hypoxií na různých úrovních kyslíkové kaskády s pomocí infuzní terapie, různých kardiovaskulárních a antitrombotických látek. Druhá nejvýznamnější příčina bioenergetických poruch, z velké části sekundární k hypoxii - poškození membránových struktur, zejména mitochondrií, byla diskutována výše.

Porušení energetické homeostázy buňky a poškození jejích membránových struktur představuje pro farmakology problém vývoje prostředků k ochraně buňky během šoku a normalizaci jejího energetického metabolismu. „Resuscitace na buněčné úrovni“ při traumatu a šoku je jedním ze způsobů, jak řešit problém prevence nevratných stavů. Rozvoj tohoto směru je spojen s implementací nových myšlenek a nadějí na uspokojivé řešení problému farmakologické ochrany organismu během traumatu a šoku. Vývoj antihypoxantů, léků schopných snížit nebo eliminovat účinky kyslíkového hladovění, se může stát jedním z takových slibných přístupů a hrát klíčovou roli v metabolické „reanimaci buňky“ v šoku.

Zlepšení energetického stavu buňky lze dosáhnout buď snížením výdeje ATP na specifickou práci (například vysoké dávky barbiturátů při cerebrální ischemii, beta-adrenolytika nebo antagonisté vápníku při ischemii myokardu), nebo optimalizací využití deficitního kyslíku mitochondriemi a buňkou jako celkem a zvýšením produkce ATP během glykolýzy a nakonec doplněním intracelulárního zásoby ATP vysoce energetickými sloučeninami zavedenými zvenčí. Léky, které tak či onak zvyšují energetický potenciál buňky, lze s ohledem na prevenci a terapii šoku rozdělit do čtyř skupin:

1. antihypoxanty gutiminové skupiny (spojují je společné ochranné vlastnosti, zavedené nebo postulované mechanismy účinku);
2. exogenní sloučeniny s vysokou energií;
3. oxidační substráty, enzymy a koenzymy dýchacího řetězce;
4. léky jiných farmakologických skupin.

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

Oxidační substráty, enzymy a koenzymy dýchacího řetězce

Masivní uvolňování katecholaminů v šoku je doprovázeno sníženou glukózovou tolerancí, která je způsobena nejen glykogenolýzou, ale také, zejména v počáteční fázi šoku, sníženými hladinami inzulínu v důsledku stimulace alfa receptorů pankreatických B buněk. Farmakologická regulace buněčného metabolismu v šoku a ischemii by proto měla zajistit lepší dodávku glukózy do buňky a její zařazení do energetického metabolismu. Příkladem takového terapeutického přístupu je cílený účinek „repolarizačního roztoku“ (glukóza + inzulín + draslík) na metabolismus myokardu, přepínání metabolismu myokardu z oxidace mastných kyselin na energeticky výhodnější glukózu. Taková kombinace se úspěšně používá k léčbě šoku při infarktu myokardu a při kardiovaskulárním selhání jiných etiologií. Použití „repolarizačního roztoku“ při infarktu myokardu stimuluje absorpci glukózy srdcem, inhibuje oxidaci NEFA, podporuje průnik draslíku do myokardiocytů, stimuluje oxidativní fosforylaci a syntézu ATP. Gutimin má podobný účinek v přítomnosti inzulínu, ale ne glukózy.

Za anaerobních podmínek je kromě glykolýzy možná i syntéza ATP reverzními reakcemi v dikarboxylové části cyklu trikarboxylových kyselin za vzniku sukcinátu jako konečného produktu. V tomto případě se během redukce fumarátu na sukcinát tvoří kromě ATP i oxidovaný NAD, ale acidóza, akumulace sukcinátu a nedostatek hexóz tuto reakci omezují. Pokusy o použití fosforylovaných hexóz typu Coriho esteru (glukóza-1-fosfát, fruktóza-1,6-difosfát) v klinické praxi se ukázaly jako málo praktické.

Jedním z důvodů hladovění substrátu v šoku je výskyt jakéhosi bloku na cestě vstupu pyruvátu do cyklu trikarboxylových kyselin. Jedním ze způsobů, jak zvýšit energetický potenciál buňky, proto může být použití substrátů cyklu trikarboxylových kyselin, především sukcinátu a fumarátu. Použití sukcinátu v různých formách kyslíkového hladovění je teoreticky dobře podloženo MN Kondrashovou a kol. (1973). Během kyslíkového hladovění buňka využívá především kyselinu jantarovou, protože její oxidace není spojena s NAD+. To je nepochybná výhoda sukcinátu oproti NAD-dependentním substrátům (například alfa-ketoglutarát). Oxidační reakce sukcinátu v buňce na fumarát je jakýmsi „vedlejším vstupem“ do dýchacího řetězce a nezávisí na konkurenci s jinými substráty o NAD+. Tvorba sukcinátu je možná i v Robertsonově cyklu, jehož mezilehlými metabolity jsou GABA, GHB a sukcinátový semialdehyd. Antihypoxický účinek oxybutyrátu sodného je také spojen se stimulací tvorby sukcinátu. Zahrnutí sukcinátu a fumarátu do formulací roztoků nahrazujících plazmu proti šoku umožňuje významné zvýšení jejich hemodynamických účinků a terapeutického účinku při hemoragickém a popáleninovém šoku.

Porušení transportu elektronů podél dýchacího řetězce v šoku naléhavě diktuje nutnost použití látek, které selektivně ovlivňují oxidačně-redukční procesy v buňce. Lze předpokládat, že použití antihypoxantů s elektron-akceptorovými vlastnostmi, jako je přirozený elektronový nosič cytochrom C nebo syntetické nosiče, umožní do určité míry kompenzovat deficit konečného elektronového akceptoru - kyslíku a částečně obnovit oxidativní fosforylaci. V tomto případě se sledují určité cíle: "odstranění" elektronů z mezilehlých článků dýchacího řetězce a oxidace pyridinových nukleotidů v cytosolu; zabránění akumulaci vysokých koncentrací laktátu a inhibice glykolýzy, vytvoření podmínek pro další, kromě glykolýzy, reakce fosforylace substrátu, které dodávají ATP.

Přípravky schopné tvořit umělé redoxní systémy musí splňovat následující požadavky:

1. mají optimální redoxní potenciál;
2. mají konformační přístupnost pro interakci s dýchacími enzymy;
3. mají schopnost provádět přenos jednoho i dvou elektronů.

Takové vlastnosti se vyskytují u některých ortobenzochinonů a 1,4-naftochinonů.

Zástupce ortho-benzochinonů, anilo-methyl-ortho-benzochinon, je tedy schopen interagovat jak s mitochondriálním fondem pyridinových nukleotidů, tak s exogenním NAD a NADH. Bylo prokázáno, že tento lék má schopnost přenášet elektrony z koenzymu Q nebo methadon reduktázy nejen na cytochrom C, ale také přímo na kyslík. Schopnost benzochinonů provádět extramitochondriální oxidaci NADH vzniklého během glykolipidové aktivity zabraňuje akumulaci vysokých koncentrací laktátu a jeho inhibici glykolýzy. Mezi pozitivní vlastnosti umělých nosičů elektronů patří jejich schopnost inhibovat produkci laktátu, která je výraznější než u léků gutiminové skupiny, a zvyšovat pH buňky. Spolu s tím jsou deriváty ortho-benzochinonů schopny realizovat funkční spojení mezi komplexy dýchacího řetězce, včetně konjugačních bodů, a zároveň vykonávat „kyvadlové funkce“, podobně jako ubichinon.

Ubichinon nebo koenzym Q je v tucích rozpustný chinon strukturálně asociovaný s vnitřní mitochondriální membránou, který v buňce plní sběrnou funkci, sbírá redukované ekvivalenty nejen z NADH dehydrogenázy, ale také z řady dalších flavin-dependentních dehydrogenáz. Použití endogenního ubichinonu v experimentu s akutní ischemií myokardu zmenšilo velikost zóny infarktu myokardu, snížilo obsah laktátu v krvi a aktivitu sérové kreatinkinázy a laktátdehydrogenázy. Ubichinon „zmírnil“ vyčerpání zásob CPK a LDH v ischemické zóně myokardu a obsah fosfokretinu v myokardu. Pozitivní účinek ubichinonu byl zaznamenán při ischemii jater.

Antihypoxanty gutiminové skupiny

Mechanismus antihypoxického účinku léků této skupiny je polyvalentní a nebyl na molekulární úrovni objasněn. Ve velkém počtu experimentálních a menším počtu klinických studií jsou důkazy o poměrně vysoké účinnosti léků fenomenologické. V této skupině byl ochranný účinek gutiminu a amtizolu při šoku, ischemii myokardu a mozku, onemocnění ledvin, jater a intrauterinní hypoxii plodu studován lépe než u jiných. Gutimin a jeho analogy snižují spotřebu kyslíku tkáněmi a toto snížení je snadno reverzibilní a je dosaženo v důsledku ekonomického využití kyslíku, spíše než snížením funkční aktivity orgánů.

Jak je známo, v šoku akumulace produktů glykolýzy (hlavně laktátu) v kombinaci s deficitem oxidačních substrátů a zvýšením redukce pyridinových nukleotidů omezuje intenzitu glykolýzy inhibicí aktivity laktátdehydrogenázy. Za těchto podmínek je možné dosáhnout převodu glykolýzy na alaktátovou dráhu buď mobilizací glukoneogeneze, nebo přepnutím Krebsova cyklu na oxidaci pyruvátu místo mastných kyselin. Použití gutiminu a jeho analogů umožňuje realizovat především první farmakologický přístup. Léky této skupiny zvyšují transport glukózy do buněk za hypoxie, aktivují glykolýzu v mozku, srdci, játrech a tenkém střevě. Zároveň snižují akumulaci laktátu v orgánech a hloubku metabolické acidózy. Za podmínek dostatečného přísunu kyslíku do jater a ledvin léky gutiminové skupiny stimulují glukoneogenezi, inhibují lipolýzu indukovanou katecholaminy a ACTH.

Gutimin a jeho analogy stabilizují biologické membrány, udržují jejich elektrický potenciál a osmotickou rezistenci, snižují uvolňování řady enzymů z buněk (LDH, CPK, transferázy, fosfatázy, katepsin). Jedním z nejvýznamnějších projevů ochranného účinku antihypoxantů gutiminové skupiny na membránové struktury je zachování strukturní integrity a funkční aktivity mitochondrií během kyslíkového hladovění. Gutimin zabraňuje narušení transportní funkce vápníku mitochondriálních membrán, čímž podporuje udržení konjugace a fosforylace.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Exogenní sloučeniny s vysokou energií

Byly učiněny četné pokusy o parenterální podávání ATP k regulaci buněčných metabolických procesů během šoku a ischemie. Očekávání významného energetického příspěvku exogenního ATP k buněčné energii je nereálné, protože se po podání léku do cévního řečiště rychle hydrolyzuje. Začlenění ATP do liposomů umožnilo prodloužit účinek léku a zvýšit jeho antihypoxickou aktivitu.

Velké množství studií je věnováno použití komplexu ATP-M5C12 u různých forem akutní buněčné „energetické krize“: hemoragický šok a těžké popáleniny, sepse a peritonitida, endotoxinový šok a ischemické poškození jater. Bylo přesvědčivě prokázáno, že při šoku a ischemii různých orgánů (srdce, játra, ledviny) ATP-M5C12 normalizuje energetickou homeostázu a buněčné funkce, koriguje metabolické poruchy a stimuluje endogenní procesy syntézy ATP, ale neexistují žádné informace o jeho klinickém použití. Mechanismus účinku ATP-M5C12 na buněčné úrovni není zcela jasný. Je známo, že v cytoplazmě, která se vyznačuje vysokým obsahem iontů Mg2+, jsou ATP a ADP přítomny převážně ve formě komplexů s hořčíkem - M5-ATP2~ a MgADP~. V mnoha enzymatických reakcích, kterých se ATP účastní jako donor fosfátové skupiny, je aktivní formou ATP právě jeho komplex s hořčíkem - M5ATP2~. Lze tedy předpokládat, že exogenní komplex ATP-M5C12 je schopen dosáhnout buňky.

Dalším zástupcem vysokoenergetických fosfátů je fosfokreatin (neoton), který se úspěšně používá k terapeutickým účelům při ischemii myokardu. Ochranný účinek fosfokreatinu při ischemii myokardu je dán jeho akumulací myokardem, zachováním zásoby adeninových nukleotidů a stabilizací buněčných membrán. Předpokládá se, že méně výrazné poškození sarkolemmy kardiomyocytů a méně výrazná hydrolýza adeninových nukleotidů v ischemickém myokardu po podání fosfokreatinu jsou zřejmě spojeny s inhibicí aktivity 5-nukleotidázy a fosfatázy. Podobné účinky vyvolává i fosfokreatin při ischemii myokardu.

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

Léky jiných farmakologických skupin

Do této skupiny léků by měly být zařazeny ousibutyrát sodný a piracetam.

Oxybutyrát sodný (kyselina gama-hydroxymáselná, GHB) má výraznou antihypoxickou aktivitu a zvyšuje odolnost organismu, včetně tkání mozku, srdce a sítnice, vůči nedostatku kyslíku a má protišokový účinek při těžkých poraněních a ztrátě krve. Spektrum jeho účinků na buněčný metabolismus je velmi široké.

Regulační účinek GHB na buněčný metabolismus je dosažen aktivací řízeného mitochondriálního dýchání a zvýšením rychlosti fosforylace. Léčivo je schopno aktivovat cytochrom oxidázu, chránit extramitochondriální zásobu ATP před hydrolýzou ATPázou a inhibovat akumulaci laktátu v tkáních. Mechanismus antihypoxického účinku GHB se neomezuje pouze na stimulaci oxidativního metabolismu. GHB a jeho redukční produkt, sukcinátový semialdehyd, zabraňují rozvoji poruch metabolismu dusíku charakteristických pro hypoxii, zabraňují akumulaci amoniaku a alaninu v mozkových a srdečních tkáních a zvyšují koncentraci glutamátu.

Piracetam (nootropil) je cyklická forma GABA, ale jeho farmakologické vlastnosti nejsou spojeny s účinkem na GABA receptory. Léčivo stimuluje oxidačně-redukční procesy v mozku a zvyšuje jeho odolnost vůči hypoxii. Zkušenosti s použitím léku v experimentech a klinických studiích u mozkové ischemie naznačují, že nejlepší účinek je pozorován při jeho časném použití v kombinaci s inhibitory proteáz (trasylol nebo godox).