Оксид азота чистит сосуды
Ингалируемый оксид азота (NO) обладает селективным вазодилатирующим действием в отношении легочных сосудов, не оказывая системного воздействия на гемодинамику. Снижая сосудистое сопротивление в вентиллируемых участках легких, NO улучшает вентилляционно-перфузионное отношение и может увеличивать системную оксигенацию. NO десятилетиями используется в лечении пациентов с легочной гипертензией, острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС), правожелудочковой недостаточностью после кардиохирургических вмешательств или пересадки легких. NO используется как «спасительное» мероприятие при экстремальной гипоксии, для уменьшения потребности в ЭКМО, а также оптимизации ИВЛ при ОРДС. На новостном ресурсе Medscape опубликовано интервью Lorenzo Berra, медицинского директора по респираторной поддержке в Massachusetts General Hospital, также занимающегося исследованиями в области анестезиологии в Harvard Medical School, посвященное возможной роли NO в лечении COVID-19. Интервью довольно подробно освещает два вопроса — проводимые сейчас клинические исследования в этой области, а также практические аспекты off-label применения NO в реальной клинической практике у пациентов с коронавирусной инфекцией.
Помимо вазодилатирующего действия, NO обладает еще рядом свойств, ценных в лечении пациентов с COVID-19: он является бронходилататором, обладает противовоспалительным действием, а также уменьшает аггрегацию тромбоцитов, что снижает вероятность тромбообразования. Наконец, группа доктора Berra рассматривает гипотезу о вирулицидном действии NO. Они опираются на некоторые исследования, которые проводились в отношении SARS. Так, было показано, что применение ингаляции NO у пациентов с ОРДС существенно ускоряет улучшение рентгенологической картины, что не может быть связано только с улучшением оксигенации (https://www.medscape.com/viewarticle/478772). В другом исследовании было показано, что in vitro NO оказывает ингибирующее действие на вирус SARS-СoV (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15234326/). Аналогичное исследование сейчас проводится в отношении вируса SARS-СoV2. Учитывая предполагаемое вирулицидное действие, в настоящее время проводятся исследования применения NO не только у тяжелых пациентов с ОРДС, но и у пациентов средней тяжести (не на ИВЛ). Кроме того, проводится исследование с участием медицинского персонала, в котором оценивается профилактическая эффективность NO в отношении развития коронавирусной инфекции: добровольцам проводят ингаляции по 10 минут в начале и в конце рабочей смены.
Вазодилатирующего эффекта с улучшением оксигенации можно достичь при использовании небольшой дозы NO — стартуя с 20-40 ppm. Однако предполагается, что вирулицидный эффект может быть достигнут при использовании высоких доз NO (в клинических исследованиях сейчас тестируются дозы до 250 ppm). Ограничением для использования NO является низкая фракция выброса ЛЖ, особенно в случае развития острой левожелудочковой недостаточности с отеком легких. Доктор Berra указывает, что применение NO требует контроля уровня диоксида азота, метгемоглобина, а также почечной функции. Пациенты могут достаточно безопасно получать такую терапию неделями, однако на этом фоне угнетается активность собственной NO- синтазы, поэтому для избегания эффекта отмены следует отменять терапию постепенно.
Can Nitric Oxide Prevent COVID-19 Infection or Progression? — Medscape — May 26, 2020
Источник
Научная электронная библиотека
Колосов А. Е., Жданова О. Б., Мартусевич А. К., Ашихмин С. П.,
Глава IV. ОКСИД АЗОТА КАК МЕССЕНДЖЕР ЭФФЕКТА НЕКОТОРЫХ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
В настоящее время в лечебных целях все более активно применяются физико-химические факторы. Являясь прерогативой физиотерапии, сейчас они успешно демонстрируют свои возможности как полноценного дополнительного [1], а, в некоторых случаях – самостоятельного (фотодинамическая терапия, лазерная медицина, озоно-оксигенотерапия и др.), метода коррекции различных заболеваний и патологических состояний 2. Несмотря на имеющую место в литературе дискуссию относительно эффективности применения данных технологий, последняя подтверждена, в частности, тридцатилетней историей экспериментально-клинического обоснования целесообразности применения озонотерапии при широком спектре патологии человека и животных [4, 7], и более чем десятилетней – для синглетно-кислородной терапии [6]. Исследования в области лазерных технологий уже прочно заняли свои позиции в медицине и биологии, результатом чего явились организация и успешное функционирование профильного научного центра, а также издание специализированного научного журнала.
Даже с учетом кажущегося полиморфизма молекулярных и клеточных эффектов, вызываемых действием данных факторов, четко установлено, что все они оказывают существенное корректирующее влияние на интенсивность процессов липопероксидации [2, 3, 5-9]. В свою очередь, окислительный стресс сейчас принято рассматривать как значимое патогенетическое звено различных патологических состояний 11. Это дает основание предположить возможность стереотипности молекулярного ответа клеток и тканей н изучаемые физико-химические воздействия.
Ситуация с раскрытием молекулярных механизмов действия различных физико-химических агентов становится еще более затруднительной в свете революционного открытия роли оксида азота (II) [NO] как одного из наиболее важных меж- и внутриклеточных молекулярных мессенджеров [13, 14]. Следствием этого стало признание журналом «Science» NO «молекулой года» в 1992 г. и получение Р. Фурчготом, Л. Игнарро и Ф. Мурадом Нобелевской премии в области физиологии и медицины за выяснение роли оксида азота в функционировании живого организма. Следует отметить, что в последнее десятилетие число работ в данной отрасли науки растет лавинообразно 13. Этими исследованиями было, в частности, показано, что NO определяет текущий тонус сосудов, ингибирует агрегацию тромбоцитов и их адгезию на стенках кровеносных сосудов, функционирует в центральной и вегетативной нервной системы, регулируя деятельность органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. Кроме того, данное соединение является нейротрансмиттером, а также принимает участие в регуляции системы иммунитета. В целом, NO – токсичный газ, способный выступать в биосистемах как свободный радикал, имеющий короткий период полужизни (4 с.) и легко подвергающийся различным химическим трансформациям, который непрерывно продуцируется в организме человека и животных ферментным и неферментным путями, оказывая ключевое воздействие на целый ряд принципиально различных физиологических и патологических процессов.
С этих позиций можно предположить, что результативное изменение продукции и биологической активности NO имеет место и при применении физико-химических воздействий. Поэтому целью данной работы является анализ потенциального участия оксида азота (II) как единого мессенджера эффекта терапевтических физико-химических факторов (озона, синглетного кислорода, лазерного и ультрафиолетового излучения и др.).
Прежде всего, логично привести краткую физико-химическую характеристику NO с акцентом на свойства, необходимые для понимания его физиологических и биохимических эффектов. Оксид азота (II) [NO] – бесцветный газ, умеренно растворимый в воде (1,9 мкМ при 25 °С), в водной среде легко окисляемый кислородом воздуха [13]. В связи с этим, сохранность растворов оксида азота некоторые авторы предлагают обеспечивать предварительной аэрацией из ультразвуком с последующим пропусканием через раствор, содержащий пирогаллол. В водных растворах в присутствии кислорода NO почти полностью превращается в нитрит-анион в процессе протекания следующих реакций [13]:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Показано, что в реальных жидкостях преобладают реакции 3 и 4 в сравнении с реакцией 5, вследствие этого образующиеся концентрации нитрат-иона невелики относительно концентрации нитрит-иона.
Свободнорадикальные свойства оксида азота проявляются в биологических и модельных системах в форме генерации пероксинитрита и гидроксил-анион радикала по следующей схеме:
Относительно метаболизма NO сравнительно недавно В.П. Реутовым с соавт. (1998) и Е.Б. Меньшиковой с соавт. (2000) сформулирована оригинальная концепция, характеризующая синтез, деградацию и рециркуляцию соединения в организме млекопитающих в форме нового метаболического цикла – «цикла оксида азота» (рис. 4.1) [12, 18]. Следует отметить, что данный цикл является закономерным дополнением к уже хорошо изученным биохимическим циклам (Кребса, Кальвина, орнитиновому, люцифериновому и др.) и взаимосвязан с ними.
Рис. 4.1. Цикл оксида азота (по В.П. Реутову, 1998 [18])
По мнению указанных авторов, цикл оксида азота включает 2 компонента [18]:
а) NO-синтазные реакции, заключающиеся в трансформации L-аргинина в L-цитруллин и оксид азота, который далее окисляется до нитритов и нитратов.
б) Нитритредуктазная реакция, катализируемая электронодонорными системами с участием НАДН, НАДФН, флавопротеинов, дезоксигемоглобина и цитохрома Р450.
Одним из центральных компонентов данного цикла является фермент, обеспечивающий продукцию оксида азота – синтаза оксида азота (NO-синтаза, NOS) [19]. В настоящее время обнаружены 3 основных изоформы рассматриваемого энзима, 2 из которых – конститутивные, кальций/кальмодулин-зависимые, од-
на – индуцибельная. Краткая характеристика изоформ NO-синтазы представлена в табл. 4.1.
Изоформы синтаз оксида азота (NOS) (по В.Г. Гранику, Н.Б. Григорьеву, 2004 [13])
Тип NOS (молекулярная масса
мономера)
Распределение
по тканям
и клеткам
Нейрональная NOS (nNOS),
мозговая NOS
Нейроны центральной и периферической нервной системы, матка, скелетная мускулатура
Конститутивная форма,
кальций/кальмодулин-зависимая
Индуцибельная NOS (iNOS)
Макрофаги, печень, гладкая мускулатура, эндотелий, сердце
Индуцируется липополисахаридами, цитокинами и глюкокортикоидами, кальций/кальмодулин-независимая
Эндотелиальная NOS (eNOS)
Эндотелий, сердце, мозг
Конститутивная форма,
кальций/кальмодулин-зависимая
Несмотря на то, что сейчас обнаружены многочисленные эффекты оксида азота в отношении регуляции состояния биологических систем, наибольшее клинико-патофизиологическое значение имеет вазодилататорное действие NO [20, 21]. Механизм данного эффекта изучен достаточно подробно, и в общем виде может быть представлен в виде схемы (рис. 4.2). Соединение, синтезируемое конститутивными изоформами NO-синтазы в эндотелии и нервной системе, взаимодействуя с гуанилатциклазой и трансформируя ее пространственное строение, запускает синтез цГТФ, а через него – каскад других ферментных систем, результатом чего и является вазодилатация [17, 22].
Рис. 4.2. Схема генерации и вазодилаторного действия оксида азота (по В.Г. Гранику, Н.Б. Григорьеву, 2004 [13], с изменениями)
Открытие данного механизма способствовало стимуляции исследований в области обнаружения способов увеличения продукции оксида азота соответствующей синтазой, что обусловлено многочисленностью патологии, сопровождающейся нарушением тонуса сосудов по спазматическому типу. В частности, заманчивой целью подобной коррекции являются артериальная гипертензия различного генеза, ишемическая болезнь сердца, инсульт и др. Наиболее простым и логичным подходом к решению данной проблемы с позиций патофизиологии и биохимии служит экзогенное введение субстрата для NO-синтазы – L-аргинина [12, 13, 23]. Однако последующими работами было показано, что, во-первых, период полужизни оксида азота крайне мал [8, 23], а увеличение темпов депонирования соединения (как в форме S-нитротиолов, так и комплексов железа) затруднительно; во-вторых, избыток NO может по принципу обратной связи ингибировать собственную синтазу [13] и, в-третьих, высокая концентрация L-аргинина способствует изменению превалирующего продукта реакции на супероксид-анион радикал, обладающий, в частности, мембраноповреждающим действием [16, 24, 25]. Именно последнее обстоятельство реализуется в случае цитотоксического эффекта NO, когда в результате уже описанной реакции при взаимодействии продуктов функционирования NO-синтазы образуется пероксинитрит, в отсутствии или недостаточной концентрации/активности молекул-гасителей (супероксиддисмутаза, восстановленный глутатион и др.) вызывающий повреждение соприкасающихся с ним клеточных элементов, прежде всего, биомембран [13, 23]. В целом, наряду с позитивными эффектами у NO как свободного радикала присутствует и токсическое действие, проявляющееся только в определенных условиях (рис. 4.3). В связи с этим, следует подчеркнуть, что для адекватного функционирования организма имеет место оптимальный уровень синтеза оксида азота, а его отклонения (в любую сторону), ведут к негативным последствиям [25].
Рис. 4.3. Комплекс позитивных и негативных молекулярно-клеточных эффектов NO [13]
Совокупность свойств и убиквитарность оксида азота как низкомолекулярного регулятора физиологических и патологических процессов указывают на потенциальную многочисленность механизмов, звеном которых является данное соединение. Это касается и внешних воздействий. Так, одним из механизмов реализации саногенетического эффекта многих лекарственных препаратов, как было установлено в последнее десятилетие, служит модуляция синтеза NO, причем подобное действие обнаружено и для целого ряда известных и давно применяемых в медицине и ветеринарии лекарственных средств (нитроглицерин, нитропруссид натрия, изосорбид мононитрат, пропранолол) [13, 14, 19, 26]. Данные препараты, являясь донорами NO, запускают соответствующий каскад его эффектов, оказывая необходимое клиническое (прежде всего – антиангинальное) действие [27, 28]. Учитывая этот аспект действия лекарств с подобной химической структурой, разрабатываются средства, комбинирующие NO-донорные свойства и способность выступать в качестве лигандов к рецепторам [29].
Например, известный препарат небиволол сочетает в себе
NO-донорный и ?1-адреноблокирующий эффекты [30].
Другие интересные варианты сочетанных эффектов лекарственных средств включают комбинацию NO-донорных свойств и характеристик нестероидного противовоспалительного препарата [13, 31]. К ряду таких лекарств, в частности, относится мелоксикам [32, 33]. Эти «гибридные» молекулы способны предотвратить гастропатию, обусловленную длительным приемом неселективных блокаторов циклооксигеназы. Таким образом, различные экзогенные соединения при введении в организм обладают модулирующим действием в отношении оксида азота.
В то же время эти исследования практически исключительно касаются фармакологических препаратов, тогда как физико-химические факторы, существенно изменяющие многие параметры клеточного гомеостаза, характеристики биологических жидкостей и функциональное состояние органов и тканей, как модуляторы генерации оксида азота практически не рассматривались. Упоминание о подобном эффекторном каскаде приводится лишь в единичных работах по применению генераторов синглетного кислорода [8, 34]. Кроме того, предполагается, что применение экзогенного NO также стимулирует и эндогенный синтез данного соединения [13].
Принцип молекулярных мишеней в отношении действия физических факторов наиболее полно изучен и представлен для фотодинамической терапии, однако синглетный кислород является не единственной мишенью, т.к. в процессе фотохимических реакций образуется не только он, но и другие активные биорадикалы [5, 23]. Сходные внутриклеточные процессы наблюдаются при действии ультрафиолетового и лазерного излучения на биологические объекты, хотя каждое из данных воздействий имеет особенности реализации эффекта [3, 9].
С другой стороны, многие методы лечения, основанные на действии физико-химических факторов, традиционно рассматриваются с позиций самостоятельного эффекта их действующего начала 35. Так, биологическая активность озона достаточно подробно изучена и положена в основу тактики применения озонотерапии при различных патологических состояниях [4, 39, 40], тогда как в этом случае результирующее действие связано с совокупностью образующихся активных форм кислорода и озона. Одним из косвенных доказательств связи озона и метаболизма оксида азота является то, что только в присутствии окислителей (перекись водорода, кислород, озон и др. [24]) реакция NO с тиолами приводит к образованию S-нитрозотиолов – известных молекулярных депо оксида азота [20, 41].
Учитывая вышеперечисленные факты, можно предположить, что оксид азота способен выступать в качестве единого молекулярного интермедиата, реализующего на клеточном уровне эффекты действия различных физико-химических факторов (рис. 4.4). Есть основания причислять к спектру данных воздействий озонотерапию, синглетно-кислородную терапию, фотодинамическую терапию, применение ультрафиолетового и лазерного излучения, местную дарсонвализацию, а также непосредственно NO-терапию. Важно подчеркнуть, что большинство из перечисленных воздействий опосредует эффект через дополнительные промежуточные звенья, среди которых особое место занимает эндогенный синглетный кислород [8, 34, 42]. Кроме того, принимая в расчет нестабильность оксида азота, в рамках предлагаемой концепции предполагается, что рассматриваемые факторы влияют и на процессы депонирования и высвобождения NO, на что, в частности, указывает роль окислителей в формировании S-нитротиолов [13, 20, 41, 43].
Рис. 4.4. Гипотетическая схема реализации молекулярной стереотипии в действии физико-химических факторов на биосистемы
В целом, имеющиеся данные позволяют сформулировать гипотезу о молекулярной стереотипии в реализации эффекта физико-химических факторов в отношении биологических систем, базирующуюся на универсальной мессенджерской функции оксида азота. Следует подчеркнуть, что для верификации приведенной гипотезы требуется проведение целенаправленных изысканий, ориентированных на уточнение компонентов данного молекулярного каскада и характера их взаимодействий.
Источник
