Protective effects of antihypoxic substances of metaprot and etomerzol in model ethylene glycol intoxication

Abstract


The analysis of the reasons for the children to the intensive care unit indicates that the poisoning is one of the most important cause of life-threatening conditions in childhood. The poisoning by drugs and ethanol dominates among other poisoning factors. Multiple drug poisoning is not so rare case as well as intentional self-poisoning among teenagers. It is dangerous not only toxigenic phase of poisoning by various chemical compounds but also their long-term effects. The symptoms of cerebroasthenia, minimal dysfunction of brain, vascular disorders, violation of thermoregulation, convulsions, visual impairment, hepatopathy, nephropathy, adrenal dysfunction are discussed as the effects of acute poisoning in children. Above-mentioned facts indicate the need to improve the toxicological assistance not only during resuscitation but also in a phase of long-term effects. The as early as possible elimination of the effects of acute poisoning leaves the possibility of development of the child according to age. The study of the general laws of chemical and biological interaction of poison with organs and tissues of animals in the experiment can detect adaptive and compensatory mechanisms to ensure stability of the basic functions of the organism to the damaging effects of xenobiotics. The study of the molecular and cellular mechanisms of action of exogenous chemical factors elucidates the target points to the impact of pharmacological agents. Taking into account that the mandatory pathogenetic component of the process of intoxication is hypoxia we used the ethylene glycol poisoning model to test direct antihypoxants 2 etiltiobenzimidazola hydrobromide (metaprot) and 5-ethoxy-2-etiltiobenzimidazol (etomerzol). Aim: to estimate antihypoxic and antioxidant effects of actoprotective substances as metaprot and etomerzol in the model of ethylene glycol poisoning.

Актуальность Анализ причин поступления детей в реанимационное отделение свидетельствует о том, что отравления являются одной из значимых причин жизнеугрожающих состояний в детском возрасте. В структуре отравлений доминируют отравления лекарственными препаратами (46,6 %) случаев, этиловым спиртом - 31,4 %, средствами бытовой химии - 8,4 %, прочими химическими соединениями - 13, 6 % случаев [1]. Нередки полимедикаментозные отравления, а также случаи преднамеренного самоотравления подростков [16]. Опасна не только токсикогенная фаза отравления различными химическими соединениями [2, 14, 20], но и ее отдаленные последствия. В качестве последствий острых отравлений у детей описаны симптомы церебростении, минимальной мозговой дисфункции, сосудистые расстройства, нарушения терморегуляции, судорожный синдром, нарушения зрения, гепато- и нефропатии, дисфункции коры надпочечников. Вышеизложенные факты свидетельствуют о необходимости совершенствования токсикологической помощи, как при проведении реанимационных мероприятий, так и в фазу отдаленных последствий, скорейшее устранение которых сохраняет возможность развития ребенка, соответственно возрасту [7]. Изучение общих закономерностей химико-биологического взаимодействия токсиканта с органами и тканями животных в эксперименте позволяет выявлять адаптивные и компенсаторные механизмы, обеспечивающие устойчивость основных функций организма к повреждающему действию ксенобиотиков [12]. Изучение молекулярных и клеточных механизмов действия экзогенных химических факторов различной природы определяет точки-мишени для воздействия фармакологических средств. Учитывая то, что обязательным патогенетическим компонентом процесса интоксикации является гипоксия [13], то в данном исследовании на модели отравления этиленгликолем [11] в качестве защитных фармакологических средств были использованы прямые антигипоксанты 2-этилтиобензимидазола гидробромид (метапрот) и 5-этокси-2-этилтиобензимидазол (этомерзол) [9, 15, 18]. Цель исследования Оценить антигипоксический, антиоксидантный и актопротекторные эффекты метапрота и этомерзола в модели отравления этиленгликолем. Материалы и методы В моделировании острой интоксикации этиленгликолем было использовано 75 беспородных белых крыс-самцов массой 180-200 г. За 24 ч до опытов кормление животных, находившихся на свободном режиме, прекращали. Изучаемый токсический агент вводили однократно внутрижелудочно в дозе 1,0 ЛД50. В качестве основного показателя токсичности использовали среднесмертельные дозы яда (ЛД50), равные для этиленгликоля - 692,8 ± 35,2 мг/кг. Расчет 1,0 ЛД50 производили методом наименьших квадратов пробит-анализа кривых летальности по В. Б. Прозоровскому [19] и табличными методами определения средней эффективности дозы или среднего времени выживания. Забор крови осуществляли у наркотизированных гексеналом (125 мг/кг) животных из брюшной аорты или нижней полой вены. Оценку физической выносливости при интоксикации на фоне защиты антигипоксантами в дозах 25 мг/кг (метапрот) и 50 мг/кг (этомерзол) осуществляли по плавательной пробе с отягощением [3], оценивая время удержания на плаву (ВУП). Результаты пробы выражали в процентах от уровня показателя у интактных крыс. Тестирование проводили на 1-е, 3-и и 7-е сут после отравления. Биохимические показатели крови измеряли на анализаторе Sapphire 400 (Япония). В крови контрольных и животных, подвергнутых интоксикации, изучали активность аспартатаминотрансферазы (АсАТ), аланинаминотранферазы (АлАТ), общего белка, креатинина, азота мочевины, калия и натрия сыворотки на 1-е, 3-и и 7-е сут после отравления. Активность процессов свободнорадикального окисления [8] оценивали по содержанию малонового диальдегида (МДА); функцию антиоксидантной системы - по концентрации восстановленного глутатиона (ВГ). Интегративную оценку эндогенной интоксикации осуществляли, вычисляя лейкоцитарный индекс интоксикации по Островскому О. В. и Кальф-Калифу Я. Я. [10, 17]. Статистическую обработку данных проводили с помощью программ STATISTICA for Windows 6.0. Значимость межгрупповых различий оценивали по параметрическому (t-критерий Стьюдента) или непараметрическому (U-тест Вилкоксона-Манна-Уитни) критериям в зависимости от типа распределения. Результаты и обсуждение Отравление этиленгликолем приводит к выраженному снижению физической работоспособности крыс (рис. 1). С 3-х сут. отмечается эффект восстановления физической работоспособности в группах животных с фармакологической защитой; к 5-м сут. ВУП при использовании метапрота и этомерзола составило соответственно 50,3 ± 3,51 % и 53,5 ± 3,24 %, что достоверно выше контроля - 37,5 ± 1,94 % (р < 0,05). На 7-е сут. в группе крыс, леченных метапротом, ВУП составило 88,7 ± 2,81 %, а при введении этомерзола - 94,2 ± 2,51 % от физиологического уровня. Полное восстановление физической работоспособности крыс в опытных группах отмечено к 10-м сут. после отравления, тогда как в контрольной группе крыс, подвергнутых интоксикации без фармакологической защиты к этому моменту ВУП составило лишь 66,2 ± 2,14 %. Активность аминотрансфераз (рис. 2) и билирубина у отравленных животных достигала максимальных значений к 3-м сут. (р < 0,05). На фоне применения антигипоксантов данные показатели приходили к физиологическим значениям через 7 сут., тогда как в контрольной группе животных, подвергнутых интоксикации к 7-м сут. уровень билирубина достоверно оставался выше нормальных величин на 29,2 % У нелеченных животных к 7-м сут. уровень креатинина оказался на 72,3 % выше нормы, концентрация азота мочевины - на 158 %; в группе животных, получавших метапрот, на 23,2 и 38,1 % соответственно. При использовании этомерзола концентрация креатинина к 7-м сут. лишь на 10 % выше нормы, а уровень азота мочевины на 37,7 %. Гиперкалийемия (табл. 1) в течение всего наблюдаемого периода была больше выражена в контрольной группе, чем у опытных животных (р < 0,05). При отравлении этиленгликолем отмечается усиление перекисного окисления липидов и снижение активности системы антиоксидантной защиты, что является основой для окислительного стресса, активации ряда киназ и каспазы-3, индукции апоптоза и реализации цитотоксичности [8]. При использовании антигипоксантов происходит постепенное снижение уровня МДА, так что на 7-е сут. в опытных группах он становится достоверно ниже уровня интактных животных (р < 0,05), тогда как показатель ВГ повышается. Отравление этиленгликолем приводит к развитию выраженной эндогенной интоксикации (рис. 3). В группах животных с фармакологической защитой степень выраженности эндогенной интоксикации достоверно ниже контроля (р < 0,05) в 1-е и 3-и сут. после отравления, а к 7-м сут. лейкоцитарный индекс интоксикации не отличался от нормы. Интоксикация этиленгликолем снижает переносимость физической нагрузки, очевидно вследствие нарушения микроциркуляции, реологических свойств крови, газообмена тканей. Отклонения биохимических показателей от нормального уровня на фоне воздействия этиленгликолем свидетельствуют о нефро- и гепатотропном действии яда [12]. Механизмы антитоксического действия производных тиобензимидазола, способствующие восстановлению переносимости физической нагрузки, нормализации активности изученных биохимических показателей (АсАТ, АлАТ, билирубин, креатинин, азот мочевины) и процессов перекисного окисления, разнообразны. Прежде всего, метапрот и этомерзол способны поддерживать высокий уровень синтеза АТФ при дефиците кислорода через активизацию сукцинатоксидазного пути окисления в зоне II митохондриального ферментного комплекса [9, 21]. Уменьшение разобщения окисления с фосфорилированием предотвращает низкоэнергетический сдвиг на уровне митохондрий и развитие биоэнергетической гипоксии [4, 9]. Более того, производные бензимидазола снижают расход АТФ за счет подавления нефосфорилирующих энергопродуцирующих видов окисления (микросомального, свободнорадикального) через регуляцию дыхательного контроля в митохондриях с результирующим перераспределением кислорода в мозг, почки, печень, миокард [21]. Немаловажную роль в антитоксическом действии производных тиобензимидазола играет их способность тормозить образование гидроперекисей липидов, диеновых конъюгатов, малонового диальдегида, шиффовых оснований и усиливать синтез и активность антиоксидантных ферментов, особенно супероксиддисмутазы, в экстремальных для организма условиях [9, 17, 21]. Более быстрое восстановление показателей активности аминотрансфераз, креатинина и азота мочевины в плазме крови экспериментальных животных, получавших антигипоксанты, свидетельствуют об их органопротективном (нефро- и гепатопротективное) действии [5]. Оно обусловлено активацией синтеза митохондриальных белков [9], сохранением функциональной активности мембран и ультраструктуры клетки. Согласно современным представлениям стрессирующее воздействие любой природы реализует свое воздействие через специфический белковый фактор, индуцируемый при гипоксии HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor) [22, 23, 24, 25], активирующий транскрипцию генов раннего ответа [22], выступающих в качестве регуляторов молекулярных механизмов адаптации клетки к стрессу [6]. Вследствие экспрессии мРНК генов киназ, фосфатаз, белков сплайсинга, задействованных в передаче клеточных сигналов и активации транскрипции генов под действием ростовых факторов и цитокинов, запускается синтез одной из ключевых групп адаптивных белков - белков теплового шока, (маркеров активации адаптивных процессов в клетке). Благодаря разнообразию функций они формируют универсальный неспецифический ответ клетки на такие виды стрессовых воздействий как интоксикации, инфекции, голод, гипоксия и др. [6]. Доказано, что в основе анаболического и репарационного эффекта производных тиобензимидазола лежит их способность активировать геном клеток с результирующим усилением синтеза РНК и белка наиболее выраженный в органах с короткоживущими белками (печени и почках) [18]. Короткоживущие, быстро обновляемые белки играют решающую роль в приспособительных реакциях организма: быстрое их уменьшение в тканях при экстремальных воздействиях служит пусковым фактором дезадаптации, а их усиленный синтез способствует развитию адаптивных механизмов [22, 23, 24]. Заключение Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы и заключения. Курсовое (7 дней) применение метапрота (2-этилтиобензимидазола гидробромида) и этомерзола (5-этокси-2-этилтиобензимидазол в дозах 25-50 мг/кг соответственно оказывает защитное действие при интоксикации этиленгликолем, оцениваемое как по физической выносливости, так и по биохимическим показателям, характеризующим состояние паренхиматозных органов и системы крови. Как правило, положительный эффект прямых антигипоксантов начинал реализовываться на 3-и сут. после начала их назначения и был максимально выражен на 7 сут. применения препаратов. Антитоксическое действие препаратов на систему перекисного окисления липидов и антиоксидантную систему реализуется посредством нормализующего влияния на процессы свободно-радикального окисления (снижение показателей МДА и повышение уровня ВГ). Повышение эффективности реанимационных мероприятий и лечения отравлений на этапе реабилитации возможно благодаря минимизации, прежде всего, гипоксического повреждения тканей в остром периоде интоксикации. Эта задача может быть решена в рамках концепции метаболической защиты путем применения таких препаратов, как метапрот и этомерзол (возможно в сочетании с янтарной кислотой) [4]. Их коррегирующее влиянием на реакции клеточного метаболизма, энергетическое обеспечение, состояние процессов пероксидации обеспечивает органопротективный, актопротекторный эффект и может быть использован в лечении и реабилитации детей, пострадавших от отравления различными токсикантами.

Viktoriya Vladimirovna Vorob’eva

North-West State Medical University named after I. I. Mechnikov

Email: psnjsn@rambler.ru
MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head, Department of pharmacology

Irina Viktorovna Zarubina

Russian Medicomilitary Academy

Email: pdshabanov@mail.ru
PhD, Professor. Department of pharmacology

Petr Dmitrievich Shabanov

Russian Medicomilitary Academy

Email: pdshabanov@mail.ru
MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head. Department of pharmacology

Sergei Nikolaevich Proshin

St. Petersburg State Pediatric Medical University

Email: psnsjn@rambler.ru
MD, PhD, Dr Med Sci Professor, Head. Department of pharmacology

  1. Барачевский Ю. Е., Логваль А. А., Белых О. Ю., Низовцев О. Ю. Структура лекарственных отравлений у детей. Актуальные проблемы токсикологии и радиобиологии. СПб.; 2011
  2. Богоявленный В. Ф. Клиническая диагностика и неотложная терапия острых отравлений. М.; 2002
  3. Волчегорский И. А., Долгушин И. И., Колесников О. А. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма. Челябинск; 2000
  4. Воробьева В. В., Зарубина И. В., Шабанов П. Д. Защитные эффекты метапрота и этомерзола в экспериментальных моделях отравлений бытовыми ядами. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2012; 10 (1): 3-22
  5. Гайворонская В. В., Оковитый С. В., Нагорнев С. Н. Гепатопротекторное действие этомерзола при экспериментальной интоксикации четыреххлористым углеродом. Антигипоксанты и актопротекторы: итоги и перспективы. СПб.; 1994
  6. Григорьев А. И. Молекулярные механизмы адаптации к стрессу: гены раннего ответа. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2009; 95 (10): 1041-1057
  7. Гусель В. А. Справочник педиатра по клинической фармакологии. М.: Медицина; 1989
  8. Долго-Сабуров В. Б. О роли окислительного стресса в формировании цитотоксических эффектов этанола. Токсикол. вестник. 2010; 1: 17-21
  9. Зарубина И. В. Молекулярная фармакология антигипоксантов. СПб.: Изд-во Н-Л; 2004
  10. Кальф-Калиф Я. Я. О лейкоцитарном индексе интоксикации и его практическом значении. Врач. дело. 1941; 1: 31-35
  11. Каркищенко Н. Н. От моделей на животных к альтернативным моделям в токсикологии. Токсикол. вестник. 2010; 3: 18-21
  12. Куценко С. А. Основы токсикологии: Научно-методическое издание. СПб.: ООО «Издательство Фолиант»; 2004
  13. Лукьянова Л. Д. Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и медицинские аспекты. М.: Медицина; 2004
  14. Макаренко С. В. Клинические проявления отравлений спиртсодержащими жидкостями. Автореф. дис… канд. мед. наук. СПб.; 1996
  15. Миронова О. П. Этомерзол как антиоксидантное средство. Биомед. химия. 2003; 49 (5): 434-442
  16. Остапенко Ю. Н., Литвинов Н. Н., Рожков П. Г. и др. Cовременное состояние эпидемиологии химических отравлений и токсикологической помощи населению. Токсикологический вестник. 2010; 3: 34-36
  17. Островский О. В., Стасов А. А., Гаева Л. М. Антигипоксанты и актопротекторы: итоги и перспективы. СПб.: ВМедА, 1994; 1: 75
  18. Прозоровский В. Б. Экспресс-метод определения средних эффективных доз токсических веществ. Труды Казанского мед. ин-та. 1976; 48: 45-48
  19. Смирнов А. В. Бемитил: механизм действия и связанные с ним эффекты. Физиологически активные вещества. 1993; 25: 5-9
  20. Хальфин Р. А. Преждевременная смертность, обусловленная острыми отравлениями в Свердловской области, и ее социально-экономические последствия. Токсикол. вестник. 2008; 1: 4-8
  21. Шабанов П. Д., Зарубина И. В., Новиков В. Е. Фармакологические корректоры гипоксии. СПб.: Информ-навигатор; 2010
  22. Ben-Dov C. Genome-wide analysis of alternative pre-mRNA splicing. J. Biol. Chem. 2008; 283 (5): 1229-1233
  23. Semenza G. L. Expression of hypoxia-inducible factor 1: mechanisms and consequences. Bioch. Pharmacol. 2000; 59: 47-53
  24. Stroka D. M. HIF - 1 is expressed in normoxia tissue and displays an organ - specific regulation under systemic hypoxia. FASEB J. 2001; 15: 2445-2453
  25. Szabo I. The mitochondrial megachannel is the permeability transition pore. J. Bioenerg. Biomemb. 1992; 24: 111-117

Views

Abstract - 351

PDF (Russian) - 215

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2015 Vorob’eva V.V., Zarubina I.V., Shabanov P.D., Proshin S.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies