Журнал «Медицина неотложных состояний» 6(31) 2010

Вступ

Аеробний метаболізм безперервно породжує невеликі кількості активних форм кисню (АФК) у нормі протягом фізіологічних процесів, як, наприклад, клітинне дихання та запальні механізми захисту [1, 2]. АФК можуть діяти як вторинні медіатори і впливають на процеси сигнальної трансдукції, а отже, й на експресію генів [3, 4]. Клітини-фагоцити виділяють супероксид-аніон O2•– за допомогою реакції, що каталізується НАДФН-оксидазою. Подальша їх доля може бути різною (рис. 1). У нормі за відсутності іонів металів змінної валентності супероксидні радикали перетворюються на пероксид водню (H2O2) супероксиддисмутазою (СОД). Клітини-фагоцити використовують пероксид водню, перетворюючи його на гіпохлорит, що руйнує стінки бактеріальних клітин, за допомогою мієлопероксидази. Надлишок пероксиду водню вилучається під дією глутатіонпероксидази (ГП) або каталази (КАТ).

В умовах патології можуть відбуватися системні порушення активності захисних ферментних систем, що зв’язують іони заліза у плазмі крові (церулоплазмін і трансферин) і в клітинах (феритин). Масивні зростання швидкості генерації АФК та інших радикалів призводять до розвитку оксидативного стресу (ОС), спричинюючи пошкодження клітини та її смерть [5]. У цьому випадку O2•– та H2O2 вступають в альтернативні реакції, а саме — перетворення тривалентного заліза на двовалентне та утворення радикалів гідроксилу (HO•). Останні мають високу хімічну активність [6] і здатні викликати розрив ниток ДНК, володіючи мутагенним, канцерогенним або цитостатичним ефектом. Реагуючи з ненасиченими жирними кислотами, ініціюють ланцюгову реакцію їх пероксидації. У випадку атаки білків виникають модифікації окремих амінокислот, що призводить до зміни конформації білкової молекули. Такі білки втрачають свої функції та піддаються протеолітичним процесам, що призводить до утворення низькомолекулярних пептидів (молекул середньої маси) та вивільнення іонів металів з металопротеїдів. Більшість автооксидантних реакцій стимулюються невеликою кількістю металічних іонів змінної валентності.

Антиоксидант — екзогенна (природна чи синтетична) або ендогенна сполука, що проявляє захисний вплив шляхом видалення вільного кисню (табл. 1), перехоплення АФК або їх попередників, інгібування формування АФК та зв’язування металічних іонів, необхідних для їх формування [7, 8].

Оксидативний стрес у патогенезі критичних станів

Під час критичного стану організму ОС може бути пов’язаний з активацією фагоцитів (нейтрофілів, моноцитів, макрофагів, еозинофілів), продукцією оксиду азоту (NO•) і вивільненням іонів заліза та міді, як і самих металопротеїнів [9]. Крім того, доведено, що активація ксантиноксидази є основним джерелом АФК після опікової травми [10]. Одразу ж після ішемії супероксид продукується протягом фази реперфузії ксантиоксидазою і швидко реагує з NO•, формуючи ONOO–. Більшість NO•, що виробляється макрофагами, також перетворюється на ONOO– [11]. Відомо, що продукція реактивних сполук, як, наприклад, O2•–, H2O2, і NO•, відбувається у точках розвитку запалення і сприяє пошкодженню тканин [12]. Підтверджено наявність тяжкого ОС у хворих із синдромом системної запальної відповіді (ССЗВ), зменшеними значеннями загальної антиоксидантної здатності (ЗАОЗ) плазми та її компонентів [13]; підвищеними рівнями активних продуктів тіобарбітурової кислоти (АПТБК), особливо у пацієнтів, у яких розвивався синдром поліорганної недостатності (ПОН) [14]; збільшеними рівнями малонового діальдегіду та 4-гідроксинонеалю [15]. Активація ксантиноксидази під час сепсису підтверджує відмову мікроциркуляторного контролю, що призводить до погіршення перфузії та ішемії. Galley et al. (1996) продемонстрували, що пацієнти з сепсисом, які загинули, мали нижчі рівні ксантиноксидази, збільшену продукцію вільних радикалів та вищі рівні лактату, ніж ті, які мали сепсис та вижили. У пацієнтів із найвищими рівнями ксантиноксидази спостерігались кращі результати виживання [16]. Досліджено, що у пацієнтів із розлитим гнійним перитонітом та деструктивним панкреатитом у першу чергу розвивається оксидативне пошкодження білкових молекул плазми крові, а тоді вже ліпідів. Крім того, ступінь вираженості ПОН корелює з рівнем оксидативного пошкодження білків [17]. Підвищені концентрації ізопростанів [18] і вираженість ПОЛ in vivo визначались у видихуваному конденсаті повітря хворих на гострий респіраторний дистрес-синдром/синдром гострого пошкодження легень (ГРДС/СГПЛ). У цій же групі хворих спостерігалось істотне зменшення α-токоферолу, аскорбінової кислоти, β-каротину і селену та підвищені рівні продуктів ПОЛ у плазмі крові [19].

Незважаючи на глибокі знання перебігу вільнорадикальних процесів, що лежать в основі патогенезу критичних станів, досі не існує однозначної думки щодо ефективності антиоксидантної терапії у складі лікувальних схем пацієнтів у критичних станах.

Антиоксиданти та ГРДС/СГПЛ

Дослідження підтвердили здатність парентерально введеного N-ацетилцистеїну (NAЦ) до збільшення рівня відновленого глутатіону в бронхоальвеолярній промивній рідині й в середині легеневих гранулоцитів [20]. Проте клінічні випробування ефективності мали двозначні результати. Jepsen et al. (1992) у проспективному випробуванні NAЦ у хворих із доведеним ГРДС були не в змозі довести будь-яку перевагу від терапії за співвідношенням PaO2/FiO2 та виживанням [21]. Domenighetti et al. (1997) також не змогли продемонструвати будь-які зміни результатів захворювання від терапії NAЦ у пацієнтів із доведеним ГРДС [22]. Проте Suter et al. (1994) у подібній групі пацієнтів продемонстрували покращення оксигенації та зменшення потреби апаратної дихальної підтримки в групі пацієнтів, які лікувалися NAЦ [23]. Bernard et al. (1997) у проспективному рандомізованому подвійному сліпому випробуванні NAЦ змогли показати зростання рівня відновленого глутатіону в еритроцитах та підтвердити активність ліків на основі істотного зменшення числа днів тривалості СГПЛ [24]. Не було жодної різниці за результатами виживання в будь-якому з цих досліджень, проте всі мали відносно малий об’єм вибірки. Потрібні подальші випробування для того, щоб визначити, чи пацієнти в більш ранній стадії захворювання або, краще, ті, які знаходяться в групі ризику розвитку ГРДС, отримають покращення від введення NAЦ.

В одному дослідженні було залучено додаткове ентеральне введення вітаміну E як доповнення до лікування ГРДС [25]. Рівні сироваткового α-токоферолу не зростали до рівня групи контролю. Проте неясно, чи це був наслідок надмірного використання вітаміну E, чи мальабсорбції за рахунок тяжкості захворювання.

Було оцінено ефективність перорального прийому вітамінів E і C та α-каротину у хворих на ГРДС [26]. Пацієнти, які отримували цю дієту, потребували меншої вентиляційної підтримки, мали більш короткий період перебування у відділеннях інтенсивної терапії (ВІТ) і мали меншу частоту виникнення органної дисфункції порівняно з контрольними хворими. Проте ця модифікована дієта також мала зміни вмісту ліпідів із зростанням ω-3 жирних кислот. Тому точно невідомо, чи переваги, отримані в цьому вивченні, є наслідком зростання антиоксидантної активності або ефекту зміненого метаболізму ліпідів клітин запалення.

Сепсис, ССЗВ

Досліджувалось додаткове введення селену хворим на ССЗВ у пацієнтів із його низькими сироватковими рівнями [27]. Автори продемонстрували більш низьку частоту ниркової недостатності, більш швидке усунення дисфункції органів і тенденцію до зменшення рівня летальності пацієнтів, які отримували селен. Необхідні подальші вивчення, щоб повністю висвітлити механізми переваг і клінічної користі цього підходу лікування.

Результати введення СОД у моделях сепсису у тварин були варіабельні. Загалом СОД ефективна, коли вводиться перед початком розвитку сепсису, але встановлено, що в разі введення після сепсису можливий і шкідливий її вплив [28, 29].

У плацебо-контрольованому клінічному випробуванні внутрішньовенного введення «коктейлю антиоксидантів» (NАЦ, селен, вітамін С) оцінили ефект у хворих на тяжкий гострий панкреатит [30]. Автори зазначають, що незважаючи на підвищення відносних значень антиоксидантів у сироватці крові та зниження маркерів ОС, не спостерігалось статистично вірогідної різниці частоти розвитку дисфункції органів на 7-й день терапії. Смерть виникала у пацієнтів із більш тяжким захворюванням. Необхідні подальші дослідження з рандомізацією пацієнтів відповідно до факторів ризику розвитку ускладнень.

Peake et al. (1996) продемонстрували істотну депресію серцево-судинних порушень після 24 год введення NAЦ пацієнтам із септичним шоком [31]. Інші дослідження продемонстрували, що введення NAЦ покращує дихальну функцію та скорочує перебування у ВІТ без істотних гемодинамічних ефектів [32] і, що цікаво, зменшує продукцію IL-8 (важливого медіатора септичного пошкодження легень) [33], сприяючи поповненню пулу та активації нейтрофілів [34]. Введення високих доз NAЦ знижує пероксидативний стрес і покращує клінічні результати у пацієнтів із септичним шоком [35]. Внутрішньовенна інфузія NAЦ збільшувала печінковий кровотік і покращувала функцію печінки через 24 год після початку розвитку септичного шоку [36]. Hein et al. (2004) повідомили, що введення NAЦ зменшує продукцію молочної кислоти печінки, збільшує її перфузію і покращує її функцію у хворих із септичним шоком [37]. Високі дози NАЦ підвищують фагоцитарну активність зі зменшеною оксидативною діяльністю нейтрофілів у пацієнтів із ССЗВ/сепсис [38].

Тривала інфузія селену у вигляді натрію селеніту (4000 мкг у 1-й день, 1000 мкг/день у наступні 9 днів) не проявила жодних токсичних властивостей, але й не покращувала клінічних результатів у пацієнтів із септичним шоком [39].

В одному клінічному випробуванні досліджувався підхід використання «коктейлю антиоксидантів» у пацієнтів із сепсисом. Galley et al. (1997) вводили комбінацію NAЦ, вітаміну C та α-токоферолу хворим на септичний шок [40]. Автори продемонстрували швидкоплинну позитивну відповідь гемодинаміки, але не отримали ефекту щодо виживання пацієнтів.

Шок

Застосування церулоплазміну (ЦП) у хворих із явищами травматичного, геморагічного або інфекційно-токсичного шоку призводило до швидкого збільшення активності ЦП плазми в першу ж добу після початку лікування. Зменшувався вміст малонового діальдегіду. Серед клінічних ефектів відмічалось зниження частоти легеневих ускладнень, проте автори не наводять результатів виживання пацієнтів [41].

Ад’ювантне введення високих доз аскорбінової кислоти (66 мг/кг маси тіла на годину) протягом перших 24 годин після опікової травми значно знижує потрібний об’єм інфузійної рідини, навколорановий набряк та редукує респіраторну дисфункцію [42].

Tossios et al. (2003) у рандомізованому подвійному сліпому плацебо-контрольованому клінічному дослідженні виявили, що введення 100 мг/кг NАЦ із наступною інфузією 20 мг/кг/год значно знижує концентрацію 8-ізопростагландину-F2α та нітротирозину у біоптатах міокарда лівого шлуночка пацієнтів, яким проводилась кардіоплегія зі штучним кровообігом із приводу кардіохірургічного втручання [43].

40 пацієнтів кардіохірургічного профілю, яким проводилась коронарна ангіопластика та хірургічна корекція клапанного апарату серця, були включені у плацебо-контрольоване випробування емульсії all-rac-α-токоферил ацетату (синтетична форма α-ізомеру токоферолу) [44]. Інфузія препарату спричинювала нормалізацію концентрації вітаміну Е в плазмі під час та після хірургічного втручання, але не спостерігалось впливу на феномен раннього підвищення малонового діальдегіду, зниження ЗАОЗ плазми та вітаміну С. Біохімічні маркери пошкодження міокарда та показники клінічного видужання пацієнтів не змінювались після проведеного кардіохірургічного втручання.

Алопуринол у дослідженнях на людях у разі перед­операційного введення пацієнтам, які потребували коронарного шунтування, довів свої вигідні ефекти у вигляді пом’якшення кардіальної ішемії та реперфузійного пошкодження [45]. У рандомізованому випробуванні алопуринол істотно знижував ранню післяопераційну летальність після коронарного шунтування й покращував серцеву роботу [46]. В іншому дослідженні алопуринол знижував частоту аритмій, потребу в інотропних засобах та імовірність періопераційного інфаркту міокарда [47]. У подібній групі пацієнтів препарат знижував ферментативну активність ксантиноксидази, проте не мав жодного впливу на рівень молочної кислоти, пірувату, креатинкінази та її МB-фракції. [48]. Також було виявлено, що алопуринол знижує рівень процесів ПОЛ у разі шунтування коронарних артерій [49] і покращує відновлення серцевого викиду та ударну роботу лівого шлуночка з одночасним зниженням концентрації сечової кислоти в плазмі крові [50].

Проте в подвійному сліпому рандомізованому дослідженні терапії ішемічної хвороби серця (140 хворих) алопуринол збільшував частоту поширення інфаркту міокарда, це свідчить, що він фактично може бути протипоказаний хворим на ішемічну хворобу серця [51].

Церебральна ішемія

Відомо, що збільшення споживання з їжею вітамінів-антиоксидантів призводить до зменшення ризику інсульту [52]. Проте два рандомізованих випробування показали, що доповнення β-каротину до терапії [53] та споживання інших вітамінів-антиоксидантів [54] не були пов’язані зі зменшенням ризику інсульту.

Терапевтичний досвід використання алопуринолу в терапії церебральної ішемії обмежений вивченням, проведеним на 22 немовлятах із тяжкою асфіксією [55]. Спостерігалась тенденція до покращення показників виживання, інгібування продукції вільних радикалів, покращення кровопостачання головного мозку та його електричної активності.

Передішемічне введення рекомбінантної людської СОД пом’якшує ішемічне пошкодження, індуковане в полівок двосторонньою закупоркою сонної артерії на 5 хвилин [56]. У багатоцентровому випробуванні терапія поліетиленгліколь-кон’югованою СОД (пегорготеїн) була не в змозі покращити результати видужання хворих із тяжкою черепно-мозковою травмою у разі введення в межах 8 годин після пошкодження [57]. Це відносно довге терапевтичне вікно може пояснити негативні результати.

Основні обмеження щодо застосування ферментативних антиоксидантів: їх великий розмір, що обмежує клітинну проникність, короткий період напівжиття, антигенність і висока вартість. Низькомолекулярні імітатори ендогенних ферментів були розроблені для подолання деяких із цих обмежень.

Ебселен (2-феніл-1,2-бензизоселеназол-3(2Н)-он) — низько­молекулярна селенорганічна сполука, що знешкоджує H2O2 глутатіонпероксидазоподібною активністю та інгібує процеси ПОЛ [58]. На основі багатообіцяючих фактів нейропротекторної ролі ебселену, отриманих на тваринних моделях, у 300 хворих на гострий ішемічний інсульт проведено дослідження ефективності лікування в межах 48 год після атаки інсульту. Через 1 місяць спостерігались позитивні результати [59]. Покращення продовжувалося 3 місяці, але дослідження провалилося, не досягнувши статистичної значимості. Ogawa et al. (1999) провели рандомізоване випробування ебселену на 99 хворих із повною оклюзією середньої мозкової артерії [60]. Спостерігалось істотне зниження об’єму мозкового інфаркту і поліпшення результатів видужання хворих, які починали лікування в межах 6 год після ішемічної атаки. Зараз препарат знаходиться на 3-й фазі клінічних випробувань терапії інсульту.

Розробляються серії з 21-аміностероїдів з антиоксидантною активністю (лазароїди). Один із них — U74006F (мезилат тирилазаду). Після демонстрації своєї церебропротективної ефективності на тваринних моделях [61, 62] тирилазад був клінічно оцінений при гострих неврологічних порушеннях у людей. У двох дуже подібних багатоцентрових випробуваннях у разі субарахноїдального крововиливу (САК) були повідомлені суперечливі результати. Flaishaker et al. (1995) показали зменшення летальності хворих і покращення неврологічних результатів на третій місяць [63]. Проте Haley et al. (1997) не знайшли жодних відмінностей між тирилазаду і групами плацебо [64]. Два великих багатоцентрових дослідження тирилазаду в разі черепно-мозкової травми помірного й тяжкого ступеня також були не в змозі показати будь-які чіткі відмінності результатів виживання між лікованими пацієнтами та групою плацебо [65, 66]. Ці суперечливі результати можуть пояснюватися особливостями відмінностей госпіталізації хворих, стандартів догляду або використання ліків, що зменшують біоефективність тирилазаду.

Змішані групи пацієнтів відділень інтенсивної терапії

Випробування NAЦ для інших популяцій хворих у критичних станах також мають змішані результати. Не спостерігалось переваг у результатах захворювання пацієнтів відділень інтенсивної терапії. Preiser et al. (2000) провели дослідження на 51 пацієнті, у якому довели, що ентеральне введення суміші вітамінів-антиоксидантів (А, С, Е) підвищує концентрацію цих вітамінів у крові, нормалізує вміст ліпопротеїнів низької щільності та стійкість до оксидативних процесів, проте не покращує клінічних результатів [67]. Випробування інфузії NAЦ не виявило покращення загального антиоксидантного потенціалу та будь-якої істотної різниці кінцевих клінічних результатів, як, наприклад, тривалість інотропної підтримки, механічної вентиляції легень та кількість днів, проведених у ВІТ [68]. Проте друге дослідження виявило переваги від застосування суміші вітамінів С та Е у такій групі пацієнтів. Nathens et al. (2002) продемонстрували, що під впливом внутрішньовенного та ентерального введення вищезгаданих вітамінів пацієнтам хірургічного профілю знижується рівень маніфестації синдрому ПОН та тривалість перебування у ВІТ [69]. Crimi et al. (2004) на основі результатів плацебо-контрольованого дослідження показали, що ентеральне введення суміші вітамінів С та Е знижує рівень ізопростанів та АПТБК у крові, а також покращує показники 28-денного виживання пацієнтів із різною патологією, що потребували перебування у ВІТ [70].

Патофізіологічні основи невдачі деяких клінічних випробувань антиоксидантів

ОС може являти собою загальний шлях для життєво небезпечних критичних захворювань, збільшуючи ймовірність розвитку синдрому ПОН та смерті [71]. Хоча додаткове введення антиоксидантів має бути логічною відповіддю на зменшені рівні антиоксидантів, користь цієї терапії не була досі чітко продемонстрована.

Оксидативно-антиоксидантний дисбаланс уражає різні метаболічні шляхи, і немає «ідеальних» ліків, здатних впливати на всі з них. Теоретично комбінація антиоксидантів із різними властивостями могла би бути кращим вибором, ніж монотерапія. Крім того, критичні захворювання, як, наприклад, сепсис і ГРОС, індукуються не тільки вільними радикалами, а демонструють комплексну патофізіологію з багатьма заплутаними запальними й незапальними метаболічними шляхами. Було б наївно думати про терапію цих захворювань тільки антиоксидантами.

Слід також пам’ятати, що оксидативні пошкодження часто відбуваються без істотного ПОЛ, і, таким чином, інгібітори пероксидації ліпідів можуть бути (а часто так і є) терапевтично неефективними навіть в умовах, коли вільні радикали відіграють важливу роль в індукції пошкодження тканин [17]. Деякі антиоксиданти, що розривають ланцюгові реакції, здатні до відновлення Fe3+ до Fe2+ і можуть поглиблювати залізозалежні радикальні реакції, у тому числі неліпідні. Наприклад, флавоноїди — могутні інгібітори ПОЛ, можуть посилювати залізо-залежне іонно-радикальне пошкодження, призводячи до пошкодження вуглеводів та ДНК [72].

Інша важлива проблема — правильна доза. Немає жодних остаточних директив ні для внутрішньовенного, ні для ентерального введення антиоксидантів і, що найважливіше, жодні фармакокінетичні дослідження не були проведені у критично хворих пацієнтів. Наприклад: тоді як болюсне введення NAЦ із короткою безперервною інфузією низьких доз покращує оксигенацію і гемодинамічні показники, тривала безперервна інфузія високих доз індукує кардіодепресію і підвищує летальність. Таким чином, лікування дуже високими дозами антиоксидантів потрібно застосовувати обережно через ризик токсичності і, особливо, у разі ентерального введення [73].

Окрім того, не проводились дослідження ефективності антиоксидантів залежно від рівня доставки кисню та порушення кисневого гомеостазу, адже логічно припустити, що рівень напруження кисню, а точніше його різкі зміни (що відбуваються в разі ішемії/реперфузії) визначають активність оксидативних процесів.

Час початку терапії — важливе питання, оскільки антиоксиданти не мають переваг у разі необоротного пошкодження тканини [26]. Тоді як терапія антиоксидантами у разі встановленого остаточного діагнозу не показувала жодної клінічної різниці [21, 22], комбінація раннього введення високих доз мала очевидні позитивні результати [74]. В ідеальному випадку найкращий вибір — профілактичне введення антиоксидантів, але це не завжди можливо.

Несумісні результати ефективності антиоксидантів можуть пояснюватися фактом, що вітаміни C та E можуть окиснюватися з формуванням аскорбілового радикалу й радикалу α-токоферолу, що можуть діяти як отруйні прооксиданти та потребують відновлення [1, 2, 6, 7]. Це вимагає енергетичних та пластичних затрат, а отже — відповідного рівня глюкози та інших ключових нутрієнтів у крові. Продукція АТФ, що підтримує систему глутатіону, вимагає вітамінів групи В, магнію, ліпоєвої кислоти, коензиму Q10 та ацетил-L-карнітину, що можуть бути важливими препаратами вибору. Вітамін D впливає на активність пентозофосфатного шунта, і таким чином, може проявляти антиоксидантний ефект, стимулюючи продукцію НАДФН + Н+ [75]. Таким чином, харчування з відповідною кількістю калорій — основний шлях зниження продукції вільних радикалів.

Висновки та майбутні напрямки досліджень

Багато очевидних фактів свідчать, що ОС важливий або в первинних, або у вторинних патофізіологічних механізмах, що лежать в основі патофізіології розвитку критичних станів. Антиоксиданти різної хімічної будови були досліджені як терапевтичні агенти. Хоча деякі з антиоксидантів показали ефективність у тваринних моделях, більшість їх не показала корисного ефекту в клінічних випробуваннях, що виконувались до сьогодні. Таким чином, пошук, відкриття і розробка нових могутніх антиоксидантних агентів із заданими властивостями — багатообіцяючий підхід для терапії в медицині критичних станів.