Введение к работе
Актуальность проблемы. В современной медицинской биохимия проблема гипоксии и коррекции гипсксичзеккх нарушений является едкой из ведущих. Особый интерес в связи с этим представляет сяк называемые экстремальные (Горизонтов П.Д., 1973) и крлтячаеккв (Рябов F.A., 1988) состояния, при которых гипоксия, ка" кзепэцифтсескоэ "лроявлэ.-Ш0 патологии, выступает га. пзршй план. Гипоксия при этих состояниях, как правило, имеет сметанный характер и адекватно моделируется только при условии воссоздания реальной патологической ситуации. В последние десятилетня актуальность иедико-биозегячэских исследований 0 области биехккии экстремальных состояний всэроелл в связи с неуклониш рсстш травматизма, ожоговых и яучевнх нерзкэ-нлй. При этеи перед медициной пемшо задачи сохранения кизни путец неотложных isep интенсивной терапии стоит не менее важная сверхаа-дача восстановлешсл утраченных мозговых функций и социальной рзабн-литацки пострядагггек. Для решения'этих задач необходимо бяохи:я:чс-сясе обоснование &нтигипсясичесхях мероприятий, оценка зффзктятно-сти различных сочетаний фармакологических к метаболических средств защиты органов и тканей ст гипоксии.
При обсуждении вероятных метаболических механизмов устойчиво--сти к гипоксии на пзрвгЯ план пнходят кемпепеаторшо пути метаболизма: глюкснеоггквз, пентозофос^атішй шунт, раїсции карбскенлирега-ния, перзекикированяя (Казачка П., Сскэро $з., І9С8; Бобков D.F. и соавт., 1984; Кокдрашова Ы.И., 1988). В нервней ткани особсэ внтса-ние прівлвкаот ГАМК-иунт, представлявшій собой обходной путь до отношению к лиштирукцзй ЩК регулируемой с<Г-кетоглутаратдап!Дрогв-назиой реакции (Бунятян Г.Х., 1966; Ситакскай И.А., 1972;Roberta в., Ї974; Тарі» R., 1983; Раевский К.С., Георгиев В.П., 1986), и определяющий содержание и быстроту оборота важнейшего центрального, іайромодиатсра ГАНН (Сытинский И.А., 1977, Kmjevio к.,. 1970; Gonnard р., 1980). йдэктся экспериментальные подтвврздеггад уча-:тия системы ГАЇ2 в ограшчеяяи повреждений, вызванных стрзссса !Иеерсон Й.З., Ї98І; 1986), однако вопрос о количественном вкладе гетаболизма ГАШС в нормализация наруззнного нетабслизка «озга при 'Кстремальных состояниях практически на рзптен.' Нет ясности в представлениях о изхеиизмах метаболического контроля, упразя/жцпх ра-отой ГАЙК-шунта, особенно при гипоксии. В то гэ враші рзшэнио , тих вопросов открывав? перспективы разработки кэтодса керрзкции ункций ГАМК-шунта, в частности, с пшедьа ногая ГАМ?$-прозззсдгж
на осново естественных метаболитов (Копзлевич В.М. и соавт., 1981) и витакинно-коферментнс-метаболитных комплексных препаратов (Розанов А.Я., 1986). На этой основе возможна разработка конкретных рекомендаций по антигипсксической терапии при экстремальных состояниях организма. Вышеизложенное определяет актуальность предпринятого исследования.
Цель и задачи исследования. Цель исследования состояла в разработке рациональной экспериментальной фармако-метаболической защиты мозга от гипоксии при экстремальных состояниях организма на основе представлений о ГАМК-шунте как о компенсаторном метаболическом пути в нервной ткани.
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Оценить количественный вклад ГАМК-шунта в поток субстратов на стадии с-кетоглутарат (of-KT)—«-сукцинат в различных отделах мозга я сопоставить полученные данные со сведениями об устойчивое* ЭТ.1Х. отделов мозга к гипоксии.
-
Расширить представления о механизмах метаболического контроля ГАМК-шунта и сопряженных с ним биохимических процессов в нар вной ткани путем сравнения.скоростей потоков, активности и компарт менталиэации ферментов, содержания субстратов и их катаболизма до
COg в норме и при гипоксии.
-
Изучить возможности направленной регуляции функции ГАМК-шунта о помощью новых ГАМК-коныогатов на витаминной основе, витаминов, кофермеитоп и их сочетаний с субстратами ГАМК-шунта. Сопоставить метаболические эффекты исследуемых ГАМК-коныогатов и комплексов с их защитным действием при гипоксии.
-
Исследовать функцию ГАМК-шунта и оценить его роль ъ механи змах метаболической компенсации при таких экстремальных состояниях организма как тяжелая черепно-мозговая травма (ТЧМТ), ранняя пост-лучевая реакция ЦНС (синдром ранней преходящей недееспособности ил РПЩ геморрагический ток, острая печеночная энцефалопатия (гепатогенный шок).
Б. Оценить по клиническим, патофизиологическим и биохимически параметрам эффективность фармако-метаболичэской зашиты мозга от гипоксии при этих состояниях при помощи сочетания ГАМК-ергических препаратов к комплекса витаминов, коферыентов и метаболитов (КБКМ) на основании полученных данных разработать практические рекомендации по ааиите мозга от гипоксии при ТЧМТ и купированию ранней пост лучевой реакции.
6. С помощью методов математической статистики на основе.системного подхода оценить взаимосвязи и взаимовлияния между системой метаболизма ГАЫК и сопряженными с ней процессами (окислительное де-карбоксидирование «^-кетокислот» трансашшировадае) при экстремальных состояниях и экспериментальной терапии и обосновать стратегию антигипоксическсй защиты мозга при экстрегтльных состояниях орга- ' низма.
Научная новизна диссертационной работы. На основании измерения максимальных активностей ферментов ГАМК-шунта и оС-квтоглута-ратдегидрогеназного комплекса в гомогенатах и субклеточных фракциях головного мозга крыс впервые показано, что в мозжечке интенсивность потока по пути ГАМК-шунта ыокет достигать 1/4 суммарного потока на стадии dC -КГ—«-сукцинат, а в корз - 1/8 - 1/10. Выявлены корреляции между интенсивностью метаболизма ГАМК, ее компартмен-тализацией и транспортш в различных отделах мозга, свидетельству-юздэ о существенной роли транспорта в регуляции метаболизма ГАНК. На основании измерения катаболизма меченых I- CJ-ГАМК и б-^С-^-КГ показаны реципрокныэ рагуляторные взаимоотношения ыевду КГДК-реак-цией и ГАШ-зависимым трансамикировашем об-КГ и рассмотрена вероятная роль структурного единства КГДК и ГАЫК-Т как причины этих взаимоотношений. В частности, подтверждена роль КГДК как прочно фиксированной на митохондриальной мембране матрицы - основы ыета-болона и установлено, что при щадящей деструкции митохондрий до 76 % внутримитохондриальной ГАШ-Т-активноста ассоциировано с КГДК.
На основе уточненных представлений о роти субстратов и кофер-иентов в регуляции ГАМК-шунта и о-кетоглутаратдегидрогеназкого комплекса апробированы подходы направленной регуляции этих путей метаболизма с помощью парентерального введения витаминно-кофермент-ного комплекса Пентапирувит и сочетания pep + об-КГ + ГЛ + ГАМК.' [Іри этой показано, что при многократном введении одного лишь ры> проявляются преимущественно иекофермвнтные метаболические эффекты, которые могут быть скорригированы одновременным введением метаболитов ГАМК-шунта. Впервые исследовано влияние новых ГАШ-коньюга-гов на витаминной основе (никотиноил-ГАШ, оро*оил-ГАМК, биотанил- ТАНК) на функционирование ГАМК-шунта в нервной ткани, выявлены специфические черты их эффектов в различных отделах головного мозга. Установлено, что активация ГАМК-шунта в нервной ткани эаконс-аерно сопутствует проявлению антигипоксичэсксто эффекта исследуе-шх соединений и комплексов.
Впервыэ количественно оценена компексаїорная роль ГАМК-иунта
в ыетабояизме головного ыозга в дянашке после экспериментальной T4L1T и в первые 24 часа после абсолютного летального лучевого пора-аения в дозе 30 Гр (сиидрел ИШ). Показано усиление функции ГАЫК-шунта при ТЧШ" s ответ на тормокенио окислительного декарбоксидирования с^-КГ» На основавши полученных данных развиты представления о ГАШ-щунте «сак о механизме метаболической компенсации при гипоксии экстремальных состояний, разработан способ защиты головного мозга от гипоксии при ТЧМТ, основанный на еочетанпоы применении тпопеіигаяового наркоза и"КЕШ, стимулирующего функцию ГАЫК-щунта и ключевые звенья цикла Кребса. Экспериментально обоснована возможность применения КВКМ как системно,' так и местно, путем аппликации на поарозденную поверхность мозга. Установлено, что одним из механизмов действия использованной комбинации фармакоагентов и препаратов ызтаболитной терапии является ограничение перекислого окисления липидов и поддержание высокой активности глутатионовой противо-перекясной системы в нервной ткани.
Апробирован способ купирования ранней постлучевей реакции, основанный на сочетанием применении ГАМК-оргического ноотропного препарата пантогам (пантоил-ГАМК) и КВКМ. Эффективность экспериментальной терапии оценена по ебщебиологическим, физиологическим, морфологическим и биохимическим показателям в сравнении с традиционными шїодаш лечения.
На основании анализа полученных данных с применением методов математического моделирования с элементами системного подхода развиты представления о механизмах метаболического контроля ГАМК-шун-та в условиях гипоксии экстремальных состояний и сформулированы теоретические основы фаршко-метабодической защиты мозга от гипоксии в виде принципа "эконоши энергетической компоненты", включающего такие моменты, как общее снижение энергетических затрат, преимущественное использование компенсаторных источников энергии и подцеркание функции ключевых звеньев энергетического обмена.
Практическая значимость работы. Разработаны и внедрены практические рекомендации по антигипоксической терапии у больных с ТЧЬЯ ("Способ лечения гипоксии мозга", заявка на изобретение № 4293370/ 14 о- 3.08.87 г., подучено положительное решение от 07.09.89). В результате применения разработанного способа лечения, состоящего в сочетании (на фоне базового реанимационного пособия) пролонгированного наркоза тиоланталсм На и КВКМ, включающего тиаминпирофос-фат, липоат, пантотенат-Са, никотинамид, рибофлавинмононуклеотид, ісирнг,сксальфосфат, глутакат и вминалон (ГАМК) в определенных моляр-
пых соотношениях, достигнуто значительное снижение смертности в остром периоде ТЧМТ и улучшение отдаленных результатов лечения, Разра-ботаїш конкретнее рекомендации по применению аппликационной терапии витаиинно-кофермеятно-цетаболиткши композициями при открытой ТШ и нейрохирургических вмешательствах и лекарственного электрофореза с подведением иетаболитных препаратов к диэкцефальной области козга. Продемонстрирована возможность коррекции ранней постлучеЕой реакции с помощью ГАМК-ергических ноотропннх препаратов (ГСМК, панто-гам) м КВКМ и обоснована целесообразность дальнейоих исследований по кодификации лучевого синдрома посредством улучшения функций.и метаболического состояния ЦНС с поыощью ноотропных препаратов.
Выработаны критерии применимости математических моделей, отражающих связи между биохимическими процессами в нервной ткани-, для анализа ее метаболического состояния и оценки тяжести гипоксии.Разработано 12 методических усовершенствований.
Основные положения, выдвигаемые на запиту.О ГАЖ-аунте как о ае-гпецифическои механизме компенсации метаболических расстройств при гипоксии экстремальных состояний. Уточненные представления о механизмах метаболического контроля ГАЫК-щунта и их приложимость к практической разработке способов его направленной регуляции. "Принцип эко-«жик энергетической компоненты" как основа рациональной фарцако~ме-габолической защиты нозга от гипоксии при экстремальных состояниях. Апробация работы и публикации. Основные полозения диссертации кэлояены на Украинских я Всесоюзных съездах биохимиков, физиологов, Ьармакологов, одиннадцати Всесоюзных и трех Республиканских бнохими-сесяих конференциях и сикпоэиунах в 1982-1989 гг.; на международных :окференциях "Хроматография в биологии и медицине"Шосква, І9Є6) к Молекулярная организация биологических структур"(Москва,- 1989); на -Я Всесоюзной конференции по фармакологической коррекции гипоксв- , эсккх состояний (Москва, 1988); на сессии научного совэта по нейро-иуки "Нейрохимические механизмы регуляции метаболизма"(Ереван,1988); а Всесоюзном совещании "Субстрата окисления как адаптогени"(Цущино, 989); По тема диссертации опубликовано 19 статей, в тол числе 4 об-оріше, 25 тезисов докладов, І методическио рекомендации, 4 рукопи- . и депонировано ШИТИ и УкрНИЖШ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введення, 5зора литературы (3 главы), экспериментальной часта (собствегавм ^следования, 7 глаз), обсуждения полученных роаультатол, выводов, эакткчесяих рекоаондацай, списка пепожьзопошоЯ аиторзтура (621 зточинк, в тон числе 300 отечественных и 321 иностранках авторов) приложения (результаты статистической обработки и кат^ааточеско-1061