Экзогенный оксид азота как модулятор состояния биосистем и основа для создания инновационных медицинских технологий

1 7

А.К. Мартусевич , А.Ф. Ванин

ЭКЗОГЕННЫЙ ОКСИД АЗОТА КАК МОДУЛЯТОР СОСТОЯНИЯ БИОСИСТЕМ И ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

1ФГБУ «Приволжский федеральный медицинский исследовательский центр» Минздрава России, Нижний Новгород, Россия Институт химической физики им. Н.Н. Семенова, Москва, Россия

Целью работы явилась интеграция данных экспериментальных и клинических исследований молекулярных, клеточных и организменных эффектов оксида азота, а также разработка обобщенной стратегии его применения в лечебных целях. Платформой для реализации работы явился многолетний опыт использования озона в различных областях клинической и экспериментальной медицины, а также продолжительные исследования по физико-химии и физиологии оксида азота. Нами проведено сопоставление эффектов NO, получаемого с использованием различных генерирующих устройств и химического синтеза, на абиогенные и биологические системы. Газообразный оксид азота создавали с помощью аппарата «Плазон» (концентрация NO - 800 ppm), а также специализированной экспериментальной установки, позволяющей синтезировать NO в широком диапазоне концентраций (20-100 ppm). Депонированные формы монооксида азота представлены динитрозильными или цитохромовыми комплексами железа. Результаты экспериментальных исследований однозначно свидетельствуют о том, что изучение клеточных, молекулярных и организменных эффектов действия оксида азота на биосистемы позволяет разработать инновационные лечебные технологии для травматологии, комбустиологии и восстановительной медицины.

Ключевые слова: динитрозильные комлпексы железа, оксид азота, биологические эффекты

The aim of this work was integration of experimental and clinical studies of molecular, cellular and organismal effects of nitric oxide, as well as the development of a generalized strategy for its application in therapeutic purposes. Platform for the implementation was to provide a long-term experience of ozone use in various fields of clinical and experimental medicine, as well as a long-term research on physico-chemistry and physiology of nitric oxide. We carried out a comparison of the effects of NO produced using various generating devices and chemical synthesis, on abiotic and biological systems. Gaseous nitric oxide was created using the apparatus "Plason" (NO concentration - 800 ppm) as well as the specialized experimental device that allows to synthesize NO in a wide range of concentrations (20-100 ppm). Deposited forms of nitric monoxide presented dinitrosyl and cytochrome complexes of iron. As abiogenic systems we used bidistillated water and 0,9% sodium chloride solution. They identified pH, redox potential, level of dissolved molecular oxygen and the concentration of active forms of oxygen. The basic biological model for in vitro studies served as units of stored blood of healthy people, which estimated the state of energy metabolism, enzyme systems of detoxification, the intensity of lipid peroxidation in plasma and erythrocytes, the amount of reserves antioxidating enzyme systems, as acid-base balance and partial pressure of blood gases, crystallogenic activity of plasma etc. At the organismal level, the effects of nitric oxide studied in healthy and having a thermal injury of Wistar rats according to the above criteria. We have shown that low concentrations of NO (100 ppm in gas phase), as it is deposited forms with the gradual release of the connection (in the first place - dinitrosyl-iron complexes), have a much more "soft" adaptogenic action on oils in vitro and body healthy and injury animals compared to the effects of high concentrations of NO (800 ppm) in the parameters of energy metabolism, enzyme systems to detoxify, the balance of Pro - and antioxidant systems, etc. Thus, the results of experimental studies

clearly indicate that the study of cellular, molecular and organismic effects of nitric oxide on the biological systems allows the development of innovative medical technologies for traumatology, combustiology and regenerative medicine.

Key words: dinitrosyl iron complexes, nitric oxide, biological effects

Многогранная роль монооксида азота (NO) как универсального биорегулятора состояния организма предопределяет возможность коррекции его уровня для обеспечения регуляции физиологических и метаболических процессов. Большой объем экспериментальных и клинических данных в настоящее время публикуется относительно NO, однако в большинстве случаев он касается лекарственных препаратов, являющихся донорами данного соединения. В целом, для обеспечения более адекватной доставки организму оксида азота принципиально возможны 3 варианта регуляции эндогенного уровня соединения: экзогенное поступление определенных количеств NO; введение депонированных форм NO с постепенным его высвобождением; стимуляция эндогенного синтеза и/или высвобождения NO из депо. При этом необходима систематизация имеющихся сведений и целенаправленное их дополнение для формирования единой синтетической идеологии применения оксида азота для направленной коррекции гомеостаза.

Целью работы явилась интеграция данных экспериментальных и клинических исследований молекулярных, клеточных и организменных эффектов оксида азота, а также разработка обобщенной стратегии его применения в лечебных целях.

Платформой для реализации работы явился многолетний опыт использования озона в различных областях клинической и экспериментальной медицины, а также продолжительные исследования по физико-химии и физиологии оксида азота.

Материалы и методы. Нами проведено сопоставление эффектов NO, получаемого с использованием различных генерирующих устройств и химического синтеза, на абиогенные и биологические системы. Газообразный оксид азота создавали с помощью аппарата «Плазон» (концентрация NO - 800 ppm), а также специализированной экспериментальной установки, позволяющей синтезировать NO в широком диапазоне концентраций (20-100 ppm). Депонированные формы монооксида азота представлены динитрозильными или цитохромовыми комплексами железа.

В качестве абиогенных систем использовали бидистиллированную воду и 0,9% раствор хлорида натрия. В них определяли рН, окислительно-восстановительный потенциал, уровень растворенного молекулярного кислорода и концентрацию активных форм кислорода. Основной биологической моделью для исследований in vitro служила консервированная кровь здоровых людей, в которой оценивали состояние энергетического метаболизма, ферментных систем детоксикации, интенсивность процессов липопероксидации в плазме крови и эритроцитах, объему резервов ферментных антиоксидатных систем, состоянию кислотно-щелочного равновесия и парциальному давлению газов крови, кристаллогенной активности плазмы и др. На организменном уровне эффекты оксида азота изучали у здоровых и имеющих термическую травму крыс линии Вистар по указанным выше критериям.

Результаты. Нами было показано, что низкие концентрации NO (до 100 ppm в газовой фазе), как его депонированные формы с постепенным высвобождением соединения (в первую очередь - динитрозильные комплексы железа), обладают значительно более «мягким», адаптогенным действием на биожидкости in vitro и организм здоровых и имеющих травму животных по сравнению с эффектами высоких концентраций NO (800 ppm) по параметрам энергетического метаболизма, ферментных систем детоксикации, баланса про- и антиоксидантных систем и др.

Заключение

Таким образом, результаты экспериментальных исследований однозначно свидетельствуют о том, что изучение клеточных, молекулярных и организменных эффектов действия оксида азота на биосистемы позволяет разработать инновационные лечебные технологии для травматологии, комбустиологии и восстановительной медицины.