Средство и способ повышения устойчивости человека и животных к гипотермии активированием жизненно важных биохимических процессов

Средство и способ повышения устойчивости человека и животных к гипотермии активированием жизненно важных биохимических процессов

Реферат

Изобретение относится к области создания средства для повышения устойчивости человека и животных к гипотермии активированием жизненно важных биохимических процессов.

Известны средства повышения устойчивости организма к общему охлаждению.

Наиболее близким аналогом по решаемой задаче является способ повышения устойчивости млекопитающих к общему охлаждению и повышению жизнеспособности организма в условиях переохлаждения на 116,8% за счет введения 30% раствора ПЭО - 400 в дозе 0,004 г на 1 г веса животного (SU 1520688). Примером такого способа может служить работа: В.И.Луговой, В.К.Мазалов, В.В.Чижевский, Т.П.Говоруха. О механизмах кровозащитного действия полиэтиленоксидов при глубоком охлаждении теплокровного организма. В журнале Проблемы криобиологии, 1996, №1.

Однако указанный способ не обеспечивает активацию или поддержание физиологической нормы таких жизненно важных процессов, как цикл Кребса, перенос электронов в дыхательной цепи клетки и др.

Существует, прежде всего, два аспекта гипотермии: физиологический и биохимический.

Физиологическое понимание гипотермии представляют собой перегрузку механизмов терморегуляции. Сначала в условиях гипотермии процессы терморегуляции включаются на полную мощность, но с понижением температуры их интенсивность падает. При температуре тела человека 28-26°С может наступить смерть от фибрилляции сердца. Другие следствия острой гипотермии - дыхательный и метаболический ацидоз.

Биохимические процессы - реакции синтеза, мышечное сокращение, проведение нервного импульса активный транспорт - получают энергию путем химического сопряжения с окислительными реакциями. Увеличение или уменьшение свободной энергии определяется эндергоническими и экзергоническими реакциями. Нарушение сопряжения приводит к нарушению гомеостаза. Одним из факторов, оказывающих значительное влияние на эти процессы, является гипотермия.

Низкие температуры, как известно, замедляют скорость химических и биохимических реакций и по сути дела ингибируют дыхательную цепь и окислительное фосфорилирование. Окислительное фосфорилирование обеспечивается в митохондриальной системе, сопрягающей окислительные процессы с генерацией высокоэнергетического медиата - АТФ.

Известно, что вся полезная энергия, высвобождаемая в процессе окисления жирных и аминокислот, и почти вся энергия окисления углеводов используется в митохондриях в форме восстановительных эквивалентов. Митохондрии содержат несколько катализаторов, образующих дыхательную цепь, обеспечивающих улавливание и перенос восстановительных эквивалентов, направляя их на реакцию с кислородом, приводящую к образованию воды. Молекулой, улавливающей часть свободной энергии и высвобождаемой в каталитических процессах, служит АДФ, в результате образуется АТФ, которая поставляет свободную энергию далее для осуществления энергозависимых процессов. Митохондрии содержат также ферментные системы, обеспечивающие образование большинства восстановительных эквивалентов; это ферменты без окисления и цикла лимонной кислоты, который является общим метаболическим путем при окислении всех основных питательных веществ.

На начальном этапе гипотермии происходит повышение уровня перекисного окисления липидов (ПОЛ), изменяется активность антиоксидантных систем клетки, что приводит к развитию патологических процессов.

В связи с этим проблема восстановления метаболических процессов при гипотермии может быть решена в случае применения криопротекторов с активными компонентами дыхательной цепи, активаторами фундаментальных биохимических процессов, как, например, цикл лимонной кислоты и др.

Таким образом, поставленной задачей явилась разработка композитного состава, обладающего свойствами криопротектора и активатора жизненно важных биохимических процессов, т.е. повышение устойчивости человека и животных к переохлаждению в экстремальных условиях, и применение в хирургической практике при охлаждении органов, как, например, при операциях на сердце и головном мозге.

Поставленная задача достигается группой изобретений, объединенные единым изобретательским замыслом.

Предложено средство для повышения устойчивости человека и животных к гипотермии, содержащее никотиновую и глютаминовую кислоты, рибофлавин, аскорбиновую кислоту, убихинон, янтарную кислоту, полиэтиленоксид и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

полиэтиленоксид	0,5-0,7
никотиновая кислота	0,001-0,0012
глютаминовая кислота	0,005-0,007
рибофлавина	0,005-0,007
аскорбиновая кислота	0,015-0,017
убихинон	0,0004-0,0006
янтарная кислота	0,003-0,005
вода	остальное

Предложен также способ повышения устойчивости человека и животных к гипотермии, заключающийся в том, что для активации жизненно важных биохимических процессов за 30 минут до выполнения работ, связанных с гипотермией, и после их окончания вводят вышеуказанное средство.

Результат заявленного способа достигается за счет применения в соответствующих пропорциях предлагаемого препарата в водном растворе, применяемого из расчета 0,5-0,7 г полиэтиленоксида на 1 кг массы.

Такой состав при управляемой гипотермии обеспечивает оптимальные условия для фосфорилирующей дыхательной цепи и процессов перекисного окисления липидов.

Фармакокинетика процесса.

Для производства парой электронов энергии, достаточной для поддержания синтеза молекул АТФ, электрон должен переместится вниз с разностью потенциалов 300 мВ. На пути движения электрона имеется три фосфорилирующих участка НАДН, b-Q и с. На чертеже показано фосфорилирование дыхательной цепи при активации препаратом Криоплан.

Уровень НАД (I) занят специфическим флавопротеидом, который переносит электроны на участок 1 фосфорилирования. Для каждой электронной пары, поступающей на этот уровень, синтезируется всего три молекулы АТФ. НАД сам по себе служит электронным акцептором в цепи реакций.

Уровень I обеспечивается никотиновой кислотой и рибофлавином. Никотиновая кислота участвует в образовании НАД и НАДН.

Рибофлавин в тканях путем АТФ-зависимого фосфорилирования превращается в FMN и далее в FAD, образуя рибофлавинзависимые дегидрогеназы, большинство которых либо участвуют в дыхательной цепи, либо поставляют электроны для этой цепи. Рибофлавин в тканях животных не синтезируется.

Уровень (II) b-Q, названный так потому, что в нем находится цитохром b и кофермент Q, или убихинон, связан с несколькими ФАД-зависимыми флавопротеидами, которые служат входными воротами для электронов, поступающих от метаболических субстратов, таких как янтарная кислота - промежуточный продукт цикла Кребса и жирные производные ацил-кофермента А - активированные формы жирных кислот. Когда пара электронов поступает на этот уровень, она падает через два последовательных блока. При этом образуется две молекулы АТФ.

Работа уровня 2 обеспечивается убихиноном и янтарной кислотой.

Уровень 3 обеспечивается взаимодействием аскорбиновой кислоты с митохондриями, так что одна молекула АТФ синтезируется для каждой пары электронов, перенесенных с аскорбиновой кислоты на кислород. Активность этого уровня обеспечивается аскорбиновой кислотой.

Глютаминовая кислота используется для обеспечения поддержания тепла за счет утилизации АТФ и запасенной энергии, для обеспечения работы жизненно важных органов.

Нарушения общей гемодинамики и микроциркуляции, вызванной гипоксией различного генеза, интоксикациями экзогенного и эндогенного характера, воспалением, оценивают наиболее современной методикой по активности ферментных антиоксидантов супероксиддисмутазы (СОД).

СОД - фермент, катализирующий дисмутацию супероксидных радикалов О₂ ^- и Н с образованием перекиси водорода и молекулярного кислорода. Является основным ферментом внутриклеточной антирадикальной защиты.

Индукцию СОД вызывает повышение концентрации О₂ ^- и усиление перекисных процессов, что происходит при различных патологических состояниях, связанных с нарушением общей гемодинамики.

СОД определяли реагентами и по методике фирмы JBS.

Изобретение иллюстрируется экспериментальными данными.

Пример 1.

Экспериментальные исследования проводились на 60 половозрелых крысах-самцах массой 180-200 г. Животные были разделены на три группы по 20 особей в каждой.

Каждая группа животных подвергалась охлаждению в воде 0,5°С до достижения ректальной температуры 19°С, после чего определялось необходимое для этого среднее время.

У животных каждой группы определялся уровень СОД и процент выживаемости.

Первая группа - контрольная - подвергалась гипотермии без применения каких-либо препаратов.

Вторая группа подвергалась гипотермии с предварительным введением за 20 минут до охлаждения per os 15% полиэтиленоксида: 0,5 г вещества на 1 кг массы животного.

Третья группа подвергалась гипотермии с предварительным введением за 20 минут до охлаждения композитного препарата "Криоплан" per os из расчета: полиэтиленоксида 0,5 г, никотиновой кислоты - 0,001, глютаминовой кислоты - 0,005 г, рибофлавина - 0,005, аскорбиновой кислоты - 0,010 г, убихинона - 0,0004 г, янтарной кислоты - 0,004 г на 1 кг массы животного. После извлечения животных из воды им немедленно вводился препарат "Криоплан" per os из расчета: полиэтиленоксида 0,5 г, никотиновой кислоты - 0,01 г, глютаминовой кислоты - 0,007 г, рибофлавина - 0,005, аскорбиновой кислоты - 0,017 г, убихинона - 0,0004 г, янтарной кислоты - 0,004 г, вода до 100 г

Препарат применяют в виде водного раствора из расчета 0,5 г полиэтиленоксида на 1 кг массы животного.

Данные исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Показатели среднего времени охлаждения, СОД и процента выживаемости животных.
Группы	контроль	ПЭО 400	Криоплан
Ректальная температура	19,3±0,7	19,2±0,5	19,2±0,4
Среднее время охлаждения для снижения ректальной Т до 19°С (мин.)	6,3	8,5	14,2
СОД	48±0,7	27±0,7	11±0,7
Выживаемость животных %	0	12	86

Результаты исследований показывают, что среднее время охлаждения по сравнению с контролем у ПЭО 400 лучше в 1,34 раза, у Криоплана в 2,25 раза. Из таблицы 1 видно, что показатели СОД и выживаемости у животных группы Криоплана значительно превосходят контроль и ПЭО 400.

Пример 2.

Три мужские группы со средним возрастом 19-21 год по 4 человека в каждой, состоящей из спортсменов-подводников, занимающихся зимним плаванием, подверглись добровольным испытаниям. Масса каждого участника подбиралась в пределах 75-78 кг с целью корректности измерений температуры тела. Испытуемым после приема препарата предлагалось пребывание в воде до появления первых признаков переохлаждения (озноб, тремор и пр.). Каждой группе за 45 минут перед плаванием и сразу после плавания в проруби предлагался per os препарат Х для улучшения переносимости холода.

Первая группа принимала 200 мл 3% раствора глюкозы.

Вторая группа принимала 200 мл 15% полиэтиленоксида: 0,5 г вещества на 1 кг массы тела.

Третья группа принимала композитный препарат "Криоплан" 200 мл из расчета: полиэтиленоксида 0,5 г, никотиновой кислоты - 0,001 г, глютаминовой кислоты - 0,005 г, рибофлавина - 0,007, аскорбиновой кислоты - 0,015 г, убихинона - 0,0006 г, янтарной кислоты - 0,004 г, вода - остальное.

Препарат применяют из расчета 0,5 г полиэтиленоксида на 1 кг массы тела с разведением до 200 мл водного раствора.

Результаты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2.
Показатели среднего времени охлаждения и СОД по группам
Группы	1	2	3
Среднее время пребывания в воде (мин)	12,5	17,2	32,1
Ректальная температура (°С)	34,8	35,1	35,8
СОД	16±0,5	14±0,5	11±0,5
Температура воды	-4,0±0,5	-4,0±0,5	-4,0±0,5
Температура воздуха	-18,0±0,5	-18,0±0,5	-18,0±0,5

1. Средство для повышения устойчивости человека и животных к гипотермии, характеризующееся тем, что оно содержит никотиновую и глютаминовую кислоты, рибофлавин, аскорбиновую кислоту, убихинон, янтарную кислоту, полиэтиленоксид и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Полиэтиленоксид	0,5-0,7
Никотиновая кислота	0,001-0,0012
Глютаминовая кислота	0,005-0,007
Рибофлавин	0,005-0,007
Аскорбиновая кислота	0,015-0,017
Убихинон	0,0004-0,0006
Янтарная кислота	0,003-0,005
Вода	Остальное

2. Способ повышения устойчивости человека и животных к гипотермии, характеризующийся тем, что для активации жизненно важных биохимических процессов за 30 мин до выполнения работ, связанных с гипотермией, и после ее окончания вводят средство по п.1.