В последние годы в мире наблюдается стремительный рост травматизма. Из них множественные и сложные сочетанные повреждения являются одной из ведущих проблем современного человечества. По данным статистики известно, что до 25% пострадавших – это пациенты с множественными и сочетанными повреждениями, в данной группе летальность составляет до 70%. В группе тех, кто выздоровел, остается высокая инвалидизация – 4,6–5,7 на 100 тыс. работающих. Воздействие сочетанной травмы на организм влечет цепь местных и общих изменений. Сложные процессы и патофизиологические реакции всех систем организма лежат в основе всех изменений, происходящих на фоне травматического воздействия. Данную проблему необходимо рассматривать в пределах учения о травматической болезни с учетом сложности синдромов, возникающих как ответная реакция организма на повреждение. Основными причинами высокой летальности и инвалидизации вследствие сочетанных и множественных травм, исходя из литературных данных, можно считать степень тяжести повреждения, сложность быстрой диагностики и лечения пострадавших. В патологический процесс при развитии травматической болезни вовлекаются все жизненно важные органы и системы. Процессы, происходящие в почках спустя несколько часов после сочетанной травмы, в патогенезе травматической болезни занимают одно из ведущих мест [1–3]. Окислительный стресс с прогрессирующим истощением внутриклеточного запаса глутатиона как ведущего антиоксиданта является основной причиной повреждения структурной единицы почки нефрона. В связи с этим назревает вопрос о ранней диагностике почечных повреждений и ранней профилактике развития патологических процессов в нефроне.
Целью данного обзора явилась необходимость проанализировать расширенный спектр литературных данных, провести изучение биологической активности и биодоступности N-ацетилцистеина (N-АЦ), возможность применения препарата для ликвидации окислительного стресса и реакций воспаления при патологических состояниях и нозологиях в клинической практике, а также терапевтическая эффективность его при почечной дисфункции у больных с сочетанной травмой.
На сегодняшний день окислительный стресс предполагается как один из основных и универсальных способов нарушения целостности биологических соединений (ДНК и/или РНК, жиров, протеинов). Миграция антиоксидантов сквозь поврежденную клеточную стенку, расстройства обмена глутатиона (GSH), понижение активности антиоксидантных энзимов и соединений с низкой молекулярной массой обусловливают генерацию оксидативного стресса [4–6]. Свободные радикалы в виде активных форм кислорода (АФК) влияют на редокс-чувствительные факторы транскрипции (NF-kB, AP-1) [4, 7], последние обусловливают экспрессию генов, которые отвечают за синтез цитокинов воспаления, хемокинов, энзимов, субстанций адгезии, что и генерирует механизм бесконтрольной реакции воспаления, в том числе и в почках, где при этом степень воспалительного процесса коррелирует с оксидативным стрессом [5, 6, 8].
В антиоксидантной защите клетки основное значение занимает система глутатиона (глутатион, глутатионзависимые энзимы – глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, глутатион-S-трансфераза). В свою очередь глутатион является базовым антиоксидантом эндогенного происхождения, который занимает лидирующее значение в защите клетки от свободных радикалов, нейтрализации и биологической трансформации ксенобиотиков, связывании эндогенных соединений [5, 9].
Противовоспалительное и антиоксидантное действия глутатиона реализуются с помощью ликвидации свободных радикалов и соединений азота, нормального функционирования антиоксидантов-энзимов, где GSH выступает в качестве основы для этих ферментов, помимо этого поддерживает антиоксидантные вещества, поступающие извне в активных их формах, такие как витамин С и Е. Глутатион помимо этого участвует в активации генетических механизмов антиоксидантной протекции посредством протеинового S-глутатионилирования, взаимодействии с элементами антиоксидантной реакции генов [5, 9, 10].
В ходе исследований было выяснено, что при развитии заболеваний, которые сопровождаются окислительным стрессом, независимо от этиологии происходит значимое снижение внутриклеточного содержания глутатиона, что в свою очередь существенно усугубляет функциональную способность клеток [5, 6].
Вследствие особенной неблагоприятной фармакокинетики, низкой биодоступности per os, быстрого выведения из организма при парентеральном применении, затрудненной проницаемости через клеточную стенку запасы GSH не могут восполняться извне. Клетка синтезирует глутатион de novo из трех аминокислот: глицина, глутамата и цистеина. Скорость образования глутатиона ограничивает лимитирующее звено – цистеин, наличие тиольной группы которого и обусловливает биохимическую активность GSH. Прямое восполнение недостатка цистеина не представляется возможным, т.к. данная аминокислота произвольно распадается в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и сыворотке крови, следствием чего является быстрое окисление цистеина до цистина [11, 12].
Нехватка цистеина влечет за собой недостаточность глутатиона в клетке, что обнаруживается при многих патологических состояниях. Это необходимо учитывать при патогенетическом лечении для нормализации внутриклеточного содержания GSH, т.к. он является основным антиоксидантом клетки [12–14]. Из этого следует, что биологические вещества, которые в организме расщепляются с высвобождением цистеина, могут применяться в качестве предшественников цистеина с целью повышения содержания в клетке концентрации глутатиона.
Литературные данные говорят о том, что для ликвидации нехватки глутатиона в клетке на сегодняшний день наиболее эффективное средство – N-АЦ. Активный ацетил – радикал молекулы N-АЦ, который соединен с аминогруппой, может решать эту значимую проблему транспортировки цистеина внутрь клетки при воздействии на нее свободных форм кислорода. Отсюда следует повышенный интерес к исследованию биологической активности, а также терапевтическому эффекту N-АЦ при различных патологических состояниях и при различных нозологиях [12–14].
Исходя из проведенного анализа литературы, можно сделать вывод, что для восполнения резервов клеточного глутатиона применялся как сам глутатион, так и его синтезиро-ванные предшественники. В связи с тем, что GSH при приеме внутрь разрушается в ЖКТ ферментом γ – глутамилтранспептидазой, использование самого глутатиона для пополнения его запасов в клетке не было оправданно [15]. Помимо этого при парентеральном применении глутатион обладает укороченным периодом полувыведения (менее 3 мин) и в связи с затрудненной транспортировкой в клетку – низкой биологической доступностью [15, 16].
Так как отсутствовали перспективы применения GSH и цистеина в качестве непосредственных фармакологических препаратов, ученые обратили внимание на N-АЦ-ацетилированное производное L-цистеина [12–14, 17].
Противовоспалительные антиоксидантные иммуномодулирующие детоксицирующие эффекты N-АЦ стали интенсивно изучаться в клинической и экспериментальной медицине с 1980-х гг. Повышению относительной устойчивости к окислению до дисульфида и уменьшению способности вступать в реакции данного тиола способствовала замена иона водорода в аминогруппе остатком уксусной кислоты (N-АЦ). N-ацетилцистеин в связи с небольшими размерами, пониженным зарядом и уменьшенной полярностью молекулы (в отличие от цистеина) способен к ускоренному прохождению через клеточную стенку. Также молекула N-АЦ в 10 раз более стабильна по сравнению с цистеином, менее токсична и растворима [12, 13, 18]. Реакция деацетилирования N-АЦ возможна и в межклеточном пространстве с последующей транспортировкой цистеина в клетку. В случае приема N-АЦ внутрь последний подвергается метаболизму в печени, а цистеин, который высвободился, участвует в образовании глутатиона в клетках печени. Через мембранный транспортный способ глутатион попадает в общий кровоток, восполнив запасы GSH в печени. Было выяснено, что при окислительном стрессе вследствие образования водных каналов, проходимых как для ионов, так и для молекул, возрастает способность N-АЦ проникать в клетку [12, 13, 17, 18].
В некоторых исследованиях были сведения еще об одном непрямом дополнительном способе восполнения глутатиона ацетилцистеином. N-ацетилцистеин может повышать уровень свободного цистеина вследствие биологических реакций обмена с цистеином, который соединен с протеинами сыворотки крови и тканей. Как подтверждение данного способа есть научные работы, которые представляют быстрое высвобождение собственного, связанного с протеинами цистеина при внутривенном использовании N-АЦ [19–20].
Парентеральный способ введения N-АЦ способен в обход значительного метаболизма его в печени и стенке кишечника обеспечивает достаточно высокий уровень данного вещества в сыворотке крови до уровня миллимоль [18, 21].
Необходимо отметить, что N-АЦ применим в большом спектре терапевтических воздействий. У него нет практически токсичности, он не кумулируется в организме, экскретируется почками неактивными метаболитами, только небольшая его часть выводится кишечником в неизменном виде [22].
Следовательно, как считает большинство исследователей, N-АЦ – наиболее подходящее и перспективное вещество для транспортировки цистеина внутрь клетки, преследуя цель пополнения потраченных запасов основного антиоксиданта клетки – GSH – в клинических условиях при патологических состояниях, связанных с воспалительным процессом и оксидативным стрессом [12–14, 17, 18].
N-ацетилцистеин обладает способностью выступать как прямой и непрямой антиоксидант. Прямой антиоксидантный эффект характеризуется непосредственной нейтрализацией активных форм кислорода (АФК) посредством вступления в реакции с электрофильными группами АФК с помощью своей активной тиольной группы остатка цистеина.
А именно очень быстро и эффективно происходит реакция N-АЦ с супертоксичным гидроксильным радикалом (ОН) и радикалом гипохлорной кислоты (HOCl) [23, 24]. N-ацетилцистеин является помимо этого «сборщиком» активных форм кислорода, таких как оксид азота (NO), а также пероксинитрита (ONOO). Клетка обладает специфичными энзимными антиоксидантами (каталаза и супероксиддисмутаза), которые могут нейтрализовать гиперпродукцию свободных радикалов. Однако такие свободные радикалы, как гидроксильный радикал (ОН) и радикал гипохлорной кислоты (HOCl), обладающие высокой агрессивностью и токсичностью, не имеют направленных на них нейтрализующих клеточных веществ. Это еще раз указывает на большое значение N-АЦ для обезвреживания данных радикалов. Необходимо отметить, что опосредованное антиоксидантное действие N-АЦ взаимосвязано со скоростью восполнения содержания в клетках глутатиона – основного внутриклеточного антиоксиданта, обладающего разнонаправленными и универсальными функциями [12, 13, 17, 18, 23].
Основной продуцент клеточной энергии в виде АТФ – это митохондрии, которые потребляют большее количество внутриклеточного кислорода. Парадоксально, но митохондрии являются самым сильным источником синтеза активных форм кислорода и азота, в то же время данные органеллы – самые уязвимые к их повреждающему воздействию. В связи с избирательной проницаемостью мембран митохондрий фармакологическое влияние на окислительный стресс затруднено. Большие молекулы белков ферментов – антиоксидантов (супероксиддисмутаза, каталаза) – не могут проходить даже через плазматическую стенку клеток. С учетом этого их внутривенное введение для связывания свободных радикалов неэффективно. N-ацетилцистеин обладает способностью восстанавливать внутриклеточное содержание глутатиона – главного антиоксиданта митохондрий, в котором отсутствует фермент каталаза [25, 26].
В свою очередь глутатион образуется только в цитоплазме, из которой поступает в такие органеллы, как митохондрии (30%), эндоплазматический ретикулум, ядро и пероксисомы. В самих митохондриях образования глутатиона не происходит в связи с поступлением его из цитоплазмы. Проведенное изучение in vitro N-АЦ выявило, что наличие активной тиольной группы способно изменять функцию и структуру протеинов посредством изменений его формы [13, 14, 16, 19].
Повышение концентрации восстановленного глутатиона в клетках является одним из основных механизмов воздействия N-АЦ на окислительно-восстановительный потенциал системы GSH. Пополнение запасов глутатиона благодаря N-АЦ происходит посредством доставки в клетку цистеина, а также посредством активации процессов вытеснения глутатиона из дисульфидов, содержащихся в них. Применение N-АЦ приводит к быстрому восполнению резервов глутатиона, увеличению антиоксидантной активности таких ферментов, как глутатион, – S-трансфераза, глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза, каталаза [27].
Превентивное использование в терапевтических целях N-АЦ до запускания механизмов окислительного стресса способствует блокировке апоптоза клеток, который был индуцирован прооксидантами [12, 13].
Итак, можно сделать вывод, что под влиянием N-АЦ в клетках меняется концентрационное соотношение глутатиона и глутатиона дисульфида, которое выступает определяющим фактором в борьбе с окислительным стрессом, также констатируется функциональная возможность N-АЦ в регуляции борьбы со свободными радикалами [12–14, 16, 24, 26].
В клетке имеются механизмы, которые поддерживают редокс-гомеостаз и изменяются только в определенных пределах под воздействием окислителей и восстановителей. Ведущую роль в регуляции редокс-потенциала играют основные редокс-чувствительные факторы транскрипции, такие как NF-kB, Nrf2. Связанный с NF-E2 фактор-2 (Nrf2) является важным фактором транскрипции, который регулирует экспрессию генов детоксикации и антиоксидантной защиты в печени. Он активируется в ответ на окислительный стресс и индуцирует экспрессию своих целевых генов путем связывания с элементом антиоксидантного ответа. Транскрипционный фактор NF-κB (ядерный фактор «каппа-би»; англ. nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells, NF-kB) – универсальный фактор транскрипции, контролирующий экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла. Установлено, что сигнальные пути Nrf2 и NF-kB тесным образом взаимосвязаны. Повышение уровня NF-kB угнетает экспрессию Nrf2, и наоборот. Таким образом, при блокировке активности NF-kB опосредованно образуются возможности для активации Nrf2 [28].
Исследования показали, что N-АЦ угнетает убиквитинацию и деградацию протеина 1-кВ (ингибитор активности NF-kB), что приводит к блокированию активации NF-kB и его транслокации в ядре. Это приводит к препятствованию соединения NF-kB с ARE ДНК. Такая возможность N-АЦ тормозить NF-kB имеет большое значение в терапии COVID-19, которая позволяет купировать «цитокиновый шторм». Данный факт говорит о том, что N-АЦ является одним из наиболее перспективных фармакологических средств по данному направлению [29].
Влияние N-АЦ на ликвидацию воспалительного процесса обусловлено еще и тем, что он уменьшает синтез цитокинов – предшественников воспаления (IL-1β, -6, -8, TNF-α, CCL5 и CXCL10) и хемотоксическое перемещение моноцитов, а также влияет на концентрацию СРБ и ферритина, снижая их [30, 31].
В исследованиях in vitro и in vivo было обнаружено, что N-АЦ приводит к разрушению бактериальных конгломератов-биопленок [32].
В ходе эксперимента было установлено, N-АЦ способен стимулировать регенерацию при заживлении ран, оказывать бактериостатическое влияние на микрофлору раневой поверхности, снижая выраженность реакции воспаления [32].
Было доказано, что N-АЦ обладает такими свойствами, как цитопротекция, репарация и противоопухолевое действие, посредством широкого перечня механизмов: уменьшение генотоксического влияния активных форм кислорода, стимулирование репарации ДНК, моделирование обмена веществ, торможение трансформации клеток, регулирование апоптоза, модуляция путей антиоксидантной активности [25, 33].
Применение N-АЦ в качестве цитопротектора для профилактирования контраст-индуцированной нефропатии при ангиографии, операциях в кардиологической практике, сосудистой хирургии является новым профилактическим способом вышеуказанной патологии. Инновационным методом является использование N-АЦ в терапевтических схемах острого повреждения почек и хронической болезни почек [12, 13–15].
В клинике применение N-АЦ снижает содержание ФНО-α, ИЛ-8, -6, -1β больным с септическим шоком, а также пациентам, проходящим курс программного гемодиализа [34].
Антиоксидант N-АЦ связывает свободные радикалы, вызывающие массу повреждений, в том числе повреждения канальцев почек. Также N-АЦ взаимодействует с эндотелием, действуя как расслабляющий фактор, тем самым повышая капиллярный кровоток. Кроме того, N-АЦ увеличивает уровень цГМФ, действует как вазодилататор и как ингибитор агрегации тромбоцитов. Все вышеуказанное обеспечивает нефропротективное действие N-АЦ в периоперационном периоде у больных с сочетанной травмой, которое подтверждается низким уровнем сывороточного цистатина С. N-ацетилцистеин снижает степень реакции воспаления организма, следствием чего является уменьшение секреции сывороточного цистатина С с последующим его полным распадом в почках [35–38].
N-ацетилцистеин оказывает антиоксидантное действие, обусловленное наличием SH-группы, способной нейтрализовать электрофильные окислительные токсины. Ацетилцистеин легко проникает внутрь клетки, деацетилируется до L-цистеина, из которого синтезируется внутриклеточный глютатион. Глютатион – высокореактивный трипептид, мощный антиоксидант, цитопротектор, улавливающий эндогенные и экзогенные свободные радикалы и токсины. Ацетилцистеин предупреждает истощение и способствует повышению синтеза внутриклеточного глютатиона, участвующего в окислительно-восстановительных процессах клеток, таким образом способствуя детоксикации вредных веществ. Предохраняет α1-антитрипсин (ингибитор эластазы) от инактивирующего воздействия НОС1 – окислителя, вырабатываемого миелопероксидазой активных фагоцитов. Обладает также противовоспалительным действием (за счет подавления образования свободных радикалов и активных кислородсодержащих веществ, ответственных за развитие воспаления в почечной паренхиме) [39–43].
В клинике кафедры факультетской и эндоскопической хирургии Кабардино-Балкарского государственного университета им Х. М. Бербекова нами была проведена нефропротективная терапия N-АЦ пациентов с сочетанной травмой, которая применялась в определенной дозе: 1,2 г парентерально, струйно после госпитализации и выполнения оперативных вмешательств, затем по 600 мг парентерально 2 раза в сутки в течение 3 дней, далее per os по 600 мг 2 раза в сутки, 10 дней. Затем терапия N-ацетилцистеином назначалась нами раз в 2 мес. в дозе 1,2 г в 1 сут. в течение 2 нед. в постстационарном периоде [44].
С учетом множества новых данных, которые были получены в экспериментах in vivo и in vitro с применением N-АЦ, увеличился перечень клинических направлений использования этого препарата за счет его значительных противовоспалительных, антибактериальных, противовирусных, антиоксидантных, иммуномодулирующих, детоксикационных, цитопротекторных и противоопухолевых качеств [45].
Применение N-АЦ для нефропротективного лечения позволяет уменьшать выраженность повреждения составляющих нефрона, снижать риск осложнений в послеоперационном периоде, связанных с нарушением функции почек в отдаленном периоде после операции, уменьшать водно-электролитный и азотистый дисбаланс, повышать качество жизни пациентов с сочетанной травмой.
N-ацетилцистеин не является универсальным средством от всех болезней, но все проведенные исследования говорят одно: N-АЦ – эффективное лекарство при окислительном стрессе с истощением внутриклеточного GSH и при всех патологических состояниях, связанных с ним. Важно отметить тот факт, что чем раньше больной получит N-АЦ, тем эффективнее его действие, а также ожидаемый положительный результат.
Следует отметить, на сегодняшний день N-АЦ является эффективным антиоксидантом. Данное вещество способно открыть большие перспективы для предстоящих экспериментальных работ и применяться в клинической практике дополнительным лекарственным средством в комплексной терапии для улучшения эффективности лечения множества патологий, в том числе и в качестве нефропротектора у пациентов с сочетанной травмой.
