Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Emergency medicine" №3(90), 2018

Back to issue

Role of gaseous transmitters in the pathogenesis of organ dysfunction in multiple trauma

Authors: Матолінець Н.В.
Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, м. Львів, Україна

Categories: Medicine of emergency

Sections: Specialist manual

print version


Summary

У статті наведено огляд сучасних даних про роль газових трансмітерів у патогенезі органної дисфункції при політравмі у світлі теорії стресу. Відомо, що система утворення нітроксиду (NO) є стреслімітуючою системою. Механізми, залучені в розвиток стресіндукованих реакцій, включають збільшення активності симпатичної нервової системи, перевантаження глюкокортикоїдами і зміни ендотеліальної функції включно із зменшенням біодоступності NO. Все це корелює із вираженістю клінічного симптомокомплексу упродовж травматичної хвороби. Окислювальний стрес є важливою детермінантою в розвитку ендотеліальної дисфункції. Реактивні форми кисню міняють і гідросульфідопосередковані механізми, що впливають на сигнальні шляхи ендотелію. Сірководень (H2S) має унікальний механізм дії на судини, відіграє роль захисника нейронів від окислювального стресу. У фізіологічних концентраціях NО також виступає як антиоксидант, що гальмує розвиток вільнорадикальних реакцій. Існують повідомлення про перехресні взаємодії між H2S і NO, які формують нітрозотіоловий комплекс, що становить собою новий шлях передачі сигналів та є важливим чинником формування захисних і патологічних реакцій організму на дію гострих стресових факторів. Сьогодні ведеться активний пошук ефективних засобів прогнозу перебігу тяжких травм і корекції факторів вторинного ушкодження органів (головного мозку, легенів, нирок), яке призводить до розвитку поліорганної недостатності. Залежність продукції нітроксиду від тяжкості травми, а також його мультимодальний вплив на різні ланки патогенезу ускладнень, пов’язаних із стресовою реакцією організму, дозволяють стверджувати, що рівень NO та його метаболітів становить собою допоміжний маркер прогнозу перебігу політравми. Можливість використання попередників активних газових трансмітерів у комплексі терапії (L-аргініну як донатора нітроксиду, натрію гідросульфіду як донатора H2S) дозволяє розробити нові методи лікування критичних станів при політравмі, проте механізми їх дії і взаємодії потребують подальших досліджень.

В статье приведен обзор современных данных о роли газовых трансмиттеров в патогенезе органной дисфунции при политравме в свете теории стресса. Известно, что система образования нитроксида (NO) является стресслимитирующей системой. Механизмы, вовлеченные в развитие стрессиндуцированных реакций, включают увеличение активности симпатической нервной системы, перегрузку глюкокортикоидами и изменение эндотелиальной функции включительно с уменьшением биодоступности NO. Все это коррелирует с выраженностью клинического симптомокомплекса в течение травматической болезни. Окислительный стресс является важной детерминантой в развитии эндотелиальной дисфункции. Реактивные формы кислорода меняют и гидросульфидопосредствованные механизмы, которые влияют на сигнальные пути эндотелия. Сероводород (H2S) имеет уникальный механизм действия на сосуды, играет роль защитника нейронов от окислительного стресса. В физиологических концентрациях NО также выступает как антиоксидант, который тормозит развитие свободнорадикальных реакций. Существуют сообщения о перекрестных взаимодействиях между H2S и NO, которые формируют нитрозотиоловый комплекс, представляющий собой новый путь передачи сигналов и являющийся важным фактором формирования защитных и патологических реакций организма на действие острых стрессовых факторов. В настоящее время ведется активный поиск эффективных средств прогноза течения тяжелых травм и коррекции факторов вторичного повреждения органов (головного мозга, легких, почек), которое приводит к развитию полиорганной недостаточности. Зависимость продукции нитроксида от тяжести травмы, а также его мультимодальное влияние на разные звенья патогенеза осложнений, связанных со стрессовой реакцией организма, позволяют утверждать, что уровень NO и его метаболитов представляет собой вспомогательный маркер прогноза течения политравмы. Возможность использования предшественников активных газовых трансмиттеров в комплексе терапии (L-аргинина как донатора нитроксида, натрия гидросульфида как донатора H2S) позволяет разработать новые методы лечения критических состояний при политравме, однако механизмы их действия и взаимодействия нуждаются в дальнейших исследованиях.

The review of modern data about the role of gaseous transmitters in multiple trauma patients with regard to the theory of stress and pathogenesis of major complications is presented. It is known that the system of nitric oxide (NO) production is the stress-limiting system. Mechanisms responsible for the development of stress-induced reactions include both the increase of sympathetic nervous system activity, glucocorticoid overload that correlates with severity of clinical symptoms, and the change of endothelial function, including the reduction of NO bioavailability. Oxidative stress is an important determinant of endothelial dysfunction development. The reactive oxygen species also change hydrogen sulfide-related mechanisms, which influence the signaling pathways of endothelium. The hydrogen sulfide (H2S) has a unique mechanism of action on vessels, protects neurons from oxidative stress. NО also acts as an antioxidant that inhibits free-radical reactions in physiological conditions. There are reports about cross reactions between H2S and NO that form a nitrosothiol complex, which acts as a new way of signal transmission and is an important factor of forming protective and pathological reactions to the action of acute stress factors. Currently, an active search is being conducted for effective prognosticators of multiple trauma outcomes and means to correct secondary organ damage (cerebrum, lungs, kidneys) that can result in multiple organ failure. The dependence of NO production on trauma severity, as well as its multimodal impact on complications pathogenesis in relation to the stress reaction allows considering it as prognostic marker of multiple trauma outcome. The use of active gaseous transmitter precursors (L-arginine as NO donator, sodium hydrosulfide as H2S donator) allows elaborating new treatment modalities for critically ill patients with multiple injuries, although the mechanisms of their action and interactions need further research.


Keywords

політравма; поліорганна недостатність; газові трансмітери; нітроксид; гідроген сульфід; огляд

политравма; полиорганная недостаточность; газовые трансмиттеры; нитроксид; гидроген сульфид; обзор

multiple trauma; multiple organ failure; gaseous transmitters; nitric oxide; hydrogen sulfide; review


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Injuries and violence: the facts 2014 / World Health Organization, 2014 // http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/ 149798/1/9789241508018_eng.pdf
2. Advanced trauma life support (ATLS®): the ninth edition. ATLS Subcommittee; American College of Surgeons’ Committee on Trauma; International ATLS working group / Chapleau W., Al-khatib J., Haskin D. et al. // J. Trauma Acute Care Surg. — 2013. — 74(5). — P. 1363-1366. doi: 10.1097/TA.0b013e31828b82f5.
3. Critical care considerations in the management of the trauma patient following initial resuscitation / R.F. Shere-Wolfe, S.M. Galvagno, T.E. Grissom // Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine. — 2012. — 20. — Р. 68. doi: 10.1186/1757-7241-20-68.
4. Харкевич Н.Г. Клинико-патогенетические особенности закрытой черепно-мозговой травмы в аспекте стресса: Автореф… д-ра мед. наук: 14.00.28. — М., 1983. — 35 с.
5. Modification of endothelialbiology by acute and chronic stress hormones / Nickel T., Deutschmann A., Hanssen H. et al. // Microvasc. Res. — 2009. — 78. — P. 364-369.
6. Goodwin J.E. Glucocorticoid-induced hypertension / Goodwin J.E., Geller D.S. // Pediatr. Nephrol. — 2012. — 27. — P. 1059-1066. doi: 10.1016/j.mvr.2009.07.008. Epub 2009 Aug 5.
7. Endothelial dysfunction in response to psychosocial stress in monkeys/ Strawn W.B., Bondjers G., Kaplan J.R. // Circ. Res. — 1991. — Vol. 68. — P. 1270-1279.
8. Psychosocial stress causes endothelial injury in cynomolgus monkeys via beta1-adrenoceptoractivation / Skantze H.B., Kaplan J., Pettersson K. et al. // Atherosclerosis. — 1998. — 136. — P. 153-161.
9. Shear-induced endothelial mechanotransduction: the interplay between reactive oxygen species (ROS) and nitric oxi–de (NO) and the pathophysiological implications / Hsieh H.J., Liu C.A., Huang B., Tseng A.H., Wang D.L. // J. Biomed. Sci. — 2014. — 21. — P. 3. doi: 10.1186/1423-0127-21-3.
10. Shear-induced nitric oxide production byendothelial cells / Sriram K., Laughlin J.G., Rangamani P., Tartakovsky D.M. // Biophys. J. — 2016. — 111. — P. 208-221. doi: 10.1016/j.bpj.2016.05.034.
11. Oxidativestress in university students during examinations / Sivonová M., Zitnanová I., Hlincíková L., Skodácek I., Trebatická J., Duracková Z. // Stress. — 2004. — V. 7. — P. 183-188.
12. Malyshev I.Y. Stress, adaptation, and nitric oxide / Malyshev I.Y., Manukhina E.B. // Biochemistry (Mosc.). 1998. — 63. — P. 840-853.
13. Паршина С.С. Современные представления о биологических эффектах оксида азота и его роли в развитии кардиоваскулярной патологии / С.С. Паршина // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. — 2006. — № 1. — С. 88-94.
14. Зозуля Ю.А. Церебральный вазоспазм после суб–арахноидальной геморрагии. Молекулярные аспекты эндотелиальной дисфункции (обзор литературы) / Ю.А. Зозуля, Л.Н. Сенько // Укр. нейрохірург. журнал. — 2001. — № 1. — С. 3-16.
15. Crestani C.C. Emotional stress and cardiovascular complications in animal models: A review of the influence ofstress type / C.C. Crestani // Front. Physiol. — 2016 — 7. — P. 251. doi: 10.3389/fphys.2016.00251.
16. Kellerová E. Variability and reactive changes of the peripheral blood flow, blood pressure and of the electricalbehavior of the heart / E. Kellerová // Act. Nerv. Super. Rediviva. — 2013. — 55. — P. 113-124. ISSN 1337-933X.
17. Risk of acute myocardial infarction after the death of a significant person in one’s life: the Determinants of Myocardial Infarction Onset Study / Mostofsky E., Maclure M., Sherwood J.B. et al. // Circulation. — 2012. — 125. — P. 491-496. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.111.061770. Epub 2012 Jan 9.
18. Nalivaiko E. Animal models of psychogenic cardiovascular disorders: what we can learn from them and what we cannot / E. Nalivaiko // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. — 2011. — 38. — P. 115-125.
19. Emotional stressors trigger cardiovascular events / Schwartz B.G., French W.J., Mayeda G.S. et al. // Int. J. Clin. Pract. — 2012. — 66. — P. 631-639. doi: 10.1111/j.1742-1241.2012.02920.x.
20. An unusual reason for severe bradycardia leading to cardiac arrest during general anaesthesia: a case report / Struzkova K., Stourac P., Kanovsky J. et al. // Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky Olomouc Czech Repub. — 2014. — 158. — P 659-661. doi: 10.5507/bp.2013.005. Epub 2013 Mar 22. 
21. Y-Hassan S. A missed penalty kick triggered coronary death in the husband and broken heart syndrome in the wife / Y-Hassan S., Feldt K., Stålberg M. // Am. J. Cardiol. — 2015. — 116. — P. 1639-1642. doi: 10.1016/j.amjcard.2015.08.033. Epub 2015 Sep 3.
22. An emotional stress as a trigger for reverse Takotsubo cardiomyopathy: a case report and literature review / Barbaryan A., Bailuc S.L., Patel K. et al. // Am. J. Case Rep. — 2016. — 17. — P. 137-142. PMID: 26946334.
23. Targeting vascular (endothelial) dysfunction / Daiber A., Steven S., Weber A. et al. // Br. J. Pharmacol. — 2016. — doi: 10.1111/bph.13517.
24. Современные представления о дисфункции эндотелия и методах ее коррекции при атеросклерозе / Е.В. Шляхто, О.А. Беркович, Л.Б. Беляева и др. // Междунар. неврол. журнал. — 2002. — № 3. — С. 9-13.
25. Stress incardiovascular diseases / Esch T., Stefano G.B., Fricchione G.L., Benson H. // Med. Sci. Monit. — 2002. — V. 8. — P. 93-101.
26. Sander M. Neural mechanisms in nitric-oxide-deficient hypertension / M. Sander, R.G. Victor // Curr. Opin. Nephrol. Hypertens. — 1999. — Vol. 8. — P. 61-73.
27. Nifedipine-sensitive bloodpressure component in hypertensive models characterized by high activity of either sympathetic nervoussystem or renin-angiotensin system / Zicha J., Dobešová Z., Behuliak M., Pintérová M., Kuneš J., Vaněčková I. // Physiol. Res. — 2014. — Vol. 63. — P. 13-26. PMID: 24397813.
28. Nitric oxide as an indicator for severity of injury in polytrauma / E. Beitl, A. Banasova, M. Vlcek, D. Mikova, V. Hampl // Bratislava Medical Journal. — 2016. — Vol. 116, № 4. — Р. 217-220. PMID: 27075385.
29. Нетлюх А.М. Динаміка показників рівня аргініну при геморагічному інсульті, зумовленому розривами артерійних аневризм судин головного мозку / А.М. Нетлюх // Львівський мед. часопис — Acta Medica Leopoliensia. — 2013. — № 2. — С. 4-7.
30. Zhao Y. Endothelial nitric oxide synthase-independent release of nitric oxide in the aorta of the spontaneously hypertensive rats / Zhao Y., Vanhoutte P.M., Leung S.W.S. // J. Pharmacol. Exp. Ther. — 2012. — 344. — P. 15-22. doi: 10.1124/jpet.112.198721. Epub 2012 Sep 24.
31. Regulatory effect of hydrogen sulfide on vascular collagen content in spontaneously hypertensive rats / Zhao X., Zhang L.K., Zhang C.Y. et al. // Hypertens. Res. — 2008. — 31. — P. 1619-1630. doi: 10.1291/hypres.31.1619.
32. Captopril partially decreases the effect of H2S on rat blood pressure and inhibits H2S-induced nitric oxide release from S-nitrosoglutathione / Drobna M., Misiak A., Holland T. et al. // Physiol. Res. — 2015. — 64. — P. 479-486. PMID: 25470515.
33. Cacanyiova S. The Role of Hydrogen Sulphide in Blood Pressure Regulation / S. Cacanyiova, A. Berenyiova, F. Kristek // Physiol. Res. — 2016. — 65 (Suppl. 3). — Р. 273-289. — PMID: 27775417.
34. Microglial cells in neurodegenerative disorders / Wojte–ra M., Sikorska B., Sobow T., Liberski P.P. // Folia Neuropathol. — 2005. — Vol. 43. — P. 311-321.
35. Chen X.Production of the neuromodulator H2S by cystathionine beta-synthase via the condensation of cysteine and homocysteine / Chen X., Jhee K.H., Kruger W.D. // J. Biol. Chem. — 2004. — Vol. 279. — P. 52082-52086. doi: 10.1074/jbc.C400481200.
36. The vasorelaxant effect of H2S as a novel endogenous ga–seous KATP channel opener / Zhao W., Zhang J., Lu Y., Wang R. // EMBO J. — 2001. — Vol. 20. — P. 6008-6016. doi: 10.1093/emboj/20.21.6008.
37. Hydrogen sulphide is involved in testosterone vascular effect / Bucci M., Mirone V., Di Lorenzo A. et al. // Eur. Urol. — 2009. — Vol. 56. — P. 378-383. doi: 10.1016/j.eururo.2008.05.014. Epub 2008 May 22.
38. Hydrogen sulfide protects HT22 neuronal cells from oxidative stress / Kimura Y., Dargusch R., Schubert D., Kimura H. // Antioxid. Redox. Signal. — 2006. — Vol. 8. — P. 661-670. doi: 10.1089/ars.2006.8.661.
39. Hydrogen sulfide is a novel mediator of lipopolysaccharide-induced inflammation in the mouse / Li L., Bhatia M., Zhu Y.Z. et al. // FASEB J. — 2005. — Vol. 19. — P. 1196-1198.
40. Role of hydrogen sulfide in cecal ligation and puncture-induced sepsis in the mouse / Zhang H., Zhi L., Moore P.K., Bhatia M. // Am. J. Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol. — 2006. — Vol. 290. — P. 1193-1201. doi: 10.1152/ajplung.00489.2005.
41. Hydrogen sulfide and acute lung injury / Song et al. // World Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Scien–ces. — Vol. 5, Issue 12. — 2016. — Р. 367-386. doi: 10.20959/wjpps201612-7760.
42. H2S protecting against lung injury following limb ische–mia-reperfusion by alleviating inflammation and water transport abnormality in rats / Qi Q.Y., Chen W., Li X.L., Wang Y.W., Xie X.H. // Biomed. Environ. Sci. — 2014. — 27(6). — Р. 410-418. doi: 10.3967/bes2014.070.
43. Sodium Hydrosulphide alleviates remote lung injury following limb traumatic injury in rats / Ning J., Mo L., Zhao H. et al. // PLoS One. — 2013. — 8(3). — e59100.
44. Exogenous hydrogen sulfide restores cardiac function after trauma-hemorrhagic shock by inhibiting mitochondrial apoptosis / Lu Yang, Jiayan Lin, Xiaoyong Zhao et al. // Int. J. Clin. Exp. Med. — 2016. — 9(3). — P. 5563-5573. ISSN: 1940-5901/IJCEM0019352.
45. Role of oxidative stress in age-related reduction of NO-cGMP-mediatedvascular relaxation in SHR / Payne J.A., Reckelhoff J.F., Khalil R.A. // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. — 2003. — 285. — P. 542-551.
46. Bernatova I. Endothelial dysfunction in experimental models of arterial hypertension: cause or consequence?/ I. Bernatova // Biomed. Res. Int. — 2014. — PubMed: 598271.
47. Vascular aging: chronic oxidative stress and impairment of redox signaling-consequences for vascularhomeostasis and disease / Bachschmid M.M., Schildknecht S., Matsui R. et al. // Ann. Med. — 2013. — 45. — P. 17-36. doi: 10.3109/07853890.2011.645498. Epub 2012 Mar 1.
48. Enhanced nitric oxide generation from nitric oxide synthases as the cause of increased peroxynitrite formationduring acute restraint stress: Effects on carotid responsiveness to angiotensinergic stimuli in type-1 diabeticrats / Moreira J.D., Pernomia N.L., Gomes M.S. et al. // Eur. J. Pharmacol. — 2016. — V. 783. — P. 11-22. doi: 10.1016/j.ejphar.2016.04.050. Epub 2016 Apr 23.
49. Said M.A. Effect of noise stress on cardiovascular system in adult male albino rat: implication ofstress hormones, endothelial dysfunction and oxidative stress / Said M.A., El-Gohary O.A. // Gen. Physiol. Biophys. — 2016. — 35. — P. 371-377. doi: 10.4149/gpb_2016003. Epub 2016 May 13.

Similar articles

Dynamics of serum levels of nitrogen oxide and hydrogen sulfide metabolites  as markers of organ dysfunction in acute phase of multiple trauma
Authors: Матолінець Н.В.
Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, м. Львів, Україна

"Emergency medicine" №4(91), 2018
Date: 2018.08.09
Categories: Medicine of emergency
Sections: Clinical researches
The Mechanism of Activated Nitrogen-Containing Metabolites in the Respiratory Tract: Proinflammatory Effect (Part 3)
Authors: Abaturov O.Ye. - SI «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Health of Ukraine»; Volosovets A.P. - National Medical University named after O.O. Bohomolets, Ukraine; Khudyakov O.Ye. - SI «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Health of Ukraine»
"Child`s Health" 2 (70) 2016
Date: 2016.05.19
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Pathogenetic role of gaseous transmitters and urea cycle metabolites in endothelial dysfunction onset during acute period of polytrauma
Authors: Матолінець Н.В.
Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, м. Львів, Україна

"Emergency medicine" №4(99), 2019
Date: 2019.08.07
Categories: Medicine of emergency
Sections: Clinical researches
The Mechanism of Action of the Activated Nitrogen-Containing Metabolites in the Respiratory Tract. Proinflammatory Effect (Part 2)
Authors: Abaturov O.Ye. - State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipropetrovsk; Volosovets O.P. - National Medical University named after O.O. Bohomolets, Kyiv, Ukraine; Khudiakov O.Ye. - State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipropetrovsk
"Child`s Health" 1 (69) 2016
Date: 2016.04.14
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual

Back to issue