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" №4(99), 2019

Back to issue

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

Categories: Medicine of emergency

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. В гострому періоді політравми спостерігається розвиток значних розладів гомеостазу, метаболізму та енергозабезпечення клітин із високою частотою ускладнень та летальністю. Актуальними є дослідження, спрямовані на пошук показників, які б вже при госпіталізації становили собою чутливі маркери тяжкості політравми і прогнозу. Ендотелій регулює основні гемостатичні функції, такі як тонус судин, циркуляція клітин крові, запалення й активність тромбоцитів, а також проліферацію і ріст підлеглих гладких м’язів, діє як бар’єр для контролю обміну нутрієнтами, біомолекулами і месенджерами між кров’ю і навколишніми тканинами. Вивчається роль ендотеліальної дисфункції в поглибленні гіпоксичного ушкодження тканин при травмі. Мета роботи: визначити патогенетичну роль газотрансмітерів сироватки крові та лізату лімфоцитів і метаболітів циклу сечовини в розвитку ендотеліальної дисфункції в гострому періоді політравми. Матеріали та методи. В роботі наведені дані клінічного обстеження та лікування 37 хворих із середньотяжкою і тяжкою політравмою, доставлених у відділення анестезіології та інтенсивної терапії Клінічної лікарні швидкої допомоги м. Львова. Середній вік постраждалих становив 48,4 ± 5,2 року. У дослідження не включали осіб із декомпенсованою хронічною супутньою патологією. Дослідження біохімічних показників виконували на базі лабораторії кафедри біохімії ЛНМУ імені Данила Галицького. Результати. При госпіталізації в сироватці крові потерпілих відмічене статистично значуще зниження вмісту оксиду азоту (NO) на фоні підвищення вмісту його метаболітів (NOx) та сірководню (H2S). Протягом першої доби інтенсивної терапії спостерігалися тенденція до нормалізації вмісту H2S, зростання до рівня контролю рівня NO на фоні подальшого статистично значущого зростання вмісту NOx, рівень H2S наближався до такого в групі контролю і вірогідно знижувався порівняно з вихідним. Вірогідне зниження протягом 24 годин вмісту аргініну та незмінна активність аргіназ вказують на посилений метаболізм аргініну як засобу поповнення дефіциту NO. Вміст сечовини до кінця першої доби в сироватці крові вірогідно зріс, рівень білка статистично значуще знизився. Встановлена негативна кореляція вмісту H2S і активності NO-синтази, що вказує на регуляторний вплив даного газотрансмітеру на активність ферменту. Звертає на себе увагу зміна відношення iNOS до eNOS, а саме збільшення iNOS у пропорції від 14,2 ± 1,1 % на початку лікування до 21,9 ± 1,0 % через 24 години після травми. При цьому підвищується також рівень eNOS, який у фізіологічному стані відіграє стабілізуючу роль у захисті ендотелію. Таким чином, на тлі збільшення iNOS і eNOS існує переважання iNOS над eNOS. Висновки. В гострому періоді політравми на фоні посилення катаболічних процесів спостерігається розвиток ендотеліальної дисфункції, що підтверджується змінами вмісту газотрансмітерів і їх метаболітів у сироватці крові хворих (NO, NOx і H2S), які становлять собою чутливі маркери тяжкості політравми. Інтенсивна терапія протягом доби сприяє тенденції до нормалізації їх вмісту. Вказані зміни поєднуються зі значним підвищенням активності NO-синтаз на противагу незмінній у цей період активності аргіназ, що свідчить про домінування метаболізму аргініну в напрямі синтезу нітроксиду.

Актуальность. В остром периоде политравмы наблюдается развитие значительных расстройств гомеостаза, метаболизма и энергообеспечения клеток с высокой частотой осложнений и летальности. Актуальными являются исследования, направленные на поиск показателей, которые уже при поступлении пациентов представляли бы собой чувствительные маркеры тяжести политравмы и прогноза. Эндотелий регулирует основные гомеостатические функции, такие как тонус сосудов, циркуляция клеток крови, воспаление и активность тромбоцитов, а также пролиферацию и рост подчиненных гладких мышц, действует как барьер для контроля обмена нутриентами, биомолекул и мессенджерами между кровью и окружающими тканями. Изучается роль эндотелиальной дисфункции в углублении гипоксического повреждения тканей при травме. Цель работы: определить патогенетическую роль газотрансмиттеров сыворотки крови и лизата лимфоцитов и метаболитов цикла мочевины в развитии эндотелиальной дисфункции в остром периоде политравмы. Материалы и методы. В работе приведены данные клинического обследования и лечения 37 больных со среднетяжелой и тяжелой политравмой, доставленных в отделение анестезиологии и интенсивной терапии Клинической больницы скорой помощи г. Львова. Средний возраст пострадавших составлял 48,4 ± 5,2 года. В исследование не включали лиц с декомпенсированной хронической сопутствующей патологией. Исследование биохимических показателей проводили на базе лаборатории кафедры биохимии ЛНМУ имени Данила Галицкого. Результаты. При госпитализации в сыворотке крови пострадавших отмечено статистически значимое снижение содержания оксида азота (NO) на фоне повышения содержания его метаболитов (NOx) и сероводорода (H2S). В течение первых суток интенсивной терапии отмечались нормализация содержания H2S, рост к уровню контроля уровня NO на фоне дальнейшего статистически значимого роста содержания NOx, уровень H2S приближался к группе контроля и достоверно снижался в сравнении с исходными данными. Достоверное снижение в течение 24 часов содержания аргинина и неизменная активность аргиназы указывают на усиленный метаболизм аргинина как средства восполнения дефицита NO. Содержание мочевины к концу первых суток в сыворотке крови достоверно выросло, уровень белка статистически значимо снизился. Установлена отрицательная корреляция содержания H2S и активности NO-синтазы, что указывает на регуляторное влияние данного газотрансмиттера на активность фермента. Обращает на себя внимание изменение отношения іNOS к еNOS, а именно увеличение іNOS в пропорции от 14,2 ± 1,1 % в начале лечения до 21,9 ± 1,0 % через 24 часа после травмы. При этом повышается также уровень еNOS, который в физиологическом состоянии играет стабилизирующую роль в защите эндотелия. Таким образом, на фоне увеличения іNOS и еNOS существует преобладание іNOS над еNOS. Выводы. В остром периоде политравмы на фоне усиления катаболических процессов наблюдается развитие эндотелиальной дисфункции, что подтверждается изменениями содержания газотрансмиттеров и их метаболитов в сыворотке крови больных (NO, NOx и H2S), которые представляют собой чувствительные маркеры тяжести политравмы. Интенсивная терапия в течение суток способствует тенденции к нормализации их содержания. Указанные изменения сочетаются со значительным повышением активности NO-синтазы в противовес неизменной в этот период активности аргиназы, что свидетельствует о доминировании метаболизма аргинина в направлении синтеза нитроксида.

Background. Considerable homeostatic, metabolic and cell energy supply disorders occur during acute period of polytrauma, which lead to a high rate of complications and mortality. Investigations aimed to detect highly sensitive biomarkers of polytrauma degree and its prognosis are very urgent. Endothelium regulates main hemostatic functions such as vascular tone, blood cells circulation, inflammatory responses, thrombocytes activity, proliferation and growth of underlying smooth muscles, and acts as a control barrier for nutrients, biomolecules and signaling molecules between blood and surrounding tissues. Significance of endothelial dysfunction in increased cellular hypoxic damage in trauma is studied. The purpose was to determine pathogenic role of gaseous transmitters in blood serum and lymphocyte lysate, and urea cycle metabolites in endothelium dysfunction during acute period of polytrauma. Materials and methods. Data from clinical examination and treatment of 37 patients with moderate and severe polytrauma who were admitted to the intensive care unit (the department of anesthesiology and intensive care) of Lviv Emergency Hospital are presented. The mean age of all patients was 48.4 ± 5.2 years. Patients with decompensated chronic diseases were excluded from the study. Analysis of biochemical markers was performed in laboratory of biochemical department of Danylo Halytsky Lviv National Medical University. Results. There was a statistically significant decrease in nitric oxide (NO) serum level while levels of its metabolites (NOx) and hydrogen sulfide (H2S) were increased at the time of admission. During first 24 hours of intensive care, H2S level normalized, NO level increased to the control one with a simultaneous statistically significant increase of NOx level. H2S level approached to the control group level and was significantly decreasing compared to the baseline. A significant decrease in arginine level and constant arginase activity during 24 hours indicate the intensified arginine metabolism as a way of NO replenishment. Twenty-four hours after the admission, urea serum level significantly increased, exceeded normal range, protein serum level significantly decreased. We found a negative correlation between H2S level and NO-synthase activity, which indicates regulatory influence of this gaseous transmitter on the enzyme activity. However, attention is drawn to the change in the ratio of inducible nitric oxide synthase (iNOS) to endothelial nitric oxide synthase (eNOS), namely, the iNOS increase in the proportion from 14.2 ± 1.1 % at the beginning of the therapy to 21.9 ± 1.0 % 24 hours after the injury. Simultaneously, eNOS level increases that in physiological conditions has a stabilizing influence on endothelium protection. So, while both levels of iNOS and eNOS are increasing, there is a prevalence of iNOS over eNOS. Conclusions. During the acute period of polytrauma, the development of endothelial dysfunction is observed against the background of enhancement of catabolic processes, and this is confirmed by the changes of gaseous transmitters and their metabolites serum levels (NO, NOx і H2S), which are sensitive markers of polytrauma severity. Intensive care during the first day after the admission helps to normalize their levels. The indicated changes are combined with a significant increase in the activity of NO-synthase, as against the unchanged activity of arginases in this period, which indicates the dominance of arginine metabolism in the direction of nitroxide synthesis.


Keywords

політравма; оксид азоту; NO-синтаза; сірководень; аргінін; аргіназа

политравма; оксид азота; NO-синтаза; сероводород; аргинин; аргиназа

polytrauma; nitric oxide; NO-synthase; hydrogen sulfide; arginine; arginase


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


Bibliography

1. Матолінець Н.В. Роль газотрансмітерів у патогенезі органної дисфункції при політравмі. Медицина невідкладних станів. 2018. № 3(90). С. 33-39 (фах.). doi: 10.22141/2224-0586.3.90.2018.129480.

2. Trancă S.D., Petrişor C.L., Hagău N. Biomarkers in polytrauma induced systemic inflammatory response syndrome and sepsis — a narrative review. Romanian Journal of Аnaesthesia and Intensive Сare. 2014. 21(2). Р. 118-122. PMCID: PMC5505349. PMID: 28913443.

3. Roy J., Galano J.-M., Durand T. et al. Physiological role of reactive oxygen species as promoters of natural defenses. The FASEB Journal. 2017. 31(9). Р. 3729-3745. doi: 10.1096/fj.201700170R.

4. Menges T., Engel J., Welters I. et al. Changes in blood lymphocyte populations after multiple trauma: association with posttraumatic complications. Crit. Care Med. 1999. 27(4). Р. 733-40. PMID: 10321662.

5. Pierrakos C., Vincent J.L. Sepsis biomarkers: a review. Crit. Care. 2010. 14. Р. 1-18. doi: 10.1186/cc8872.

6. Namas R.A., Mi Q., Namas R. et al. Insights into the Role of Chemokines, Damage-Associated Molecular Patterns, and Lymphocyte-Derived Mediators from Computational Models of Trauma-Induced Inflammation. Antioxid. Redox Signal. 2015. 23(17). Р. 1370-87. PMCID: PMC4685502, PMID: 26560096.

7. Марков Х.МО биорегуляторной системе L-аргинин оксид азотаПат. физиология и эксперим. терапия. 1996. № 1. С. 34-39.

8. Lo Faro M.L., Fox B., Whatmore J.L., Winyard P.G., Whiteman M. Hydrogen sulfide and nitric oxide interactions in inflammation. Nitric Oxide. 2014. 41. Р. 38-47. doi: 10.1016/j.niox.2014.05.014.

9. Gamboa А., Abraham R., Diedrich А. et al. Role of Adenosine and Nitric Oxide on the Mechanisms of Action of Dipiridamole. Stroke. 2005. Vol. 36. P. 2170-2175. doi: 10.1161/01.STR.0000179044.37760.9d.

10. Ванин А.Ф. Оксид азота в биомедицинских исследованиях. Вестн. РАМН. 2000. № 4. С. 3-5.

11. Єлейник М.В. Хірургічна корекція та профілактика порушень ліквородинаміки при лікуванні розривів артеріальних аневризм головного мозку: Автореф. дис… канд. мед. наук: спец. 14.01.05 «нейрохірургія». Київ, 2015. 20 с. Режим доступу: http://library.odmu.edu.ua/catalog/233063

12. Малахов В.А., Монастырский В.О., Дженелидзе Т.Т. Оксид азота и иммунонейроэндокринная система. Междунар. неврол. журнал. 2008. № 3(19). С. 14-18. Режим доступу: http://www.mif-ua.com/archive/article/6143.

13. Wu G., Morris S.M. Jr. Arginine metabolism: nitric oxide and beyond. Biochem. J. 1998. 15. Р. 1-17. PMID 9806879.

14. Якушев В.И., Покровский М.В., Корокин М.В., Покровская Т.Г., Куликовская В.А., Ершов И.Н., Бесхмельницына Е.А., Арустамова А.А., Котельникова Л.ВАргиназа — новая мишень для фармакологической коррекции эндотелиальной дисфункцииНаучные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2012. Vol. 20-3. № 22(141). Р. 36-40.

15. Munder M. Arginase: an emerging key player in the mammalian immune system. Br. J. Pharmacol. 2009. 158(3). Р. 638-51. doi: 10.1111/j.1476-5381.2009.00291.x.

16. William Caldwell R., Paulo C. Rodriguez, Haroldo A. Toque, S. Priya Narayanan, Ruth B. Caldwell. Arginase: A Multifaceted Enzyme Important in Health and Disease. Physiol Rev. 2018 Apr 1. 98(2). Р. 641-665. Published online 2018 Feb 7. doi: 10.1152/physrev.00037.2016. PMCID: PMC5966718.

17. Наказ Міністерства охорони здоров’я України від 17 квітня 2014 року № 275. Уніфікований клінічний протокол екстреної, первинної, вторинної (спеціалізованої), третинної (високоспеціалізованої) медичної допомоги та медичної реабілітації при геморагічному інсульті (внутрішньомозкова гематома, аневризмальний субарахноїдальний крововилив) [Електронний ресурс] / Розроб.: М.К. Хобзей, Т.С. Міщенко, А.В. Степененко та ін. Київ, 2014. 99 с.

18. Bryan N.S., Grisham M.B. Methods to detect nitric oxide and its metabolites in biological samples. Free Radic. Biol. Med. 2007. 43(5). Р. 645-657. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.04.026.

19. Березовський В.Я., Плотнікова Л.М. Роль ендогенного сірководню в регуляції фізіологічних функцій організму. Медична гідрологія та реабілітація. 2013. № 1. С. 117-122. Режим доступу: https://fz.kiev.ua/journals/2015_ V.61/2015_3/2015_3-28-34.pdf.

20. Раваева М.Ю., Чуян Е.Н. Измерение активности системы оксида азота под действием низкоинтенсивного излучения: Ученые записки Таврического национального университета им. В.ИВернадскогоСерия БиологияХимия. 2011. 24. Р. 201-10.

21. Geyer J.W., Dabich D. Rapid method for determination of arginase activity in tissue homogenates. AnalBiochem. 1971 Feb. 39(2). Р. 412-7. doi: 10.1016/0003-2697(71)90431-3.

22. Алейникова Т.Л., Рубцова Г.В., Павлова Н.А. Руководство к практическим занятиям по биохимии. Москва: Медицина, 2000.

23. Матолінець Н.В. Динаміка сироваткових рівнів метаболітів оксиду азоту та сульфіду водню як маркерів розвитку органної дисфункції у гострому періоді політравми. Медицина неотложных состояний. 2018. № 4(91). С. 107-113. doi: 10.25284/2519-2078.4(85).2018.151465

24. Matolinets N., Sklyarova H., Sklyarov A. Nitric oxide and hydrogen sulfide markers of acute period of polytraumа. Wiadomości lekarskie. 2018. № 8(85). С. 1489-1492. PMID: 30684329.

25. Bernard A.C., Mistry S.K., Morris S.M. Jr, O’Brien W.E., Tsuei B.J., Maley M.E., Shirley L.A., Kearney P.A., Boulanger B.R., Ochoa J.B. Alterations in arginine metabolic enzymes in trauma. Shock. 2001 Mar. 15(3). Р. 215-9. PMID: 11236905.

26. Мхітарян Л.С., Кучменко О.Б., Євстратова І.Н., Ліпкан Н.Г., Василинчук Н.М., Дроботько Т.Ф. Цитрулін як маркер функціонального стану органів за умов патологічних станів. Український кардіологічний журнал. 2016. 3. С. 109-115.

27. Nelson D.L., Cox M.MLehninger Principles of Biochemistry (вид. 5th). W.H. Freeman. 2008. ISBN 978-0-7167-7108-1.

28. Daiber A., Steven S., Weber A. et al. Targeting vascular (endothelial) dysfunction. Br. J. Pharmacol. 2016. doi: 10.1111/bph.13517.


Back to issue