- •Современный взгляд и подход к применению местных амидных анестетиков
- •Материал и методы исследования
- •Результаты и обсуждение
- •1. Албертс б., Брей д., Льюис Дж., Рефф м., Роберт к.,Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки: е 5-ти т./пер.Сангл.; под ред. Г.П.Георгиева/. М.: Мир. 1987, т.5.- 232 с.
- •6. Волькенштейн м.В. Биофизика.- м.:Лань.-2008.-595с.
- •12. Машковский мд. Местно анестезирующие препа-раты. Лекарственные средства. Харьков: «Торсинг». 1998.-т.1.-с.296-305.
- •13. Остерман л.А. Хроматография белков и нуклеино-вых кислот. М.: Наука. 1985.- 536 с.
- •17.Страйер л. Биохимия: в 3-х т. /пер.С англ.; под ред. С.Е.Северина/.-м.: Мир, 1984.- т. 1.- 227с.
Вестник интенсивной терапии, 2009 г, №2. Клиническая фармакология
Современный взгляд и подход к применению местных амидных анестетиков
П.Г. Сторожук, И.А. Сторожук, М.И. Быков
Кубанский государственный медицинский университет, Краснодар, Россия. Российский центр функциональной хирургической гастроэнтерологии Минздрава.
Краснодар, Россия.
Местные анестетики (МА) можно определить как препараты для обратимого выключения болевой и тактильной чувствительности на ограниченном участке тела. Эти анестетики делят на две группы: эфирные препараты (новокаин, дикаин, анестезин) и амидные препараты (лидокаин, тримекаин, артикаин, мепевака-ин и др.). Они достаточно часто используются в травматологии, стоматологии, офтальмологии, хирургической гастроэнтерологии, при лечении ЛОР-болезней и др. В последнее время нашли широкое распространение карпулированные формы расфасовки препаратов. Общим для них является наличие в структуре МА незаряженной аминогруппы, и для растворения и тех, и других препаратов требуется HCL. Наиболее востребованными МА являются препараты, изготовленные на основе лидокаина, артикаина и мепивакаина (Машковский М.Д.,1998; Энциклопедия лекарств, 2004).
Фирмы различных стран, производящие МА, выпускают по сути одни и те же препараты, с включением одного из выше перечисленных анестетиков амидного ряда. А отличаются они друг от друга по концентрациям действующего анестетика и наличию в них вазо-констрикторов (норэпинефрина или эпинефрина) и консерванта (р-аминобензоата - ПАБа).
Существует важное практическое различие между эфирными и амидными МА. Эфирные анестетики нестабильны в растворе и быстро гидролизуются в организме плазменными холинэстеразами. Одним из продуктов их распада является ПАБ, которому приписываются аллергические реакции и гиперчувствительность. В противоположность этому, амидные анестетики относительно стабильны в растворе, медленно метаболизируются амидазами печени? и реакции гиперчувствительности на них крайне редки (Д. Такли, 2008).
Цель работы - рассмотреть биохимические основы проведения нервного импульса по аксону, временного прекращения его проведения, наступающее под действием амидных анестетиков и установить механизм их элиминации.
Современное состояние вопроса о механизме действия местных анестетиков амидного ряда В медицинской литературе широко обсуждается вопрос о механизмах действия МА. При этом принимается во внимание характер взаимодействия МА с нервной мембраной, их физико-химические свойства, коэффициент ионизации анестетика, рН среды, жиро-растворимость и способность соединяться с белками (Covino, Giddon, 1981, Бизяев А.Ф. и соавт., 2006). Считается, что прекращение проведения импульсов по периферическим нервам является первичным электрофизиологическим эффектом этих препаратов, которые вызывают локальное уменьшение скорости и степени деполяризации мембраны аксона.
Поскольку в настоящем исследовании речь пойдет о проводниковой проводимости нервного импульса, необходимо хотя бы вкратце коснуться общеизвестных и основных положений гистохимической структуры нейрона (нервной клетки) и проницаемости его плазматической мембраны для химических элементов, простых и более сложных химических структур.
Нейроны принимают, проводят и передают электрические сигналы. Значение этих сигналов различно и зависит от того, какую роль играет данная клетка в функционировании нервной системы в целом.
В мотонейронах (двигательных нейронах) сигналы служат командами для сокращения определенных мышц. В сенсорных (чувствительных) нейронах сигналы передают информацию о раздражителях определенного типа, таких как свет, механическая сила или химическое вещество, воздействующих на тот или иной участок тела. Интернейроны (вставочные нейроны) перерабатывают сенсорную информацию из нескольких различных источников и формируют адекватные двигательные команды (Stevens OF., 1979).
Функция нейрона зависит от его формы - эта форма определяет, в каких местах возможен прием сигналов и к каким местам эти сигналы должны быть подведены. Обычно можно выделить три главные части нейрона: тело, дендриты и аксон. Тело клетки - биосинтетический центр, где находятся ядро, все рибосомы, эндоплазматический ретикулум и аппарат Голь-джи. Дендриты представляют собой систему ветвящихся отростков, которые отходят от тела нейрона и увеличивают поверхность, способную принимать сигналы от других клеток. Аксон - тоже отросток клеток, но обычно он только один и гораздо длиннее дендри-тов. Аксоны проводят потенциалы действия от тела клетки к удаленной мишени. Дальний конец аксона обычно ветвится, что позволяет передать сигнал одновременно в несколько пунктов (Kuffer S.W., Nicholls J.G, 1976).
Быстрая передача нервных сигналов на большие расстояния достигается путем использования потенциал-зависимых натриевых каналов, расположенных в мембранах аксонов, которых достаточно много для того, чтобы обеспечить передачу импульса.
При пропускании через аксон электрического тока, натриевые каналы открываются и начинают пропускать в клетку ионы Na\ происходит местная деполяризация и возникает потенциал действия, который распространяется на смежные участки. Этот процесс распространяется вдоль аксона со скоростью от 1 до 100 м/с, в зависимости от типа аксона (Rogart R., 1981). Высокая скорость проведения сигналов у позвоночных и человека достигается путем изоляции большей части поверхности аксона миелиновой оболочкой. Эту оболочку образуют специализированные глиальные клетки - шванновские клетки в периферической и оли-годендроциты в центральной нервной системе.
Миелиновая оболочка настолько толста и плотна (в некоторых случаях она состоит из сотни концентрических слоев), что почти полностью предотвращает утечку тока через прикрытые ею участки мембраны аксона. Между двумя соседними сегментами миелина остается узкий незащищенный участок мембраны - это перехваты Ранвье (рис.1). Почти все натриевые каналы сосредоточены в перехватах - здесь их тысячи на 1 мкм2, тогда как участки мембраны, прикрытые миелиновой оболочкой, почти совсем не содержат таких каналов. Когда в области перехвата возникает потенциал действия, близлежащие участки мембраны деполяризуются обычным образом. Там, где мембрана покрыта оболочкой, она не способна возбуждаться, так как не имеет необходимых каналов. Кроме того, мие-линизированные участки обладают превосходными кабельными свойствами - низкой ёмкостью и высоким сопротивлением для утечки тока (Албертс Б., Брей Д. и соавт., 1987).
Миелинизация дает два главных преимущества -быстрое распространение потенциала действия и экономию метаболической энергии, так как активное возбуждение происходит лишь в небольших участках -перехватах Ранвье (Morell P., Norton W.T., 1980; Bray G.M. etal., 1981).
Таким образом, передача электрических сигналов нервной клеткой основана на изменении мембранного потенциала в результате прохождения необходимого числа ионов через мембранные каналы. Эти ионы перемещаются за счет энергии разлагающейся АТФ под действием АТФ-азы, которая одновременно является и транспортным каналом для ионов Na* и К*.
В фундаментальных руководствах по биохимии (Уайт А. и соавт.,1981; Ленинджер А., 1985; Страйер Л., 1985; . Murray R.K., et al., 1994) указано, что транспорт ионов Na* и К* осуществляется через один и тот же АТФ-азный канал. Однако, имеются экспериментальные данные, подтверждающие тот факт, что катионы Na+ и К* проходят через мембрану нерва по разным каналам. Так, действие яда твтродотоксина, парализующего проведение нервного импульса, блокирует проводимость 1Ча*-каналов, в то время как проводимость «^-каналов не затрагивается (Брагина Н.А., Миронов А.Ф., 2002). Таким образом, создается впечатление о существовании двух Na* и К*- АТФ-азных насосов, поддерживающих более низкую концентрацию Na* снаружи и более высокую концентрацию К* внутри клетки.
АТФ-аза представляет собой тетрамерный глико-протеид с ММ 250000 Да, который состоит их двух а-субьединиц (ММ 54000 Да каждая) и двух р-субъединиц (ММ 57000 Да каждая), остальные 28000 Да приходятся на углеводные компоненты. При этом установлено, что транспортные Na+, К*- каналы образованы за счет а -субъединиц, находящихся внутри тетрамерного фермента, а р-субъединицы - лате-рально, к ним же присоединены и углеводные компоненты. А также то, что при разложении одной молекулы АТФ закачивается два атома К* внутрь аксона и откачивается из него три атома Na* (Волькенштейн М.В., 2008).
В покоящемся нейроне эти каналы (избирательной утечки К*) делают мембрану более проницаемой для К*, чем для других ионов, и поэтому мембранный потенциал покоя близок к равновесному потенциалу К*, составляющему примерно 70 мВ. Внезапная деполяризация мембраны изменяет её проницаемость, так как при этом открываются натриевые каналы. А потенциал действия инициируется тогда, когда под влиянием короткого деполяризующего стимула открывается часть потенциал-зависимых натриевых каналов, что делает мембрану более проницаемой для Na* и ещё больше смещает мембранный потенциал по направлению к равновесному натриевому потенциалу (Armstrong СМ., 1981; Hille В., 1978).
Итак, разобрав основные положения о строении нейрона и механизмах проведения нервного импульса по аксону, и, прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о механизме действия амидных местных анестетиков, необходимо хотя бы вкратце коснуться вопроса о транспорте ионов и других малых и более крупных молекул через плазматическую мембрану аксонов.
Вестник интенсивной терапии, 2009 г, №2. Клиническая фармакология
Дело в том, что они достигают внутренней среды только в немиелинизированных участках аксона. Представление об этом достаточно четко дают Коль-ман Я. и Рём К. Г. (2000).
На рис. 2 можно видеть, что ионы Na+, К*, Са2+ и др. химические элементы транспортируются через специальные каналы, требующие энергетических затрат; а такие биомолекулы, как глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды переносятся при помощи специальных каналов (Уайт А. и соавт.,1981; Ленинджер А., 1985). А 02, N2, Н2О, СО2, бензол, мочевина и глицерин свободно проникают через билипидный слой плазматической мембраны аксона, но это возможно только в немиелинизированных участках аксона (в перехватах Ранвье). Что же касается транспорта анестезиологических средств, то они не являются естественными метаболитами организма и для них не существует природных белков-транспортеров в мембранах, следовательно, они и не могут проникать внутрь аксона.
Ознакомившись с основными положениями механизмов проведения нервного импульса и транспорта различных химических веществ через плазматические мембраны клеток, можно приступить к рассмотрению вопроса о механизме действия местных анестетиков амидного ряда.
В связи с этим необходимо напомнить, во-первых, что все ткани, клетки, плазма и интрацеллюлярная жидкость имеют слабовыраженную щелочную реакцию
(рН 7,32-7,40), при которой радикалы кислых аминокислот (аспартата и глутамата) диссоциируют и заряжают белок отрицательно. Во-вторых, что для улучшения растворения амидных анестетиков применяется HCL (Машковский М.Д., 2000), диссоциирующая на катион Н+ и анион CL. При этом водород соединяется с аминогруппой анестетика (это до сих пор не принималось во внимание!), переводит его азот из трехвалентного в пятивалентный и заряжает молекулу анестетика положительно, делая его способным соединяться с карбоксильными группами белков, как показано на примере лидокаина (рис. 3). Поляризованный таким путем анестетик соединяется при помощи электростатической связи с белками плазматической мембраны аксона, находящимися на очень ограниченном пространстве - в области перехватов Ранвье.
В препаративной биохимии для выделения специфических белков-ферментов с помощью колоночной хроматографии, часто используется в качестве анио-нообменника диэтиламиноэтил-целлюлоза (ДЭАЭ-ц), у которой реагеноспособный фрагмент заряжен положительно, при его помощи и происходит связывание отрицательно заряженного белка (Гинодман Л.М., 1964; Остерман Л.А, 1985) (рис. 4). МА амидного ряда имеют подобную аминогруппу, которая в кислой среде заряжается положительно и приобретает способность взаимодействовать с ионизированными карбоксильными группами аминокислотных радикалов белка.
Вестник интенсивной терапии, 2009 г, №2. Клиническая фармакология
Но при взаимодействии анестетика с мембранными белками (по сравнению с рассмотренным примером) они меняются местами. Теперь мембранный белок выступает в роли стационарного носителя отрицательного заряда, к которому присоединяется положительно заряженный анестетик (рис. 5А). Здесь срабатывает тот же механизм образования электростатической связи между ионизированными карбоксильными и аминогруппами, что и при взаимодействии ионизированных гидроксильных групп 2,3-дифосфоглицерата, и аминогрупп глобина при дезоксигенации оксигемогло-бина (Страйер А., 1984).
Подобный механизм функционирует и при взаимодействии иммуноглобулинов с антигенами, когда возникает электростатическая связь между ионизированными аминогруппами одних с карбоксильными группами других пептидов (Сторожук П.Г., Быков И.М., Се-пиашвили Р.И., 2008). Присоединившийся к а-субъединице АТФ-азы амидный анестетик изменяет её конформацию и выступает в роли отрицательного
эффектора, перекрывая транспортные каналы для ионов К* и Na" (рис. 5В).
Имеются также данные о том, что анестетический эффект наступает лишь в том случае, когда блокируется три и более перехватов Ранвье (Rood D., 1976), при блокаде одного и двух перехватов нервный импульс передаётся беспрепятственно по аксону дальше (рис.6).
Из вышеизложенного материала становится более-менее понятным механизм взаимодействия МА с аксоном.
Что же касается элиминации МА, то этот вопрос в научной литературе обходится стороной. Существуют указания на то, что эфирные МА в крови разлагаются плазменными холинэстеразами, а амидные - в печени подвергаются ферментативному обезвреживанию путем дезаминирования и гидроксилирования. Но, прежде чем попасть в печень, они должны быть высвобождены из «белково-анестетического» комплекса, т.е. элиминированы и доставлены в печень.
Вестник интенсивной терапии, 2009 г, №2. Клиническая фармакология