Применение доноров оксида азота и ингибиторов NO–синтаз при увеитах, травмах и другой офтальмопатологии

Нероев В.В., Давыдова Г.А., Перова Т.С.

Usage of nitric oxide donors and inhibitors

of NO–synthase in uveitis, trauma and

other opthalmopathology (Literary Review)

V.V. Neroev, G.A. Davydova, T.S. Perova

MNII of Gelmgoltsa of Roszdrav, Moscow

Review is devoted to the role of endogenous nitric oxide (NO) in the regulation of such biologic processes as immunity, vasodilatation, blood coagulation, endocrine control, antimicrobal and anticancer activity. Authors give an example of NO usage in the treatment of uveitis, trauma, glaucoma and vascular ocular diseases.

Открытие в середине 80–х годов эндогенного оксида азота (NO), а именно того факта, что эта простейшая газовая молекула непрерывно продуцируется в клетках организма ферментативным путем с помощью NO–синтаз (NOS), выполняя функции одного из универсальных регуляторов–мессенджеров, явилось крупнейшим событием в области биологии и медицины конца 20 века. На сегодняшний день известно, что в организме человека NO выполняет важные биологические функции: участвует в регуляции иммунитета, сосудистого тонуса (вазодилатации), свертывании крови, нейронных коммуникаций и памяти, релаксации гладких мышц бронхов и пищеварительного тракта, гормональных функций; обеспечивает антимикробную и противоопухолевую защиту.

NO образуется из L–аргинина в присутствии кислорода под действием трех изоэнзимов синтазы NO (NOS). NOS I–типа (nNOS)–нейрональная конститутивная кальций–зависимая форма NOS, представлена в нейронах мозга, спинных ганглиях, в нехолинергических и неадренергических нейронах периферической нервной системы [16]. NOS II–типа (iNOS)–индуцибельная, кальций–независимая форма NOS, локализована в макрофагах, нейтрофилах, в клетках микро– и астроглии. Образование этой формы индуцируется цитокинами. NOS III–типа (eNOS)–эндотелиальная конститутивная кальций–зависимая форма NOS, содержится в эндотелии сосудов и поддерживает нормальный тонус сосудов [5].

Имеются данные о роли оксида азота в патогенетических механизмах воспалительных и дегенеративных заболеваниях глаз, в регуляции сосудистых реакций и внутриглазного давления [2,8,20,22,27]. В связи с этим есть основания полагать, что направленная регуляция метаболизма оксида азота может явиться новым способом лечения глазных болезней.

NO при увеитах

Имеются работы, посвященные изучению роли NO при воспалительных процессах в глазу. Было показано, что при увеитах эндо–и экзоантигены (липополисахарид, S–антиген сетчатки) вызывают активацию макрофагов и нейтрофилов, что приводит к активации iNOS и синтезу NO [23,25]. На активацию индуцибельной NOS влияют и цитокины, такие как IFR– , IL–10, IL–6 и др. Кроме воспалительных клеток, NO может синтезироваться также в клетках пигментного эпителия сетчатки, мюллеровских клетках, в клетках микроглии [29]. Вырабатываясь в больших количествах при воспалении, NO обладает прямым цитотоксическим эффектом как на чужеродные клетки, так и на собственные клетки организма, выступая в роли сильного оксиданта. Связываясь с супероксиданионом, он образует высокоактивное соединение – пероксинитрит. NO повышает проницаемость сосудистой стенки, вызывая усиление воспалительной реакции [28].

В работе Allen J.B., McGahan M.C., Ferrell J.B. и др. изучалось влияние разных ингибиторов NO–синтаз на течение эндотоксининдуцированного увеита у кроликов. Так, при введении L–NAME (ингибитора конститутивных NOS и индуцибельной NOS) через 30 минут после инъекции липополисахарида отмечалось снижение воспалительной активности в глазу. Введение этого ингибитора через 6 часов после инъекции липополисахарида не вызывало противовоспалительного эффекта и даже усиливало выраженность клеточной инфильтрации. При введении аминогуанидина (ингибитора индуцибельной NOS) через 6 часов после инъекции липополисахарида наблюдалась резорбция воспалительного процесса. Таким образом, эти данные свидетельствуют о необходимости применения на разных стадиях воспаления различных специфических ингибиторов [13]. В доступной нам литературе не было работ, освещающих применение доноров NO при воспалительных заболеваниях глаз. Необходимо дальнейшее детальное изучение влияния доноров NO и ингибиторов NOS на течение воспалительного процесса в глазу.

Важно отметить, что несмотря на большое количество исследований о роли оксида азота при офтальмопатологии, многие важные вопросы остаются открытыми. Необходимо определить показания и противопоказания к применению новых доноров оксида азота и ингибиторов NOS, разработать рациональные методики лечения, дозы и пути введения при различных стадиях и патологических процессах в глазу. Важно также оценить эффективность этих препаратов при их комбинации с традиционными лекарственными препаратами.

NO при травмах глаза

Травмы органа зрения являются одной из основных причин инвалидности по зрению. Ведущим способом лечения проникающих ранений роговицы является обработка раны хирургическим методом. В настоящее время с совершенствованием микрохирургической техники и внедрением высокоэффективных лекарственных препаратов стало возможным не только восстановить целостность глазного яблока, но и получить хорошие функциональные результаты. Несмотря на это, часто, особенно при обширных повреждениях роговицы и длительно незаживающих ранах, остаются грубые рубцы, нередко приводящие к снижению зрения. Поэтому остается актуальным вопрос разработки новых средств, ускоряющих заживление ран роговицы и способствующих формированию более нежного рубца. Большой интерес представляет разработка методов лечения, основанных на регуляции содержания NO в раневом процессе. В литературе имеются данные об участии оксида азота в процессе заживления ран. По данным Schaffer M.R., Tantry U. и соавт., NО активно вырабатывается в ране в фибробластах, в клетках роговицы и макрофагах [19,31,32,33], что способствует синтезу и накоплению коллагена в раневой зоне и оказывает антимикробное действие [35]. Экспериментально доказано, что недостаток образования оксида азота в ране приводит к замедлению ее заживления [37,38]. В НИИ ЭМ МГТУ им. Баумана разработан аппарат «Плазон», с помощью которого из атмосферного воздуха плазмохимическим путем получают газовый поток, содержащий оксид азота, концентрация которого существенно превышает его содержание в атмосфере. Метод воздействия на раневой процесс NO–содержащим газовым потоком, имеющим плазменное происхождение, по данным Решетова И.В., Кабисова Р.К., Козлова Н.П. и др., дает хорошие результаты при лечении ран мягких тканей в эксперименте и в клинике [9,11,12]. Применение NO–содержащего газового потока для лечения травм глаза привлекает своей простотой, неинвазивностью, отсутствием необходимости в расходном материале и выполнении стерилизационных мероприятий. Проведено изучение действия NO–содержащего газового потока в различных режимах на течение раневого процесса в роговице на моделях повреждения роговицы у кроликов: при ожоге, эпителиальной (поверхностной) и операционной травме [10]. Выявлено, что при лечении экспериментальной эпителиальной раны роговицы, при короткой экспозиции (10–15 c) и при двукратном применении в течение первых двух суток после нанесения травмы, отмечается существенное сокращение сроков эпителизации роговицы. Более глубокое повреждение роговицы (ожог или проникающее ранение) требует продолжительного (до 1,5 мин) и многократного воздействия NO–содержащего газового потока. При этом отмечается более раннее развитие и завершение репарационных процессов. При ожогах изъязвления роговицы после применения NO–содержащего газового потока были менее глубокими, а при проникающем разрезе роговицы образовывался более полноценный рубец. Клинико–экспериментальные наблюдения были подтверждены морфологическими и биохимическими данными [10].

NO при сосудистых заболеваниях глаз

В экспериментальных зарубежных и отечественных исследованиях последних лет показано, что NO играет важную роль в патогенезе сосудистых заболеваний глаз – диабетической ретинопатии и тромбозов ретинальных вен. Активация синтеза NO может происходить под влиянием большого количества факторов: снижение парциального давления кислорода, нарушения утилизации глюкозы и накопление недоокисленных продуктов гликолиза, под воздействием вазоактивных медиаторов, воспалительных цитокинов (IL–1, IL–10 и др.).

Повышение синтеза NO на ранних стадиях развития ишемии сетчатки является компенсаторным механизмом для поддержания хорошего кровоснабжения в тканях, испытывающих гипоксию [15,18]. Однако наряду с активацией синтеза NO происходит активация свободно–радикальных процессов и снижение активности антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы и др.). Это приводит к оксидативному стрессу, повреждению клеток и их дисфункции, что, в свою очередь, ведет к истощению синтеза NO и ослаблению NO–зависимых процессов. Одновременно с этим происходит увеличение синтеза вазоконстрикторных факторов (ET, AT–||, PGI–2). Это ведет к нарушению тонуса сосудов, снижению кровотока в ретинальных сосудах, повышению агрегации тромбоцитов, развитию тромбоцитопатии, ослаблению процессов фибринолиза, увеличению миграции и пролиферации гладко–мышечных клеток. В результате развивается микротромбирование и облитерация сосудов, что проявляется развитием ишемии сетчатки. Наличие неперфузированных ишемических тканей является триггерным механизмом для образования вазопролиферативных факторов (VEGF, bFGF, aFGF, IGF–1 и др.), синтез которых приводит к развитию неоваскуляризации и пролиферации [3,4,6].

Таким образом, необходимо помнить, что NO может играть как положительную, так и отрицательную роль при ишемии в зависимости от его концентрации и стадии процесса. По данным экспериментальных работ Архиповой М.М. и соавт., 2000, начальные стадии гипоксии сопровождаются повышенным синтезом NO и усилением свободнорадикальных процессов. При диабетической ретинопатии и тромбозах вен сетчатки целесообразно применение NO-ингибиторов в сочетании с антиоксидантами, что оказывает протективное действие на клетки и прерывает патологическую цепочку, способствующую развитию ишемии. При этом NO-ингибиторы следует применять местно (парабульбарно), а антиоксиданты рационально назначать как местно, так и системно [1]. Наиболее перспективным является использование селективных антиоксидантов, таких как супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза, которые влияют на определенные радикалы. На моделях аллоксанового диабета у кроликов применение СОД приводило к улучшению NO–зависимой вазодилатации [17]. В качестве NO–ингибиторов можно применять стероиды, но они блокируют только индуцибельную NO–cинтазу, не воздействуя на эндотелиальную и нейрональную NO–синтазы. NO–ингибиторным действием обладают и цитостатики, в частности, циклоспорин А, влияющий не только на индуцибельную NOS, но и на эндотелиальную NOS. В связи с этим изучение специфических NO–ингибиторов, таких как N–нитро–L–аргинин (L–NNA), N–нитро–L–аргинин–метил эстер (L–NAME), N–монометил–L–аргинин (L–NMMA) и др., открывает новые возможности для коррекции NO–опосредуемых цитотоксических реакций на ранних стадиях ишемического процесса. Однако необходимо помнить, что полное подавление базальной продукции NO конститутивными NO–синтазами (нейрональной NOS и эндотелиальной NOS) может неблагоприятно отразиться на NO–зависимых процессах [24].

Прогрессирование гипоксии и состояние хронической ишемии приводит к истощению субстрата NO–L–аргинина и снижению синтеза NO, что, в свою очередь, ведет к вышеназванным патологическим процессам. Поэтому, на этой стадии процесса важно своевременное применение NO–доноров [7]. В качестве таких препаратов в медицине давно применяются: нитропруссид натрия, нитроглицерин, никотиновая кислота и некоторые другие. В эксперименте на животных было показано, что эти препараты улучшают ретинальное и хориоидальное кровоснабжение. Для реализации своего действия они образовывают промежуточные соединения (S–нитрозотиолы, динитрозильные комплексы железа–ДНКЖ), которые оказывают необходимое действие и создают депо NO в клетках. В связи с этим наиболее перспективным представляется использование препаратов заместительной терапии, т.е. синтезированных in vitro S–нитрозотиолов и ДНКЖ. Преимуществами этих соединений является то, что они в точности повторяют естественные стабильные формы NO, а также и то, что для достижения эффекта требуются весьма малые дозы. Использование новых NO-доноров в низких дозах возможно местно (парабульбарно) и системно [1]. Экспериментальные исследования показали, что при использовании S–нитрозоглутатиона и ДНКЖ на модели ишемии у кроликов, наблюдается восстановление кровотока в окклюзированных сосудах, сокращение ишемических зон, улучшение показателей электроретинограммы, развитие коллатералей и быстрое рассасывание геморрагий. Важно отметить, что применение ДНКЖ в остром периоде приводило к увеличению геморрагической активности, отеку и повреждению ткани. На этом этапе патологического процесса эффективно назначение NO–ингибиторов [1,7,26]. Кроме непосредственных доноров NO, для повышения образования оксида азота может быть использован его предшественник – L–аргинин. В экспериментальных работах на кроликах внутривенное введение этой аминокислоты после моделирования ишемии сетчатки приводило к восстановлению b–волны элекроретинограммы и предотвращало развитие гипоперфузионных осложнений [14].

NO при глаукоме

За последние годы в литературе все больше появляется работ, посвященных изучению роли NO при глаукоме. При повышении внутриглазного давления происходит активация глутаматных рецепторов и возникает так называемый феномен глутаматной нейротоксичности, при этом низкие дозы NO играют защитную роль для фоторецепторов.

Однако, вырабатываясь в больших количествах, NO приводит к гибели фоторецепторных клеток, дегенерации аксонов ганглиозных клеток [21,30]. Являясь универсальным регулятором ретинального и хориоидального кровообращения, NO также регулирует кровоснабжение зрительного нерва и отток водянистой влаги [2]. Имеются доказательства, что в различных клетках переднего отрезка глаза (трабекулярная сеть, шлеммов канал, цилиарная мышца, нервные волокна) локализована эндотелиальная NO–синтаза и нейрональная NO–синтаза. Продукция NO в цилиарной мышце может вызывать ее расслабление, а увеличение продукции NO в эндотелиальных клетках трабекулярной сети ведет к ее релаксации и увеличению оттока внутриглазной жидкости и приводит, таким образом, к снижению ВГД [27,34,36]. Таким образом, роль NO при глаукоме многофакторна и пока мало изучена. В доступной нам литературе не было работ, освещающих влияние доноров и ингибиторов NO на различные звенья в патогенезе глаукомы в эксперименте.

Литература

1. Архипова М.М. Изучение роли оксида азота в патогенезе сосудистых эаболеваний глаз. Автореф. дисc.канд. мед. наук. –М.2000.

2. Бакшинский П.П.–Эндотелины и оксид азота: их значение в регуляции глазного кровотока и внутриглазного давления и роль в патогенезе первичной глаукомы.//Вестник Офтальмологии– 1999 –Т115–№3–c.33–36.

3. Бишеле Н.А. Зрительные функции при диабетической ретинопатии: оценка состояния эффективности лечения, связь с клинико–патогенетическими факторами.– Автореф.дис. канд.мед.наук.–М.,1996.–C.24.

4. Вербова Н.И., Лебедева Е.А. Роль гликолизированных продуктов метаболизма в формировании сосудистых осложнений сахарного диабета. //Проблемы эндокринологии.– 1997.– Т.43.– №1.– С.43–45.

5. Граник В.Г., Григорьев Н.Б. Оксид азота (NO) . Новый путь к поиску лекарств.//Монография.–М.–2004.–С.222.

6. Лысенко В.С., Муха А.И. Диагностика тромбоцитопатии в латентном периоде при сосудистых заболеваниях глаз.// Метод.рекоменд.–М., 1998.–С.17.

7. Малышев И.Ю., Манухина Е.Б. Cтресс, адаптация и оксид азота. //Биохимия.–1998.–Т.63.–Вып.7.–С.992–1006.

8. Нероев В.В., Ванин А.Ф.,Архипова М.М.–Антиагрегационное и фибринолитическое действие новых доноров оксида азота у больных с сосудистыми заболеваниями глаз in vitro.// Материалы научно–практической конференции ”Актуальные вопросы офтальмологии» – Москва–2000.

9. Решетов И.В., Кабисов Р.К., Шехтер А.Б., Пекшев А.В., Манейлова М.В.–Применение воздушно–плазменного аппарата “Плазон” в режимах коагуляции и NO–терапии при реконструктивно–пластических операциях у онкологических больных.// Анналы пласт., реконст.и эстет.мед.–2000.–№4.–С.24–39.

10. Чеснокова Н.Б., Гундорова Р.А., Кваша О.И., Шехтер А.Б., Давыдова Н.Г., Косакян С.М. и др.// No–терапия: теоретические аспекты, клинический опыт и проблемы применения экзогенного оксида азота в медицине.// Материалы научно–практической конференции 4–5 декабря 2001 года. Москва 2001.

11. Шeхтер А.Б., Кабисов Р.К., Пекшев А.В., Козлов Н.П., Перов Ю.Л.–Экспериментально–клиническое обоснование плазмодинамической терапии ран оксидом азота.// Бюллет. Эксперимент.биологии и медицины–1998.–Т.126.–№8. – С.210–215.

12. Шехтер А.Б., Грачев С.В., Милованова З.П., Руденко Т.Г., Гаврильчак А.В., Перов Ю.Л.–Применение экзогенного оксида азота в медицине: биологические основы, клинико–морфологические аспекты, механизмы, проблемы и перспективы.// NO–терапия:теоретические аспекты, клинический опыт и проблемы применения экзогенного оксида азота в медицине.–Материалы научно–практической конференции 4–5 декабря 2001 года–С.27–35.

13. Allen J.B., McGahan M.C., Ferrell J.B., Adler K.B., Fleisher L.N.–Nitric Oxide synthase inhibitors exert differential time–dependent effects on LPS–induced uveitis.//.Exp.Eye Res. – 1996 – Vol.62–№1–P.21–28.

14. Boger R., Tsikas D. et all. Intravenous L–arginine induces Nitric Oxide formation and increases peripheral arteriolar blood flow in healthy humans. //The biology of Nitric Oxide3. Phisiological and clinical aspects.–1994.–Portland press.London.–Р.446–470.

15. Bonne C., Muller A.,Villain M.–Free radicals in retina ischemia.// Gen.Pharmacol.–1998.–V.30.–P.275–280.

16. Brave S.R., Tucker J.F., Gibson A. et.all. Role NO in brain ischemic lesions. // Neurosci.Lett.–1993–Vol.161–P.93–96

17. Diederich D., Skopec J., Diederich A.et al. Vascular effects of nitric oxide are opposed by increased production of free radicals in diabetic rats.//Ophthalmic. Researches. EVER–1999 Abstacts. 1999. – V.31Р.228–231.

18. Feke G., Buzney S.,Ogasawara H. et all.– Retinal circulatory abnormalitis in type1 diabetes. //Invest. Ophthalmol. Vis Sci.–1994.–V.35.–Р.2968–2975.

Полный список литературы Вы можете найти на сайте http://www.rmj.ru

19. Frank S., Stallmeyer B., Kampfer H., Kolb N., Pfeil Schifter J.–Nitric oxide triggers enhanced induction of vascular endothelial growth factor expression in cultured keratinocytes (HaCaT) and cluring cutaneous wound repair.//FASEB J. – 1999. – Vol.13. – P.2002–2014.

20. Goldstein I.M., Ostwald P., Roth S.Nitric Oxide: a review of its role in retinal function and disease.//Vision Res. – 1996. – V.38. – P.2978–2994.

21. Haefliger I., Flammer J. Nitric Oxide and Endothelin in the pathogenesis of glaucoma.–Lippincott–Ravel Pablishers.–1998.Р.255.

22. Kelly A., Buckley C. et al. Possible role for nitric oxide releasing nerves in the regulation of ocular blood flow in the rat. // Br.J.Ophthalmol. –1998–V.82–Р.1199–1202.

23. Kozak Y., Thillaye–Goldenberg B., Naud M. et all. Involvement of Nitric Oxide in ocular inflammation.//X||| ISER.–Paris–1998–P.119.

24. Lagrese W., Otto T., Feuerstein T. Neuroprotection in ischemia of the retina in an animal model.// Ophthalmologe.– 1999 – V.96 – P.307–4.

25. Mandai M., Mittag T.,Kogishi J.et all. Role of Nitric Oxide sinthase isozymes in endotoxin–induced uveitis.//Invest. Ophthal.&Visual Sci.–1996.–Vol.37–№5–P.826–832.

26. Manukhina E.B., Malyshev I., Vanin A. et all. Prodaction and storage of Nitric Oxide in adaptation to hypoxia.// Nitric Oxide:Biology and Chemistry.– 1999.–Vol.3.–№5.–Р.393–401.

27. Nathanson J.A.,МcKee M. The changes of Nitric Oxide synthase in the man eye in glaucoma. // Invest. Ophthalmol. Vis.Sci. – 1995. – V.36. –№9.–P.1774–1784.

28. Padmaja S., Huie R. The reaction of Nitric Oxide with organic peroxyl radicals.// Biochem. Biophys.Res. Commun. –1993– Vol.195 – P.539–544.

29. Parks D., Chan C., Cheung M., et all. The role of Nitric Oxide in uveitis. // Arch. Ophthalmol.–1994–Vol.112–P.544–546.

30. Roth.S. Role of Nitric Oxide in retinal cell death.// Clin. Neurosci.–1997.–Vol.4.–№5.–P.216–223.

31. Schaffer M.Tantry U.,Steven Ph.D., Gross S.,Hannan L.,Wasserkrug B.,Barbbul A. – Nitric Oxide regulates wound healing. // Journal of Surgical Research.–1996.–Vol.63.–P.237–240.

32. Schaffer M.R., Efron P.A., Thornton E.J.,Klingel K., Gross S.S., Barbul A.– Nitric oxide, an autocrine regulator of wound fibroblast synthetic function.//J.Immunol.–1997.–Vol.158.–P.2382–2389.

33. Schaffer M.R., Tantry U., Thornton F.J., Barbul A.– Inhibition of nitric oxide synthesis in wound: Pharmacology and effect on accumulation of collagen in wounds.// Eur.J. Surg. – 1999. – Vol.165. – P.262–267.

34. Siu.A., Leung M., To C., Siu F., Ji J., So K. Total retinal nitric oxide production is increased in intraocular pressure–elevated rats//Exp.–Eye–Res.–2002–Vol.75–№4–P.401–406.

35. Tornton F.J., Tantry U.,Ahredt G.M., Schaffer M.R.,Barbul A.–Sepsis impairs anastomotic collagen gene expression and synthesis: a possible role for nitric oxide.//J.Surg.Res.– 1999.–Vol.69.–P.81–86.

36. Wang X., Tay S. C–fos and c–jun expressions in nitric oxide synthase immunoreactive neurons in the lateral geniculate nucleus of experimental glaucomatous rats//Exp.–Brain–Res.– 2002– Vol.144– №3 – P.365–372.

37. Weller R., Ormerod A.–Increased expression of inducible nitric oxide ( NO) syntase.//Br.J.Dermatol.–1997.–Vol.136.–Р.136–137.

38. Weller R.–Nitric oxide–a newly discovered chemical transmitter in skin.// Br.J. of Dermatol.– 1997.–Vol.137.Р.665–672.