Системный анализ эффективности применения композиций антиоксидантов в малых дозах для коррекции окислительного стресса при токсико-септических состояниях

В патогенезе токсико-септических состояний, таких как бактериальные инфекции, холестаз, хронические вирусные и лекарственные гепатиты, жировая дистрофия печени, тяжелые травмы и раневые инфекции, гнойные перитониты, тяжелые травмы и раневые инфекции, сопровождающиеся развитием синдрома системного воспалительного ответа, синдрома эндогенной интоксикации и синдрома полиорганной недостаточности [1, с. 18–20], важнейшую роль играет системный окислительный стресс (ОС), обусловленный интенсивной продук- цией кислородных радикалов, индуцирующих свободно-радикальное перекисное окисление липидов (ПОЛ), дезорганизацией механизмов энергетического обмена и снижением эффективности антиокислитель-ной системы (АОС) [2, с. 17–18]. При этом одним из перспективных направлений коррекции токсико-септических состояний является использование метаболических корректоров на основе композиций антиоксидантов метаболического действия (АМД), включая α-липоевую, аскорбиновую и никотиновую кислоту, а также пиридоксина и тиамина [3, с.572-573; 4, с.107-129],

* Статья подготовлена по результатам работы Международной научно-практической конференции «Свободные радикалы и антиоксиданты в химии, биологии и медицине» (1-4 октября 2013 г.) в рамках реализации Программы стратегического развития ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный педагогический университет» на 2012–2016 гг.

Все права защищены

5(15) 2013

ISSN 2226-3365

что позволит минимизировать последствия ОС как одной из важнейших патогенетических составляющих токсико-септических состояний. АМД реализуют свой антиокислительный эффект через метаболические процессы, контролирующие ключевые механизмы внутриклеточной АОС. В организме наиболее значительный антиокислительный эффект можно ожидать при совместном применении АМД в малых и сверхмалых дозах, соответствующих концентрациям от 10-5 до 10-11 М, в которых зависимость «доза-эффект» имеет сложный полимодальный характер [5, с.402]. В связи с этим можно предположить высокую степень неопределенности и риска при использовании АМД в диапазоне малых и сверхмалых доз.

Эффективность АМД может быть охарактеризована на основе оценки соотношения между возможностью достижения антиокислительного эффекта, как «выигрыша» от применения АМД по общей антиокислительной активности (АОА) и коэффициенту антиокислительно-проокис-лительного баланса (Капб), с одной стороны, а также величины риска отсутствия желательного позитивного эффекта в условиях ОС при токсико-септических состояниях, с другой стороны. Для оптимального выбора наиболее эффективных концентраций АМД полезно использовать критерии оптимальности решений в условиях неопределенности, включая критерии пессимизма-оптимизма Гурвица и минимального риска Сэвиджа, а также критерий взвешенного выигрыша и критерий взвешенного риска [6, с. 251–261], используемых в системном анализе биологических систем и процессов в норме и при патологии, а также медикобиологических исследованиях.

В связи с этим, целью исследования было изучение возможности выбора рациональных композиций антиоксидантов метаболического действия в малых дозах в лабораторных тестах in vitro, а также оценка их эффективности при коррекции окислительного стресса при экспериментальном моделировании токсико-септических состояний (эндотоксинового шока) in vivo с помощью критериев оптимальности решения в условиях неопределенности.

Объекты, материалы и методы исследования

Объекты и материалы исследования. В качестве объекта исследования были использованы эритроциты периферической крови здоровых доноров-добровольцев. Также в исследовании были использованы экспериментальные животные – 96 беспородных белых крыс-самцов. Кровь доноров или экспериментальных животных помещали в пластмассовую посуду, содержащую антикоагулянты (гепарин). Эритроциты отмывали стандартным способом и немедленно вводили в эксперимент. В исследовании были использованы коммерческие препараты а-липоевой кислоты («Тиоктацид ®600Т») (Виатрикс ГмбХ и Ко. КГ, Франкфурт, Германия) и никотиновой кислоты («Дарница», Киев, Украина), препараты тиамина, пиридоксина, аскробиновой кислоты и пентоксифиллина были производства Республики Беларусь.

Моделирование окислительного стресса in vitro.

Экспериментальное моделирование ОС in vitro осуществляли добавлением в суспензию эритроцитов пероксида водорода в конечной концентрации 50 мкМ с

Все права защищены

5(15) 2013

ISSN 2226-3365

последующей инкубацией 60 мин при 37 0С. Контрольные пробы содержали физиологический раствор (0,15 М).

Исследование       эффективности композиций антиоксидантов. В условиях экспериментального моделирования ОС in vitro были охарактеризованы эффекты 92 вариантов метаболических корректоров, составленных на основе двух-, трех-, четырех- и пятикомпонентных композиций, содержащих такие АМД, как:

• 1)    альфа-липоевая кислота (тиоктацид) в конечных концентрациях 1,25х10^-5 М; 1,25х10^-7 М; 1,25х10^-9 М; 1,25х10^-11 М;

• 2)    аскорбиновая кислота (5% раствор): 3х10^-5 М; 3х10^-7 М; 3х10^-9 М; 3х10^-11 М;

• 3)    никотиновая кислота (1% раствор): 10^-5 М; 10^-7 М; 10^-9 М; 10^-11 М;

• 4)    пиридоксин (5% раствор): 3х10^-5 М; 3х10^-7 М; 3х10^-9 М; 3х10^-11 М;

• 5)    тиамин (5% раствор): 1,5х10^-5 М;

• 1,5х10^-7 М; 1,5х10^-9 М; 1,5х10^-11 М.

Повторная постановка каждого эксперимента in vitro производилась семикратно (n=7). Препараты АМД в различных концентрациях вносили в экспериментальную модель ОС in vitro.

Характеристика        перекисного окисления липидов и антиокислительной активности. Интенсивность процессов ПОЛ оценивали по накоплению продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБКРП), в условиях спонтанного и индуцированного (в Fe2+–аскорбатной системе) свободно-радикального окисления в мембранах эритроцитов при инкубации в течение 30 мин при 37ºС. Интенсивность накопления ТБКРП оценивали по накоплению в мембранах эритроцитов с помощью модифицированной методики, основанной на образовании окрашенного триметинового комплекса, интенсивность

Общая АОА в мембранах эритроцитов была рассчитана по формуле [2, с.30]:

АОА = (ТБКРПинд – ТБКРПсп)/ТБКРПинд (1), где ТБКРПинд – уровень ТБКРП в условиях Fe(II)-аскорбатной системы индукции ПОЛ, ТБКРПсп – уровень ТБКРП при спонтанном ПОЛ.

Уровень общей проокислительной активности (ПОА) и коэффициент антиокислительно-проокислительного баланса (Капб) рассчитывали, соответственно, по формулам:

ПОА=ТБКРП сп /ТБКРП инд               (2),

Капб=АОА/ПОА=ТБКРП сп /(ТБКРП инд – ТБКРП сп .)                                 (3).

Экспериментальное моделирование эндотоксинового шока (ЭШ) in vivo осуществляли путем внутрибрюшинного введения бактериального липополисахарида Escherichia coli (ЛПС E. coli) в дозе 20 мг/кг экспериментальным животным – беспородным белым крысам-самцам. В исследовании были использованы 4 группы экспериментальных животных:

• 1)    контроль (n=8), животным вводили физраствор;

• 2)    ЭШ (n=8), индуцированный ЛПС E.coli в дозе 20 мг/кг;

• 3)    изучение особенностей влияния эффективности метаболических корректоров № 1–5 на состояние про- и антиокисли-тельных процессов в крови, а также температурный гомеостаз организма (n=40);

Все права защищены

5(15) 2013

ISSN 2226-3365

4) изучение эффективности метаболических корректоров № 1–5 на баланс про- и антиокислительных процессов в крови, а также температурный гомеостаз организма в условиях ЭШ, индуцированного ЛПС E.coli в дозе 20 мг/кг (n=40).

Исследование температуры тела экспериментальных животных осуществляли путем контактной термометрии с помощью контактного термометра Microlife МТ16F1 (Microlife, Switzerland), была изучена глубокая температура тела лабораторных животных в течение 6 часов после системного введения бактериального липополисахарида Escherichia coli (ЛПС E. coli). Исследования с участием экспериментальных животных выполнялись с соблюдением всех

Критерий минимального риска (КМР) Сэвиджа ориентирован не на выигрыш, а на риск. При этом оптимальная стратегия рассчитывается как:

КМР = (1 - k) * max b^ + k * min b^ (5),

где k – коэффициент оптимизма

(0≤k≤1), а b ij рассчитывается как:

b ij

= max a

ij

-

a

ij

При этом в качестве оптимальной выбирается та стратегия использования АМД, при которой величина риска отсутствия антиокислительного эффекта минимальна.

Критерий взвешенного выигрыша (ВВ), может быть рассчитан как:

соответствующих этических правил и норм.

Анализ критериев принятия решений в условиях неопределенности. Для анализа эффективности метаболических корректоров, сформированных на основе каждого из АМД, были использованы такие критерии оптимальности решений в условиях неопределенности, как критерии Гурвица, Сэвиджа, взвешенного риска и взвешенного выигрыша [6, с. 251–261].

Критерий пессимизма-оптимизма (КПО) Гурвица ориентирован при выборе оптимальной стратегии использования АМД ни на крайний оптимизм, ни на крайний пессимизм. Оптимальная стратегия вычисляется как:

КПО = max(k * min aj + (1 - k )* max aij) (4),

где k – коэффициент оптимизма (0≤k≤1), a ij – соответсвующие показатели АОА или Капб

на основе анализа массива

экспериментальных данных.

ВВ (Ii )= B (Ii)- g *" (Ii)            (7)'

где g – показатель риска, предпочитаемый в исследовании (g>0), причем чем больше g, тем меньше риск, допустимый в исследовании.

Критерий ВВ предполагает совместный учет двух факторов:

• 1)    среднего выигрыша (критерий Байеса), который получается при многократном повторении i-го опыта (I i ); а также

• 2)    среднеквадратического отклонения выигрыша от среднего σB(I i ). Последний рассчитывается как:

ctb(I■) =    L S-•.*fa-•-B(i-)21 (8),

1     jy= 1 j I ij il )

где S ij – величина вероятности каждого из эффектов определенного АМД по показателям АОА или Капб;

B(I i ) – средний выигрыш по критерию Байеса для данной стратегии выбора эффекта

АМД:

Все права защищены

5(15) 2013

ISSN 2226-3365

L

B (I.) = a.. * 5..              (9).

v v j ~= 1 iJ iJ

Критерий взвешенного риска (КВР) предполагает совместный учет среднего риска для i- й альтернативы – П(I i ) и среднеквадратического отклонения риска от среднего значения σП(I i ). При этом КВР рассчитывается как: