Научно-практический журнал
«Клиническая физиология кровообращения»

Главный редактор

Лео Антонович Бокерия, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН и РАМН, директор ФГБУ «НМИЦССХ им. А.Н. Бакулева» МЗ РФ

Современное состояние вопроса применения антиоксидантов в кардиохирургии

Авторы: Бричкин Ю.Д., Таранов Е.В., Федоров С.А., Медведев А.П.

Организация:
1 ГБУЗ НО «Специализированная кардиохирургическая клиническая больница им. академика Б.А. Королёва», ул. Ванеева, 209, Нижний Новгород, 603950, Российская Федерация
2 ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, пл. Минина и Пожарского, 10/1, Нижний Новгород, 603005, Российская Федерация

Для корреспонденции: Сведения доступны для зарегистрированных пользователей.

Раздел: Обзоры

DOI: https://doi.org/10.24022/1814-6910-2020-17-4-284-293

УДК: 615.2:616.12-089

Библиографическая ссылка: Клиническая физиология кровообращения. 2020; 4 (17): 284-293

Цитировать как: Бричкин Ю.Д., Таранов Е.В., Федоров С.А., Медведев А.П.. Современное состояние вопроса применения антиоксидантов в кардиохирургии. Клиническая физиология кровообращения. 2020; 4 (17): 284-293. DOI: 10.24022/1814-6910-2020-17-4-284-293

Ключевые слова: молекулярный водород, кардиохирургия, кардиоанестезиология, оксидативный стресс

Поступила / Принята к печати:  07.08.2020 / 18.08.2020

Полнотекстовая версия:
Оформить подписку 🔒

Аннотация

За последние десятилетия в кардиохирургии удалось значительно улучшить клинические результаты.

Во многом это было достигнуто благодаря совершенствованию анестезиолого-перфузионного обеспечения.

Однако показатели летальности и частоты послеоперационных осложнений до сих пор остаются высокими, что диктует очевидную необходимость поиска и нивелирования триггеров, запускающих каскад патологических реакций, приводящих к осложнениям. Многие авторы сходятся во мнении, что одним из наиболее значимых синдромов является системная воспалительная реакция, которая, в свою очередь, во многом обусловлена продукцией активных форм кислорода в тканях, возникновением избытка цитотоксических радикалов кислорода и развитием оксидантного стресса (ОС). Поэтому изучение роли ОС в патогенезе ишемических и реперфузионных повреждений в кардиохирургии и поиск методов борьбы с этими процессами чрезвычайно актуальны. Существует множество соединений, которые в той или иной степени обладают антиоксидантной активностью. Однако озданная в последние годы теоретическая база, накопившиеся экспериментальные и клинические данные, свидетельствующие о выраженном противоокислительном эффекте молекулярного водорода, делают изучение свойств и применения в кардиохирургии этого уникального антиоксиданта весьма интересным и перспективным.

Литература

  1. Claeys M.J., Vandekerckhove Y., Cosyns B., Van de Borne P., Lancellotti P. Summary of 2019 ESC Guidelines on chronic coronary syndromes, acute pulmonary embolism, supraventricular tachycardia and dislipidaemias. Acta Cardiol. 2020. DOI: 10.1080/00015385. 2019.1699282
  2. Smit M., Coetzee A.R., Lochner A. The pathophysiology of myocardial ischemia and perioperative myocardial infarction. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2020; 34 (9): 2501–12. DOI: 10.1053/j.jvca.2019.10.005
  3. Nedospasov A., Rafikov R., Beda N., Nudler E. An autocatalytic mechanism of protein nitrosylation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000; 97 (25): 13543–8. DOI: 10.1073/pnas.250398197
  4. Cadenas E., Sies H., Capeillere-Blandin C., Gausson V., Descamps-Latscha B. et al. Oxidative stress: excited oxygen species and enzyme activity. Adv. Enzyme Regul. 1985; 23: 217–37. DOI: 10.1016/0065- 2571(85)90049-4
  5. Hatemi A.C., Ceviker К., Tongut A., Ozgol I., Mert M., Kaya A. et al. Oxidant status following cardiac surgery with phosphorylcholine coated extracorporeal circulation systems. Oxid. Med. Cell. Longev. 2016. DOI: 10.1155/2016/3932092
  6. Levy J.H., Tanaka K.A. Inflammatory response to cardiopulmonary bypass. Ann. Thorac. Surg. 2003; 75 (2): 715–20. 7. Bartels K., Karhausen J., Clambey E.T., Grenz A., Eltzschig H.K. Perioperative organ injury. Anesthesiology. 2013; 119 (6): 1474–89.
  7. Plummer Z.E., Baos S., Rogers C.A., Suleiman M., Bryan A., Angelini G. et al. The effects of propofol cardioplegia on blood and myocardial biomarkers of stress and injury in patients with isolated coronary artery bypass grafting or aortic valve replacement using cardiopulmonary bypass: protocol for a single-center randomized controlled trial. JMIR Research Protocols. 2014; 3 (3): e35.
  8. Landesberg G., Mosseri M., Allan S.J., Joseph S.A., Alpert J.S. Perioperative myocardial infarction. Circulation. 2009; 119 (22): 2936–44. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA
  9. Schofield Z.V., Woodruff T.M., Halai R., Wu M., Cooper M.A. Neutrophils – a key component of ischemia-reperfusion injury. Shock. 2013; 40 (6): 463–70. PMID: 24088997
  10. Ohara Y., Peterson T.E., Harrison D.G. Hypercholesterolemia increases endothelial superoxide anion prouction. J. Clin. Invest. 1993; 91: 2546–51. DOI: 10.1172/JCI116491
  11. Cai H., Harrison D.G. Endothelial dysfunction in cardiovascular diseases. The role of oxidant stress. Circ. Res. 2000; 87: 840–4. 13. Kerr S., Brosnan M.J., McIntyre M., Reid J.L., Dominiczak A.F., Hamilton C.A. Superoxide anion production is increased in a model of genetic hypertension: role of the endothelium. Hypertension. 1999; 33: 1353–8. DOI: 10.1161/01.HYP.33.6.1353
  12. Pieper G.M., Langenstroer P., Siebeneich W. Diabeticinduced endothelial dysfunction in rat aorta: role of hydroxyl radicals. Cardiovasc. Res. 1997; 34: 145–56.
  13. Lopez Farre A., Casado S. Heart failure, redox alterations, and endothelial dysfunction. Нypertension. 2001; 38: 1400–5.
  14. Haji-Michael P.G. Antioxidant therapy in critically ill. Br. J. Intens. Care. 2000; 10: 88–93. 17. Natanson C. Anti-inflammatory therapies to treat sepsis and septic shock: a reassessment. Crit. Care Med. 1997; 25: 1095–100.
  15. Pearson T.A., Mensah G.A., Alexander R.W., Anderson J.L., Cannon I.I., Griqui M. et al. Markers оf inflammation and cardiovascular disease: application to clinical and public health practice: a statement for healthcare professionals from the centers for disease control and prevention and the American Heart Association. Circulation. 2003; 107 (3): 499–511. DOI: 10.1161/01.CIR.0000052939.59093.45
  16. Kokita N., Hara A., Abiko Y., Arakawa J., Hashizume H., Namiki A. Propofol improves functional and metabolic recovery in ischemic reperfused isolated rat hearts. Anesth. Analg. 1998; 86 (2): 252–8.
  17. Murphy М.P., Smith R.A.J. Targeting antioxidants to mitochondria by conjugation to lipophilic cations. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2007; 47: 629–56. DOI: 10.1146/annurev.pharmtox.47.120505.105110
  18. Andrews D.T., Sutherland J., Dawson P., Royse A.G., Royse C.F. L-arginine cardioplegia reduces oxidative stress and preserves diastolic function in patients with low ejection fraction undergoing coronary artery surgery. Anaesth. Intens. Care. 2012; 40 (1): 99–106.
  19. Green T.R., Bennett I.S.R., Nelson V.M. Specificity and properties of propofol as an antioxidant free radical scavenger. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1994; 129 (1): 163–9. DOI: 10.1006/taap.1994.1240
  20. Cavalca V., Tremoli E., Porro B., Veglia F., Myasoedova V., Squellerio I. et al. Oxidative stress and nitric oxide pathway in adult patients who are candidates for cardiac surgery: patterns and differences. Interact. CardioVasc. Thorac. Surg. 2013; 17 (6): 923–30. DOI: 10.1093/icvts/ivt386
  21. Prabhu A., Sujatha D.I., Kanagarajan N., Vijayalakshmi M.A., Ninan B. Effect of N-acetylcysteine in attenuating ischemic reperfusion injury in patients undergoing coronary artery bypass grafting with cardiopulmonary bypass. Ann. Vasc. Surg. 2009; 23 (5): 645–51. DOI: 10.1016/j.avsg.2008.12.005
  22. Orhan G., Yapici N., Yuksel M., Sahin S.A., Süha Y.Z., Aykac S., Aykut A. Effects of N-acetylcysteine on myocardial ischemia-reperfusion injury in bypass surgery. Heart Vess. 2006; 21 (1): 42–7. DOI: 10.1007/s00380- 005-0873-1
  23. Ohsawa I., Ishikawa M., Takahashi K., Watanabe M., Nishimaki K., Yamagata K. et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med. 2007; 13: 688–94. DOI: 10.1038/nm1577
  24. Eddleston J.M., Sharer N.M. Antioxydant therapy in critical illness. Yearbook of intensive care and emergency medicine. 1996: 96–104.
  25. Ohta S. Recent progress toward hydrogen medicine: potential of molecular hydrogen for preventive and therapeutic applications. Curr. Pharm. Des. 2011; 17 (22): 2241–52. DOI: 10.2174/138161211797052664
  26. Suleiman M.S., Zacharowski K., Angelini G.D. Inflammatory response and cardioprotection during openheart surgery: the importance of anaesthetics. Brit. J. Pharmacol. 2008; 53 (1): 21–33. DOI: 10.1038/sj.bjp.0707526
  27. Thygesen K., Alpert J.S., Jaffe A.S., Simoons M.L., Chaitman B.R., White H.D. et al. Third universal definition of myocardial infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 2012; 16: 1581–98. DOI: 10.1016/j.jacc.2012.08.001
  28. Davies M.G., Fulton G.J., Huynh T.T., Barber L., Svendsen E., Hagen P.O. Combination therapy of cholesterol reduction and L-arginine supplementation controls accelerated vein graft atheroma. Ann. Vasc. Surg. 1999; 13: 484–93. DOI: 10.1007/s100169900288
  29. Hamon M., Vallet B., Bauters B., Wernert N., McFadden E.P., Lablanche J.M. et al. Long-term oral administration of L-arginine reduces intimal thickening and enhances neoendothelium-dependent acetylcholineinduced relaxation after arterial injury. Circulation. 1994; 90: 1357–62.
  30. Sano M., Suzuki M., Homma K., Hayashida K., Tamura T., Matsuoka T. et al. Promising novel therapy with hydrogen gas for emergency and critical care medicine. Acute Med. Surg. 2018; 5 (2): 113–8. DOI:10.1002/ ams2.320
  31. Katsumata Y., Sano F., Abe T., Tamura T., Fujisawa T. et al. The effects of hydrogen gas inhalation on adverse left ventricular remodeling after percutaneous coronary intervention for ST-elevated myocardial infarction – first pilot study in humans. Circ. J. 2017; 81: 940–7. DOI: 10.1253/circj.CJ-17-0105
  32. Herbertson M. Recombinant activated factor VII in cardiac surgery. Blood Coagul. Fibrinolysis. 2004; 15 (Suppl. 1): S31–2.
  33. Fukuda K., Asoh S., Ishikawa M., Yamamoto Y., Ohsawa I., Ohta S. Inhalation of hydrogen gas suppresses hepatic injury caused by ischemia/reperfusion through reducing oxidative stress. Biochem. Biophys Res. Commun. 2007; 28: 670–4. DOI: 10.1016/j.bbrc.2007.07.088
  34. Nikao A., Kaczorowski D.J., Wang Y., Cardinal J.S., Buchholz B.M., Sugimoto R. et al. Amelioration of rat cardiac cold ischemia/reperfusion injury with inhaled hydrogen or carbon monoxide, or both. J. Heart Lung. Transplant. 2010; 25: 544–53. DOI: 10.1016/j.healun. 2009.10.011
  35. Buchholz B.M., Kaczorowski D.J., Sugimoto R., Yang R., Wang Y., Billiar T.R. et al. Hydrogen inhalation ameliorates oxidative stress in transplantation induced intestinal graft injury. Am. J. Transplant. 2008; 8: 2015–24. DOI: 10.1111/j.1600-6143.2008.02359.x
  36. Hayashida K., Sano M., Ohsawa I., Shinmura K., Tamaki K., Kimura K. et al. Inhalation of hydrogengas reduces infarct size in therat model of myocardial ischemiareperfusion injury. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008; 373: 30–5. DOI: 10.1016/j.bbrc.2008.05.165
  37. Nagata K., Nakashima-Kamimura N., Micami T., Ohsawa I., Ohta S. et al. Consumption of molecular 292 Reviews Clinical Physiology of Circulation. 2020; 17 (4). DOI: 10.24022/1814-6910-2020-17-4-284-293 hydrogen prevents the stress-induced impairments in hippocampus-dependent learning tasks during chronic physical restraint in mice. Neuropsychopharmacology. 2009; 34: 501–8. DOI: 10.1038/npp.2008.95
  38. Nakashima-Kamimura N., Mori T., Ohsawa I., Ohta S. Molecular hydrogen alleviates nephrotoxicity induced by anti-cancer drug cisplantin without compromising anti-tumor activity in mice. Cancer. Chemother. Pharmacol. 2009; 64: 753–61. DOI: 10.1007/s00280- 008-0924-2
  39. Cardinal J.S., Zhan J., Wang Y., Sugimoto R., Tsung A., McCurry K.R. et al. Oral hydrogen water prevents chronic allograft nephropathy in rats. Kidney Int. 2010; 77: 101–9. DOI: 10.1038/ki.2009.421
  40. Fujita K., Seike T., Yutsudo N., Ohno M., Yamada H., Yamaguchi H. et al. Hydrogen in drinking water reduces dopaminergic neuronal loss in the 1-methyl-4-phenyl1,2,3,6-tetrahydropyridine mouse model of Parkinson's disease. PLoS ONE. 2009; 4: e7247. DOI: 10.1371/journal.pone.0007247
  41. Kang K.M., Kang Y.N., Choi I.B., Yeunhwa Gu, Kawamura T., Toyoda Yo, Atsunori N. Effects of drinking hydrogenrich water on the quality of life of patients treated with radiotherapy for liver tumors. Med. Gas. Res. 2011; 1 (1): 11. DOI: 10.1186/2045-9912-1-11
  42. Sakai T., Sato B., Hara K., Hara Y., Naritomi Y., Koyanagi S. et al. Consumption of water containingover 3,5 mg of dissolved hydrogen could improve vascular endothelial function. Vas. Health. Risk. Manage. 2014; 10: 591–7. DOI: 10.2147/VHRM.S68844
  43. Ono H., Nishijima Y., Adachi N., Tachibana S., Chitoku S., Mukaihara S. et al. Improved brain MRI indices in the acute brain stem infarct sites treated with hydroxyl radical scavengers, Edaravone and hydrogen, as compared to Edaravone alone. A non-controlled study. Med. Gas. Research. 2011; 1: 12–20. DOI: 10.1186/ 2045-9912-1-12
  44. Yoritaka A., Takanashi M., Hirayama M., Nakahara T., Ohta S., Hattori N. Pilot study of H2 therapy in Parkinson's disease. A randomized double-blind placebo-controlled trial. Movement Disordwrs. 2013; 28 (6): 836–9. DOI: 10.1186/s12883-016-0589-0
  45. Ono H., Nishijima Y., Adachi N., Sakamato M., Kudo Y., Nakazawa J. et al. Hydrogen (H2) treatment for acute erythematous skin disease. A report of 4 patients with safety date and a non-controlled feasibility study with H2 concentration measurement on two volunteers. Med. Gas. Res. 2012; 2: 14. DOI: 10.1186/2045-9912-2-14
  46. Cai J.M., Kang Z.M., Liu K., Liu W.W., Li R.P. et al. Neuroprotective effects of hydrogen saline in neonatal hypoxia-ischemia rat model. Brain. Res. 2009; 1256: 129–37.
  47. Chen X., Liu Q., Wang D., Fend S., Zhao Y., Shi Y. et al. Protective effects of hydrogen-rich saline on rats with smoke inhalation injury. Oxid. Med. Cell. Longev. 2015; 2015. DOI: 10.1155/2015/106836

Об авторах

  • Бричкин Юрий Дмитриевич, доктор мед. наук, анестезиолог-реаниматолог; ORCID
  • Таранов Евгений Владимирович, анестезиолог-реаниматолог; ORCID
  • Федоров Сергей Андреевич, канд. мед. наук, сердечно-сосудистый хирург; ORCID
  • Медведев Александр Павлович, доктор мед. наук, профессор кафедры госпитальной хирургии им. Б.А. Королёва, сердечно-сосудистый хирург; ORCID

 Если вы заметили опечатку, выделите текст и нажмите Alt+A