Влияние антиоксиданта на основе янтарной кислоты на превращение метгемоглобина в оксигемоглобин in vitro

Цель исследования — показать возможность использования антиоксиданта на основе янтарной кислоты для восстановления метгемоглобина до оксигемоглобина в крови in vitro.

Материалы и методы. Забор крови в микроветты, содержащие ЭДТА, производили у пяти здоровых доноров при профилактических осмотрах. В кровь in vitro добавляли раствор NaNO2 для получения метгемоглобина (MetHb). В качестве антиоксиданта использовали комплексный препарат, состоящий из следующих активных компонентов: янтарная кислота, инозин, рибофлавин и никотинамид. Измеряли спектр поглощения суспензий эритроцитов с различным содержанием препарата Dι (λι )exper с шагом 1 нм. Методом нелинейной регрессии рассчитывали концентрации производных гемоглобина в суспензиях.

Результаты. В экспериментах, когда метгемоглобин взаимодействовал с препаратом, оптическая плотность пиков, характерных для оксигемоглобина, увеличивалась, а спектральный пик метгемоглобина снижался. Чем больше были концентрация препарата и время инкубации, тем эффективнее был процесс восстановления метгемоглобина до оксигемоглобина.

Заключение. Экспериментально доказали, что при начальной концентрации метгемоглобина в крови 91—93% добавление препарата снижает его концентрацию до 25—27%. В то же время, благодаря автовосстановлению, концентрация метгемоглобина уменьшается только до 84%. Показанный эффект может иметь практическое применение при критических состояниях, при хранении донорской крови, при проведении гемотрансфузии, при воздействии физико-химических факторов на кровь. 

1. Bradberry S.M. Occupational methaemoglobinaemia. Mechanisms of production, features, diagnosis and management including the use of methylene blue. Toxicol. Rev. 2003; 22 (1): 13-27. DOI: 10.2165/00139709-200322010-00003. PMID: 14579544

2. Kohn M.C., Melnick R.L., Ye F., Portier C.J. Pharmacokinetics of sodium nitrite-induced methemoglobinemia in the rat. Drug. Metab. Dispos. 2002; 30 (6): 676–683. DOI: 10.1124/dmd.30.6.676. PMID: 12019195

3. Lee J., El-Abaddi N., Duke A., Cerussi A.E., Brenner M., Tromberg B.J. Noninvasive in vivo monitoring of methemoglobin formation and reduction with broadband diffuse optical spectroscopy. J. Appl. Physiol. 2006; 100 (2): 615–622. DOI: 10.1152/japplphysiol.00424.2004. PMID: 16223982

4. Minami M., Katsumata M., Tomoda A. Methemoglobinemia with oxidized hemoglobins and modified hemoglobins found in bloods of workers handling aromatic compounds and in those of a man who drank cresol solution. Biomed. Biochim. Acta. 1990; 49 (2-3): S327-S333. PMID: 2386523

5. Greenberg M.I. Methylene Blue: fast-acting antidote for methemoglobinemia. Emerg. Med. News. 2001; 23 (9): 26. DOI: 10.1097/01.EEM. 0000292322.94148.37

6. Skold A., Cosco D.L., Klein R. Methemoglobinemia: pathogenesis, diagnosis, and management. South Med. J. 2011; 104 (11): 757–761. DOI: 10.1097/SMJ.0b013e318232139f. PMID: 22024786

7. Kozlova Е., Chernysh А., Moroz V., Sergunova V., Zavialova А., Kuzovlev А. Nanoparticles of perfluorocarbon emulsion contribute to the reduction of methemoglobin to oxyhemoglobin. Int. J. Pharm. 2016; 497 (1): 88-95. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2015.11.035. PMID: 26626224

8. CYTOFLAVIN solution for intravenous use. http://eng.polysan.ru/ cytoflavin_amp.htm

9. Tiuriaeva I.I., Kuranova M.L., Gonchar I.V., Rozanov Iu.M. The energycorrective and antioxidative effect of cytoflavin in the postischemical period of human dermal fibroblasts in vitro. Cell Tiss. Biol. 2012; 6 (4): 367–375. DOI: 10.1134/S1990519X1204013X

10. Rumyantseva S.A., Kovalenko A.L., Silina E.V., Stupin V.A., Kabaeva E.N., Chichanovskaya L.V., Nazarov M.V., Tsukurova L.A., Burenichev D.V., Golikov K.V., Sal’nikov M.V., Belova L.A., Mashin V.V., Mazina N.K., Zhilina E.A., Kolotik-Kameneva O.Yu., Sherman M.A. Efficacy of complex antioxidant energy correction of different durations in the treatment of cerebral infarction (results of a multicenter randomized study). Neurosci. Behav. Physi. 2017; 47 (3): 288–295. DOI: 10.1007/s11055-017-0395-1

11. Bellavia L., DuMond J.F., Perlegas A., Bruce King S., Kim-Shapiro D.B. Nitroxyl accelerates the oxidation of oxyhemoglobin by nitrite. Nitric Oxide. 2013; 31: 38–47. DOI: 10.1016/j.niox.2013.03.006. PMID: 23545404

12. Navati M.S., Friedman J.M. Reactivity of glass-embedded met hemoglobin derivatives toward external NO: implications for nitrite-mediated production of bioactive NO. J. Am. Chem. Soc. 2009; 131 (34): 12273– 12279. DOI: 10.1021/ja903364h. PMID: 19663497

13. Jensen F.B. Nitric oxide formation from nitrite in zebrafish. J. Exp. Biol. 2007; 210 (19): 3387–3394. DOI: 10.1242/jeb.008748. PMID: 17872992

14. Wang D., Piknova B., Solomon S.B., Cortes-Puch I., Kern S.J., Sun J., Kanias T., Gladwin M.T., Helms C., Kim-Shapiro D.B., Schechter A.N., Natanson C. In vivo reduction of cell-free methemoglobin to oxyhemoglobin results in vasoconstriction in canines. Transfusion. 2013; 53 (12): 3149–3163. DOI: 10.1111/trf.12162. PMID: 23488474

15. Katsumata M. An industrial toxicological study on workers who synthesize aminophenol and anisidine from chloronitrobenzene. Nihon. Ika. Daigaku Zasshi. 1994; 61 (6): 590–601. DOI: 10.1272/jnms1923.61.590. PMID: 7829653

16. Patel R.P., Hogg N., Kim-Shapiro D.B. The potential role of the red blood cell in nitrite-dependent regulation of blood flow. Cardiovasc. Res. 2011; 89 (3): 507–515. DOI: 10.1093/cvr/cvq323. PMID: 20952416

17. Kozlova E., Chernysh A., Moroz V., Sergunova V., Gudkova O., Kuzovlev A. Nanodefects of membranes cause destruction of packed red blood cells during long-term storage. Exp. Cell Res. 2015; 337 (2): 192–201. DOI: 10.1016/j.yexcr.2015.07.009. PMID: 26169694

18. Kozlova E., Chernysh A., Moroz V., Gudkova O., Sergunova V., Kuzovlev A. Transformation of membrane nanosurface of red blood cells under hemin action. Sci. Rep. 2014; 4: 6033. DOI: 10.1038/srep0603. PMID: 25112597

19. Kozlova E.K., Chernysh A.M., Moroz V.V., Kuzovlev A.N. Analysis of nanostructure of red blood cells membranes by space fourier transform of AFM images. Micron. 2013; 44: 218–227. DOI: 10.1016/j.micron. 2012.06.012. PMID: 22854216

20. Hopmann K.H., Cardey B., Gladwin M.T., Kim-Shapiro D.B., Ghosh A. Hemoglobin as a nitrite anhydrase: modeling methemoglobin-mediated N2O3 formation. Chemistry. 2011; 17 (23): 6348–6358. DOI: 10.1002/chem.201003578. PMID: 21590821

21. Бузунова С.А. Клинические и патогенетические подходы в терапии нейроинфекций. Вестн. Новгородского Гос. университета. 2011; 62: 101–104.

22. Гудкова А.Н., Осиновская Н.А., Полунина А.Г., Гехт А.Б. Исследование влияния цитофлавина на симптомы депрессии и вегетативные нарушения у пациентов с органическим депрессивным расстройством. Журн. неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2013; 113 (12-1); 50-55. PMID: 24430035

23. Ponomarev E.A., Maskin S.S., Strepetov N.N., Mochailo Yu.A., Pchelintsev K. E. Pharmacological neuroprotection of the brain during carotid artery surgery. Neurosci. Behav. Physi. 2013; 43 (1): 76–78. DOI: 10.1007/ s11055-012-9693-9

24. Kim H.M., Jung H.S., Shin H.Y., Jung K.Y. Inhibition of mast cell-dependent anaphylaxis by succinic acid. Pharmacol. Toxicol. 1999; 84 (4): 154-158. DOI: 10.1111/j.1600-0773.1999.tb00892.x. PMID: 10227065

25. Зарубина И.В., Лукк М.В., Шабанов П.Д. Антигипоксические и антиоксидантные эффекты экзогенной янтарной кислоты и аминотиоловых сукцинатсодержащих антигипоксантов. Бюл. эксперим. биологии и медицины. 2012; 153 (3): 313-317. DOI: 10.1007/s10517-012-1709-5. PMID: 22866305

26. Ericson D., Thompson J. Arginine-containing compositions and methods for treating red blood cells. Patent № US 8,980,542 B2.

27. Livesey S., Burnett M., Connor J., Wagner C. Composition for cryopreservation comprising nicotinamide, glycerol and red blood cells. Patent № US 8,895,236 B2.

28. Vasilaki A., McMillan D., Kinsella J., Duncan A., O’Reilly D., Talwar D. Relation between riboflavin, flavin mononucleotide and flavin adenine dinucleotide concentrations in plasma and red cells in patients with critical illness. Clin. Chim. Acta. 2010; 411 (21-22): 1750–1755. DOI: 10.1016/j.cca.2010.07.024. PMID: 20667447

29. Orita A., Verde M., Sakai M., Meng Y.A biomimetic redox flow battery based on flavin mononucleotide. Nat. Commun. 2016; 7: 13230. DOI: 10.1038/ncomms13230. PMID: 27767026