DOI: https://doi.org/10.22141/2224-0586.4.99.2019.173936

Pathogenetic role of gaseous transmitters and urea cycle metabolites in endothelial dysfunction onset during acute period of polytrauma

N.V. Matolinets

Abstract


Background. Considerable homeostatic, metabolic and cell energy supply disorders occur during acute period of polytrauma, which lead to a high rate of complications and mortality. Investigations aimed to detect highly sensitive biomarkers of polytrauma degree and its prognosis are very urgent. Endothelium regulates main hemostatic functions such as vascular tone, blood cells circulation, inflammatory responses, thrombocytes activity, proliferation and growth of underlying smooth muscles, and acts as a control barrier for nutrients, biomolecules and signaling molecules between blood and surrounding tissues. Significance of endothelial dysfunction in increased cellular hypoxic damage in trauma is studied. The purpose was to determine pathogenic role of gaseous transmitters in blood serum and lymphocyte lysate, and urea cycle metabolites in endothelium dysfunction during acute period of polytrauma. Materials and methods. Data from clinical examination and treatment of 37 patients with moderate and severe polytrauma who were admitted to the intensive care unit (the department of anesthesiology and intensive care) of Lviv Emergency Hospital are presented. The mean age of all patients was 48.4 ± 5.2 years. Patients with decompensated chronic diseases were excluded from the study. Analysis of biochemical markers was performed in laboratory of biochemical department of Danylo Halytsky Lviv National Medical University. Results. There was a statistically significant decrease in nitric oxide (NO) serum level while levels of its metabolites (NOx) and hydrogen sulfide (H2S) were increased at the time of admission. During first 24 hours of intensive care, H2S level normalized, NO level increased to the control one with a simultaneous statistically significant increase of NOx level. H2S level approached to the control group level and was significantly decreasing compared to the baseline. A significant decrease in arginine level and constant arginase activity during 24 hours indicate the intensified arginine metabolism as a way of NO replenishment. Twenty-four hours after the admission, urea serum level significantly increased, excee­ded normal range, protein serum level significantly decreased. We found a negative correlation between H2S level and NO-synthase activity, which indicates regulatory influence of this gaseous transmitter on the enzyme activity. However, attention is drawn to the change in the ratio of inducible nitric oxide synthase (iNOS) to endothelial nitric oxide synthase (eNOS), namely, the iNOS increase in the proportion from 14.2 ± 1.1 % at the beginning of the therapy to 21.9 ± 1.0 % 24 hours after the injury. Simultaneously, eNOS level increases that in physiological conditions has a stabilizing influence on endothelium protection. So, while both levels of iNOS and eNOS are increasing, there is a prevalence of iNOS over eNOS. Conclusions. During the acute period of polytrauma, the development of endothelial dysfunction is observed against the background of enhancement of catabolic processes, and this is confirmed by the changes of gaseous transmitters and their metabolites serum levels (NO, NOx і H2S), which are sensitive markers of polytrauma severity. Intensive care during the first day after the admission helps to normalize their levels. The indicated changes are combined with a significant increase in the activity of NO-synthase, as against the unchanged activity of arginases in this period, which indicates the dominance of arginine metabolism in the direction of nitroxide synthesis.


Keywords


polytrauma; nitric oxide; NO-synthase; hydrogen sulfide; arginine; arginase

References


Матолінець Н.В. Роль газотрансмітерів у патогенезі органної дисфункції при політравмі. Медицина невідкладних станів. 2018. № 3(90). С. 33-39 (фах.). doi: 10.22141/2224-0586.3.90.2018.129480.

Trancă S.D., Petrişor C.L., Hagău N. Biomarkers in polytrauma induced systemic inflammatory response syndrome and sepsis — a narrative review. Romanian Journal of Аnaesthesia and Intensive Сare. 2014. 21(2). Р. 118-122. PMCID: PMC5505349. PMID: 28913443.

Roy J., Galano J.-M., Durand T. et al. Physiological role of reactive oxygen species as promoters of natural defenses. The FASEB Journal. 2017. 31(9). Р. 3729-3745. doi: 10.1096/fj.201700170R.

Menges T., Engel J., Welters I. et al. Changes in blood lymphocyte populations after multiple trauma: association with posttraumatic complications. Crit. Care Med. 1999. 27(4). Р. 733-40. PMID: 10321662.

Pierrakos C., Vincent J.L. Sepsis biomarkers: a review. Crit. Care. 2010. 14. Р. 1-18. doi: 10.1186/cc8872.

Namas R.A., Mi Q., Namas R. et al. Insights into the Role of Chemokines, Damage-Associated Molecular Patterns, and Lymphocyte-Derived Mediators from Computational Models of Trauma-Induced Inflammation. Antioxid. Redox Signal. 2015. 23(17). Р. 1370-87. PMCID: PMC4685502, PMID: 26560096.

Марков Х.М. О биорегуляторной системе L-аргинин оксид азота. Пат. физиология и эксперим. терапия. 1996. № 1. С. 34-39.

Lo Faro M.L., Fox B., Whatmore J.L., Winyard P.G., Whiteman M. Hydrogen sulfide and nitric oxide interactions in inflammation. Nitric Oxide. 2014. 41. Р. 38-47. doi: 10.1016/j.niox.2014.05.014.

Gamboa А., Abraham R., Diedrich А. et al. Role of Ade­nosine and Nitric Oxide on the Mechanisms of Action of Dipiridamole. Stroke. 2005. Vol. 36. P. 2170-2175. doi: 10.1161/01.STR.0000179044.37760.9d.

Ванин А.Ф. Оксид азота в биомедицинских исследованиях. Вестн. РАМН. 2000. № 4. С. 3-5.

Єлейник М.В. Хірургічна корекція та профілактика порушень ліквородинаміки при лікуванні розривів артеріальних аневризм головного мозку: Автореф. дис… канд. мед. наук: спец. 14.01.05 «нейрохірургія». Київ, 2015. 20 с. Режим доступу: http://library.odmu.edu.ua/catalog/233063

Малахов В.А., Монастырский В.О., Дженелидзе Т.Т. Оксид азота и иммунонейроэндокринная система. Междунар. неврол. журнал. 2008. № 3(19). С. 14-18. Режим доступу: http://www.mif-ua.com/archive/article/6143.

Wu G., Morris S.M. Jr. Arginine metabolism: nitric oxide and beyond. Biochem. J. 1998. 15. Р. 1-17. PMID 9806879.

Якушев В.И., Покровский М.В., Корокин М.В., Покровская Т.Г., Куликовская В.А., Ершов И.Н., Бесхмельницына Е.А., Арустамова А.А., Котельникова Л.В. Аргиназа — новая мишень для фармакологической коррекции эндотелиальной дисфункции. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2012. Vol. 20-3. № 22(141). Р. 36-40.

Munder M. Arginase: an emerging key player in the mammalian immune system. Br. J. Pharmacol. 2009. 158(3). Р. 638-51. doi: 10.1111/j.1476-5381.2009.00291.x.

William Caldwell R., Paulo C. Rodriguez, Haroldo A. Toque, S. Priya Narayanan, Ruth B. Caldwell. Arginase: A Multifaceted Enzyme Important in Health and Disease. Physiol Rev. 2018 Apr 1. 98(2). Р. 641-665. Published online 2018 Feb 7. doi: 10.1152/physrev.00037.2016. PMCID: PMC5966718.

Наказ Міністерства охорони здоров’я України від 17 квітня 2014 року № 275. Уніфікований клінічний протокол екстреної, первинної, вторинної (спеціалізованої), третинної (високоспеціалізованої) медичної допомоги та медичної реабілітації при геморагічному інсульті (внутрішньомозкова гематома, аневризмальний субарахноїдальний крововилив) [Електронний ресурс] / Розроб.: М.К. Хобзей, Т.С. Міщенко, А.В. Степененко та ін. Київ, 2014. 99 с.

Bryan N.S., Grisham M.B. Methods to detect nitric oxide and its metabolites in biological samples. Free Radic. Biol. Med. 2007. 43(5). Р. 645-657. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.04.026.

Березовський В.Я., Плотнікова Л.М. Роль ендогенного сірководню в регуляції фізіологічних функцій організму. Медична гідрологія та реабілітація. 2013. № 1. С. 117-122. Режим доступу: https://fz.kiev.ua/journals/2015_ V.61/2015_3/2015_3-28-34.pdf.

Раваева М.Ю., Чуян Е.Н. Измерение активности системы оксида азота под действием низкоинтенсивного излучения: Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия Биология. Химия. 2011. 24. Р. 201-10.

Geyer J.W., Dabich D. Rapid method for determination of arginase activity in tissue homogenates. Anal. Biochem. 1971 Feb. 39(2). Р. 412-7. doi: 10.1016/0003-2697(71)90431-3.

Алейникова Т.Л., Рубцова Г.В., Павлова Н.А. Руководство к практическим занятиям по биохимии. Москва: Медицина, 2000.

Матолінець Н.В. Динаміка сироваткових рівнів метаболітів оксиду азоту та сульфіду водню як маркерів розвитку органної дисфункції у гострому періоді політравми. Медицина неотложных состояний. 2018. № 4(91). С. 107-113. doi: 10.25284/2519-2078.4(85).2018.151465

Matolinets N., Sklyarova H., Sklyarov A. Nitric oxi­de and hydrogen sulfide markers of acute period of polytraumа. Wiadomości lekarskie. 2018. № 8(85). С. 1489-1492. PMID: 30684329.

Bernard A.C., Mistry S.K., Morris S.M. Jr, O’Brien W.E., Tsuei B.J., Maley M.E., Shirley L.A., Kearney P.A., Boulan­ger B.R., Ochoa J.B. Alterations in arginine metabolic enzymes in trauma. Shock. 2001 Mar. 15(3). Р. 215-9. PMID: 11236905.

Мхітарян Л.С., Кучменко О.Б., Євстратова І.Н., Ліпкан Н.Г., Василинчук Н.М., Дроботько Т.Ф. Цитрулін як маркер функціонального стану органів за умов патологічних станів. Український кардіологічний журнал. 2016. 3. С. 109-115.

Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger Principles of Biochemistry (вид. 5th). W.H. Freeman. 2008. ISBN 978-0-7167-7108-1.

Daiber A., Steven S., Weber A. et al. Targeting vascular (endothelial) dysfunction. Br. J. Pharmacol. 2016. doi: 10.1111/bph.13517.




Copyright (c) 2019 EMERGENCY MEDICINE

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

© Publishing House Zaslavsky, 1997-2019

 

   Seo анализ сайта