Лишение за ксенон: Штраф за ксенон в 2022 году

Влияние ксенона и гелия по отдельности или в комбинации на каталитическую активность (А) и тромболитическую эффективность (В) тканевого активатора плазминогена (rtPA).

Примечание: Xe-He-37.5 снижал каталитическую активность и тромболитическую эффективность rtPA в той же степени, что и Xe-50.Часть данных только для ксенона или гелия была получена из предыдущих исследований.1,2 Данные выражены как среднее ± стандартная ошибка среднего и проанализированы с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни U . * P < 0,0001, против . срезы кислородно-глюкозной депривации.

ОБСУЖДЕНИЕ

В этом исследовании мы подтверждаем и расширяем предыдущие данные, демонстрируя, что Xe-50, Xe-37,5 и, что важно, Xe-He-37,5, но не He-37,5, снижают вызванное OGD увеличение высвобождения ЛДГ.Как сообщалось ранее,18,19 мы обнаружили, что Xe-50 обеспечивает максимальную нейропротекцию. Согласно гипотезе, сочетание Xe-37,5 с He-37,5, самая высокая концентрация He, которая может быть добавлена ​​к Xe-37,5 при сохранении содержания кислорода на уровне 25%, позволяет снизить вызванное OGD высвобождение ЛДГ в той же степени, что и Xe-50, тем самым демонстрируя синергетический эффект между Xe-37,5 и He-37,5 при обеспечении нейропротекции, поскольку He-37,5 не действует сам по себе.

В качестве альтернативы, как сообщалось ранее,1,2 мы также подтверждаем in vitro и ex vivo , что Xe и He дополнительно снижают каталитическую и тромболитическую эффективность rtPA, единственного одобренного лекарственного средства для лечения ишемического инсульта на сегодняшний день, с Xe -50 > Хе-37.5 > Не-37,5. Сочетание Xe и He в эквимолярных концентрациях 37,5% снижает каталитическую и тромболитическую эффективность rtPA в той же степени, что и Xe-50. Эти результаты, взятые вместе с вышеупомянутыми данными о нейропротекции, ясно указывают на то, что Xe-He-37.5 можно считать эквивалентным Xe-50.

Взятые вместе, с клинической точки зрения, результаты настоящего исследования показывают: (1) Xe-He-37.5 может быть эффективной альтернативой Xe-50 с преимуществом более низкой молекулярной массы и более высокой теплопроводности и удельной теплоемкости. чем один Хе; (2) Хе-Не-37.5 не следует вводить до или вместе с терапией rtPA из-за риска ингибирования полезного тромболитического эффекта терапии rtPA, как сообщалось ранее для Xe и He.1,2 Независимо от того, будет ли Xe-He-37.5 ингибировать, как Xe- 50, неблагоприятные протеолитические эффекты rtPA при введении после реперфузии не могут быть сделаны на основании существующих исследований ex vivo и in vitro и должны быть продемонстрированы в будущих исследованиях in vivo . Однако, если учесть, с одной стороны, тормозящее действие Хе-Не-37.5 о каталитической эффективности rtPA, показанной в настоящем исследовании, и, с другой стороны, о ранее продемонстрированном антипротеолитическом действии Xe и He, когда их вводили отдельно в эффективных концентрациях,1,2 можно с разумным сомнением предположить, что постишемический Xe-He -37.5 в дополнение к нейропротекторному действию будет проявлять антипротеолитические свойства.

Если это так, то вполне вероятно, что Xe-He-37.5 может быть успешно введен после реперфузии, вызванной rtPA, для обеспечения как нейропротекции, так и уменьшения неблагоприятных побочных эффектов rtPA, в основном кровоизлияний в мозг и нарушения гематоэнцефалического барьера.Поэтому мы полагали, что в будущих исследованиях следует изучить органозащитные свойства эквимолярных концентраций Xe-He-37,5 (показано, что они обеспечивают такую ​​же нейропротекцию, как Xe-50, но преимущественно с более низкой молекулярной массой и более высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью) в клинически значимых модели тромбоэмболического инсульта, черепно-мозговых травм, ишемии почек и сердца.

Сноски

Конфликт интересов

Все авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Этика исследований

Протокол исследования был одобрен местным комитетом по этике в Тулоне, Франция.

Заявление о совместном использовании данных

Наборы данных, проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Проверка на плагиат

Дважды проверено iThenticate.

Экспертная оценка

Внешняя экспертная оценка.

Открытые рецензенты

Марк Кобурн, Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена, Германия; Сяо-цин Тан, Университет Южного Китая, Китай.

ССЫЛКИ

Влияние ксенона на модели повреждения нейронов in vitro и in vivo | Анестезиология

В заметном отличие от большинства средств для общей анестезии, 1,2-ксенон в хирургически значимых концентрациях оказывает незначительное усиление или не оказывает его вообще на синапсы γ-аминомасляной кислоты 3,4 или на рецепторы γ-аминомасляной кислоты типа А в системах экспрессии in vitro .5,6 Скорее, это эффективный ингибитор глутаматергических рецепторов N -метил-d-аспартата (NMDA), но, по-видимому, слабый ингибитор не-NMDA подтипов рецепторов глутамата. 3,4 

Подтип NMDA рецептора глутамата является мишенью для многих предполагаемых нейропротекторных агентов, поскольку его активация необходима для поддержания продолжающегося повреждения и гибели нейронов. 7 Несмотря на их предполагаемый положительный эффект на животных моделях, от разработки нескольких антагонистов рецепторов NMDA пришлось отказаться, потому что клинические испытания показали, что они обладают собственной нейротоксичностью (характеризующейся специфическим поражением в ретроспленальной коре) или из-за их неспособности достичь место травмы.8 Предыдущие исследования показали, что ксенон, уникальный среди анестетиков со свойствами антагониста рецепторов NMDA, по-видимому, не вызывает нейротоксичности в ретроспленальной коре; скорее, ксенон защищает от нейротоксического повреждения, вызванного кетамином. 9Кроме того, ксенон легко проникает через гематоэнцефалический барьер и, как можно ожидать, быстро достигает места повреждения центральной нервной системы.

В серии моделей in vitro и in vivo мы определили, защищает ли ксенон от повреждения нейронов.Результаты показывают, что ксенон оказывает сильное нейропротекторное действие в субанестетических концентрациях в каждой из исследованных моделей.

Для экспериментов, в которых либо NMDA, либо глутамат применяли экзогенно, культуральную среду осторожно заменяли буфером HEPES (120 мМ NaCl, 5,4 мМ KCl, 0,8 мМ MgCl ² , 1,8 мМ CaCl ² , 15 мМ глюкоза и 20 мМ HEPES, оттитрованных до pH 7,4 с использованием 1 м NaOH).Экспозицию агонистов обычно проводили при комнатной температуре на воздухе (22 ± 2°С). После 10-минутной экспозиции NMDA или глутамат вымывали, а культуральную среду, свободную от глутамата и лактатдегидрогеназы (LDH; минимально необходимая среда Игла, дополненная 25 мМ глюкозы и 38 мМ бикарбоната), сохраняли до конца эксперимента.

Растворы для экспериментов с ксеноном готовили путем барботирования сначала чистых газов (кислорода, азота или ксенона) через тонкопористые стеклянные барботеры в 250- или 500-миллилитровых бутылях Дрекселя, заполненных вышеописанным буфером HEPES.Растворы барботировали в течение 20 мин (в предварительных экспериментах концентрацию ксенона контролировали с помощью газовой хроматографии, чтобы убедиться, что этого времени достаточно для уравновешивания). Чтобы свести к минимуму окисление, возбуждающие аминокислоты отсутствовали в полностью оксигенированном буфере, но присутствовали в соответствующих концентрациях в растворах ксенона и азота. Во время барботирования растворы постоянно перемешивали при комнатной температуре. На заключительном этапе эти растворы смешивали для достижения желаемых конечных концентраций соответствующих газов.Непосредственно перед экспериментом к 15 мл газосодержащих растворов добавляли NMDA или глутамат и тщательно перемешивали до получения желаемых концентраций NMDA и глутамата. Предварительные эксперименты с использованием красителя показали, что было достигнуто хорошее смешивание.

Для обеспечения непрерывной доставки ксенона была построена специально построенная герметичная камера для культивирования клеток с регулируемой температурой, оснащенная впускным и выпускным клапанами и внутренним электрическим вентилятором.При подключении к калиброванным расходомерам ксенона, кислорода, азота и углекислого газа можно было получить нужный состав газа. Во всех опытах использовали 20 % кислорода и 5 % углекислого газа, а остальное составляли ксенон или азот в различных пропорциях. Общий поток газа составлял 100 мл/мин, и камеру промывали в течение 30 минут перед созданием закрытой системы. При использовании этого протокола конечные концентрации газа (определенные с помощью газовой хроматографии) оказались стабильными, и в течение 24 часов не было заметной утечки.

Кислородная депривация проводилась, как описано ранее 12, с небольшими изменениями. Вкратце, культуральную среду заменяли предварительно подогретым (37°C) дезоксигенированным сбалансированным солевым раствором, pH 7,4 (NaCl 116 мМ, KCl 5,4 мМ, MgSO ⁴ 0,8 мМ, NaH ² PO ⁴ 1,0 мМ, CaCl ² 1,8 мМ, NaHCO ³ 26 мМ, глюкоза 5 мМ, корректировка pH с помощью 2 м HCl). Сразу после замены среды культуры клеток переносили в камеру газового воздействия (95% азота, 5% углекислого газа) на 75 мин при 37°С.Кислородное голодание прекращали заменой оксигенированной минимально необходимой среды перед тем, как культуры возвращали в нормоксический инкубатор (95 % воздуха, 5 % углекислого газа) или в камеру с ксенонсодержащим газом (20 % кислорода, 5 % углекислого газа, с остальные выбранные концентрации ксенона и азота) в течение последующих 24 часов при 37°С.

Четыре группы самок крыс Sprague-Dawley (вес 240–260 г) лечили следующим образом: группа 1 (контрольная, n = 6) получала 0.8 мл/100 г физраствора подкожно; группа 2 (n = 7) получала 100 мг/кг N  -метил-dl-аспартата (NMA) подкожно; 3-я группа (n = 5) получала 75% ксенона в кислороде; группа 4 была разделена на четыре лечебные подгруппы и подвергалась воздействию 20 % ксенона (n = 5), 40 % ксенона (n = 5), 60 % ксенона (n = 5) или 75 % ксенона (n = 8) с остальное — азот в различных пропорциях и 25% кислорода в течение 15 минут перед подкожной инъекцией 100 мг/кг NMA. Доза NMA была выбрана на основе предыдущего исследования 15 и не вызывала явных поведенческих эффектов.Точно так же ксенон не вызывал никаких поведенческих эффектов ни сам по себе, ни после инъекции NMA, за исключением легкого и короткого (1–2 мин) периода двигательной повышенной возбудимости, который наблюдался при самой высокой используемой концентрации (75% ксенона). .

Во время воздействия 20, 40, 60 и 75% ксенона (как упоминалось ранее) газовая смесь вводилась в камеру (International Market Supply, Чешир, Великобритания) с помощью калиброванных расходомеров.После 3-минутной промывки со скоростью потока 4 л/мин скорость потока была снижена до 40 мл/мин на оставшиеся 3 часа. Уровень углекислого газа поддерживали на уровне менее 0,6% с помощью натронной извести, а влажность поддерживали на уровне от 40 до 60% с помощью силикагеля (Merck, Лестершир, Великобритания).

Через три часа после начала лечения животных умерщвляли передозировкой пентобарбитала, транскардиально перфузируя 4% параформальдегида в 0.1 М фосфатного буфера, весь мозг удаляли, нарезали и заливали в парафин. Три среза (4 мкм), сделанные посередине между ростральной и каудальной границами аркуатного ядра, окрашивали крезиловым фиолетовым для оценки под световым микроскопом. Чтобы определить степень повреждения нейронов в аркуатном ядре, дегенерированные нейроны идентифицировали по их пикнотическим ядрам и отечному набуханию окружающего цитоплазматического компартмента, придающего вид «бычьего глаза». Использовалась сумма вырожденных нейронов трех репрезентативных секций.

Чтобы определить, вызывает ли ксенон токсичность, третий и четвертый слои ретроспленальной коры были исследованы на внутрицитоплазматическую вакуолизацию с использованием критериев, установленных Fix et al.   14 Была использована сумма вакуолизированных нейронов шести снимков (полученных цифровой камерой Zeiss AxioCam; Zeiss, Велвин-Гарден-Сити, Соединенное Королевство) ретросплениальной коры от каждой из четырех крыс.

Минимальная основная среда, фетальная бычья сыворотка, лошадиная сыворотка и мышиный эпидермальный фактор роста были получены от GibcoBRL, Life Technologies Ltd.(Пейсли, Великобритания). NMDA, NMA, глутамат и колориметрический набор для определения ЛДГ были приобретены у Sigma-Aldrich (Poole, Великобритания). Если не указано иное, все остальные химические вещества были получены от Merck (Лестершир, Соединенное Королевство). Помимо ксенона, который был получен от Air Products (Кру, Великобритания), все остальные газы поставлялись компанией BOC Gases (Гилфорд, Суррей, Великобритания).

В контрольных экспериментах кратковременное (10 мин) воздействие на клеточные культуры либо NMDA (рис.1А) или глутамата (рис. 1В) приводили к зависимому от концентрации увеличению высвобождения ЛДГ в культуральную среду. Микроскопическое исследование сокультур клеток показало обширную дезинтеграцию нейронов, тогда как морфология нижележащего слоя астроглии оказалась относительно неизменной (не показано). Высвобождение ЛДГ, вызванное NMDA или глутаматом, было заметно больше, чем исходное высвобождение (, т.е. , в отсутствие добавленного NMDA или глутамата) и достигало насыщения при концентрациях NMDA и глутамата, превышающих примерно 100 мкМ.Концентрации EC ⁵⁰ для повреждений, вызванных NMDA и глутаматом, составляли 46 ± 8 и 66 ± 19 мкм соответственно (среднее значение ± стандартная ошибка среднего). Анализы ЛДГ, проведенные в промежутке между 6 и 24 часами (рис. 1С), показали аналогичную степень повреждения.

Рис. 1. Зависимость концентрация-реакция для N  -метил-d-аспартата (NMDA) и нейротоксичности глутамата и динамика повреждения во времени. Культуры кортикальных нейронов подвергали воздействию в течение 10 минут либо NMDA ( A ), либо глутамата ( B ), и повреждение оценивали количественно по количеству лактатдегидрогеназы (LDH), высвобождаемой в среду для купания через 24 часа.Концентрации EC ⁵⁰ для повреждений, вызванных NMDA и глутаматом, составляли 46 ± 8 и 66 ± 19 мкм соответственно (среднее значение ± стандартная ошибка среднего). ( C ) Повреждение нейронов, вызванное 250 мкМ NMDA (квадраты) или 100 мкМ глутамата (кружки), практически полностью завершилось через 6 часов после повреждения и не претерпело существенных изменений в течение 24 часов после повреждения. Базовый уровень высвобождения ЛДГ обычно составлял около 50 единиц. Данные представлены как среднее ± SEM (n = 3).

Рис. 1. Зависимость концентрация-реакция для нейротоксичности N  -метил-d-аспартата (NMDA) и глутамата и динамика повреждения во времени.Культуры кортикальных нейронов подвергали воздействию в течение 10 минут либо NMDA ( A ), либо глутамата ( B ), и повреждение оценивали количественно по количеству лактатдегидрогеназы (LDH), высвобождаемой в среду для купания через 24 часа. Концентрации EC ⁵⁰ для повреждений, вызванных NMDA и глутаматом, составляли 46 ± 8 и 66 ± 19 мкм соответственно (среднее значение ± стандартная ошибка среднего). ( C ) Повреждение нейронов, вызванное 250 мкМ NMDA (квадраты) или 100 мкМ глутамата (кружки), практически полностью завершилось через 6 часов после повреждения и не претерпело существенных изменений в течение 24 часов после повреждения.Базовый уровень высвобождения ЛДГ обычно составлял около 50 единиц. Данные представлены как среднее ± SEM (n = 3).

Для оценки возможного нейропротекторного действия ксенона анализы ЛДГ проводили через 6 часов после кратковременного воздействия либо NMDA, либо глутамата (в концентрациях, вызывающих максимальное высвобождение ЛДГ или близких к ним) в присутствии возрастающих концентраций ксенона. Высвобождение ЛДГ было значительно снижено при всех исследованных концентрациях (рис.2), при этом концентрации ксенона IC ⁵⁰ для нейропротекции составляют 19 ± 6% и 28 ± 8% для NMDA и глутамат-индуцированного повреждения соответственно (среднее значение ± стандартная ошибка среднего). Ксенон при 75% атм. не оказывал значительного влияния ( P > 0,7) на базовое высвобождение ЛДГ (, т.е. , в отсутствие добавленного NMDA или глутамата), что указывает на отсутствие внутренней нейротоксичности ксенона в отдельности. Ксенон был также эффективен (IC ⁵⁰ = 10 ± 4% атм.) в защите от повреждения, вызванного лишением клеточных культур кислорода (рис.2С) в течение 75 мин.

Рис. 2. Ксенон оказывает зависящее от концентрации нейропротекторное действие in vitro . Культуры нейронов обрабатывали либо ( A ) 250 мкМ NMDA, либо ( B ) 100 мкМ глутаматом в течение 10 минут в присутствии возрастающих концентраций ксенона. Концентрации ксенона IC ⁵⁰ для нейропротекции составляли 19 ± 6 и 28 ± 8% для повреждения, вызванного NMDA и глутаматом, соответственно (среднее значение ± стандартная ошибка среднего).( C  ) Ксенон также обладал нейропротекторным действием в культурах, лишенных кислорода (кружки) в течение 75 минут перед спасением в среде, содержащей 20% кислорода. Во всех случаях повреждение нейронов выражается в процентах от максимального высвобождения лактатдегидрогеназы (ЛДГ) через 6 ч в отсутствие ксенона. Точки представляют среднее значение ± SEM (n = 3).

Рис. 2. Ксенон оказывает зависящее от концентрации нейропротекторное действие in vitro . Культуры нейронов обрабатывали либо ( A ) 250 мкМ NMDA, либо ( B ) 100 мкМ глутаматом в течение 10 минут в присутствии возрастающих концентраций ксенона.Концентрации ксенона IC ⁵⁰ для нейропротекции составляли 19 ± 6 и 28 ± 8% для повреждения, вызванного NMDA и глутаматом, соответственно (среднее значение ± стандартная ошибка среднего). ( C  ) Ксенон также обладал нейропротекторным действием в культурах, лишенных кислорода (кружки) в течение 75 минут перед спасением в среде, содержащей 20% кислорода. Во всех случаях повреждение нейронов выражается в процентах от максимального высвобождения лактатдегидрогеназы (ЛДГ) через 6 ч в отсутствие ксенона. Точки представляют среднее значение ± SEM (n = 3).

Далее мы исследовали, можно ли наблюдать in vivo нейропротекцию, очевидную in vitro  . Мы использовали хорошо зарекомендовавшую себя in vivo модель нейротоксичности, которая включала подкожную инъекцию NMA и последующую дегенерацию нейронов, происходящую в аркуатном ядре гипоталамуса. 15 Ни у контрольных животных, ни у животных, тестируемых с одним ксеноном, не было обнаружено вырожденных нейронов.Мы подтвердили, что после инъекции NMA происходит характерная и воспроизводимая дегенерация нейронов, которую легко отличить от животных, которым вводили имитацию (рис. 3A и B). Рисунок 3C показывает, что в присутствии 75% ксенона количество дегенерированных нейронов (характеризующихся набуханием цитоплазмы и пикнотическими ядрами) значительно снижается. Мы количественно оценили степень нейропротекции, подсчитав количество вырожденных нейронов после того, как животные подверглись воздействию возрастающих концентраций ксенона.Количество дегенерированных нейронов уменьшалось с увеличением концентрации ксенона, при этом концентрация IC ⁵⁰ составила 78 ± 8% (среднее значение ± стандартная ошибка среднего; рис. 3D).

Рис. 3. Ксенон оказывает зависящее от концентрации нейропротекторное действие in vivo . Корональные срезы, содержащие дугообразное ядро ​​гипоталамуса, окрашивали крезиловым фиолетовым и визуализировали при увеличении в 200 раз. Показана контрольная секция ( A ), где масштабная линейка представляет 20 мкм.Подкожная инъекция 100 мг/кг N -метил-dl-аспартата вызывала характерную нейродегенерацию в аркуатном ядре гипоталамуса ( B ), которая значительно уменьшалась в присутствии 75% ксенона ( C ). . Нейропротекторный эффект ксенона зависел от концентрации ( D ) и количественно оценивался путем подсчета количества дегенерированных нейронов в обоих дугообразных ядрах в диапазоне концентраций ксенона. При содержании ксенона более 40 % количество вырожденных нейронов значительно снижалось на уровне 5 % (*), а при содержании ксенона 60 % и выше защита была значимой на уровне 1 % (**).Точки представляют собой среднее значение ± SEM (n = 5–8).

Рис. 3. Ксенон оказывает зависящее от концентрации нейропротекторное действие in vivo . Корональные срезы, содержащие дугообразное ядро ​​гипоталамуса, окрашивали крезиловым фиолетовым и визуализировали при увеличении в 200 раз. Показана контрольная секция ( A ), где масштабная линейка представляет 20 мкм. Подкожная инъекция 100 мг/кг N -метил-dl-аспартата вызывала характерную нейродегенерацию в аркуатном ядре гипоталамуса ( B ), которая значительно уменьшалась в присутствии 75% ксенона ( C ). .Нейропротекторный эффект ксенона зависел от концентрации ( D ) и количественно оценивался путем подсчета количества дегенерированных нейронов в обоих дугообразных ядрах в диапазоне концентраций ксенона. При содержании ксенона более 40 % количество вырожденных нейронов значительно снижалось на уровне 5 % (*), а при содержании ксенона 60 % и выше защита была значимой на уровне 1 % (**). Точки представляют собой среднее значение ± SEM (n = 5–8).

Мы не наблюдали значительных изменений в процентном соотношении нейронов в ретроспленальной коре с внутрицитоплазматической вакуолизацией у крыс, получавших 75% ксенона (3.4 ± 0,7%; среднее ± SD) по сравнению с крысами, которым вводили физиологический раствор (4,1 ± 1,1%; среднее ± SD).

Используя первичную культуру нейронов и глиальных клеток коры головного мозга новорожденных мышей, предсказуемое повреждение нейронов (отражаемое высвобождением ЛДГ в культуральную среду) вызывается NMDA, глутаматом и кислородным голоданием, как сообщалось ранее (рис. 1). 10–12,16Ксенон в зависимости от концентрации уменьшал повреждение нейронов, вызванное каждым из NMDA (рис.2А), глутамат (рис. 2В) и кислородное голодание (рис. 2С). Защита нейронов была полной при повреждении, вызванном кислородным голоданием, и до 80% при повреждении, вызванном каждым из NMDA и глутамата. В проверенной in vivo модели повреждения головного мозга у крыс 15-ксенон в зависимости от концентрации уменьшал дегенерацию нейронов в аркуатном ядре гипоталамуса, спровоцированную НМА (рис. 3). В каждой из парадигм in vitro и in vivo ксенон проявлял свой нейропротекторный эффект в субанестетических концентрациях.17,18 Это может иметь клиническое значение, поскольку другие анестетики с известными нейропротекторными свойствами, такие как пропофол или пентобарбитал, необходимо вводить в гораздо более высоких концентрациях для смягчения окислительного стресса в первичных культурах астроцитов 19 или для защиты от ишемического повреждения головного мозга на животных моделях. 20,21 

Ксенон используется в анестезии уже более 50 лет, и было продемонстрировано, что он обладает удивительно безопасным клиническим профилем.18 Считается анестезирующим средством с минимальными кардиореспираторными и почечными эффектами. 22,23 Основным препятствием для его широкого клинического применения является его дефицит (составляющий не более 0,00000875% атмосферы) и, как следствие, стоимость, связанная с его извлечением. Таким образом, ожидается, что использование ксенона в качестве клинического анестетика будет ограничено условиями, в которых анализ затрат и выгод оправдывает его применение.

В каждой из экспериментальных парадигм ксенон вводили до того, как была спровоцирована травма; поэтому, если их можно экстраполировать на клинические условия, эти данные следует рассматривать как аналог превентивной терапии в ожидании предстоящего неврологического инсульта (например, искусственное кровообращение или хирургическое вмешательство по поводу внутричерепных артериовенозных мальформаций или новообразований).Хотя каждая из использованных моделей была подтверждена в предыдущих исследованиях, 10,12,15 следует признать, что эти модели не обязательно могут быть нейропатологическими коррелятами болезненных процессов, связанных с ишемией или травмой. Также возможно, что нейропротекторный эффект ксенона не обязательно может быть вызван его четко выраженным антагонизмом 3,4 NMDA-рецептора; напр.  , теоретически возможно, что нейропротекторный эффект in vivo  может быть вызван снижением температуры мозга, которое не отслеживалось.

Ранее несколько антагонистов рецепторов NMDA продемонстрировали замечательную эффективность против неврологических повреждений в доклинических моделях, но не оправдали своих надежд при последующем исследовании в клинических условиях. 7,24 Существует несколько возможных причин неэффективного клинического применения антагонистов NMDA-рецепторов. Во-первых, многие антагонисты NMDA-рецепторов плохо проникают через гематоэнцефалический барьер, что требует системного введения больших доз; это, в свою очередь, может вызвать системную токсичность.24 Было показано, что другие блокируют определенные рецепторы серотонина и кальциевые каналы в дополнение к рецепторам NMDA, что ограничивает их клиническую полезность. 25 Примечательно, что ксенон, небольшой незаряженный атом, легко преодолевает гематоэнцефалический барьер, вызывая быстрое начало действия на центральную нервную систему человека в течение первой минуты после введения. Даже для антагонистов NMDA, которые преодолевают гематоэнцефалический барьер, может развиться нейротоксичность для центральной нервной системы. 24Ксенон не обладает внутренней нейротоксичностью, о чем свидетельствует отсутствие вакуолизации в третьем и четвертом слоях ретроспленальной коры, области, особенно восприимчивой к повреждению антагонистами NMDA.14 На самом деле ксенон сам по себе может предотвращать токсичность, связанную с другими антагонистами NMDA. 9Конечно, нельзя сбрасывать со счетов возможность того, что причиной клинической неудачи антагонистов NMDA может быть то, что блокада этого подтипа глутаматных рецепторов может быть недостаточной для защиты от повреждения.

Помимо анестетиков со свойствами антагонистов рецепторов NMDA, другие анестетики также были протестированы на их способность смягчать повреждение нейронов в различных парадигмах.19–21, 26–28 Недавно Kudo et al. 28 исследовали нейропротекторные эффекты нескольких летучих анестетиков на аналогичной in vitro модели эксайтотоксичности NMDA. Примечательно, что в клиническом диапазоне анестезии (, т.е. , примерно 1 минимальная альвеолярная концентрация) нейропротекторный эффект составлял лишь приблизительно 20%, что более чем в четыре раза ниже, чем их наблюдения с МК-801 и наши наблюдения с ксеноном. Однако следует отметить, что летучие анестетики могут оказывать более сильное действие in vivo , чем наблюдаемое in vitro , 27 возможно, из-за дополнительного нейропротекторного эффекта, который может оказывать активация рецепторов γ-аминомасляной кислоты типа А.29 В экспериментальной парадигме in vivo , которая примерно сопоставима с той, что использовалась Harada et al. , 27-ксенон, по-видимому, является более мощным нейропротектором (рис. 3), чем изофлуран.

Ксенон может представлять собой полезный нейропротектор для упреждающего использования в клинических условиях, в которых активация рецептора NMDA имеет решающее значение для получения травмы из-за известного отсутствия у него токсических побочных эффектов и относительной легкости, с которой он может быть доставлен в мозг.В настоящее время мы приступаем к клиническим испытаниям, чтобы выяснить, можно ли предотвратить когнитивный дефицит, развивающийся у пациентов, подвергающихся искусственному кровообращению в ходе операции на сердце, 30,31 путем введения ксенона как части режима анестезии.

Авторы выражают благодарность Весне Евтович-Тодорович, д.м.н., к.м.н. (Кафедра анестезиологии Вашингтонского университета, Сент-Луис, Миссури) за полезные советы по гистологическим процедурам.

Комбинация ксенона и изофлурана оказывает синергетический защитный эффект против повреждений, связанных с дефицитом кислорода и глюкозы, в модели совместного культивирования нейронов и глии | Анестезиология

О методологии получения смешанных культур клеток коры головного мозга, содержащих как нейрональные, так и глиальные клеточные элементы мышей, сообщалось в другом месте. 5Перед экспозицией OGD сокультуры клеток дважды тщательно промывали HEPES-буфером, после чего предварительно нагревали (37°C) деоксигенированный сбалансированный солевой раствор, содержащий (в мМ): 116 NaCl, 5.В каждую лунку добавляли 4 KCl, 0,8 MgSO ⁴ , 1,0 NaH ² PO ⁴ , 1,8 CaCl ² и 26 NaHCO ³ , pH 7,4, и планшеты добавляли в каждую лунку контролируемая анаэробная камера в течение 75 мин при 37°C. Пилотные исследования показали, что максимальное повреждение нейронов может быть достигнуто с помощью OGD в течение от 60 до 100 минут. OGD завершали промыванием минимальной эссенциальной средой Игла, обогащенной 25 мМ глюкозы и 38 мМ NaHCO ³ , и культуральные планшеты возвращали в нормоксические условия, содержащие минимум 20% O ² , на 6 ч при 37°C.Баланс газовой смеси зависел от экспериментальной группы. Культуральные среды для OGD и 6-часового периода после OGD готовили барботированием чистых газов (O ² , N ² , CO ² , ксенон или изофлуран) через тонкие барботеры из спеченного стекла в бутылях Дрекселя, заполненных либо со сбалансированным солевым раствором, либо с минимальной необходимой средой Игла в течение 20 минут, периода, который оказался достаточным для обеспечения уравновешивания по данным газовой хроматографии. Для каждого набора экспериментальных условий скорость потока газов регулировали таким образом, чтобы концентрации газа в растворах были эквивалентны соответствующему составу газа в специально построенной герметичной камере для культивирования клеток с регулируемой температурой, снабженной впускным и выпускным клапанами и внутренний электрический вентилятор (как описано ранее 9).Общий поток газа составлял 100 мл/мин, и камера промывалась в течение 40 минут, прежде чем была установлена ​​закрытая система. В соответствии с вышеупомянутым протоколом конечные концентрации газа (определенные с помощью газовой хроматографии) оказались стабильными, и в течение 24 часов не было заметной утечки. Для доставки изофлурана использовали испаритель изофлурана Cyprane (AE Service and Supplies Ltd., Keighley, United Kingdom); поскольку этот испаритель не откалиброван для работы при таких низких скоростях потока, мы постоянно контролировали концентрацию изофлюрана (Datex-Engstrom AS/3; Instrumentarium Corp, Хельсинки, Финляндия), чтобы установить, что подается соответствующая концентрация.Повреждение нейронов оценивали по выбросу в среду лактатдегидрогеназы (ЛДГ), как описано ранее. 9Данные были подогнаны под логистическое уравнение вида:

, где E(c)   – это выброс ЛДГ, выраженный в виде доли от контроля при концентрации ксенона или изофлурана c  , α – IC ⁵⁰ , а n         – коэффициент наклона. Результаты выражены как среднее ± SEM. Величина IC ⁵⁰ определяется как концентрация ксенона или изофлюрана, снижающая высвобождение ЛДГ до 50% от максимального значения при контрольном воздействии ОГД ( i.е.  , в отсутствие анестетика).

Чтобы определить, были ли комбинированные эффекты ксенона и изофлурана аддитивными при введении в виде смеси, мы сравнили наблюдаемое значение IC ⁵⁰ для смеси с предсказанным значением при допущении аддитивности. В общем случае для аддитивности выполняется следующее условие:

, где a и b — концентрации ксенона и изофлюрана, соответственно, которые присутствуют в смеси, а α ^a и α ^b — концентрации IC ⁵⁰ ксенона и изофлурана при применении по отдельности. , с соответствующими коэффициентами уклона n   ^a и n   ^b .Для особого случая 50% ингибирования высвобождения ЛДГ (, т.е. , E = 0,5) это уравнение сводится к:

Таким образом, определив α ^a и α ^b по кривым концентрация-реакция каждого агента в отдельности, концентрацию а (ксенона) в присутствии фиксированной концентрации b (изофлурана), или наоборот , для достижения 50% снижения высвобождения ЛДГ по сравнению с контрольным значением можно предсказать, предполагая, что аддитивность сохраняется.Затем это прогнозируемое значение можно сравнить с наблюдаемым значением. Статистическую значимость оценивали с помощью теста Стьюдента t с поправкой Бонферрони для множественных сравнений. Значение P  <0,05 считалось статистически значимым.

Новая система может позволить использовать ксенон для защиты мозга новорожденных в критическом состоянии

Newswise — Вдыхание газообразного ксенона может помочь защитить мозг младенцев от повреждений, вызванных недостатком кислорода, но высокая стоимость и дефицит ксенона препятствуют его широкому использованию.Согласно исследованию, опубликованному в августовском номере Anesthesia & Analgesia , официального журнала International Anesthesia, недавно разработанная «система с замкнутым контуром» может сделать использование ксенона возможным, безопасным и экономически эффективным для защиты мозга тяжелобольных младенцев. Исследовательское общество (IARS). Журнал издается компанией Lippincott Williams & Wilkins, входящей в состав Wolters Kluwer Health, ведущего поставщика информации и бизнес-аналитики для студентов, специалистов и учреждений в области медицины, ухода за больными, смежных областей здравоохранения, фармацевтики и фармацевтической промышленности.

Под руководством доктора Джона Дингли из Университета Уэльса в Суонси британская исследовательская группа представляет новый метод введения ксенона новорожденным с врожденными дефектами и другими опасными для жизни состояниями, требующими хирургического вмешательства и анестезии. Обычная причина, по которой новорожденных подвергают хирургическому вмешательству, — это критическая проблема с дыханием или кровообращением у младенцев, которая не позволяет их тканям получать достаточное количество кислорода. Этот недостаток кислорода особенно вреден для мозга с долгосрочными последствиями для ребенка.

Хотя с химической точки зрения ксенон считается инертным газом, он обладает глубокими биологическими эффектами — в высоких концентрациях он может вызвать потерю сознания. В течение нескольких лет исследователи знали, что ксенон обеспечивает защиту от некоторых форм повреждения мозга при недостатке кислорода. Однако, поскольку ксенон чрезвычайно дорог, его использование в настоящее время ограничено несколькими экспериментальными центрами.

Замкнутая система позволяет выдавать ксенон за 2 доллара в час

Чтобы решить эту проблему, Dr.Дингли и его коллеги разработали замкнутую систему доставки ксенона. В системе используется тот факт, что поглощение ксенона легкими очень низкое: когда вдыхается определенное количество ксенона, почти весь он выдыхается. Новая система, приспособленная к обычному аппарату ИВЛ для новорожденных, по существу улавливает выдыхаемый ксенон, чтобы младенец мог повторно вдохнуть его. Система добавляет точное количество кислорода и других газов по мере необходимости.

Исследователи протестировали замкнутую систему доставки ксенона на новорожденных свиньях.Они обнаружили, что могут точно контролировать глубину анестезии, доставляя точно нужное количество кислорода. Поросята имели стабильные жизненные показатели и выздоровели без каких-либо осложнений. Ксеноновую систему можно было использовать с нашей без охлаждения температуры тела (гипотермии) — ранее это был единственный известный метод защиты мозга у младенцев с травмой с низким содержанием кислорода.

Используя систему замкнутого цикла, исследователи подсчитали, что ксенон можно использовать для хирургии тяжелобольных новорожденных всего за 2 доллара в час.По словам доктора Дингли и его коллег, это позволит «ответственно использовать ограниченные глобальные запасы ксенона в максимальном количестве клинических случаев в год». Они считают, что простая конструкция и эксплуатационные расходы системы должны сделать доставку ксенона — когда-то считавшуюся непомерно дорогой для рутинного медицинского применения — безопасной и недорогой для новорожденных, нуждающихся в хирургическом вмешательстве и анестезии по поводу опасных для жизни врожденных дефектов.

О IARS

Международное общество по исследованию анестезиологии — это неполитическое, некоммерческое медицинское общество, основанное в 1922 году для поощрения, стимулирования и финансирования текущих исследований и проектов, связанных с анестезией, которые будут улучшать и развивать специальность анестезиологии.Членами IARS по всему миру являются 15 000 врачей, врачей-резидентов и других лиц с докторскими степенями, а также медицинские работники, занимающиеся анестезиологической практикой. Помимо публикации ежемесячного научного журнала Anesthesia & Analgesia , IARS спонсирует ежегодные клинические и научные встречи, финансирует исследования, связанные с анестезией, и спонсирует исследовательскую инициативу SAFEKIDS совместно с FDA. Дополнительную информацию об обществе и журнале можно найти на сайте www.iars.org и www.anesthesia-analgesia.org.

О компании Lippincott Williams & Wilkins

Lippincott Williams & Wilkins (LWW) — ведущее международное издательство для медицинских работников и студентов, выпускающее около 300 периодических изданий и 1500 книг по более чем 100 дисциплинам, издаваемых под брендом LWW, а также основанных на содержании сайты и онлайн корпоративные и клиентские службы. LWW является частью Wolters Kluwer Health, ведущего поставщика информации и бизнес-аналитики для студентов, специалистов и учреждений в области медицины, ухода за больными, смежных областей здравоохранения, фармацевтики и фармацевтической промышленности.

Wolters Kluwer Health является подразделением Wolters Kluwer, ведущей глобальной информационной и издательской компании. Компания предоставляет продукты и услуги для профессионалов в области здравоохранения, налогообложения, бухгалтерского учета, корпоративного права, финансовых услуг, юридических и регулирующих секторов. Годовой доход Wolters Kluwer в 2008 году составил 3,4 миллиарда евро (4,9 миллиарда долларов), в компании работает около 20 000 человек по всему миру, и она ведет операции в более чем 35 странах Европы, Северной Америки, Азиатско-Тихоокеанского региона и Латинской Америки.Штаб-квартира Wolters Kluwer находится в Амстердаме, Нидерланды. Его акции котируются на Euronext Amsterdam (WKL) и включены в индексы AEX и Euronext 100. Посетите www.wolterskluwer.com для получения информации о наших позициях на рынке, клиентах, брендах и организации.

Низкая температура и ксенон спасают ребенка от кислородного голодания

Райли Джойс была одной из более тысячи детей в Великобритании, которые ежегодно рождаются с недостатком кислорода.У него были примерно одинаковые надежды умереть, получить необратимое повреждение мозга или выжить целым и невредимым. Чтобы повысить его шансы, врачи из Бристольского университета и Университета Суонси охладили его тело и дали ему дышать ксеноном. Джойс был первым ребенком, прошедшим такое лечение, и он полностью выздоровел. По крайней мере, еще дюжина младенцев подвергнется такой же утвержденной экспериментальной процедуре в ближайшие месяцы. Эта работа не только предлагает новую технику спасения таких детей, она может привести к новым методам лечения анестезии и защиты мозга для всех.

Преимущества гипотермии в борьбе с кислородным голоданием (и наоборот) известны уже давно. Профессор Бристольского университета Марианна Торессен изучает защитные свойства легкой гипотермии младенцев с кислородным голоданием с конца 90-х годов и охлаждает младенцев с 1998 года. Младенцев, таких как Джойс, обычно охлаждают до 33,5 ° C (92,3 ° F) в течение 72 часов. . Ее результаты были положительными, но не гарантировали от повреждения мозга или смерти. Нужно было что-то еще.

И здесь на помощь приходит ксенон. Инертный газ химически инертен, имеет мало побочных эффектов при использовании в организме. Доктор Джон Дингли из Университета Суонси изучал воздействие ксенона в течение последнего десятилетия. Более ранние исследования показали, что ксенон блокирует высвобождение нейротрансмиттеров в головном мозге и влияет на рецепторы NMDA. Различные команды показали, что использование ксенона и охлаждения на крысах эффективно предотвращает повреждение клеток их мозга из-за недостатка кислорода. Дингли и Торессен продолжили эту работу на крысах в 2008 году и были полны энтузиазма в том, чтобы применить лечение к младенцам.Джойсу дали три часа ксенона, смешанного с воздухом, что, по-видимому, усилило положительный эффект охлаждения.

Ксенон действует не только как нейропротектор, но и как анестетик. Однако он редко используется в этом качестве, потому что он также очень дорог (~ 30 фунтов стерлингов за литр или 120 долларов США за 100 граммов). Частично успех этого лечения заключался не только в том, что Джойс выжил в добром здравии, но и в том, что Дингли смог разработать машину (фактически ксеноновый ребризер), которая позволяла потреблять всего ~ 200 мл ксенона в час вместо многих. литров в час.Это означает, что дозировка для взрослых может быть возможна почти по такой же низкой цене.

Хотим ли мы начать более широко использовать ксенон в качестве анестетика? Возможно, очень даже. Нейропротекторы, особенно химически инертные, выходящие из организма практически без побочных эффектов, встречаются редко. Другие исследователи, возможно, опираясь на конструкцию Дингли, скорее всего, найдут другие применения этого газа.

Еще мне очень сильно напомнили работы Марка Рота в области анабиоза.Как вы, возможно, помните, Рот исследовал, как сероводород может вызвать острое кислородное голодание, достаточно серьезное, чтобы вызвать у людей состояние квазигибернации, которое поможет им выжить по пути в больницу после травмы. Можно ли добавить к этой методике нейропротекторное действие ксенона? Я думаю, возможно, что в конце концов мы наткнемся на коктейль из веществ (и, возможно, температур), которые при правильном применении могли бы сохранять людей в течение многих часов или даже дней без каких-либо повреждений тела или мозга.

На данный момент Торессен будет продолжать охлаждать младенцев, а Дингли продолжит отравлять их газом, и весьма вероятно, что это приведет к спасению большего количества жизней и предотвращению повреждения головного мозга. Однако мы должны иметь в виду, что Джойс на данный момент является лишь единичным случаем. Даже с дюжиной или около того новых младенцев, которых, вероятно, будут лечить в ближайшие месяцы, мы будем далеки от проверенной терапии для всех детей, лишенных кислорода. Потребуются дополнительные исследования. К счастью, благотворительная организация Sparks уже вложила в этот проект 800 000 фунтов стерлингов (1 фунт стерлингов).4 миллиона в общей сложности для группы), поэтому у команды будет возможность тестировать свое лечение столько времени, сколько потребуется. Я надеюсь, что этот эксперимент, наряду с другими, раскроет более скрытые способы, которыми мы можем манипулировать химическим составом мозга, чтобы защитить его во время травм.

[Изображение предоставлено: Бристольский университет, Университет Суонси]
[источник: Бристольский университет, Университет Суонси, Dingley et al (2008), Dingley et al (2006), Ma et al (2005), Petzelt et al (2003) )]