Влияние барбитуратов на перенос электронов в дыхательной цепи и сопряжённое с ним фосфорилирование

“Дыхательная цепь - это своего рода силовая станция митохондрий, преобразующая энергию дыхания в энергию фосфатных связей, а также в механическую, химическую и осмотическую энергию” [35]. Дыхательная (электрон-транспортная) цепь (ДЦ) - полиферментная система, акцептирующая электроны от различных дегидрогеназ ЦК, цикла окисления жирных кислот и гликолиза. Полная последовательность реакций дыхательной цепи, начиная от НАД×Н2 и заканчивая кислородом, представлена на рисунке 2.

В ДЦ выявлено три участка, реакции каждого из которых выводят по паре протонов через митохондриальные мембраны в цитозоль. Затем каждая пара протонов, проходя по градиенту концентрации в матрикс митохондрии через АТФазу, даёт энергию для фосфорилирования одной молекулы АДФ с образованием АТФ.

Рисунок 2. Клеточное дыхание и окислительное фосфорилирование

Электроны от различных субстратов передаются НАД+, восстанавливая его до НАД×Н2, а затем при участии флавопротеина ФП1, входящего в состав НАД×Н2-дегидрогеназного комплекса, переносятся в ДЦ. В тех случаях, когда окисление субстрата катализирует флавин-зависимая дегидрогеназа (например, сукцинатдегидрогеназа), электроны поступают прямо в ДЦ на уровне кофермента Q. Важно отметить, что от места поступления электронов в ДЦ зависит энергетический выход (в виде АТФ) реакций окисления того или иного субстрата. Электроны, поступающие от НАД×Н2, проходят через все участки ДЦ, где может происходить образование АТФ; если же их переносчиком служит ФАД×Н2, они минуют первый из этих участков [66].

Работа дыхательной цепи может быть нарушена некоторыми веществами, названными специфическими ингибиторами. Эти агенты делят на три группы [35]:

(1) ингибиторы переноса электронов - цианид, амитал (барбамил), антимицин А, британский антилюизит, 2-гептил-4-оксихинолин-N-оксид, ротенон и др.

(2) истинные разобщающие агенты (под влиянием этих веществ поток протонов по градиенту концентраций внутрь митохондрий не сопровождается ресинтезом АТФ; скорость переноса электронов при этом не изменяется) - 2,4-динитрофенол, дикумарол, грамицидин D, жирные кислоты с длинной цепью, арсенат и др.

(3) ингибиторы фосфорилирующего окисления. Эти соединения подавляют сопряжённый с фосфорилированием перенос электронов в интактных митохондриях, но не подавляют нефосфорилирующий перенос электронов. К их числу относятся олигомицин, гуанидин, триэтилолово, азид натрия и др.

Барбитураты обладают некоторыми свойствами, присущими описанным ингибиторам дыхательной цепи [18], что может влиять на энергопродукцию при барбитуратной коме.

Производные барбитуровой кислоты in vitro значимо уменьшают дыхание мозговых тканей лишь в концентрациях, превышающих 10-3 М [112]. Ernster L. с соавт. показали, что амитал в разбавленном растворе (2×10-3 М) полностью и специфично ингибирует процесс реоксидации НАД×Н2 в НАД+ в дыхательной цепи митохондрий (цит. по [1]). Однако концентрации депрессанта, необходимые для подавления дыхания in vitro, всегда больше тех, которые могут быть достигнуты при анестезии в клинике. Гексенал, введённый в организм человека в высшей разовой дозе - 1 г [47], при условии равномерного распределения в организме, обеспечит тканевую концентрацию около 6,5×10-5 М; гибель могут вызвать барбитураты в дозах, в десять раз больших терапевтических [42], значит и тканевые концентрации при отравлении могут быть на порядок больше, то есть около 6,5×10-4 М. Из этого следует, что вызванное барбитуратом угнетение клеточного дыхания является скорее следствием уменьшения нервной активности, чем его причиной [1]. Однако в пользу гипотезы об угнетении барбитуратами НАД×Н2-дегидрогеназы может свидетельствовать тот факт, что в ряде исследований введение экзогенного сукцината (но не субстратов, окисляемых НАД-зависимо) уменьшало продолжительность барбитуратной комы у крыс [149] и летальность крыс и людей [160].

В митохондриях печени и мозга оксибарбитураты угнетают аэробное окисление углеводородов, но не разобщают окисление и фосфорилирование; тиобарбитураты, кроме того, разобщают эти процессы; разобщающему действию тиобарбитуратов сопутствует их способность активировать АТФазу [88]. В опытах на собаках, анестезированных тиопенталом в дозе 177 мг/кг, показано, что тиопентал не разобщает окисление и фосфорилирование в головном мозгу [136].