Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywność enzymów

Wp³yw cefotaksymu i meropenemu
na aktywnoœæ enzymów antyoksydacyjnych
w p³ynie mózgowo-rdzeniowym u dzieci
z wodog³owiem
Komórki macierzyste
Zak³ócenie
homeostazy–oksydacyjnej
Rodzaje i w³aœciwoœci
hepatocytów...
NiedociœnienieNr
ortostatyczne
11-12/2007
Effect of cefotaxime and meropenem on antioxidative enzymes activity
in cerebrospinal fluid in children with hydrocephalus
Dr n.biol. Bo¿ena Radwañska-Wala, Prof.dr hab.n.farm.in¿.Ewa Buszman
Mgr farm. Dorota Starzycka, Mgr farm. Anna Lakota, Mgr farm. Agnieszka Byszek
Œl¹ski Uniwesytet Medyczny, Katedra i Zak³ad Toksykologii, ul. Jagielloñska 4, 41-200 Sosnowiec
Kierownik Katedry: prof. dr hab. Jerzy Kwapuliñski
Katedra i Zak³ad Chemii i Analizy Leków, Wydzia³ Farmaceutyczny, Œl¹ski Uniwersytet Medyczny
w Katowicach
Kierownik Katedry: Prof.dr hab.n.farm.in¿. Ewa Buszman
Streszczenie
Celem pracy była ocena zależności pomiędzy stężeniem cefotaksymu i meropenemu w płynie mózgowo-rdzeniowym pobranym od dzieci z wodogłowiem a aktywnością dysmutazy ponadtlenkowej,
katalazy, peroksydazy glutationowej oraz reduktazy
glutationowej. Materiał do badań stanowił płyn
mózgowo-rdzeniowy pobrany od pacjentek z wodogłowiem wrodzonym, poddanych antybiotykoterapii. Aktywność enzymów antyoksydacyjnych oznaczano przy pomocy zestawów enzymatycznych.
W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono
wzrost aktywności dysmutazy ponadtlenkowej oraz
obniżenie aktywności katalazy, peroksydazy i reduktazy glutationowej w płynie mózgowo-rdzeniowym
wraz ze wzrostem stężenia analizowanych antybiotyków >-laktamowych.
Abstract
The aim of this work was to examine the
dependence between cefotaxime and meropenem
concentration in cerebrospinal fluid in children with
hydrocephalus and the activity of superoxide
dismutase, catalase, glutathione peroxidase and
glutathione reductase. The material investigated was
cerebrospinal fluid sampled from children with
congenital hydrocephalus after antibiotic therapy.
The activity of antioxidative enzymes was
determined by the use of enzymatic tests. It has
been demonstrated that with an increase of >lactam antibiotics concentration in cerebrospinal
fluid the activity of superoxide dismutase increases
and the activities of catalase, glutathione peroxidase
and reductase decrease.
słowa kluczowe: cefotaksym, meropenem, płyn
mózgowo-rdzeniowy, dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationowa, reduktaza glutationowa.
key words: cefotaxime, meropenem, cerebrospinal
fluid, superoxide dismutase, catalase, glutathione
peroxidase, glutathione reductase.
Wstêp
Patogenną rolę reaktywnych form tlenu (RFT)
można ocenić prowadząc kompleksowe badania nad
reakcjami wolnorodnikowymi przebiegającymi in vivo,
bezpośrednio w układach biologicznych [1]. Najwięcej zainteresowania budzą patologiczne implikacje
&
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
reakcji RFT i stresu oksydacyjnego. Stres oksydacyjny
towarzyszy zdecydowanej większości jednostek chorobowych człowieka [2]. Najczęściej jest on jednak
skutkiem a nie pierwotną przyczyną choroby. Unieszkodliwienie wysoce reaktywnych wolnych rodników
tlenowych zarówno na drodze enzymatycznej jak i nie-
Nr 11-12/2007
Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywnoœæ enzymów antyoksydacyjnych ...
enzymatycznej stanowi o układzie równowagi w organizmach. Istotną rolę w obronie przed RFT odgrywają enzymy antyoksydacyjne takie jak: dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), katalaza (CAT), peroksydaza glutationowa (GPx) i reduktaza glutationowa (GR) - tzw.
markery enzymatyczne procesu peroksydacji lipidów.
Szczególną uwagę poświęca się wpływowi RFT na
ośrodkowy układ nerwowy (o.u.n.) [3]. Dzieci, u których stwierdzono wodogłowie, narażone są na zanik
tkanki nerwowej spowodowany nagromadzeniem płynu mózgowo-rdzeniowego w wewnątrzczaszkowych
przestrzeniach płynowych o.u.n. Główną metodą leczenia wodogłowia jest operacyjne wszczepienie zastawki silikonowej. Częstym powikłaniem tej operacji są
zakażenia o.u.n. spowodowane osiedlaniem się drobnoustrojów na zastawkach [4]. Wysoką skutecznością
w leczeniu tych zakażeń cechują się antybiotyki >laktamowe, w tym: cefalosporyny III generacji – (np.
cefotaksym) oraz karbapenemy (np.meropenem) [5].
Celem badań była ocena zalezności pomiędzy aktywnością enzymów antyoksydacyjnych (SOD, CAT,
GPx i GR) a stężeniem cefotaksymu i meropenemu
w płynie mózgowo-rdzeniowym pobranym od dzieci
z wodogłowiem.
Materia³ i metody
Materiał do badań stanowił płyn mózgowo-rdzeniowy pobierany w różnych przedziałach czasowych
od dwóch kilkumiesięcznych pacjentek z wodogłowiem wrodzonym poddanych wcześniejszej antybiotykoterapii. Analizowano 43 próbki płynu mózgowordzeniowego, w tym 15 od dziecka leczonego w okresie dwóch miesięcy cefotaksymem (pacjent A; seria
I-III) i 28 od dziecka leczonego przez okres jednego
miesiąca meropenemem (pacjent B; seria I-V). Płyn
mózgowo-rdzeniowy pobierany był w celu odbarczenia układu komorowego mózgu co kilka do kilkunastu godzin (w ramach jednej serii pomiarowej) w kilku lub kilkunastodniowych odstępach pomiędzy seriami.
Stężenia antybiotyków w płynie mózgowo-rdzeniowym oznaczono wykorzystując proces ekstrakcji ciecz
– ciało stałe i technikę wysokosprawnej chromatografii cieczowej, wg metodyki opisanej poprzednio dla
cefotaksymu [6] oraz dla meropenemu [7].
Aktywność dysmutazy ponadtlenkowej (SOD)
w płynie mózgowo-rdzeniowym oznaczono przy pomocy zestawu testowego Ransod – Superoxide Dismutase firmy Randox metodą spektrofotometryczną przy długości fali ë = 505 nm wg Beauchamp i Fridovich [8]. W metodzie tej wykorzystuje się zdolność anionorodnika ponadtlenkowego wytwarzane-
go w reakcji oksydazy ksantynowej z ksantyną do redukcji chlorku 2-(4-jodofenylo)-3-(4-nitrofenylo)-5fenylotetrazoliny (I.N.T.). W wyniku tej reakcji powstaje barwny produkt. Aktywność SOD określana
jest stopniem inhibicji reakcji (W w %).
Aktywność katalazy (CAT) w płynie mózgowordzeniowym oznaczono metodą spektrofotometryczną przy długości fali ë = 240 nm wg Aebi«ego [9].
Metoda polega na pomiarze szybkości reakcji rozkładu nadtlenku wodoru katalizowanej przez katalazę.
Aktywność katalazy wyrażana jest stałą szybkości reakcji pierwszego rzędu (k).
Aktywność peroksydazy glutationowej (GPx))
w płynie mózgowo-rdzeniowym oznaczono za pomocą zestawu testowego Ransel - Glutathione Peroxidase firmy Randox metodą spektrofotometryczną przy
długości fali fali ë = 340 nm wg Paglia i Valentine
[10]. W metodzie tej GPx katalizuje reakcję utleniania glutationu (GSH) przez wodoronadtlenek kumenu.
Aktywność reduktazy glutationowej (GR) w płynie mózgowo-rdzeniowym oznaczono metodą spektrofotometryczną przy długości fali ë = 340 nm za
pomocą testu Glutathione Reductase firmy Randox
wg Goldberga i Spoonera [11]. W metodzie tej GR
katalizuje reakcję redukcji utlenionego glutationu
(GSSG) w obecności NADPH.
Omówienie wyników
W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono,
że obecne w materiale biologicznym antybiotyki tj.
cefotaksym i meropenem wpływają na aktywność enzymów antoksydacyjnych: SOD, CAT, GPx i GR.
Wpływ cefotaksymu na aktywność enzymów antyoksydacyjnych w płynie mózgowo-rdzeniowym pobranym od pacjenta A (seria I-III) przedstawiono na rycinie 1. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem stężenia
cefotaksymu w płynie mózgowo-rdzeniowym aktywność SOD rośnie, np. w serii III wzrostowi stężenia
antybiotyku od 14 do 241 mg/l towarzyszył 4-krotny
wzrost aktywności enzymu, przy jednoczesnym obniżeniu aktywności CAT o 93%, GPx o 77% oraz GR
o 75%.
Wyniki oznaczenia aktywności enzymów w płynie
mózgowo-rdzeniowym pobranym od pacjenta B (seria I-V) w zależności od stężenia meropenemu przedstawiono na rycinie 2. W badanych próbkach zaobserwowano, że wraz ze wzrostem stężenia meropenemu od 84 do 147 mg/l (seria V) podwyższa się 2krotnie aktywność SOD, przy jednoczesnym obniżeniu aktywności CAT o 77%, GPx o 77% oraz GR
o 21%.
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
'
Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywnoœæ enzymów antyoksydacyjnych ...
Nr 11-12/2007
Ryc.1. Zależność aktywności enzymów antyoksydacyjnych: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), katalazy
(CAT), peroksydazy glutationowej (GPx) i reduktazy glutationowej (GR) od stężenia cefotaksymu w płynie
mózgowo-rdzeniowym (seria I,II,III).
!
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
Nr 11-12/2007
Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywnoœæ enzymów antyoksydacyjnych ...
Ryc.2. Zależność aktywności enzymów antyoksydacyjnych: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), katalazy
(CAT), peroksydazy glutationowej (GPx) i reduktazy glutationowej (GR) od stężenia meropenemu w płynie
mózgowo-rdzeniowym (seria I,II,III,IV,V).
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
!
Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywnoœæ enzymów antyoksydacyjnych ...
Wykazany w badaniach wzrost aktywności dysmutazy ponadtlenkowej oraz obniżenie aktywności katalazy, peroksydazy i reduktazy glutationowej wraz ze
wzrostem stężenia cefotaksymu i meropenemu w płynie mózgowo-rdzeniowym świadczą o ochronnym
wpływie stosowanych antybiotyków >-laktamowych
na układ antyoksydacyjny organizmu.
We wcześniejszych badaniach prowadzonych
w Katedrze i Zakładzie Chemii i Analizy Leków nad
wpływem antybiotyków >-laktamowych na przebieg
procesu peroksydacji lipidów w płynie mózgowo-rdzeniowym u dzieci z wodogłowiem wykazano zależne
od stężenia leków obniżenie poziomu dialdehydu
malonowego jako końcowego produktu reakcji peroksydacji lipidów oraz wzrost całkowitego potencjału
antyoksydacyjnego [12].
Powyższe wyniki wskazują, że stosowane antybiotyki >-laktamowe wpływają na poziom enzymatycznych i nieenzymatycznych markerów w materiale biologicznym i świadczą o zmniejszeniu intensywności
procesu peroksydacji lipidów.
Wnioski
Wykazane w badaniach obniżenie aktywności CAT,
GPx i GR oraz wzrost aktywności SOD wraz ze wzrostem stężenia cefotaksymu i meropenemu w płynie
mózgowo-rdzeniowym świadczą o przeciwzapalnych
właściwościach stosowanych antybiotyków >-laktamowych, a w konsekwencji o obniżeniu stresu oksydacyjnego.
Podziêkowania
Autorzy pracy dziękują dr n.med. Jolancie Bafeltowskiej za oznaczenie stężeń antybiotyków w próbkach płynu mózgowo-rdzeniowego metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej.
Praca finansowana przez Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach w ramach badań własnych.
!
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
Nr 11-12/2007
Piœmiennictwo
1. Chaudiere J., Farrari-Iliou R.: Intracellular antioxidants; from chemical to biochemical mechanisms. Food Chem.Toxicol. 1999; 37:949-962.
2. Birkner E., Zalejska-Fiolka J., Antoszewski Z.: Aktywność enzymów antyoksydacyjnych i rola witamin
o charakterze antyoksydacyjnym w chorobie Alzheimera. Postępy Hig.Med. Dośw. 2004; 58: 264-269.
3. Bartosz G.: Druga twarz tlenu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003.
4. Rotim K. i wsp.: Reducing the incidence of infection in pediatric cerebrospinal fluid shunt operations, Child’s Nerv. Syst. 1997; 13: 584-587.
5. Nau R. i wsp.: Disposition and elimination of meropenem in cerebrospinal fluid of hydrocephalic
patients with external ventriculostomy, Antimicrob.
Agents Chemother. 1998; 42: 2012-2016.
6. Bafeltowska J.J. i.wsp.: Determination of cefotaxime and desacetylcefotaxime in cerebrospinal fluid by solid-phase extraction and high-performance liquid chromatography, J. Chromatogr.A 2002;
976: 249-254.
7. Bafeltowska J., Buszman E., Mandat K.: „Badania farmakokinetyczne imipenemu i meropenemu w płynie mózgowo-rdzeniowym u dzieci z wodogłowiem
z zakażeniami ośrodkowego układu nerwowego”.
Probl. Terapii Monit. 2001; 12 (Suppl.1): 21.
8. Beauchamp C., Fridovich J.: A mechanism for the
production of ethylene from methional. The generation of the hydroxyl radical by xantine oxidase.
J. Biol. Chem., 1970; 254: 4641-4646.
9. Aebi H.E.: Catalase. Hydrogen-peroxide: hydrogenperoxide oxidoreductase E.C. 1.11.1.6. W: Methods
of enzymatic analysis. Bergmeyer H.U. Ed., Verlag
Chemie, Weinheim 1983; Vol. 3, 273-286.
10.Paglia D.E., Valentine W.N.: Studies on the qualitative and quantitative characterization of erythrocyte glutathione peroxidase. J.Lab.Clin.Med.
1967; 70: 158-169.
11.Goldberg D.M., Spooner J.R.: Enzymes 1: oxidoreductases, transferases. Glutathione Reductase W:
Methods of enzymatic analysis. Bergmeyer H.U.
Ed.,: Verlag Chemie, Weinheim 1983; Vol 3,
s.258-265.
12.Radwańska-Wala B., Buszman E., Dybała R.: Wpływ
cefotaksymu i meropenemu na całkowity potencjał
antyoksydacyjny i proces peroksydacji lipidów
w płynie mózgowo-rdzeniowym u dzieci z wodogłowiem. Ann.Acad.Med.Siles. 2004; 58: 31-35.