Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywność enzymów
Transkrypt
Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywność enzymów
Wp³yw cefotaksymu i meropenemu na aktywnoæ enzymów antyoksydacyjnych w p³ynie mózgowo-rdzeniowym u dzieci z wodog³owiem Komórki macierzyste Zak³ócenie homeostazyoksydacyjnej Rodzaje i w³aciwoci hepatocytów... NiedocinienieNr 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 l¹ski 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, l¹ski 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 aktywnoæ 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 aktywnoæ 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 aktywnoæ 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 aktywnoæ 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 Pimiennictwo 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.