Лечение

Примеры

Обратимый ингибитор

Соединения, которые действуют как конкурентные (англ.) или неконкурентные ингибиторы (англ.) холинэстеразы, наиболее вероятно найдут терапевтическое применение. Они включают в себя:

• Некоторые органофосфаты, не перечисленные ниже в разделе «Необратимые»
• Карбаматы
  • Физостигмин
  • Неостигмин
  • Пиридостигмин
  • Амбеноний
  • Демекариум (англ.)
  • Ривастигмин
• Производные фенантрена

  Галантамин

• Кофеин — неконкурентный (также антагонист аденозиновых рецепторов)
• Розмариновая кислота (англ.) — эфир кофейной кислоты. Встречается в растениях видов семейства Lamiaceae.
• Альфа-пинен (англ.) — неконкурентный обратимый
• Пиперидины

  Донепезил

• Такрин (англ.), также известный как тетрагидроаминоакридин (THA’)
• Эдрофониум (англ.)
• Гуперзин А
• Ладостигил (англ.)
• Унгеремин (англ.)
• Лактукопикрин (англ.)
• Акотиамид (англ.)
• Гибридные/битопные лиганды

Сравнительная таблица

Квазинеобратимый ингибитор

Соединения, которые действуют как квазинеобратимые ингибиторы (англ.) холинэстеразы, наиболее вероятно могут быть использованы в качестве химического оружия или пестицидов.

• Органофосфаты
  • Эхотиофат
  • ДФФ
  • Кадусафос
  • Хлорпирифос
  • Циклозарин
  • Дихлофос
  • Диметоат
  • Метрифонат (необратимый)
  • Зарин
  • Зоман
  • Табун
  • VX
  • VE
  • VG
  • VM
  • Диазинон
  • Малатион
  • Паратион
• Уретаны
  • Алдикарб
  • Бендиокарб
  • Буфенкарб
  • Карбарил
  • Карбендазим
  • Карбетамид
  • Карбофуран
  • Карбосульфан
  • Хлорбуфам
  • Хлорпрофам
  • Этиофенкарб
  • Форметанат
  • Метиокарб
  • Метомил
  • Оксамил
  • Фенмедифам
  • Пинмикарб
  • Пиримикарб
  • Пропамокарб
  • Propham
  • Пропоксур
• Атипичные ингибиторы
  • Онхидал
  • Кумарины

История

В 1867 году Адольф фон Байер определил структуры холина и ацетилхолина и синтезировал их обоих, назвав последний в своем исследовании « ацетилнейрин ». Холин является предшественником ацетилхолина. Вот почему Фредерик Уокер Мотт и Уильям Добинсон Халлибертон в 1899 году отметили, что инъекции холина снижают кровяное давление животных. Ацетилхолин был впервые отмечен как биологически активный в 1906 году, когда Рид Хант (1870–1948) и Рене де М. Таво обнаружили, что он снижает кровяное давление в исключительно малых дозах.

В 1914 году Артур Дж. Юинс первым извлек природный ацетилхолин. По просьбе Генри Халлетта Дейла он определил, что это загрязняющее вещество, снижающее кровяное давление, из некоторых экстрактов спорыньи Claviceps purpurea . Позже, в 1914 году, Дейл описал действие ацетилхолина на различные типы периферических синапсов, а также отметил, что он снижает кровяное давление кошек с помощью подкожных инъекций даже при дозах в один нанограмм .

Концепция нейротрансмиттеров была неизвестна до 1921 года, когда Отто Лоуи заметил, что блуждающий нерв выделяет вещество, подавляющее сердечную мышцу, когда он работал профессором в Университете Граца . Он назвал его vagusstoff («вещество блуждающего нерва»), отметил, что это структурный аналог холина, и предположил, что это ацетилхолин. В 1926 году Леви и Э. Навратил пришли к выводу, что соединение, вероятно, является ацетилхолином, поскольку вагусстофф и синтетический ацетилхолин теряли свою активность аналогичным образом при контакте с тканевыми лизатами , содержащими ферменты, разлагающие ацетилхолин (теперь известные как холинэстеразы ). Этот вывод получил широкое признание. Более поздние исследования подтвердили функцию ацетилхолина как нейромедиатора.

В 1936 г. Е. Х. Дейл и О. Лоуи разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за свои исследования ацетилхолина и нервных импульсов.

Побочные эффекты

Некоторые основные эффекты ингибиторов холинэстеразы:

• Действия по парасимпатической нервной системы , (далее парасимпатической ветви из вегетативной нервной системы ) может вызвать брадикардию , гипотензию , гиперсекреции , бронхоспазма , гиперподвижность желудочно — кишечного тракта , а также снизить внутриглазное давление , увеличение нижнего пищеводного сфинктера (LES) тон
• Холинергический криз .
• Воздействие на нервно-мышечный переход может привести к длительному сокращению мышц .
• Эффекты неостигмина на послеоперационную тошноту и рвоту противоречивы, и в клинической практике нет четкой связи, однако есть убедительные доказательства, подтверждающие снижение риска при применении антихолинергических агентов.

Назначение обратимых ингибиторов холиноэстеразы противопоказано тем, у кого есть задержка мочи из-за обструкции уретры .

Распределение

АХЭ обнаруживается во многих типах проводящих тканей: нервных и мышечных, центральных и периферических тканях, моторных и сенсорных волокнах, а также холинергических и нехолинергических волокнах. Активность AChE выше в двигательных нейронах, чем в сенсорных нейронах.

Ацетилхолинэстераза также обнаруживается на мембранах красных кровяных телец , где различные формы составляют антигены группы крови Yt . Ацетилхолинэстераза существует в нескольких молекулярных формах, которые обладают сходными каталитическими свойствами, но различаются по своей олигомерной сборке и способу прикрепления к поверхности клетки.

Механизм действия

Органофосфаты, такие как ТЭПФ и зарин, ингибируют холинэстеразы, ферменты, которые гидролизуют нейромедиатор ацетилхолин. Активный центр холинэстераз имеет два важных участка, а именно анионный участок и эстеразный участок. После связывания ацетилхолина с анионным участком холинэстеразы ацетильная группа ацетилхолина может связываться с эстеразным участком. Важными аминокислотными остатками в эстеразном участке являются глутамат, гистидин и серин. Эти остатки опосредуют гидролиз ацетилхолина.

Гидролиз ацетилхолина, катализированный холинэстеразой в эстеразном участке

В эстеразном участке ацетилхолин расщепляется, что приводит к образованию свободной холиновой части и ацетилированной холинэстеразы. Это ацетилированное состояние требует гидролиза для собственной регенерации.
Ингибиторы, подобные ТЭПФ, изменяют остаток серина в эстеразном участке холинэстеразы.

Механизм фосфорилирования, с помощью которого ингибируются холинэстеразы. Органофосфат сначала связывается с остатком серина в эстеразном участке холинэстеразы, а после превращения в молекулу фосфата он связывает остаток гистидина. Это приводит к занятию эстеразного участка и ингибированию расщепляющей активности холинэстеразы.

Данное фосфорилирование ингибирует связывание ацетильной группы ацетилхолина с эстеразным участком холинэстеразы. Поскольку ацетильная группа не может связывать холинэстеразу, ацетилхолин не может расщепляться. Таким образом, ацетилхолин останется нетронутым и будет накапливаться в синапсах. Это приводит к постоянной активации рецепторов ацетилхолина, что приводит к острым симптомам отравления, например, ТЭПФ. Фосфорилирование холинэстеразы ТЭПФ (или любым другим органофосфатом) необратимо. Это делает ингибирование холинэстеразы перманентным.

Холинэстераза необратимо фосфорилируется по следующей схеме реакции

E+PX↽−−⇀E−PX→k3EP+X{\displaystyle {\ce {E + PX <=> E-PX -> EP + X}}}

На этой схеме реакции E обозначает холинэстеразу, PX — молекулу ТЭПФ, E — PX — обратимую фосфорилированную холинэстеразу, k₃ — скорость реакции второй стадии, EP — фосфорилированную холинэстеразу, а X — уходящую группу ТЭПФ.

Необратимое фосфорилирование холинэстеразы происходит в два этапа. На первом этапе холинэстераза обратимо фосфорилируется. Эта реакция очень быстрая. Затем происходит вторая стадия. Холинэстераза образует очень стабильный комплекс с ТЭПФ, в котором ТЭПФ ковалентно связан с холинэстеразой. Текущая стадия является медленной реакцией. Но после данной стадии холинэстераза необратимо подавляется.

Зависящее от времени необратимое ингибирование холинэстеразы можно описать следующим уравнением.

lnEE=k3t1+KII{\displaystyle {\ce {ln{\frac {E}{E_{0}}}={\frac {k_{3}t}{1+{\frac {K_{I}}{I}}}}}}}

В этой формуле E — оставшаяся активность фермента, E — начальная активность фермента, t — временной интервал после смешивания холинэстеразы и ТЭПФ, K_I — константа диссоциации комплекса холинэстераза-ТЭПФ (E-PX) и I — концентрация ТЭПФ.

Механизм реакции и приведенная выше формула также совместимы с другими органофосфатами. Процесс происходит точно так же.

Кроме того, некоторые органофосфаты могут вызывать OPIDN (англ.) — отсроченную полинейропатию, индуцированную органофосфатами. Это заболевание, которое характеризуется дегенерацией аксонов в периферической и центральной нервной системе. Это заболевание проявится через несколько недель после заражения органофосфатами. Считается, что neuropathy target esterase (англ.)(NTE) зависит от органофосфата, который вызывает заболевание. Однако не найдено никаких доказательств, которые указывают на то, что ТЭПФ является одним из органофосфатов, которые могут вызывать OPIDN.

Структура и механизм фермента

Механизм действия AChe

AChE — это гидролаза, которая гидролизует эфиры холина. Она имеет очень высокую каталитическую активность-каждую молекулу АХЭ~D деградирует около 25000 молекул ацетилхолина (ACh) в секунду, приближаясь к пределу допускаемого диффузией из подложки . Активный сайт АХЭ~D состоит из 2-подузлов анионного сайта и эстеразный подузел. Структура и механизм действия AChE были выяснены из кристаллической структуры фермента.

Анионный субсайт содержит положительный четвертичный амин ацетилхолина, а также другие катионные субстраты и ингибиторы . Катионные субстраты связываются не отрицательно заряженной аминокислотой в анионном сайте, а взаимодействием 14 ароматических остатков, которые выстилают ущелье, ведущее к активному сайту. Все 14 аминокислот в ароматическом ущелье высоко консервативны у разных видов. Среди ароматических аминокислот триптофан 84 имеет решающее значение, и его замена на аланин приводит к снижению реакционной способности в 3000 раз. Ущелье проходит на полпути через фермент и имеет длину примерно 20 ангстрем . Активный центр расположен на расстоянии 4 ангстрем от дна молекулы.

Эстератический субсайт, где ацетилхолин гидролизуется до ацетата и холина, содержит каталитическую триаду из трех аминокислот: серин 200, гистидин 440 и глутамат 327. Эти три аминокислоты подобны триаде в других сериновых протеазах, за исключением того, что глутамат является третий член, а не аспартат . Более того, триада имеет противоположную хиральность по сравнению с другими протеазами. Реакция гидролиза карбоксилового эфира приводит к образованию ацилфермента и свободного холина . Затем ацил-фермент подвергается нуклеофильной атаке со стороны молекулы воды с помощью группы гистидина 440, высвобождая уксусную кислоту и регенерируя свободный фермент.

Виды и номенклатура

Двумя типами холинэстеразы являются ацетилхолинэстераза (ACHE) и бутирилхолинэстераза (BCHE). Разница между этими двумя типами связана с их предпочтениями в отношении субстратов : первый быстрее гидролизует ацетилхолин ; последний быстрее гидролизует бутирилхолин .

Термин холинэстераза иногда используется для обозначения конкретно бутирилхолинэстеразы, но это использование вызывает странность, поскольку холинэстераза и ложная холинэстераза ( псевдохолинэстераза ) в рамках этой схемы означают одно и то же (сбивает с толку), а ацетилхолинэстераза тогда называется истинной холинэстеразой, напротив, производя вторую странно, что холинэстераза и настоящая холинэстераза тогда не означают одно и то же. Но такое использование сейчас устарело; текущие однозначные названия и символы HGNC — это ацетилхолинэстераза (ACHE) и бутирилхолинэстераза (BCHE).

Период полувыведения BCHE составляет примерно от 10 до 14 дней. Уровни BCHE могут быть снижены у пациентов с запущенным заболеванием печени . Уменьшение должно быть более 75%, прежде чем произойдет значительное продление нервно-мышечной блокады сукцинилхолином .

Общие сведения

Окончания волокон, от которых медиатор ацетилхолин осуществляет передачу, именуются холинергическими. Кроме этого, существуют специальные элементы, с которыми он взаимодействует. Они называются холинорецепторами. Эти элементы представляют собой сложные молекулы белка – нуклеопротеиды. Рецепторы ацетилхолина отличаются тетрамерной структурой. Они локализуются на внешней поверхности плазматической (постсинаптической) мембраны. По своей природе эти молекулы неоднородны.

В экспериментальных исследованиях и в медицинских целях используется препарат «Ацетилхолин-хлорид», представленный в растворе для инъекций. Другие лекарственные средства на основе этого вещества не выпускаются. Существуют синонимы препарата: «Миохол», «Ацеколин», «Цитохолин».

Температурная зависимость кинетических характеристик АХЭ мембран синаптосом коры головного мозга при гипотермических состояниях

Концентрационные зависимости АХЭ при гипотермии 20 С приведены на рис.14 и табл.20. Исследование показало, что при всех исследованных концентрациях субстрата и температурах инкубации при гипотермии наблюдается снижение скорости гидролиза АТХ относительно контроля (рис. 1). Активность фермента снижается в оптимуме при 37 С на 21 %. Положение точки оптимума при гипотермии не меняется относительно контроля, составляя 0,5 мМ АТХ. При гипотермии по сравнению с контролем уменьшается степень субстратного ингибирования фермента, особенно при 30 и 37 С.

Максимальная скорость фермента (рис. 15а) при гипотермии заметно уменьшается (на 20%), однако характер температурной зависимости Vm при этом не изменяется

Обращает на себя внимание то, что на графике температурной зависимости Vm при гипотермии, так же как и в контроле, нет излома

Гипотермия 20 С существенно не изменяет значения Кт, однако температурная зависимость этого параметра заметно уменьшается (рис. 156, табл. 21)

Гипотермия 20 С существенно не влияет на температурную зависимость п„ (рис. 15в), однако, в целом степень кооперативности несколько уменьшилась. Как и при нормотермии в диапазоне температур 20 — 30 С наблюдается резкое изменение (увеличение) пн.

При гипотермии, как и в контроле, температурная зависимость скорости ферментативной реакции при концентрации субстрата 0,2 мМ представлена двумя нелинейными участками (рис.16, табл. 22) с точкой пересечения 22,3 С.

Km (б), пн (в): — контроль, о — гипотермия. Таблица 22 Температурная зависимость активности АХЭ мембран синаптосом коры головного мозга крыс при гипотермии 20 С (концентрация АТХ 0,2 мМ (М + m; n = 3))

В целом график температурной зависимости АХЭ при гипотермии проходит ниже такового при нормотермии: при этом почти не изменяются точка перегиба и углы наклона прямых температурной зависимости относительно контроля. В связи с этим термодинамические характеристики температурной зависимости при гипотермии также не подвергаются значительным изменениям (табл. 23).

Положение точки излома и энергия активации АХЭ мембран синаптосом коры головного мозга крыс при гипотермии (М + m; п = 3)

. Влияние зимней спячки на температурную зависимость кинетических характеристик АХЭ мембран синаптосом коры головного мозга сусликов.

Как видно из табл. 24 при зимней спячке активность АХЭ синаптосом, измеренная при температуре 37С и оптимальной концентрации субстрата (0,5 мМ) возрастает на 36 %, в то же время как при спонтанном пробуждении животных активность фермента снижается даже относительно контроля.

Исследование концентрационной зависимости скорости гидролиза АТХ ферментом контрольных сусликов выявило наличие оптимума при концентрации фермента примерно 1 мМ при всех исследованных температурах инкубации (рис. 17, табл. 25). Следует отметить, что при гибернации и спонтанном пробуждении наблюдается сдвиг Sopt в сторону меньших концентраций субстрата. Увеличение концентрации субстрата выше Sop{ снижает скорость гидролиза АТХ при всех исследованных состояниях.

Потенциальные полезные свойства ацетилхолина

Повышение уровня ацетилхолина было связано с несколькими потенциальными полезными эффектами в отношение здоровья.

Может помочь памяти и функции мозга

Исследования на животных и людях показывают, что более высокое потребление холина − предшественника ацетилхолина − может улучшить память у людей с проблемами с памятью.

В исследованиях на мышах пероральное введение холина в течение их жизни значительно улучшило память и уменьшило образование бета-амилоидных бляшек − соединения, связанного с развитием болезни Альцгеймера (, ).

Исследование, проведенное среди 2195 участников в возрасте 70–74 лет, показало, что у людей с более высоким уровнем холина в крови показатели памяти и обучения значительно выше, чем у людей с низким уровнем ().

Кроме того, добавки, которые ингибируют расщепление ацетилхолина, такие как бакопа монье, гинкго билоба и гуперзин A, были связаны с улучшением памяти и функции мозга (, , ).

Тем не менее исследование воздействия этих добавок на умственную деятельность является довольно новым. Прежде чем рекомендовать их для этой цели необходимы дополнительные исследования.

Может поддерживать психическое здоровье

Некоторые исследования показывают, что добавки-предшественники ацетилхолина могут помочь в лечении некоторых психических состояний.

Наблюдательное исследование с участием более 5900 участников показало, что низкие уровни холина в крови были связаны с более высоким риском возникновения тревоги. Тем не менее оно не нашло связи между уровнем холина в крови и депрессией ().

Другое исследование с участием 50 человек, страдающих депрессией, показало, что у людей, которые ежедневно в течение 6 недель принимали 200 мг цитиколина вместе с циталопрамом (лекарство от депрессии), имели менее тяжелые симптомы депрессии, чем те, кто принимал только лекарства от депрессии ().

Есть также некоторые свидетельства того, что бакопа монье и гинкго билоба могут помочь уменьшить симптомы тревоги, но необходимы дополнительные исследования на людях (, ).

Кроме того, добавки холина иногда используются для лечения симптомов у людей с биполярным расстройством. Однако исследования в этой области ограничены, и, прежде чем можно будет рекомендовать их для этой цели необходимы дополнительные исследования (, , , ).

Может поддержать здоровую беременность

Приблизительно 90–95% беременных женщин потребляют меньше холина, чем рекомендуемые суточные дозы ().

Существуют некоторые свидетельства того, что прием холина во время беременности может способствовать здоровому росту плода и улучшению его развития.

Одно исследование показало, что прием либо 480 мг, либо 930 мг холина в день в течение третьего триместра беременности значительно улучшил умственную функцию и память ребенка в 4, 7, 10 и 13 месяцев ().

Другое исследование, проведенное с участием 69 беременных женщин, которые употребляли много алкоголя, показало, что ежедневный прием 2 граммов холина с середины беременности до рождения значительно снижает воздействие алкоголя на психическую функцию ребенка ().

Несколько других исследований отметили, что более высокий уровень потребления холина во время беременности связан с более низким риском возникновения проблем с нервной трубкой у детей (, ).

Тем не менее другие исследования не обнаружили никакой связи между приемом холина матерью и развитием мозга плода или проблемами с нервной трубкой, поэтому необходимы дополнительные исследования (, ).

Другая потенциальная польза

Прием добавок холина, которые могут повысить уровень ацетилхолина, может принести также другую пользу при различных заболеваниях.

Однако связь между приемом холина и этими заболеваниями не совсем ясна, поэтому необходимы дополнительные исследования:

• Болезнь печени. Дефицит холина может вызвать заболевание печени, а более высокое потребление холина может быть связано с более низким риском заболеваний печени и рака печени (, , ).
• Болезнь сердца. Есть некоторые свидетельства того, что холин может снизить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта. Однако связь неясна, и другие исследования показывают смешанные результаты ().

Физиологические свойства

В малых дозах ацетилхолин является физиологическим передатчиком нервного возбуждения, а в больших дозах может блокировать передачу возбуждения.

На этот нейромедиатор влияет курение и употребление мухоморов.

Связь с дофамином

Дофамин – это один из факторов внутреннего подкрепления (ФВП), который выделяется при получении удовольствия. У него есть наркотические аналоги: амфетамин, экстази, эфедрин. Кокаин – ингибитор обратного захвата дофамина (делает, чтоб дофамина было больше). Резерпин блокирует накачку дофамина в пресинаптические везикулы.

Медиаторную роль играют разные вещества: норадреналин, дофамин, ацетилхолин, серотонин, g-аминомасляная кислота, глицин и др.

Некоторые – ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин – участвуют в передаче возбуждения в синапсах, другие – g-аминомасляная кислота, глицин, аденозин – тормозят межнейронную передачу.

Основными нейромедиаторами для периферической нервной системы являются норадреналин и ацетилхолин.

Дофамина больше у женщин, а у мужчин ацетилхолина, поэтому им больше свойственны некоторые болезни как инфаркт и язва. Также дофамина много у детей, может, поэтому они более счастливые.

Связь ацетилхолина с дофамином в том, что они антагонисты друг для друга. Дофамин возбуждает, ацетилхолин тормозит.

Ингибиторы

Ингибитор холинэстеразы (или «антихолинэстераза») подавляет действие фермента. Из-за своей основной функции химические вещества, которые препятствуют действию холинэстеразы, являются сильнодействующими нейротоксинами , вызывающими чрезмерное слюноотделение и слезотечение в низких дозах, за которыми следуют мышечные спазмы и, в конечном итоге, смерть (примерами являются некоторые змеиные яды , а также нервно-паралитические газы зарин и VX. ). Одним из противодействующих лекарств является пралидоксим . Было показано, что так называемые нервно-паралитические газы и многие вещества, используемые в инсектицидах, действуют путем объединения с остатком серина в активном центре ацетилхолинэстеразы, полностью подавляя фермент. Фермент ацетилхолинэстераза расщепляет нейромедиатор ацетилхолин, который выделяется в нервных и мышечных соединениях, чтобы позволить мышце или органу расслабиться. Результатом ингибирования ацетилхолинэстеразы является то, что ацетилхолин накапливается и продолжает действовать, так что любые нервные импульсы постоянно передаются, а сокращения мышц не прекращаются.

Среди наиболее распространенных ингибиторов ацетилхолинэстеразы — соединения на основе фосфора, которые предназначены для связывания с активным центром фермента . Структурными требованиями являются атом фосфора, несущий две липофильные группы, уходящую группу (например, галогенид или тиоцианат ) и концевой кислород . В статье о реактиве Лавессона есть некоторые подробности об одном подклассе соединений на основе фосфора.

Некоторые бензодиазепины , например темазепам, оказывают ингибирующее действие на холинэстеразу.

Уровни холинэстеразы можно использовать как косвенный маркер воздействия мышьяка.

Помимо биохимической войны , антихолинэстеразы также используются для отмены паралича, вызванного лекарствами, во время анестезии ; а также при лечении миастении , глаукомы и болезни Альцгеймера . Такие соединения используются для уничтожения насекомых в ряде продуктов, включая овечий соус , фосфорорганические пестициды и пестициды карбаматы . Помимо острого отравления, как описано выше, может произойти полуострое отравление, характеризующееся сильными психическими расстройствами. Кроме того, длительное воздействие может вызвать врожденные дефекты .

Сужение зрачка

Круговая мышца радужной оболочки, иннервируемая постганглионарными волокнами в глазодвигательном нерве, начинает усиленно сокращаться одновременно с ресничной. При этом имеет место расслабление цинновой связки. В результате возникает спазм аккомодации. Сужение зрачка, связанное с влиянием ацетилхолина, как правило, сопровождается понижением внутриглазного давления. Данный эффект частично обуславливается расширением оболочки в шлеммовом канале и фонтановых пространств на фоне миоза и уплощения радужной оболочки. Это способствует улучшению оттока жидкости из внутренних глазных сред.

Благодаря возможности понижать внутриглазное давление, как ацетилхолин, препараты на основе других подобных ему веществ используются при лечении глаукомы. К ним, в частности, относят антихолинэстеразные средства, холиномиметики.