Направления применения ферментов в медицине

Оглавление

 

 

Введение

Ферменты используются живыми организмами для осуществления множества  химических реакций с высокой скоростью; они сохраняют свою активность не только в микропространстве клетки, но и вне организма.  В связи с этим ферменты нашли широкое применение в различных областях деятельности человека, включая промышленность и медицину. Изучением их строения, каталитических свойств  и механизмов действия занимается такой раздел биологической химии, как энзимология.

Достижения энзимологии используются в профилактике, диагностике и лечении болезней. Успешно развивается новое направление энзимологии – медицинская энзимология, которая имеет свои цели и задачи, специфические методологические подходы и методы исследования. Медицинская энзимология развивается по трем главным направлениям, хотя возможности применения научных достижений энзимологии в медицине теоретически безграничны, в частности в области энзимопатологии, энзимодиагностики и энзимотерапии.

В своём реферате я хочу раскрыть такую тему, как применение ферментов в качестве лекарственных средств, описать их роль в лечении различных заболеваний, а также действие на организм человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Направления применения ферментов в медицине

Современная медицина все шире использует ферменты в качестве перспективных средств медикаментозного лечения вследствие их исключительно высокой активности и специфичности.

Имеют место следующие направления применения ферментов в медицине:

1. заместительная терапия (устранение дефицита ферментов с целью компенсации врожденной или приобретенной функциональной недостаточности);
2. удаление нежизнеспособных, денатурированных структур, клеточных и тканевых фрагментов;
3. лечение келоидных рубцов;
4. лизис тромбов;
5. противовирусная терапия;
6. комплексная терапия злокачественных новообразований;
7. системная энзимотерапия.

Ферменты могут использоваться как самостоятельно (таблетки, порошки, аэрозоли, растворы), так и на носителе, т. е. в иммобилизованной форме (гели, мази, пасты). Иммобилизованные ферменты обладают пролонгированным эффектом.

 

1.1. Заместительная терапия

Жизнедеятельность каждого организма обеспечивается множеством химических реакций, катализируемых ферментами. Нарушение деятельности ферментов (ферментопатии или энзимопатии) лежат в основе  практически любого заболевания. В зависимости от причин выделяют несколько видов  энзимопатий. Прежде всего – это наследственные энзимопатии, в основе которых лежит наследственный дефект синтеза фермента.  Эти заболевания передаются по наследству и сопровождают больного в течение всей его жизни. В настоящее время выявлено около 1500 наследственных энзимопатий. Например, классическая фенилкетонурия  (нарушение синтеза фенилаланингидроксилазы, катализирующей превращение фенилаланина в тирозин) или болезнь Гоше (недостаточность лизосомального фермента глюкоцереброзидазы).  Другой причиной нарушения синтеза ферментов может быть недостаточность витаминов (активные формы которых являются коферментами) – алиментарная энзимопатия.   Недостаточность в пище тиамина (витамин В1) приведёт к нарушению энергетического обмена и снижению выработки АТФ вследствие снижения активности пируватдегидрогеназного и a-кетоглутаратдегидрогеназного мультиферментных комплексов.

Кроме того, любое заболевание приводит к нарушению функционирования клеток того или иного органа, сопровождающегося снижением синтеза ферментов. Например, воспаление поджелудочной железы сопровождается снижением синтеза и секреции пищеварительных ферментов – липазы, трипсина, химотрипсина, a-амилазы. Воспаление в слизистой желудка приведёт к снижению синтеза и секреции пепсина.

В настоящее время с целью заместительной терапии  наиболее широко применяются гидролитические ферменты. Пищеварительные ферменты, участвующие в переваривании белков (трипсин, химотрипсин), углеводов (a-амилаза), жиров (липаза), и их препараты широко применяются в качестве средств заместительной терапии при недостаточности секреции желудочных и кишечных желёз, поджелудочной  железы.  Гидролитические ферменты получают из слизистой оболочки желудка (абомин), поджелудочной железы крупно-рогатого скота (мезим форте, дигестал, панкреатин), грибов Penicillium  solitum (солизим), Aspergillus oryzae (ораза) или растений – семян чернушки дамасской и лютиковых (нигедаза), экстракта куркумы (панкурмен). В качестве заместительной терапии при нарушении функциональной активности желудочно-кишечного тракта применяют комбинированные препараты, имеющие в своём составе несколько ферментов, которые гидролизуют белки, жиры и углеводы.   К таким  препаратам относятся:  панзиформ форте (пепсин, амилаза, липаза, протеазы, катепсин, экстракт желчи), креон (амилаза, липаза, протеазы), мезим форте (амилаза, липаза, протеазы), фестал (липаза, амилаза, протеазы, гемицеллюлаза, компоненты желчи), дигестал (амилаза, липаза, протеазы, экстракт желчи, гемицеллюлаза).

Растительные липолитические ферменты (препарат нигедаза), растворимы в кишечнике, что обеспечивает полное сохранение активности при нормальной или повышенной кислотности желудочного сока и частично (примерно наполовину) – при сниженной кислотности желудочного сока. Амилолитические и протеолитические ферменты грибов (препарат ораза), также не разрушаются в желудочном соке, сохраняя ферментативные активности в кишечнике.

Другая область применения заместительной терапии – это лечение заболеваний, связанных с наследственными энзимопатиями. Это заболевания врожденные, при которых нарушен синтез каких-либо ферментов. Эти патологии обычно чрезвычайно тяжелые, дети с наследственным отсутствием какого-либо фермента живут недолго, страдают тяжелыми умственными и расстройствами, отсталостью физического и умственного развития. Заместительная терапия иногда может помочь преодолеть эти нарушения. Однако существуют значительные трудности, связанные с доставкой фермента в клетки и органеллы  - к месту его работы.  Эти трудности успешно преодолены в лечении болезни Гоше, в основе  развития которой лежит наследственная недостаточность лизосомального фермента b-глюкоцереброзидазы (катализирует гидролиз глюкоцереброзида до глюкозы и церамида и предупреждает его накопление в макрофагах). Так  как макрофаги являются клетками, способными к фагоцитозу, то рекомбинантная макрофагнацеленная b-глюкоцереброзидаза (имиглуцераза, церезим) попадает в клетки и лизосомы  путём эндоцитоза. Для лечении наследственного заболевания – болезни Фабри используется a-галактозидаза, недостаточность данного лизосомального фермента лежит в основе этого заболевания. В результате сниженного синтеза a-галактозидазы нарушается катаболизм гликолипидов в лизосомах.

 

1.2.Удаление некротирующих тканей

В хирургической, стоматологической практике широко используются ферменты с целью удаления нежизнеспособных, денатурированных структур, клеточных и тканевых фрагментов. В этих случаях  применяют гидролитические ферменты, в основном протеиназы такие, как трипсин, химотрипсин и др. Трипсин представляет собой фермент, разрывающий пептидные связи в молекуле белка. Расщепляет также высокомолекулярные продукты распада белков, полипептиды типа пептонов, а также некоторые низкомолекулярные пептиды, содержащие определенные аминокислоты (аргинин, лизин). Фермент активен при рН 5,0 - 8,0 с оптимумом активности при рН 7,0. Для применения в медицинской практике трипсин получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота.

Применение трипсина в медицинской практике основано на его способности, расщеплять при местном воздействии некротизированные ткани и фибринозные образования, разжижать вязкие секреты, экссудаты, сгустки крови. Энзиматический лизис является методом избирательного удаления нежизнеспособных тканей. Такое направленное действие протеиназ объясняется тем, что в живых тканях находятся специфические и неспецифические  ингибиторы, тормозящие действие протеолитических ферментов. В связи с этим высокоочищенные кристаллические препараты протеиназ используются как эффективные противовоспалительные средства. Таким образом, по отношению к здоровым тканям фермент неактивен и безопасен.

Трипсин применяют как вспомогательное средство для облегчения удаления вязких секретов и экссудатов при воспалительных заболеваниях дыхательных путей (трахеиты, бронхиты, бронхоэктатическая болезнь, пневмонии и др.). В этих случаях препарат применяют для ингаляции (в виде аэрозоля) и внутримышечно.  Препарат можно вводить и внутриплеврально. Трипсин вызывает разжижение мокроты и облегчает ее выделение. После ингаляций необходимо обеспечить возможно более полное удаление мокроты (откашливанием или отсасыванием).

Для лечения ожогов, пролежней, гнойных ран трипсин применяют местно. Для этого разработаны специальные лекарственные формы трипсина, иммобилизованного на специальных полимерных основах (полотне). Химотрипсин также является протеолитическим ферментом, получаемым из поджелудочной железы убойного скота.  В соке поджелудочной железы содержится в неактивном состоянии в виде химотрепсиногена (химотрипсиноген А и В), который активируется под влиянием трипсина, причем из химотрипсиногена А образуется ряд форм: a-, b-, g-, s- и p-химотрипсины, а из химотрипсиногена В - химотрипсин В. Все формы химотрипсина близки по ферментативным свойствам, но отличаются активностью. Практическое значение в качестве лекарственного средства в настоящее время имеет a-химотрипсин, который выпускается под названием "химотрипсин кристаллический".

Подобно трипсину гидролизует белки и пептоны с образованием относительно низкомолекулярных пептидов. От трипсина отличается тем, что расщепляет преимущественно связи, образованные остатками ароматических аминокислот (тирозин, триптофан, фенилаланин, метионин). В некоторых случаях химотрипсин производит более глубокий гидролиз белка, чем трипсин. Отличается от трипсина также тем, что вызывает свертывание молока. Более стоек, чем трипсин, и медленнее инактивируется. 

Применение химотрипсина (как и трипсина) в медицинской практике основано на специфической способности расщеплять при местном воздействии некротизированные ткани и фибринозные образования, разжижать вязкие секреты и экссудаты, а при внутримышечном введении оказывать противовоспалительное действие.

Коллагеназа – является ещё одним протеолитическим ферментов животного происхождения, который применяется в медицинской практике. Ферментный препарат  получают из поджелудочной железы убойного скота. Коллагеназа обладает протеолитической активностью; влияя преимущественно на коллагеновые волокна, способствует расплавлению струпов и некротических тканей. Применяют местно для ускорения отторжения струпов и некротизированных тканей после ожогов и отморожений; при трофических язвах для очищения от гнойно-некротических налетов.

В медицинской практике используют растительные протеолитические ферменты, получаемые из млечного сока дынного дерева, или папайи - папин, химопапаин А и В, пептидазы А и В.  К препаратам, содержащим растительные протеолитические ферменты относят карпазин и лекозим (содержит также лизоцим – муколитический фермент). Карипазин расщепляет некротизированные ткани, разжижает вязкий секрет, экссудат, его применяют при ожогах для ускорения отторжения струпьев и для очищения гранулирующих ран от гнойно-некротических масс. В отличие от карипазина, лекозим применяют не только местно, но и парентерально. Лекозим нашел применение в ортопедической и травматологической практике (при остеохондрозе позвоночника, посттравматических контрактурах, для санации свищей и др.); в нейрохирургической практике (патология позвоночника, рубцово-спаечные изменения после травмы периферических нервов и др.); в офтальмологической практике (для рассасывания экссудатов, при помутнениях роговицы, помутнении стекловидного тела и др.). Применяют лекозим в виде инъекций, глазных капель, методом электрофореза.

Нашли своё применение и бактериальные протеолитические ферменты, которые характеризуются поразительно широкой специфичностью  или даже полным отсутствием какой бы то ни было специфичности. Некоторые бактериальные протеазы расщепляют  около 80% всех пептидных связей  в белках.  Широко  используют в медицине щелочные протеиназы Bac. Subtilis – субтилизины, поскольку они гидролизуют белки глубже и с большей скоростью, чем многие другие протеиназы, в том числе и животного происхождения. Иммобилизация ферментов на аминоцеллюлозе (препарат профезим) обеспечивает пролонгированность действия. Субтилизины обладает способностью гидролизовать денатурированные белки, оказывая некролитический эффект.

Кроме бактериальных протеиназ в медицинской практике используются протеолитические ферменты грибов, также обладающие широкой специфичностью. Террилитин – препарат протеолитического действия, являющийся продуктом жизнедеятельности плесневого гриба Аspergillus terriсоlа. Также применяют модифицированную форму лекарственную форму террилитина, получаемую путем присоединения террилитина к полиглюкину (препарат терридеказа). Применяют наружно для лечения гнойных ран, пролежней, трофических язв.

В состав лекарственных препаратов входят также гидролитические ферменты нуклеазы, разрушающие ДНК и РНК. Дезоксирибонуклеаза гидролизует (деполимеризует) ДНК с образованием дезоксирибонуклеотидов. Для медицинского применения получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота. Дезоксирибонуклеаза используют для лечения гнойно-некротических процессов, вызванных, в основном, вирусами, так как фермент вызывает деполимеризацию и разжижение гноя. Применяют при воспалительных заболеваниях, вызванных вирусами (вирус герпеса, аденовирус) для уменьшения вязкости и улучшения эвакуации гноя.

Рибонуклеаза обладает специфической способностью деполимеризовать РНК до кислоторастворимых моно- и олигонуклеотидов.  Ферментный препарат также получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота.  Препарат способен разжижать гной, слизь, вязкую и густую мокроту. Основные показания к применению рибонуклеазы такие же, как для трипсина кристаллического.

 

1.3. Применение  ферментов в лечении келоидных  рубцов

В медицинской практике успешно применяют гликозидазы, к которым относится гиалуронидаза (специфический субстрат – гиалуроновая кислота). Гиалуроновая кислота является мукополисахаридом, в состав которого входят  ацетилглюкозамин и глюкуроновая кислота. Гиалуроновая кислота обладает высокой вязкостью. Её биологическое значение заключается главным образом в том, что она является цементирующим веществом соединительной ткани. Гиалуронидаза вызывает распад  гиалуроновой кислоты и, тем самым, уменьшает её вязкость. В результате повышается проницаемость тканей и облегчается движение жидкостей в межтканевых пространствах. Гиалуронидаза содержится в разных тканях организма.  Соотношением «гиаулороновая кислота – гиалуронидаза» в значительной степени регулируется проницаемость тканей. Действие фермента носит обратимый характер. При уменьшении её концентрации вязкость гиалуроновой кислоты восстанавливается.  Таким образом, гиалуронидаза может применяться для временного уменьшения вязкости гиалуроновой кислоты.

Противовоспалительное действие различных лекарственных средств (салицилатов, производных пиразолона, глюкокортикоидов, стероидов и др.) частично связано с их способностью уменьшать активность гиалуронидазы. Наоборот, действие некоторых веществ, вызывающих повышение проницаемости (например, пчелиного и змеиного яда), связано отчасти с наличием в них гиалуронидазы.