Механизм действия и применение ксенона, корректировка аутистически-подобного поведения и симптомов аутизма у крыс
Ключевые слова
ксенон
инертный газ
ксенон в медицине
свойства ксенона
механизм действия ксенона
аутизм
РАС
Аннотация
Ксенон — инертный газ, обладающий широким спектром действия на организм человека и животных. В последние годы он используется во многих областях медицины, а также стал предметом исследования многих научных работ. В данной работе будет обобщена имеющаяся информация о ксеноне. В настоящее время известен основной механизм действия газа на организм — снижение активности NMDA-рецептора. Оно лежит в основе большинства эффектов инертного газа. Продолжающееся изучение механизмов действия ксенона выявило ряд киназных каскадов, обеспечивающих протекторные свойства газа. Также была показана эффективность ксеноновых ингаляций в качестве наркоза во время операций, при транспланталогии органов, а также для снижения болевых синдромов. Новой областью применения инертного газа может стать корректировка симптомов психо-нейродегенеративных заболеваний, в частности аутизма. Для пациентов с расстройством аутистического спектра характерно наличие гипервозбудимости и повышенной тревожности, нарушение социального взаимодействия. Применение ингаляций ксенона способствует нормализации аутистически-подобного поведения животных с вальпроатной моделью аутизма.
1. Andrijchenko N. N., Ermilov A. Y., Khriachtchev L. et al. Toward molecular mechanism of xenon anesthesia: A link to studies of xenon complexes with small aromatic molecules // Journal of Physical Chemistry A. 2015. Vol. 119, № 11. P. 2517—2521.
2. Banks P., Franks N. P., Dickinson R. Competitive inhibition at the glycine site of the n-methyl-d-aspartate receptor mediates xenon neuroprotection against hypoxia-ischemia // Anesthesiology.2010. Vol. 112, № 3. P. 614—622. doi: 10.1097/ALN.0b013e3181cea398.
3. Baufreton J., Milekovic T., Li Q. et al. Inhaling xenon ameliorates l-dopa-induced dyskinesia in experimental parkinsonism // Movement Disorders. 2018. Vol. 33, № 10. P. 1632. doi: 10.1002/mds.27404.
4. Broek J. A. C., Brombacher E., Stelzhammer V., Guest P. C. et al. The need for a comprehensive molecular characterization of autism spectrum disorders // International Journal of Neuropsychopharmacology. 2014. Vol. 17, № 4. P. 651—673. doi: 10.1017/S146114571300117X.
5. Cullen S. C., Gross E. G. The anesthetic properties of xenon in animals and human beings, with additional observations on krypton // Science. 1951. Vol. 113, № 2942. P. 580—582. doi: 10.1126/science.113.2942.580.
6. Dickinson R., Peterson B. K., Banks P. et al. Competitive inhibition at the glycine site of the N-methyl-D-aspartate receptor by the anesthetics xenon and isoflurane: Evidence from molecular modeling and electrophysiology // Anesthesiology. 2007. Vol. 107, № 5. P. 756—767. doi: 10.1097/01.anes.0000287061.77674.71.
7. Dobrovolsky A. P., Gedzun V. R., Bogin V. I. et al. Beneficial effects of xenon inhalation on behavioral changes in a valproic acid-induced model of autism in rats // Journal of Translational Medicine. 2019. Vol. 17, № 1. P. 1—15. doi: 10.1186/s12967-019-02161-6.
8. Dosman C. F., Brian J. A., Drmic I. E. et al. Children With Autism: Effect of Iron Supplementation on Sleep and Ferritin // Pediatric Neurology. 2007. Vol. 36, № 3. P. 152—158. doi: 10.1016/j.pediatrneurol.2006.11.004.
9. Franks N. P., Dickinson R., De Sousa S. L. M. et al. How does xenon produce anaesthesia? // Nature. 1998. Vol. 396, № 6709. P. 324. doi: 10.1038/24525.
10. Giacalone M., Abramo A., Giunta F., Forfori F. Xenon-related analgesia: A new target for pain treatment // Clinical Journal of Pain. 2013. Vol. 29, № 7. P. 639—643. doi: 10.1097/AJP.0b013e31826b12f5.
11. Grebenchikov O. A., Molchanov I. V., Shpichko A. I. et al. Neuroprotective Properties of Xenon According to Experimental Studies // Russian Sklifosovsky Journal “Emergency Medical Care.” 2020. Vol. 9, № 1. P. 85—95. https://doi.org/10.23934/2223-9022-2020-9-1-85-95.
12. Harris K., Armstrong S. P., Campos-Pires R. et al. Neuroprotection against traumatic brain injury by xenon, but not argon, is mediated by inhibition at the n-methyl-d-aspartate receptor glycine site // Anesthesiology. 2013. Vol. 119, № 5. P. 1137— 1148. doi: 10.1097/ALN.0b013e3182a2a265.
13. Jin Z., Piazza O., Ma D. et al. Xenon anesthesia and beyond: pros and cons // Minerva Anestesiologica. 2019. Vol. 85, № 1. P. 83—89. doi: 10.23736/S0375-9393.18.12909-9.
14. Kim K. C., Gonzales E. L., Lázaro M. T. et al. Clinical and Neurobiological Relevance of Current Animal Models of Autism Spectrum Disorders // Biomolecules & Therapeutics. 2016. Vol. 24, № 3. P. 207—243. doi: 10.4062/biomolther.2016.061.
15. Kostina O. V. The role of iron in the pathogenesis of autism spectrum disorders in children // Voprosy Sovremennoi Pediatrii — Current Pediatrics. 2018. Vol. 17, № 4. P. 281—286. doi: 10.15690/vsp.v17i4.1920.
16. Lavaur J., Lemaire M., Pype J. et al. Xenon-mediated neuroprotection in response to sustained, low-level excitotoxic stress // Cell Death Discovery. 2016. Vol. 2, № 1. P. 1—9. https://doi.org/10.1038/cddiscovery.2016.18.
17. Lee E. J., Choi S. Y., Kim E. NMDA receptor dysfunction in autism spectrum disorders // Current Opinion in Pharmacology. 2015. Vol. 20. P. 8—13. doi: 10.1016/j.coph.2014.10.007.
18. Lim C. S., Kim M. J., Choi J. E. et al. Dysfunction of NMDA receptors in neuronal models of an autism spectrum disorder patient with a DSCAM mutation and in Dscam-knockout mice // Molecular Psychiatry. 2021. Vol. 26, № 12. P. 7538—7549. doi: 10.1038/s41380-021-01216-9.
19. Ma D., Lim T., Xu J. et al. Xenon Preconditioning Protects against Renal Ischemic-Reperfusion Injury via HIF-1α Activation // Journal of the American Society of Nephrology. 2009. Vol. 20, № 4. P. 713—720. doi: 10.1681/ASN.2008070712.
20. Molofsky A. V., Krenick R., Ullian E. et al. Astrocytes and disease: a neurodevelopmental perspective // Genes & Development. 2012. Vol. 26, № 9. P. 891—907. doi: 10.1101/gad.188326.112.
21. Petrenko A. B., Yamakura T., Sakimura K., Baba H. Defining the role of NMDA receptors in anesthesia: Are we there yet? // In European Journal of Pharmacology. 2014. Vol. 723, № 1. P. 29—37. doi: 10.1016/j.ejphar.2013.11.039.
22. Randall M., Egberts K. J., Samtani A. et al. Diagnostic tests for autism spectrum disorder (ASD) in preschool children // The Cochrane Database of Systematic Reviews. 2018. Vol. 7, № 7. doi: 10.1002/14651858.CD009044.pub2.
23. Vyklicky V., Korinek M., Smejkalova T. et al. Structure, Function, and Pharmacology of NMDA Receptor Channels // Physiol. Res. 2014. Vol. 63. P. 191—203. doi: 10.33549/physiolres.932678.
24. Wilhelm S., Ma D., Maze M., Franks N. P. Effects of xenon on in vitro and in vivo models of neuronal injury // Anesthesiology. 2002. Vol. 96, № 6. P. 1485—1491. doi: 10.1097/00000542-200206000-00031.
25. Yin H., Chen Z., Zhao H. et al. Noble gas and neuroprotection: From bench to bedside // Frontiers in Pharmacology. 2022. Vol. 13, P. 1—15. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.1028688.
26. Zhang J., Liu W., Bi M. et al. Noble Gases Therapy in Cardiocerebrovascular Diseases: The Novel Stars? // Frontiers in Cardiovascular Medicine. 2022. Vol. 9. P. 1—14. doi: 10.3389/fcvm.2022.802783.
27. Zhao H., Watts H. R., Chong M. et al. Xenon Treatment Protects Against Cold Ischemia Associated Delayed Graft Function and Prolongs Graft Survival in Rats // American Journal of Transplantation. 2013. Vol. 13, № 8. P. 2006—2018. doi: 10.1111/ajt.12293.
28. Zhao H., Huang H., Ologunde R. et al. Xenon Treatment Protects against Remote Lung Injury after Kidney Transplantation in Rats // Anesthesiology. 2015. Vol. 122, № 6. P. 1312—1326. doi: 10.1097/ALN.0000000000000664.
29. Абузарова Г. Р., Хороненко В. Э., Сарманаева Р. Р., Кузнецов С. В. Рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование ингаляций ксенона в терапии хронической боли в онкологии // Annals of Critical Care. 2020. Vol. 4, № 4. P. 48—57. doi: 10.21320/1818-474X-2020-4-48-57. EDN: JQXMGK.
30. Багаев В. Г., Раушенбах Н. Г., Митиш В. А. и др. Обезболивание ксеноном в лечении обширных ран у детей // Медицинский Алфавит. 2021. Т. 10, № 25. С. 52—57. doi: 10.33667/2078-5631-2021-25-52-57. EDN: VQTNZT.
31. Бубеев Ю. А., Котровская Т. И., Кальманов А. С. Ксеноново-кислородная газовая ингаляция для коррекции негативных последствий стресса // Материалы конференции анестезиологов-реаниматологов медицинских учереждений МО РФ. 2008. С. 4—8.
32. Буров Н. Е., Потапов В. Н., Молчанов И. В. и др. Наркоз ксеноном: практические рекомендации. М., 2003.
33. Бухтияров И. В., Кальманов А. С., Кисляков Ю. Ю и др. Исследование возможности применения ксенона в тренировочном процессе для коррекции функционального состояния спортсменов // Научно-Практический Журнал. 2010. С. 22—29. EDN: MUUTMV.
34. Игошина Т. В., Котровская Т. И., Бубеев Ю. А. и др. Применение ингаляции субнаркотических доз ксенона в санаторном лечении посттравматических стрессовых расстройств // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2014. Т. 48, № 5. С. 58—63. EDN: SZAVYV.
35. Милутинович К. С., Котова М. М., Гедзун В. Р. Исследование воздействия ксенона на крыс в модели постнатального введения вальпроата натрия : материалы междунар. молодежного науч. форума «Ломоносов-2019» / под ред. И. А. Алешковский, А. В. Андриянов, Е. А. Антипов. 2019. С. 15.
36. Мясникова В. В., Сахнов С. Н., Романов А. В. Цитопотективное действие ксенона // Современные Проблемы Науки и Образования. 2023. Т. 1, № 1. С. 74—75. https://doi.org/10.17513/spno.32446.
37. Назаров Е. И. Озоновая, ксеноновая и озоно-ксеноновая терапия. Обзор // Вестник Физиотерапии и Курортологии. 2016. Т. 22, № 2. С. 124—167. EDN: YSEKZD.
38. Рыспекова Н., Нурмухамбетов А. Н., Балабекова М. К., Аканов А. А. Современные молекулярные механизмы адаптации к гипоксии (обзор литературы) // Фундаментальная Медицина. 2013. Т. 5, № 1. С. 183—189.
39. Ярыгин Н. В., Шомина Е. А. Применение ксенона в медицинской практике (обзор литературы) // Практическая Медицина. 2022. Т. 20, № 4. С. 171—176. doi: 10.32000/2072-1757-2022-4-171-176. EDN: EVVOBE.
2. Banks P., Franks N. P., Dickinson R. Competitive inhibition at the glycine site of the n-methyl-d-aspartate receptor mediates xenon neuroprotection against hypoxia-ischemia // Anesthesiology.2010. Vol. 112, № 3. P. 614—622. doi: 10.1097/ALN.0b013e3181cea398.
3. Baufreton J., Milekovic T., Li Q. et al. Inhaling xenon ameliorates l-dopa-induced dyskinesia in experimental parkinsonism // Movement Disorders. 2018. Vol. 33, № 10. P. 1632. doi: 10.1002/mds.27404.
4. Broek J. A. C., Brombacher E., Stelzhammer V., Guest P. C. et al. The need for a comprehensive molecular characterization of autism spectrum disorders // International Journal of Neuropsychopharmacology. 2014. Vol. 17, № 4. P. 651—673. doi: 10.1017/S146114571300117X.
5. Cullen S. C., Gross E. G. The anesthetic properties of xenon in animals and human beings, with additional observations on krypton // Science. 1951. Vol. 113, № 2942. P. 580—582. doi: 10.1126/science.113.2942.580.
6. Dickinson R., Peterson B. K., Banks P. et al. Competitive inhibition at the glycine site of the N-methyl-D-aspartate receptor by the anesthetics xenon and isoflurane: Evidence from molecular modeling and electrophysiology // Anesthesiology. 2007. Vol. 107, № 5. P. 756—767. doi: 10.1097/01.anes.0000287061.77674.71.
7. Dobrovolsky A. P., Gedzun V. R., Bogin V. I. et al. Beneficial effects of xenon inhalation on behavioral changes in a valproic acid-induced model of autism in rats // Journal of Translational Medicine. 2019. Vol. 17, № 1. P. 1—15. doi: 10.1186/s12967-019-02161-6.
8. Dosman C. F., Brian J. A., Drmic I. E. et al. Children With Autism: Effect of Iron Supplementation on Sleep and Ferritin // Pediatric Neurology. 2007. Vol. 36, № 3. P. 152—158. doi: 10.1016/j.pediatrneurol.2006.11.004.
9. Franks N. P., Dickinson R., De Sousa S. L. M. et al. How does xenon produce anaesthesia? // Nature. 1998. Vol. 396, № 6709. P. 324. doi: 10.1038/24525.
10. Giacalone M., Abramo A., Giunta F., Forfori F. Xenon-related analgesia: A new target for pain treatment // Clinical Journal of Pain. 2013. Vol. 29, № 7. P. 639—643. doi: 10.1097/AJP.0b013e31826b12f5.
11. Grebenchikov O. A., Molchanov I. V., Shpichko A. I. et al. Neuroprotective Properties of Xenon According to Experimental Studies // Russian Sklifosovsky Journal “Emergency Medical Care.” 2020. Vol. 9, № 1. P. 85—95. https://doi.org/10.23934/2223-9022-2020-9-1-85-95.
12. Harris K., Armstrong S. P., Campos-Pires R. et al. Neuroprotection against traumatic brain injury by xenon, but not argon, is mediated by inhibition at the n-methyl-d-aspartate receptor glycine site // Anesthesiology. 2013. Vol. 119, № 5. P. 1137— 1148. doi: 10.1097/ALN.0b013e3182a2a265.
13. Jin Z., Piazza O., Ma D. et al. Xenon anesthesia and beyond: pros and cons // Minerva Anestesiologica. 2019. Vol. 85, № 1. P. 83—89. doi: 10.23736/S0375-9393.18.12909-9.
14. Kim K. C., Gonzales E. L., Lázaro M. T. et al. Clinical and Neurobiological Relevance of Current Animal Models of Autism Spectrum Disorders // Biomolecules & Therapeutics. 2016. Vol. 24, № 3. P. 207—243. doi: 10.4062/biomolther.2016.061.
15. Kostina O. V. The role of iron in the pathogenesis of autism spectrum disorders in children // Voprosy Sovremennoi Pediatrii — Current Pediatrics. 2018. Vol. 17, № 4. P. 281—286. doi: 10.15690/vsp.v17i4.1920.
16. Lavaur J., Lemaire M., Pype J. et al. Xenon-mediated neuroprotection in response to sustained, low-level excitotoxic stress // Cell Death Discovery. 2016. Vol. 2, № 1. P. 1—9. https://doi.org/10.1038/cddiscovery.2016.18.
17. Lee E. J., Choi S. Y., Kim E. NMDA receptor dysfunction in autism spectrum disorders // Current Opinion in Pharmacology. 2015. Vol. 20. P. 8—13. doi: 10.1016/j.coph.2014.10.007.
18. Lim C. S., Kim M. J., Choi J. E. et al. Dysfunction of NMDA receptors in neuronal models of an autism spectrum disorder patient with a DSCAM mutation and in Dscam-knockout mice // Molecular Psychiatry. 2021. Vol. 26, № 12. P. 7538—7549. doi: 10.1038/s41380-021-01216-9.
19. Ma D., Lim T., Xu J. et al. Xenon Preconditioning Protects against Renal Ischemic-Reperfusion Injury via HIF-1α Activation // Journal of the American Society of Nephrology. 2009. Vol. 20, № 4. P. 713—720. doi: 10.1681/ASN.2008070712.
20. Molofsky A. V., Krenick R., Ullian E. et al. Astrocytes and disease: a neurodevelopmental perspective // Genes & Development. 2012. Vol. 26, № 9. P. 891—907. doi: 10.1101/gad.188326.112.
21. Petrenko A. B., Yamakura T., Sakimura K., Baba H. Defining the role of NMDA receptors in anesthesia: Are we there yet? // In European Journal of Pharmacology. 2014. Vol. 723, № 1. P. 29—37. doi: 10.1016/j.ejphar.2013.11.039.
22. Randall M., Egberts K. J., Samtani A. et al. Diagnostic tests for autism spectrum disorder (ASD) in preschool children // The Cochrane Database of Systematic Reviews. 2018. Vol. 7, № 7. doi: 10.1002/14651858.CD009044.pub2.
23. Vyklicky V., Korinek M., Smejkalova T. et al. Structure, Function, and Pharmacology of NMDA Receptor Channels // Physiol. Res. 2014. Vol. 63. P. 191—203. doi: 10.33549/physiolres.932678.
24. Wilhelm S., Ma D., Maze M., Franks N. P. Effects of xenon on in vitro and in vivo models of neuronal injury // Anesthesiology. 2002. Vol. 96, № 6. P. 1485—1491. doi: 10.1097/00000542-200206000-00031.
25. Yin H., Chen Z., Zhao H. et al. Noble gas and neuroprotection: From bench to bedside // Frontiers in Pharmacology. 2022. Vol. 13, P. 1—15. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.1028688.
26. Zhang J., Liu W., Bi M. et al. Noble Gases Therapy in Cardiocerebrovascular Diseases: The Novel Stars? // Frontiers in Cardiovascular Medicine. 2022. Vol. 9. P. 1—14. doi: 10.3389/fcvm.2022.802783.
27. Zhao H., Watts H. R., Chong M. et al. Xenon Treatment Protects Against Cold Ischemia Associated Delayed Graft Function and Prolongs Graft Survival in Rats // American Journal of Transplantation. 2013. Vol. 13, № 8. P. 2006—2018. doi: 10.1111/ajt.12293.
28. Zhao H., Huang H., Ologunde R. et al. Xenon Treatment Protects against Remote Lung Injury after Kidney Transplantation in Rats // Anesthesiology. 2015. Vol. 122, № 6. P. 1312—1326. doi: 10.1097/ALN.0000000000000664.
29. Абузарова Г. Р., Хороненко В. Э., Сарманаева Р. Р., Кузнецов С. В. Рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование ингаляций ксенона в терапии хронической боли в онкологии // Annals of Critical Care. 2020. Vol. 4, № 4. P. 48—57. doi: 10.21320/1818-474X-2020-4-48-57. EDN: JQXMGK.
30. Багаев В. Г., Раушенбах Н. Г., Митиш В. А. и др. Обезболивание ксеноном в лечении обширных ран у детей // Медицинский Алфавит. 2021. Т. 10, № 25. С. 52—57. doi: 10.33667/2078-5631-2021-25-52-57. EDN: VQTNZT.
31. Бубеев Ю. А., Котровская Т. И., Кальманов А. С. Ксеноново-кислородная газовая ингаляция для коррекции негативных последствий стресса // Материалы конференции анестезиологов-реаниматологов медицинских учереждений МО РФ. 2008. С. 4—8.
32. Буров Н. Е., Потапов В. Н., Молчанов И. В. и др. Наркоз ксеноном: практические рекомендации. М., 2003.
33. Бухтияров И. В., Кальманов А. С., Кисляков Ю. Ю и др. Исследование возможности применения ксенона в тренировочном процессе для коррекции функционального состояния спортсменов // Научно-Практический Журнал. 2010. С. 22—29. EDN: MUUTMV.
34. Игошина Т. В., Котровская Т. И., Бубеев Ю. А. и др. Применение ингаляции субнаркотических доз ксенона в санаторном лечении посттравматических стрессовых расстройств // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2014. Т. 48, № 5. С. 58—63. EDN: SZAVYV.
35. Милутинович К. С., Котова М. М., Гедзун В. Р. Исследование воздействия ксенона на крыс в модели постнатального введения вальпроата натрия : материалы междунар. молодежного науч. форума «Ломоносов-2019» / под ред. И. А. Алешковский, А. В. Андриянов, Е. А. Антипов. 2019. С. 15.
36. Мясникова В. В., Сахнов С. Н., Романов А. В. Цитопотективное действие ксенона // Современные Проблемы Науки и Образования. 2023. Т. 1, № 1. С. 74—75. https://doi.org/10.17513/spno.32446.
37. Назаров Е. И. Озоновая, ксеноновая и озоно-ксеноновая терапия. Обзор // Вестник Физиотерапии и Курортологии. 2016. Т. 22, № 2. С. 124—167. EDN: YSEKZD.
38. Рыспекова Н., Нурмухамбетов А. Н., Балабекова М. К., Аканов А. А. Современные молекулярные механизмы адаптации к гипоксии (обзор литературы) // Фундаментальная Медицина. 2013. Т. 5, № 1. С. 183—189.
39. Ярыгин Н. В., Шомина Е. А. Применение ксенона в медицинской практике (обзор литературы) // Практическая Медицина. 2022. Т. 20, № 4. С. 171—176. doi: 10.32000/2072-1757-2022-4-171-176. EDN: EVVOBE.