Применение электрохимии при детоксикации и создании искусственных органов
Моделирование работы различных органов и систем организма — одно из важнейших задач современной медицинской науки. Поиски в этом направлении ведутся давно и получены хорошие результаты при создании таких искусственных органов, как сердце, почки и легкие. Программа по созданию искусственного сердца сильно стимулировала работы по электроокислению глюкозы и по разработке имплантируемых топливных элементов, работающих на растворенных в крови пациента глюкозе и кислороде, и глюкозных датчиков для определения концентрации сахара в крови. Имплантируемые топливные элементы, в которых в качестве топлива используются составляющие ультрафильтрата крови (глюкоза, глюкозамины, если используются ферменты, разрушающие полисахариды), могут представлять собой идеальные постоянные источники энергии для вспомогательных или контролирующих приборов, следящих за состоянием здоровья пациента. Такие топливные элементы в небольших установках могут сужить источником энергии для сердечных ритмоводителей, почечных стимуляторов, автоматических дозаторов инсулина и аналогичных приборов.
В настоящее время возможным способом решения одной из проблем медицины — диабет — является создание искусственной поджелудочной железы с имплантируемым глюкозным датчиком, который должен давать сигнал о содержании сахара в крови пациента и включать дозатор инсулина.
Наибольшие трудности встречаются при имитации работы печени, что связано с большим разнообразием ее функций и недостаточностью сведений о механизмах нарушения ее деятельности. Из всех функций печени — детокси-цирующая является наиболее важной, витальной, при ее нарушении наступает быстрая гибель организма. Детоксикационная функция печени является не только витальной, но и незаменимой, так как никакая другая система в организме не может компенсировать ее утрату.
В настоящее время стало ясно, что одним из основных аспектов глобальной экологической проблемы является охрана внутренней среды человека, действенный контроль за ее состоянием. У здорового человека эта функция, в значительной степени, осуществляется монооксигеназной системой печени, способствующей удалению из организма гидрофобных токсичных веществ, путем их гидроксилирующего окисления молекулярным кислородом, катализируемого специальным детоксицирующим ферментом — цитохромом Р-450.
Фермент Р-450 можно считать основной детоксицирующей системой печени. Однако этот фермент работает не сам по себе, а в составе окислительно-восстановительной ферментной цепи, поставляющей на него электроны, необходимые для активации молекулярного кислорода. Гидроксилирующие ферментные системы, использующие в качестве окислителя молекулярный кислород, требует для своего функционирования пиридиннуклеотиды НАДФН и НАДН. В общем виде реакция окисления с участием монооксиленаз печени может быть записана так:
RН + НАДФН + Н+ + О2 → RОН + НАДФ+ + Н2О.
Биологический смысл реакции заключается в том, что окисленное соединение всегда лучше растворимо в воде и поэтому может быть легче, чем исходное вещество, вовлечено в другие метаболические превращения или выделено из организма экскреторными органами. Таким образом, гидрофобные ксенобиотики не могут быть удалены органами выделения, пока они не подвергнутся биотрансформации и не станут гидрофильными.