Натрій нітропрусид

Натрій нітропрусид (англ. Sodium nitroprusside) (синонім. до Sodium nitroferricyanide(III) dihydrate, SNP) – екзогенний донор нітроген (ІІ) оксиду, що робить його ефективним судинорозширювальним агентом, а також широко використаною сполукою у рослинній біотехнології.

У медицині застосовується для швидкого зниження артеріального тиску у випадку гіпертонічних кризів, серцевої недостатності та під час кардіохірургічних операцій.

Історія

Натрій нітропрусид відкрито у 1893-му році, його фармакологічний вплив у якості вазодилатуючого агента досліджено у 1929-му, після чого було продемонстровано ефективний вплив препарату при лікуванні гіпертензії . Через низку звітів, у яких використання натрій нітропрусиду пов’язується із розвитком отруєння ціанідом, FDA схвалило медичне застосування речовини лише у 1974-му. У 1991 організація видала нове маркування препарату, що підкреслює цей ризик використання нітропрусиду при лікуванні .  

Структура та властивості

Натрій нітропрусид – це комплексна водорозчинна сіль натрію. В основі комплексу – іон Fe²⁺, зв’язаний з п’ятьма аніонами ціаніду та монооксидом азоту .

Хімічна формула речовини – С₅H₄FeN₆Na₂O₃ . Молекулярна маса становить 297,95 мг/мл.

Натрій нітропрусид є розчинною у воді кристалічною речовиною, рожево-червоного кольору . Розчин нітропрусиду має значення рН близьке до нейтрального або слабколужне .

Використання у біотехнології рослин

У рослинній біотехнології нітропрусид натрію відомий в якості донора NO-груп. Обробка насіння нітроген (ІІ) оксидом пов’язується з підвищенням стійкості рослин до осмотичного та температурного стресу .

Відомо також, що, залежно від концентрації, нітропрусид здатен затримувати старіння листя за рахунок інгібування розщеплення хлорофілу та розчинних білків рослини, зокрема ферменту РУБІСКО, задіяного у процесах фотосинтезу . Ця функція також пов'язана із сольовою резистентністю, так як при обробці рослин як in vivo, так і in vitro розчинами NaCl, серед наслідків спостерігається втрата листками хлорофілу. Осмотичний стрес також супроводжується зниженням відносного вмісту води у листкових пластинках, однак дослілджені рослини, які піддавались обробці натрій нітропрусидом, продемонтсрували здатність зберігати необхідний для життєдіяльності вміст води у тканинах .

На прикладі різних рослин було продемонстровано, що додавання натрій нітропрусиду до води подовжує життя зрізаних квітів у вазі. Такий вплив пояснюється тим, що нітропрусид посилює антиоксидантні властивості рослини та знижує рівень транскрипції її генів, залучених до синтезу етилену під час старіння та відмирання пелюсток .

Натрій нітропрусид як донор NO-груп

Завдяки невеликим розмірам молекули, оксид NO здатен легко проходити крізь біологічні мембрани, що робить оксид значною сигнальною молекулою, залученою до різних шляхів відповіді рослини на біотичні та абіотичні фактори стресу .

Оксид залучений до наступних процесів, що також впливають на ровзиток резистентності до осмотичного стресу:

• вплив на баланс іонів Na⁺ та К⁺ для покращення водопостачання та швидкості росту рослини
• покращення регенерації рослин
• підвищення рівня експресії генів (SOD, CAT), продуктами яких є ферменти антиоксидантних систем – таким чином знижується активність синтезу та накопичення Н₂О₂ у рослинах, інгібується перекисне окиснення ліпідів
• підвищення рівня накопичення проліну
• експресія гену АТФази

Натрій нітропрусид може також сприяти підвищенню стійкості томату до гербіциду гліфосат, за рахунок зменшення впливу окиснювальних процесів у рослині, а також стимуляції шляхів детоксикації. Як наслідок, рівень цвітіння та якість плодів, які найбільше вражаються впливом GLY, зберігається у нормі .

Використання у медицині

Механізм дії

Після потрапляння в організм людини, натрій нітропрусид реагує із сульфгідрильними групами еритроцитів, альбумінами та іншими білками . Після чого вивільняються оксиди нітрогену (ІІ). NO відіграє роль ендотеліального фактора релаксації, активуючи гуанілатциклазу та синтез цГМФ. Як наслідок, кальцій вилучається з міжклітинного середовища, і зменшення його концентрації інгібує скорочення клітин. Таким чином вплив NO призводить до зниження тонусу м’язових артерій та зменшення опору судин головного мозку .

При введенні натрій нітропрусиду в організм хворого результат настає дуже швидко та триває від 1 до 10 хвилин.

У порівнянні з нітрогліцерином, вазорелаксуючий ефект від нітропрусиду є більш збалансованим відносно артерій та вен .

Метаболізм в організмі людини

Натрій нітропрусид взаємодіє з оксигемоглобіном, в результаті чого утворюється метгемоглобін та вивільняються іони ціаніду. Далі ціанід може транспортуватись до печінки, де він перетворюється на тіоцианат, та виводитись з організму людини через нирки. Альтернативний шлях метаболізму – взаємодія іонів ціаніду з метгемоглобіном, внаслідок чого вони накопичуються в еритроцитах у вигляді цианометгемоглобіну. Однак, найбільш небезпечним є зв’язування ціаніду з цитохромоксидазою, що призводить до інгібування процесів окисного фосфорилювання та розвитку отруєння ціанідом .

Нітропрусид є токсичним для церебральних клітин ендотелію, нервових клітин та гепатоцитів печінки, індукуючи утворення активних форм кисню та апоптоз клітин.  За оцінками досліджень минулого сторіччя максимальна кількість нітропрусиду, яка може бути детоксикована людським організмом, становить 50мг .

Використання

FDA офіційно схвалило застосування натрій нітропрусиду у лікувальних цілях при наступних станах хворого:

• гострий гіпертонічний криз
• гостра серцева недостатність
• індукція передопераційної гіпотензії (з метою зменшити можливої втрати крові)

Також натрій нітропрусид широко використовується у випадках:

• артеріальної гіпертензії на фоні ішемічного інсульту
• зниження навантаження при гострій мітральній недостатності
• швидке зниження навантаження у пацієнтів зі стенозом аортального клапана
• симптоматичне лікуванні при шизофренії

Примітки

1. Verner, I. R. (1 вересня 1974). Sodium nitroprusside: theory and practice. Postgraduate Medical Journal (англ.) 50 (587). с. 576–581. ISSN 0032-5473. doi:10.1136/pgmj.50.587.576. Процитовано 1 листопада 2022. 
2. Hottinger, Daniel G; Beebe, David S; Kozhimannil, Thomas; Prielipp, Richard C; Belani, Kumar G (2014). Sodium nitroprusside in 2014: A clinical concepts review. Journal of Anaesthesiology, Clinical Pharmacology 30 (4). с. 462–471. ISSN 0970-9185. PMC 4234779. PMID 25425768. doi:10.4103/0970-9185.142799. Процитовано 1 листопада 2022. 
3. PubChem. Sodium nitroprusside. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (англ.). Процитовано 1 листопада 2022. 
4. Uchida, Akio; Jagendorf, Andre T; Hibino, Takashi; Takabe, Teruhiro; Takabe, Tetsuko (1 вересня 2002). Effects of hydrogen peroxide and nitric oxide on both salt and heat stress tolerance in rice. Plant Science (англ.) 163 (3). с. 515–523. ISSN 0168-9452. doi:10.1016/S0168-9452(02)00159-0. Процитовано 1 листопада 2022. 
5. Tu, J. & Shen, W.-B & Xu, L.-L. (2003). Regulation of nitric oxide on the aging process of wheat leaves. Acta Botanica Sinica. 45. 1055-1062.
6. Lei, Y.; Yin, C.; Ren, J.; Li, C. (1 червня 2007). Effect of osmotic stress and sodium nitroprusside pretreatment on proline metabolism of wheat seedlings. Biologia plantarum (англ.) 51 (2). с. 386–390. doi:10.1007/s10535-007-0082-0. Процитовано 1 листопада 2022. 
7. Karthik, Sivabalan; Pavan, Gadamchetty; Krishnan, Veda; Sathish, Selvam; Manickavasagam, Markandan (2019-05). Sodium nitroprusside enhances regeneration and alleviates salinity stress in soybean [Glycine max (L.) Merrill]. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology (англ.) 19. с. 101173. doi:10.1016/j.bcab.2019.101173. Процитовано 1 листопада 2022. 
8. Liao, Wei-Biao; Zhang, Mei-Ling; Yu, Ji-Hua (29 травня 2013). Role of nitric oxide in delaying senescence of cut rose flowers and its interaction with ethylene. Scientia Horticulturae (англ.) 155. с. 30–38. ISSN 0304-4238. doi:10.1016/j.scienta.2013.03.005. Процитовано 1 листопада 2022. 
9. Naing, Aung Htay; Lee, Kyoungsun; Arun, Muthukrishnan; Lim, Ki Byung; Kim, Chang Kil (6 вересня 2017). Characterization of the role of sodium nitroprusside (SNP) involved in long vase life of different carnation cultivars. BMC Plant Biology 17 (1). с. 149. ISSN 1471-2229. PMC PMC5586022. PMID 28874121. doi:10.1186/s12870-017-1097-0. Процитовано 1 листопада 2022. 
10. Nabi, Rizwana Begum Syed; Tayade, Rupesh; Hussain, Adil; Kulkarni, Krishnanand P.; Imran, Qari Muhammad; Mun, Bong-Gyu; Yun, Byung-Wook (1 травня 2019). Nitric oxide regulates plant responses to drought, salinity, and heavy metal stress. Environmental and Experimental Botany (англ.) 161. с. 120–133. ISSN 0098-8472. doi:10.1016/j.envexpbot.2019.02.003. Процитовано 1 листопада 2022. 
11. Soares, Cristiano; Rodrigues, Francisca; Sousa, Bruno; Pinto, Edgar; Ferreira, Isabel M. P. L. V. O.; Pereira, Ruth; Fidalgo, Fernanda (2021-09). Foliar Application of Sodium Nitroprusside Boosts Solanum lycopersicum L. Tolerance to Glyphosate by Preventing Redox Disorders and Stimulating Herbicide Detoxification Pathways. Plants (англ.) 10 (9). с. 1862. ISSN 2223-7747. PMC PMC8466062. PMID 34579395. doi:10.3390/plants10091862. Процитовано 1 листопада 2022. 
12. Zheng, Chunfang; Jiang, Dong; Liu, Fulai; Dai, Tingbo; Liu, Weicheng; Jing, Qi; Cao, Weixing (1 листопада 2009). Exogenous nitric oxide improves seed germination in wheat against mitochondrial oxidative damage induced by high salinity. Environmental and Experimental Botany (англ.) 67 (1). с. 222–227. ISSN 0098-8472. doi:10.1016/j.envexpbot.2009.05.002. Процитовано 1 листопада 2022. 
13. Li, Qiao-Yun; Niu, Hong-Bin; Yin, Jun; Wang, Meng-Ben; Shao, Hong-Bo; Deng, De-Zhi; Chen, Xiao-Xia; Ren, Jiang-Ping та ін. (1 вересня 2008). Protective role of exogenous nitric oxide against oxidative-stress induced by salt stress in barley (Hordeum vulgare). Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (англ.) 65 (2). с. 220–225. ISSN 0927-7765. doi:10.1016/j.colsurfb.2008.04.007. Процитовано 1 листопада 2022.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
14. Song, Fu-nan; Yang, Chuan-ping; Liu, Xue-mei; Li, Gong-bin (1 березня 2006). Effect of salt stress on activity of superoxide dismutase (SOD) in Ulmus pumila L.. Journal of Forestry Research (англ.) 17 (1). с. 13–16. ISSN 1993-0607. doi:10.1007/s11676-006-0003-7. Процитовано 1 листопада 2022. 
15. Sheokand, Sunita; Kumari, Anita; Sawhney, Veena (1 жовтня 2008). Effect of nitric oxide and putrescine on antioxidative responses under NaCl stress in chickpea plants. Physiology and Molecular Biology of Plants (англ.) 14 (4). с. 355–362. ISSN 0974-0430. PMC PMC3550636. PMID 23572902. doi:10.1007/s12298-008-0034-y. Процитовано 1 листопада 2022. 
16. Ivankovich AD, Miletich DJ, Tinker JH. Sodium nitroprusside: metabolism and general considerations. Int Anesthesiol Clin. 1978;16(2):1-29.
17. Hottinger, DanielG; Beebe, DavidS; Kozhimannil, Thomas; Prielipp, RichardC; Belani, KumarG (2014). Sodium nitroprusside in 2014: A clinical concepts review. Journal of Anaesthesiology Clinical Pharmacology (англ.) 30 (4). с. 462. ISSN 0970-9185. PMC PMC4234779. PMID 25425768. doi:10.4103/0970-9185.142799. Процитовано 1 листопада 2022. 
18. Sodium Nitroprusside Monograph for Professionals. Drugs.com (англ.). Процитовано 1 листопада 2022. 
19. PERSCHAU, RICHARD A.; MODELL, JEROME H.; BRIGHT, ROBERT W.; SHIRLEY, PAUL D. (1977-07). Suspected Sodium Nitroprusside-Induced Cyanide Intoxication. Anesthesia & Analgesia 56 (4). с. 533???537. ISSN 0003-2999. doi:10.1213/00000539-197707000-00015. Процитовано 1 листопада 2022. 
20. Gobbel, G. T.; Chan, T. Y -Y.; Chan, P. H. (1995-02). Amelioration of hypoxic and hypoglycemic damage to cerebral endothelial cells. Molecular and Chemical Neuropathology 24 (2-3). с. 107–120. ISSN 1044-7393. doi:10.1007/bf02962137. Процитовано 1 листопада 2022. 
21. Kanthasamy, A (19 вересня 1997). Reactive oxygen species generated by cyanide mediate toxicity in rat pheochromocytoma cells. Toxicology Letters 93 (1). с. 47–54. ISSN 0378-4274. doi:10.1016/s0378-4274(97)00068-4. Процитовано 1 листопада 2022. 
22. Niknahad, Hossein; O'Brien, Peter J. (1996-04). Involvement of nitric oxide in nitroprusside-induced hepatocyte cytotoxicity. Biochemical Pharmacology 51 (8). с. 1031–1039. ISSN 0006-2952. doi:10.1016/0006-2952(96)85086-6. Процитовано 1 листопада 2022. 
23. VESEY, C. J; COLE, P. V; SIMPSON, P. J (1976-07). CYANIDE AND THIOCYANATE CONCENTRATIONS FOLLOWING SODIUM NITROPRUSSIDE INFUSION IN MAN. British Journal of Anaesthesia 48 (7). с. 651–660. ISSN 0007-0912. doi:10.1093/bja/48.7.651. Процитовано 1 листопада 2022.