Diabetes mellitus je oboljenje evolutivog toka, velike učestalosti, zbog čega se u savremenoj literaturi označava kao pandemijski problem morbititeta i mortaliteta. Definiše se kao stanje hronične hiperglikemije nastale kao posledica apsolutnog ili relativnog nedostatka insulina, koji dovodi do poremećaja metabolizma ugljenih hidrata, masti i belančevina,  a kao jednu od dominantnih posledica ima razvoj hroničnih angiopatskih komplikacija u vidu mikroangiopatije i ateroskleroze.

S druge strane nezavisno od tipa dijabetesa nastanak ove bolesti, tok i razvoj komplikacija usko je povezan sa disbalansom prooksidacionog i antioksidacionog statusa ćelije. Oksidacioni stres  predstavlja jedan od biohemijskih mehanizama kojim poremećen metabolizam glukoze i disregulacija ćeliske signalizacije dovodi do razvoja komplikacija u dijabetesu, indukujući  dijabetesnu mikro i makroangiopatiju. Upravo ove hronične komplikacije dijabetesa produbljuju hipoksiju u perifernim tkivima i indukuju dalje generisanje reaktivnih kiseoničnih vrsta (ROS-reactive oxygen species). Oksidacioni stres u dijabetesu nastaje kao posledica, kako povećane produkcije reaktivnih kiseoničnih vrsta, tako i zbog smanjenja kapaciteta antioksidacione zaštite (AOS). Hiperglikemija je osnovni uzrok porasta koncentracije ROS u plazmi dijabetičnih pacijenata. Prisutna je u oba tipa dijabetesa  i deluje putem nekoliko mehanizama koji indukuju pojavu oksidacionog stresa . Autooksidacija glukoze (autooksidaciona glikacija) koja podrazumeva sposobnost glukoze da u neenzimskim procesima reaguje sa proteinima, dovodi do redukcije molekulskog kiseonika u visoko reaktivne produkte (superoksid anijon radikali, vodonik peroksid, hidroksi radikali). Neenzimska glikacija proteina, pre svega ekstracelularne i intracelularne superoksid dismutaze (SOD), kao i drugih enzima antioksidacione zaštite rezultuje smanjivanjem njihove katalitičke funkcije. Smanjenje koncentracije redukovanog glutationa, zbog smanjenja aktivnosti glutation reduktaze još jedna je posledica ovog disbalansa. Niska koncentracija tiolnih jedinjenja, naročito glutationa, dovodi do poremećaja u redoks ćelijskoj signalizaciji i pozitivnoj regulaciji aktivnosti transkripcionog faktora NF-kB, odgovornog za stimulaciju ekspresije gena čiji produkti održavaju prooksidaciono stanje u ćeliji. Oksidaciona modifikacija strukturnih i funkcionalnih metaloproteina (transferin, ceruloplazmin, Cu, Zn-SOD) vodi ka njihovoj ubrzanoj razgradnji, a oslobođeni metali, uključivanjem u Fentonovu reakciju, generišu ROS. Proces glikacije hemoglobina vodi ka  formiranju HbA1c, koji ima veliki afinitet za kiseonik i teže ga otpušta, zbog čega u perifernim tkivima nastaje hipoksija, čime se pokreće aktivacija ksantin oksidaze i drugih mehanizama koji iniciraju dalje stvaranje ROS.

Najveća oštećenja nastaju u onim tkivima koja glukozu preuzimaju nezavisno od prisustva insulina, kao što su retina, očno sočivo, nervi, endotel krvnih sudova. Hiperglikemija, preprandijalna, a naročito postprandijalna, kod pacijenata sa dijabetesom tip 2, utiče naročito preko oksidacionog stresa  na pojavu endotelne disfukcije, kao inicijalne kapisle u razvoju ateroskleroze krvnih sudova, koja se mnogo brže razvija u odnosu na nedijabetičare i značajno brže pogoršava nakon svakog novog izlaganja okolnoj hiperglikemiji.

U hiperbaričnoj medicini osnovni terapijski supstrat je 100% kiseonik koji se udiše u uslovima povišenog ambijentalnog pritiska, iznad 1.0 bara (101 kPa), što se naziva hiperbaričnom oksigenacijom (HBO) ili hiperbaričnom terapijom (HBOt) i odvija se u specijalnim hermetički zatvorenim uređajima, hiperbaričnim komorama. Time se postiže višestruko povećanje količine kiseonika rastvorenog u plazmi i telesnim tečnostima i omogućava siguran difuzioni dotok kiseonika  do svake ćelije u organizmu, što hiperbaričnu oksigenaciju čini univerzalnim antihipoksičnim lekom.

Opšti fiziološki postulati terapijskog delovanja kiseonika u uslovima povišenog atmosferskog pritiska, opravdavaju i nameću potrebu primene HBO u lečenju i preventivi dijabetesa tip 2:

• Direktno antihipoksično delovanje sa povećanjem tkivnog parcijalnog pritiska kiseonika (pO₂).
• Stimuliše neokapilarizaciju uz povećanu distancu penetracije kapilara za oko tri puta.
• Smanjuje viskoznost plazme i povećava elastičnost eritrocita, smanjuje agreabilnost trombocita, makrofaga i neutrofila.
• Povećava difuzionu distancu kiseonika od zida kapilara za oko deset puta.
• Omogućava produkciju (kiseonik zavisna reakcija) azotmonoksida (NO) i time normalnu funkciju endotela.

S obzirom da u medicinskim krugovima postoje stavovi da primena kiseonika u koncentracijama većim od onih koje se nalaze u vazduhu mogu imati jako toksične efekte upravo zbog povećane produkcije ROS, cilj našeg istraživanja je da utvrdimo uticaj hiperbarične oksigenacije na parametre oksidacionog stresa (indeksa lipidne peroksidacije, superoksid anjon radikala i vodonik peroksida) kod pacijenta sa diabetes melitusom tip 2.

Naša iskustva

U našoj studiji ukupno je praćeno 24 pacijenata sa dijabetes melitusom tip 2, podeljenih u dve grupe, po 12 pacijenata u svakoj, klasifikovanih prema Wagnerovoj skali. Grupu I činili su 4 žene i 8 muškaraca, prosečne životne dobi 70 godina i prosečne dužine bolesti od 12 godina, bez klinički manifestnih perifernih vaskularnih komplikacija (Wagner 0). Grupa II se sastojala od 4 žene i 8 muškaraca, prosečne životne dobi od 74 godine i prosečne dužine bolesti od 17 godina, sa manifestnim perifernim vaskularnim komplikacijama klasifikovanih prema Wagnerovoj skali od 1-5.

Kod svih pacijenata primenjen je istovetan terapijski protokol od 10 terapija hiperbaričnom oskigenacijom, jednom dnevno, u trajanju od 60 minuta. Terapija je sprovedena u jednomesnim hiperbaričnim komorama,BLK-S 303.

Uzorci krvi, za određivanje ROS, kod svih pacijenata uzimani su pre početka terapije, zatim 3, 5, 7 i 10 dana terapije. Posle centrifugiranja heparinizirane venske krvi, izdvajana je plazma u kojoj su spektrofotometrijski određivane koncentracije parametara oksidativnog stresa: indeksa lipidne peroksidacije indirektnim određivanjem koncentracije malonildialdehida, vezanim za tiobarbiturnu kiselinu (Thiobarbituric Acid Reactive Substances - TBARS) , superoksid anijon radikala (O₂-) reakcijom sa nitroblutetrazoliumom i vodonik peroksida  (H₂O₂) u reakciji sa fenol-crvenim.

Statistička značajnost rezultata je određivana testom diferencije za male zavisne uzorke (unutar grupa), dok je za poređenje vrednosti između ispitivanih grupa korišćen Studentov T-test i ANOVA.

Primena HBOth nije dovela do povećanja vrednosti posmatranih  parametara oksidacinog stresa u toku terapije (Grafikoni 1-3) u obe ispitivane grupe. Vrednosti indeksa lipidne peroksidacije pre terapije u obe ispitivane grupe su bile u granicama vrednosti relativno zdravih ispitanika iste životne dobi, poredeći sa nekim ranijim istraživanjima. S druge strane, vrednosti O₂- i H₂O₂ su bile značajno veće nego kod zdravih ispitanika. Dinamika indeksa lipidne peroksidacije u toku terapije HBO je pokazala porast u prvim danima terapije u obe ispitivane grupe, sa tendencijom pada vrednosti ovog parametra na kraju terapijskog protokola, koji se približavao vrednostima pre početka terapije (Grafikon ). Ovaj efekat je bio posebno izražen u grupi pacijenata sa već izraženim vaskularnim komplikacijama. Od posebnog značaja je činjenica je da je upravo kod ovih pacijenata ta vrednost na kraju terapije bila skoro identična onoj pre početka terapije, odnosno da je prooksidacioni efekat bio skoro zanemarljiv. S druge strane, nivo O₂- je u obe ispitivane grupe imao statisički značajan pad od početka terapije, sa skoro dvostruko manjim vrednostima na kraju terapije (Grafikon ). Izuzimajući vrednosti 3. dana nakon početka terapije u grupi bez vaskularnih komplikacija, za vrednosti H₂O₂ efekat HBOt je bio sličan kao i za TBARS (Grafikon).

Grafikon 2. Dinamika indeksa lipidne peroksidacije (meren kao TBARS) (µmol/ml) u plazmi u toku terapije hiperbaričnom oksigenacijom

*p<0.05; **p<0.01

Grafikon 3. Dinamika superoksid anijon radikala (O₂-) (µmol/ml) u plazmi u toku terapije hiperbaričnom oksigenacijom

*p<0.05; **p<0.01

Grafikon 4. Dinamika vodonik peroksida (H₂O₂) (nmol/ml) u plazmi u toku terapije hiperbaričnom oksigenacijom

*p<0.05; **p<0.01

Ljudski organizam, u fiziološkim uslovima, karakteriše stalna dinamička ravnoteža između reaktivnih kiseoničnih vrsta (ROS), fiziološki stvorenih u biohemijskim procesima i  komponenti antioksidacionog zaštitnog sistema (AOS), takođe stvorenih u zdravom organizmu. Smatra se da u toku normalnog, fiziološkog procesa disanja svega 5-10% O₂ nepotpuno redukuje i transformiše u ROS, koji najvećim delom čine kiseonički slobodni radikali. Od celokupne potrošnje kiseonika u mitohondrijama, 1-2% O₂ se transformiše u ROS. Međutim, zahvaljujući visokoj koncentraciji superoksid dismutaze (SOD) u mitohondrijama, nivo ROS u njima, posebno superoksid anjon radikala (O₂^-) je veoma nizak. Narušavanjem ove fine ravnoteže u korist ROS, nastaje oksidacioni stres, koji je uključen u patogenezu mnogih patofizioloških stanja: u koronarnoj bolesti, hipertenziji, hiperlipidemijama, intezivnom fizičkom naprezanju, psihičkom stresu, inflamaciji, povišenoj telesnoj temperaturi. Tkivna hipoksija predstavlja  najznačajniji stimulus  koji indukuje ksantin oksidazu da generiše ROS. I u dijabetesu melitusu, kao kompleksnom metaboličkom poremećaju, dolazi do remećenja  fine ravnoteže između toksičnosti oksidanasa i protektivne funkcije intracelularne i ekstracelularne antioksidacione odbrane, dodatno potencirane tkivnom hipoksijom, nastalom kao posledicom hroničnih angiopatskih komplikacija.

Postoji više tumačenja antihiperglikemijskog efekta HBOt, koji se objašnjava: povećanim  ulazom  glukoze u ćeliju i njenom  povećanom   potrošnjom zbog opšteg porasta metaboličke aktivnosti ćelije u prisustvu viših parcijalnih pritisaka kiseonika, inhibiciji antiinsulinskih hormona (somatotropnog hormona i glukagona),  povećanju sekrecije  C peptida i senzitivnosti tkiva na insulin tokom korekcije acido-bazne ravnoteže. Takođe HBOt utiče na smanjenje doze insulina uz istovremeno smanjenje dijabetičnih ulceracija, utiče na  poboljšanje  metabolizma ugljenih hidrata, cirkulacije u donjim ekstremitetima i subjektivno poboljšanje opšteg stanja. Istovremeno bilo je moguće smanjivanje doze kako insulina, tako i oralnih hipoglikemika.

Terminalne komlikacije dijabetes melitusa u vidu postojanja dijabetičnih ulceracija često ne zarastaju zbog prisutne kombinacije hipoksije i infekcije. Kiseonik dat u hiperbaričnim uslovima znatno povećava nivo tkivnog kiseonika, koji je povišen i nekoliko sati nakon ekspozicije.

Brojne eksperimentalne studije su pokazale kontraverze o uticaju  terapije hiperbaričnom oksigenacijom na oksidacioni stres i enzime antioksidacione zaštite  u različitim (pato)fiziološkim modelima. Ekspresija HBOt zdravih pacova je dovela do porasta indeksa lipidne peroksidacije kao i aktivnosti enzima prve linije antioksidacione zaštite (SOD i CAT) u eritrocitima i plućima, što je ukazivalo na prooksidacionu aktivnost. Treba napomenuti da je u ovoj studiji primenjivan samo jedan tretman u trajanju od 90 minuta. Takodje, primećen je i vremenski zavistan prooksidacioni efekat HBOt kod zdravih pacova. U eksperimentalnom akutnom pankreatitisu, HBOth izaziva pojačanu ekspresiju enzimaAOS, kao i smanjenje tkivnog indeksa lipidne peroksidaciji. Slični rezultati su dobijeni u eksperimentalnoj studiji na pacovima u kojoj su praćeni efekti HBOt na markere oksidacionog stresa i enzime AOS sistema u toku regeneracije jetre. Takođe, tretman sa HBOt je redukovao veličinu infarkta, uz povećanu ekspresiju katalaze (CAT) u eksperimentalnom infarktu miokarda. Rezultati dobijeni u kliničkim studijama su dali oprečne rezultate: pojedine studije su podržavale rezultate eksperimentalnih istraživanja koji su opravdavale primenu HBOt u raznim patofiziološkim stanjima, dok su pojedine imale potpuno suprotne rezultate. Oprečni rezultati kliničkih studija su dobrim delom posledica vrlo raznorodnih ispitivanih grupa.

Rezultati naše studije jasno pokazuju da HBOt nema manifestan prooksidacioni efekat, za šta je često optuživana. Parametri oksidacionog stresa, koje smo u našem istraživanju pratili, ne samo da se nisu povećani u toku HBOt, nego su i blago redukovani. Doduše, nakon tri dana terapije dolazi do inicijalnog porasta nekih parametara oksidacionog stresa, koji se do kraja terapijskog protokola gubi. Ovakav rezultat je najverovatnije potvrda razvoja svojevrsnih adaptacionih mehanizama na primenu HBOt, koja se ogleda u povećanju ekspresije endogenih enzimaAOS, što se merenjem njihove aktivnosti može egzaktno potvrditi, a što je i predmet našeg daljeg rada. Uostalom, postulati više ruskih istraživačkih grupa govore o povečanju enzimske aktivnosti SOD nakon tri dana HBOt, što je u saglasnosti sa našim rezultatom. Određivanjem dinamike ekspresije SOD i CAT u toku terapijskog protokola (neprikazani rezultati) pokazali smo vrlo sličnu dinamiku kao i u nekim novijim istraživanjima. Naravno, preduslov za ovakav biohemijski efekat jeste pravilna i racionalna primena HBOt.

Zaključak

Primena kiseonika u uslovima povišenog ambijetalnog pritiska je opšti terapijski postulat u lečenju pacijenata sa dijabetes melitusom jer uklanja hipoksiju kao jedan od najznačajnijih izvora ROS, stimuliše neoangiogenezu, poboljšava hemoreološka svojstva krvi i deluje vazodilatatorno na krvne sudove u zoni hipoksije. Hiperbarična oksigenacija omogućava reoksigenaciju i fiziološku hiperoksigenaciju bez povećanje prooksidacione aktivnosti za vreme terapije bez obzira na stepen prisutnih perifernih vaskularnih komplikacija. Dobijeni rezultati su u skladu sa pozitivnim kliničkim rezultatima koje imamo u lečenju, posebno pacijenata sa terminalnim vaskularnim komplikacijama dijabetesa kakve su gangrene stopala, kao i sa protektivnim dejstvom HBOt na oksidacioni stres, kada se primenjuje racionalno i pravilno. Dalje studije, koje su u toku, treba da definitno potvrde ove protektivne efekte, određivanjem dinamike enzimske aktivnosti endogenog AOS u toku terapijskog protokola.