The influence of new coumarin derivatives on survival rate of mice in model conditions of acute hypoxia

Olga M. Rodionova; Родионова Ольга Михайловна; Albina F. Safonova; Сафонова Альбина Фёдоровна; Anton O. Kashirin; Каширин Антон Олегович; Valeriy A. Polukeev; Полукеев Валерий Анатольевич; Eugenii R. Bychkov; Бычков Евгений Рудольфович; Andrei A. Lebedev; Лебедев Андрей Андреевич; Petr D. Shabanov; Шабанов Петр Дмитриевич

doi:10.17816/MAJ19258

Влияние новых производных кумарина на выживаемость мышей в модельных условиях острой гипоксии

Авторы: Родионова О.М.¹, Сафонова А.Ф.¹, Каширин А.О.¹, Полукеев В.А.¹, Бычков Е.Р.¹, Лебедев А.А.¹, Шабанов П.Д.¹^,2
Учреждения:
1. ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»
2. ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» МО РФ
Выпуск: Том 19, № 4 (2019)
Страницы: 103-108
Раздел: Оригинальные исследования
URL: https://journals.eco-vector.com/MAJ/article/view/19258
DOI: https://doi.org/10.17816/MAJ19258
ID: 19258

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Цель исследования — изучить антигипоксические свойства новых производных кумарина на моделях гипоксической гипоксии с гиперкапнией, гемической гипоксии и гистотоксической гипоксии.

Материалы и методы. Гипоксическую гипоксию с гиперкапнией моделировали помещая мышей в герметически закрывающиеся сосуды объемом 200 см³. Гемическую гипоксию воспроизводили путем однократного введения мышам нитрита натрия в дозе 230 мг/кг подкожно. Гистотоксическую гипоксию вызывали внутрибрюшинным введением мышам нитропруссида натрия в дозе 20 мг/кг. Производные кумарина 7-алкоксикумарин (ИЭМ-2266) и 4-аминокумарин (ИЭМ-2267) вводили однократно внутрибрюшинно в дозах 25 и 50 мг/кг за 45 мин до помещения животного в модельные условия. Об эффективности соединений судили по продолжительности жизни животных.

Результаты. В тесте гипоксической гипоксии с гиперкапнией ИЭМ-2267 в дозах 25 и 50 мг/кг увеличивал продолжительность жизни мышей на 26 и 34 % соответственно по сравнению с контролем. В модели гемической гипоксии положительный эффект был получен при использовании соединения ИЭМ-2266 в дозе 50 мг/кг, который увеличивал продолжительность жизни животных на 45 % по сравнению с контролем. В модели гистотоксической гипоксии при введении соединений ИЭМ-2266 в дозе 25 мг/кг и ИЭМ-2267 в дозе 50 мг/кг продолжительность жизни у животных увеличивалась на 17 и 23 % соответственно.

Заключение. Производные кумарина ИЭМ-2266 и ИЭМ-2267 оказывают выраженное антигипоксическое действие. Положительный эффект у соединения ИЭМ-2266 наблюдался на моделях гемической гипоксии и гистотоксической гипоксии, у соединения ИЭМ-2267 — на моделях гипоксической гипоксии с гиперкапнией и гистотоксической гипоксии.

Ключевые слова

гипоксическая гипоксия, гемическая гипоксия, гистотоксическая гипоксия, производные кумарина

Полный текст

Введение

Гипоксия, возникающая под влиянием различных воздействий, является одним из ведущих факторов патогенеза ряда заболеваний и во многом определяет тяжесть течения патологического процесса. В связи с этим поиск новых соединений, обладающих антигипоксической активностью, представляет значительный интерес для клинической медицины [1, 2]. Широкий спектр биологической активности природных кумаринов привлекает многих исследователей в связи с их возможным использованием в практике здравоохранения. Однако плохая растворимость и относительно высокая токсичность ограничивают их клиническое применение. Возможно, новые синтезированные производные кумарина окажутся более перспективны, чем их природные первоисточники. Из литературы известно, что кумарины и их аналоги обладают разнообразными фармакологическими свойствами: антикоагулянтным, антимикробным, противоопухолевым, коронарорасширяющим, противосудорожным, спазмолитическим, гипотензивным [3–5]. Однако фармакологическая активность соединений кумарина в отношении гипоксических состояний, развивающихся в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования кислорода тканями, недостаточно изучена.

Целью настоящей работы явилось изучение антигипоксической активности новых синтетических производных кумарина (7-алкоксикумарина и 4-аминокумарина), синтезированных в отделе нейрофармакологии им. акад. С.В. Аничкова ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины».

Материалы и методы

В работе использовали самцов беспородных мышей, полученных из питомника «Рапполово» (Ленинградская область, Россия). Животных содержали в стандартных условиях (температура воздуха 21–23 °С; 12-часовой цикл день/ночь) со свободным доступом к пище и воде.

Гипоксическую гипоксию с гиперкапнией моделировали на 36 мышах массой 25–28 г путем помещения мышей поодиночке в герметично закрытые сосуды объемом 200 см³. Антигипоксический эффект химических соединений оценивали по продолжительности жизни экспериментальных животных в гипокислородной среде с повышенным содержанием углекислого газа. Гемическую гипоксию создавали у 45 мышей массой 33–35 г подкожным введением 2,3 % раствора нитрита натрия в дозе 230 мг/кг. Гистотоксическую гипоксию вызывали внутрибрюшинным введением 40 мышам массой 30–35 г 0,2 % раствора нитропруссида натрия в дозе 20 мг/кг. При моделировании гемической и гистотоксической гипоксии нитрит натрия и нитропруссид натрия разводили в изотоническом растворе натрия хлорида в день эксперимента и вводили животным в объеме 10 мл/кг.

За 45 мин до моделирования гипоксии мышам внутрибрюшинно вводили новые синтетические производные кумарина: 7-алкоксикумарин (ИЭМ-2266) и 4-аминокумарин (ИЭМ-2267) в дозах ниже, чем 1/10 LD₅₀: 25 и 50 мг/кг. Соединения ИЭМ-2266 и ИЭМ-2267 растворяли в дистиллированной воде и/или в 0,05 % растворе твина-80. Антигипоксическую активность новых соединений сравнивали с контрольной группой, получавшей изотонический раствор натрия хлорида в эквивалентном объеме, и группой, получавшей препарат сравнения мексидол, который вводили внутрибрюшинно в дозе 200 мг/кг [6]. Об эффективности соединений судили по продолжительности жизни животных, оцениваемой в минутах [7].

Оценку статистической достоверности различий проводили при помощи пакета программ GraphPad Prism 6. Показатели в контрольной и экспериментальных группах сравнивали при помощи однофакторного дисперсионного анализа ANOVA и t-критерия Стьюдента. Различия считали статистически значимы при р < 0,05. Для представления полученных данных использовали среднее арифметическое значение и стандартную ошибку среднего.

Результаты исследования

В результате испытаний установлено, что исследуемые соединения обладают антигипоксической активностью. В тесте острой гипоксической гипоксии с гиперкапнией наблюдали гибель мышей контрольной группы через 20,8 ± 1,2 мин. Препарат сравнения мексидол в дозе 200 мг/кг увеличивал продолжительность жизни экспериментальных животных на 28 % по сравнению с контрольной группой. ИЭМ-2267 в дозах 25 и 50 мг/кг увеличивал данный показатель на 26 и 34 % соответственно. При введении ИЭМ-2266 отмечали незначительный антигипоксический эффект. Таким образом, наибольшую активность в данной модели гипоксии проявлял ИЭМ-2267 в дозе 50 мг/кг (табл. 1).

Таблица 1 / Table 1

Влияние производных кумарина на продолжительность жизни мышей при гипоксической гипоксии с гиперкапнией

The effect of coumarin derivatives on survival rate of mice in model of hypoxemic hypoxia with hypercapnia

Препарат	Дозы вещества, мг/кг	Продолжительность жизни мышей
Препарат	Дозы вещества, мг/кг	минуты	проценты
Контроль	–	20,8 ± 1,2 (21,0)	100
Мексидол	200	26,7 ± 1,8 (27,5)*	128
ИЭМ-2266 (7-алкоксикумарин)	25	23,3 ± 1,2 (23,0)	112
ИЭМ-2266 (7-алкоксикумарин)	50	26,0 ± 2,9 (22,5)	125
ИЭМ-2267 (4-аминокумарин)	25	26,2 ± 1,7 (25,5)*	126
ИЭМ-2267 (4-аминокумарин)	50	27,8 ± 2,8 (27,0)*	134

В условиях гемической гипоксии продолжительность жизни мышей контрольной группы составила 19,0 ± 1,4 мин. Препарат сравнения мексидол увеличивал данный показатель у экспериментальных животных на 38 %. Под влиянием соединения ИЭМ-2266, введенного в дозе 50 мг/кг, продолжительность жизни мышей достоверно увеличивалась на 45 %. С другой стороны, введение ИЭМ-2267 на данной модели гипоксии вызывало незначительный эффект. Таким образом, в тесте гемической гипоксии наибольшую активность проявлял ИЭМ-2266 в дозе 50 мг/кг (табл. 2).

Таблица 2 / Table 2

Влияние производных кумарина на продолжительность жизни мышей при гемической гипоксии

The effect of coumarin derivatives on survival rate of mice in model of hemic hypoxia

Препарат	Дозы вещества, мг/кг	Продолжительность жизни мышей
Препарат	Дозы вещества, мг/кг	минуты	проценты
Контроль	–	19,0 ± 1,4 (18,5)	100
Мексидол	200	26,3 ± 2,1 (26,0)*	138
ИЭМ-2266 (7-алкоксикумарин)	25	22,3 ± 1,4 (22,0)	117
ИЭМ-2266 (7-алкоксикумарин)	50	27,6 ± 1,7 (27,0)*	145
ИЭМ-2267 (4-аминокумарин)	25	25,3 ± 3,0 (26,5)	133
ИЭМ-2267 (4-аминокумарин)	50	19,4 ± 1,0 (20,0)	102

При гистотоксической гипоксии гибель мышей наступала через 16,7 ± 0,3 мин. Мексидол увеличивал продолжительность жизни на 32 %. При профилактическом введении соединений ИЭМ-2266 в дозе 25 мг/кг и ИЭМ-2267 в дозе 50 мг/кг продолжительность жизни достоверно увеличивалась на 17 и 23 % соответственно (табл. 3).

Таблица 3 / Table 3

Влияние производных кумарина на продолжительность жизни мышей при острой гистотоксической гипоксии

The effect of coumarin derivatives on survival rate of mice in model of histotoxic hypoxia

Препарат	Дозы вещества, мг/кг	Продолжительность жизни мышей
Препарат	Дозы вещества, мг/кг	минуты	проценты
Контроль	–	16,7 ± 0,3 (16,5)	100
Мексидол	200	22,0 ± 2,0 (21,5)*	132
ИЭМ-2266 (7-алкоксикумарин)	25	19,5 ± 0,3 (20,0)*	117
ИЭМ-2266 (7-алкоксикумарин)	50	16,0 ± 0,9 (17,0)	96
ИЭМ-2267 (4-аминокумарин)	25	19,2 ± 1,8 (17,5)	115
ИЭМ-2267 (4-аминокумарин)	50	20,5 ± 1,5 (19,0)*	123

Примечание: * p < 0,05 в сравнении с контрольной группой, данные представлены как среднее арифметическое ± стандартная ошибка среднего арифметического, в скобках указана медиана.

При острой гистотоксической гипоксии введение изучаемых веществ (ИЭМ-2266 и ИЭМ-2267) достоверно увеличивало продолжительность жизни животных.

Обсуждение

Гипоксия — это состояние, возникающее в организме в результате снижения доставки кислорода к тканям или нарушения его утилизации тканями. В клинике гипоксия чаще всего осложняет течение основного заболевания и сочетается с нарушением регуляторных функций и включением типовых и специфических патологических реакций. Специфическую группу гипоксических состояний составляет ишемия различных органов: мозга, сердца, легких, почек, печени, плода [8, 9]. Вещества, предупреждающие или ослабляющие воздействие кислородной недостаточности на организм, относятся к антигипоксическим средствам. В группу антигипоксантов входят соединения разных химических классов, но данные о корреляции между структурой веществ и антигипоксической активностью изучены недостаточно [10, 11].

В последнее время исследователей привлекают производные 4-аминокумаринов, которые обладают разнообразным спектром прикладных свойств — антимикробным, нейротропным и противосудорожным [12, 13]. В настоящей работе изучена антигипоксическая активность новых производных кумарина из группы 7-алкокси- и 4-аминокумаринов (ИЭМ-2266 и ИЭМ-2267 соответственно) на трех моделях острой гипоксии.

Гипоксическая гипоксия с гиперкапнией является наиболее простой методикой оценки противогипоксической активности исследуемых соединений и развивается при нормальном общем барометрическом давлении, но сниженном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе. Такой вид гипоксии может развиваться при нахождении в небольших замкнутых помещениях, гермообъемах, при работе в шахтах, колодцах и т. д. В этих условиях в организме животного возникает артериальная гипоксемия — уменьшается напряжение кислорода в плазме артериальной крови, приводящей к недостаточному насыщению гемоглобина кислородом и снижению его содержания в крови. На фоне острой недостаточности кислорода и увеличении содержания СО₂ животное в опыте гибнет. Увеличение длительности жизни животного по сравнению с контролем считают положительной оценкой антигипоксического действия изучаемого вещества [14]. В нашем эксперименте наибольшую активность проявило соединение ИЭМ-2267 в дозах 25 и 50 мг/кг, которое увеличивало продолжительность жизни лабораторных животных на 26 и 34 % соответственно. Данное вещество относится к группе производных 4-аминокумаринов. Ранее было показано, что производные 4-аминокумаринов оказывают угнетающее действие на центральную нервную систему [13, 15]. В то же время известно, что фармакологические препараты, обладающие седативными свойствами, снижают энергетические потребности мозга и всего организма в целом и увеличивают выживаемость животных в разных моделях гипоксии [2, 16]. Таким образом, антигипоксическое действие ИЭМ-2267 в модели гипоксической гипоксии с гиперкапнией может быть связано с его влиянием на центральную нервную систему.

Гемическая гипоксия возникает вследствие нарушений в системе крови, а именно уменьшения ее кислородной емкости. Нитрит натрия, будучи мощным окислителем, прежде всего окисляет гемоглобин, превращая его в метгемоглобин, который неспособен обратимо связывать кислород. В результате этих процессов нарушается транспорт кислорода кровью и возникает гемическая гипоксия. При отравлении нитритом натрия создается порочный круг циркуляторных, метаболических и морфологических изменений в тканях [17]. Критерием оценки антигипоксического действия исследуемых веществ по данной методике является увеличение времени жизни животного по сравнению с контролем. В наших опытах при этом виде гипоксии наблюдали выраженное защитное действие другого производного кумарина — ИЭМ-2266 в дозе 50 мг/кг, который увеличивал продолжительность жизни мышей на 45 %. При этом соединение ИЭМ-2267 из группы 4-аминокумарина на данной модели было неэффективно.

Модель гистотоксической гипоксии характеризуется тем, что нитропруссид натрия не только вызывает блокаду дыхательных ферментов, но и значительно понижает артериальное давление за счет расширения периферических сосудов — артерий и вен [14]. На данной модели достоверный защитный эффект оказывали соединения ИЭМ-2266 (из группы 7-алкоксикумарина) в дозе 25 мг/кг и ИЭМ-2267 (из группы 4-аминокумарина) в дозе 50 мг/кг.

В наших исследованиях впервые продемонстрировано, что производные 7-алкокси- и 4-аминокумарина обладают антигипоксическими свойствами. Анализ полученных результатов свидетельствует о взаимосвязи структуры кумариновых соединений с особенностями их антигипоксического действия. ИЭМ-2267 из группы 4-аминокумарина проявил активность на модели гипоксической гипоксии с гиперкапнией. ИЭМ-2266 из группы 7-алкоксикумарина был активен на модели гемической гипоксии, которая обусловлена сниженной кислородной емкостью крови. На острой модели гистотоксической (тканевой) гипоксии оба препарата показали свою эффективность. Различная эффективность 7-алкокси- и 4-аминопроизводных кумарина, возможно, связана с их влиянием на разные патофизиологические механизмы, лежащие в основе разных видов гипоксии.

Следует также отметить, что степень полярности исследуемых производных кумарина различна. Данный показатель влияет на биодоступность препаратов в организме и, как следствие, на их фармакологическую активность. Это также может приводить к различиям в величине действующих доз и степени выраженности антигипоксического эффекта изучаемых соединений.

Таким образом, полученные данные предполагают, что 7-алкокси- и 4-аминопроизводные кумарина характеризуются различными механизмами антигипоксического действия и перспективны для дальнейшего изучения и потенциального использования в качестве антигипоксических средств.

Заключение

Оба изученных соединения из группы производных 7-алкоксикумарина (ИЭМ-2266) и 4-аминокумарина (ИЭМ-2267) оказывают выраженное антигипоксическое действие. Положительный эффект у соединения ИЭМ-2266 наблюдался на двух моделях гипоксии: гемической гипоксии и гистотоксической гипоксии, у соединения ИЭМ-2267 — на моделях гипоксической гипоксии с гиперкапнией и гистотоксической гипоксии. Положительный эффект данных соединений, возможно, связан с повышением устойчивости экспериментальных животных к гипоксии и временным улучшением утилизации кислорода тканями организма.

На основании данных, полученных в экспериментальных моделях гипоксии, установлено, что новые производные кумарина проявляют антигипоксическую активность, выраженность которой зависит от индивидуальной чувствительности животных, причины гипоксии, дозы и химического строения веществ.

Дополнительная информация

Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственного задания по теме «Фармакологический анализ действия нейротропных средств, изучение внутриклеточных мишеней и создание систем направленной доставки», шифр 0557-2019-0004.

Соблюдение этических норм. Исследования проведены с соблюдением принципов гуманности (Директивы Европейского сообщества № 86/609 ЕС) и одобрены протоколом локального этического комитета при ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины».

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.