Assessment of ethylthiobenzimidazole and fabomotizole activity in a model of hypercapnic hypoxia with cutting off the brain hemispheres work
- Authors: Marysheva V.V.1, Mikheev V.V.1, Shabanov P.D.1
-
Affiliations:
- S.M. Kirov Military Medical Academy
- Issue: Vol 20, No 1 (2022)
- Pages: 75-82
- Section: Original articles
- Submitted: 27.05.2022
- Accepted: 27.05.2022
- Published: 27.05.2022
- URL: https://journals.eco-vector.com/RCF/article/view/108288
- DOI: https://doi.org/10.17816/RCF20175-82
- ID: 108288
Cite item
Abstract
BACKGROUND: Resistance to hypoxia depends on the type of animal, its condition (fatigue, pre-exposure, pregnancy in females) and the conditions of the experiments.
AIM: study the effect of ethylthiobenzimidazole (Metaprot, Bemityl) and fabomotizole (Afobazole), which were antihypoxants with an isothiourea group, on the resistance of male outbred mice to acute hypoxia with hypercapnia under conditions of isolated functioning of one of the cerebral hemispheres.
MATERIALS AND METHODS: Acute hypoxia with hypercapnia was simulated by the “cupping method” by placing male mice in a closed hermetic volume (200 cm3) until the death of the animal. Previously, in some mice, one of the cerebral hemispheres was temporarily switched off according to the Leao method.
RESULTS: It has been shown that ethylthiobenzimidazole and fabomotizole, administered intraperitoneally in equimolar doses (25 and 32.8 mg/kg, respectively) 30 min before a hypoxic episode, increase the life time of experimental animals when either of the hemispheres (right or left) is turned off approximately equally.
CONCLUSIONS: Data are considered in terms of the possibility of using both drugs in the prevention and treatment of ischemic strokes.
Full Text
АКТУАЛЬНОСТЬ
Более 30 лет тому назад при клинических испытаниях антигипоксанта амтизола в остром периоде ишемического инсульта было показано, что эффективнее происходит стабилизация мозгового кровотока, наблюдается ускоренная нормализация электрической активности мозга и показателей метаболизма в крови и ликворе. Кроме того, препарат способствовал устранению афазических расстройств [16]. Амтизол (3,5-диаминотиадиазол) имеет в своей структуре изотиомочевинную группировку, которая, как мы считаем, является ответственной за его антигипоксическую активность [7]. По своим свойствам препарат был признан Фармакологическим комитетом эталонным антигипоксантом [11]. Экономическая неурядица 90-х годов прошлого века обрушила его внедрение в промышленное производство и, как следствие, в медицинскую практику. Метапроту «повезло» больше, его успели внедрить в производство, но по каким-то причинам используют не в «полную силу». Широко применяемые в настоящее время в медицинской практике антигипоксанты, производные гидроксипиридина — метилэтилпиридинол (Эмоксипин) и этилметилгидроксипиридина сукцинат (Мексидол), менее активны и не обладают той универсальностью, которая присуща антигипоксантам с изотиомочевинной группировкой.
Настоящее исследование посвящено двум родственным препаратам — этилтиобензимидазолу (Метапрот, Бемитил) и фабомотизолу (Афобазол). Этилтиобензимидазол был разработан в Военно-медицинской академии, обладает целым комплексом полезных лекарственных свойств: ноотропной, регенеративной, антигипоксической, антиоксидантной и иммуномодулирующей активностью [16]. Фабомотизол в медицине позиционируется как селективный небензодиазепиновый анксиолитик, оказывающий также нейропротекторное действие: восстанавливает и защищает нервные клетки. Однако в последнее десятилетие появилось множество работ, указывающих на поливалентную активность средства [2, 4–6, 14], что является характерной чертой для антигипоксантов с изотиомочевинной группировкой.
Этилтиобензимидазол и фабомотизол — структурные аналоги по строению (см. рисунок), обладают сравнимой антигипоксической, актопротекторной активностью [8, 9]. Первый нашел применение в качестве средства метаболической защиты головного мозга при острых нарушениях мозгового кровообращения; в профилактике ишемических и реперфузионных повреждений при аортокоронарном шунтировании; для коррекции послеоперационной диффузной гипоксически-ишемической энцефалопатии; для восстановительной терапии у пациентов с последствиями черепно-мозговой травмы и др. [16].
Рисунок. Структурные формулы этилтиобензимидазола (1) и фабомотизола (2)
В продолжение наших работ по изучению влияния гипоксии на мозг и защиты от нее [10] целью работы стало исследование, как этилтиобензимидазол и фабомотизол защищают мозг при гиперкапнической гипоксии в условиях попеременного отключения гемисфер.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперименты выполнены на 148 половозрелых самцах беспородных мышей. Гипоксию с гиперкапнией моделировали в стеклянных банках объемом 200 мл с герметичными крышками [15]. После завинчивания крышки банки переворачивали вверх дном и, чтобы избежать подсоса воздуха, опускали в кювету с водой. Регистрировали продолжительность жизни животных.
В опытах использовали следующие группы животных: интактные — 1-я группа, ложнооперированные (контрольные) — 2-я группа, мыши с выключением левого полушария — 3-я группа и с выключением правого полушария — 4-я группа; далее повторяют тот же набор с добавлением этилтиобензимидазола и фабомотизола. Препараты вводили внутрибрюшинно в эквимольных дозах 25 и 32,8 мг/кг соответственно за 30 мин до гипоксического эпизода. В каждой группе было от 19 до 40 мышей.
Эксперименты выполняли сериями по 16–20 особей. В каждой серии все группы животных были представлены в равной степени. Все опыты выполнены в один и тот же период времени с 13.00 до 15.00, так как имеются указания на суточные колебания устойчивости к гипоксии белых крыс и мышей [1]. Временное выключение коры одного из полушарий или обеих гемисфер достигали путем эпидуральной аппликации фильтровальной бумажки, смоченной 25 % раствором хлорида калия [3, 12]. Для этого за двое суток до эксперимента у животных под эфирным наркозом над одной или обеими гемисферами в кости черепа высверливали по одному отверстию диаметром около 1 мм. Аппликацию производили за 15 мин до тестирования. У ложнооперированных мышей, которые служили контролем, проделывали все те же подготовительные операции, но без трепанации черепа и аппликации.
Полученные данные обрабатывали с использованием стандартного статпакета GraphPad PRISM.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В группе животных без препарата отключение полушарий приводит к повышению продолжительности жизни мышей. При активном левом полушарии продолжительность жизни достоверно выше, чем при активном правом. При этом необходимо отметить, что правое полушарие является доминирующим. На наш взгляд, эти данные свидетельствуют, что правое полушарие доминирующее в обеспечении исходной устойчивости к гипоксии, тогда как левая гемисфера выполняет своего рода «антигипоксическую» функцию [13]. По традиции доминирующим мы считаем то полушарие, при активном состоянии которого исследуемый показатель ближе к таковому у интактных и/или ложнооперированных животных. Это различие еще заметнее в группе высокоустойчивых особей. В группах плацебо, этилтиобензимидазола и фабомотизола такие достоверные различия отсутствуют. Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 1.
Таблица 1. Влияние односторонней корковой распространяющейся депрессии на продолжительность жизни мышей в условиях гипоксии с гиперкапнией до и после применения этилтиобензимидазола и фабомотизола
Группа животных | Интактные мыши | Ложнооперированные (контроль) | Активно правое полушарие | Активно левое полушарие |
Без препарата, мин | ||||
Вся выборка | 18,2 ± 0,57 (n = 51) | 19,6 ± 0,84 (n = 20) | 23,0 ± 1,05ИЛ (n = 22) | 28,2 ± 2,49ИКП (n = 21) |
Низкоустойчивые | 14,1 ± 0,31 (n = 17) | 16,7 ± 0,55И (n = 10) | 19,0 ± 0,54ИКЛ (n = 10) | 20,8 ± 0,93ИКП (n = 10) |
Высокоустойчивые | 22,8 ± 0,71 (n = 17) | 22,6 ± 0,83 (n = 10) | 27,1 ± 1,27Л (n = 10) | 35,7 ± 3,96ИКП (n = 10) |
Плацебо, мин | ||||
Вся выборка | 22,2 ± 0,55 (n = 55) | 23,3 ± 1,47 (n = 20) | 27,2 ± 1,58И (n = 20) | 25,6 ± 1,55 (n = 20) |
Низкоустойчивые | 17,7 ± 0,35 (n = 18) | 18,1 ± 0,54 (n = 10) | 21,7 ± 0,63ИК (n = 10) | 20,8 ± 0,65ИК (n = 10) |
Высокоустойчивые | 26,8 ± 0,61 (n = 18) | 28,5 ± 1,72 (n = 10) | 32,8 ± 1,83И (n = 10) | 30,5 ± 2,10 (n = 10) |
Этилтиобензимидазол, мин | ||||
Вся выборка | 29,1 ± 2,74 (n = 21) | 28,7 ± 2,38 (n = 21) | 34,7 ± 3,09 (n = 22) | 33,4 ± 3,59 (n = 22) |
Низкоустойчивые | 19,5 ± 1,07 (n = 10) | 19,4 ± 1,47 (n = 10) | 22,2 ± 1,01 (n = 10) | 22,3 ± 0,73 (n = 10) |
Высокоустойчивые | 39,2 ± 3,46 (n = 10) | 38,1 ± 2,19 (n = 10) | 48,0 ± 3,26 (n = 10) | 45,9 ± 5,77 (n = 10) |
Фабомотизол, мин | ||||
Вся выборка | 31,6 ± 2,36 (n = 21) | 32,6 ± 2,46 (n = 21) | 43,0 ± 2,82ИК (n = 22) | 43,2 ± 3,38ИК (n = 22) |
Низкоустойчивые | 22,7 ± 1,10 (n = 10) | 22,6 ± 0,87 (n = 10) | 32,4 ± 1,74ИК (n = 10) | 28,7 ± 2,05ИК (n = 11) |
Высокоустойчивые | 40,8 ± 2,58 (n = 10) | 42,8 ± 2,17 (n = 10) | 54,2 ± 3,37ИК (n = 10) | 58,4 ± 2,23ИК (n = 10) |
n — число животных. Примечание. Буквами указаны достоверные различия с p < 0,01 по сравнению: И — с интактными, К — контрольными мышами; П — животными с активным правым и Л — активным левым полушарием. Полужирным шрифтом обозначено доминирующее полушарие. |
Сравнение влияния препаратов на различные экспериментальные группы животных по отношению к результатам, полученным с группами без препарата соответственно, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Влияние этилтиобензимидазола и фабомотизола на продолжительность жизни мышей при гипоксии с гиперкапнией в условиях изолированного функционирования одного из полушарий по отношению к соответствующей группе мышей без препарата
Группа животных | Интактные мыши | Ложнооперированные (контроль) | Активно правое полушарие | Активно левое полушарие |
Плацебо, % | ||||
Вся выборка | 122,0*** | 118,9* | 118,3* | 90,8 |
Низкоустойчивые | 125,5*** | 108,4 | 114,2 | 100 |
Высокоустойчивые | 117,5** | 126,1* | 121,0* | 85,4 |
Этилтиобензимидазол, % | ||||
Вся выборка | 160,0*** | 146,4*** | 150,9*** | 118,4 |
Низкоустойчивые | 138,3 | 116,2 | 116,8 | 107,2 |
Высокоустойчивые | 171,9*** | 168,6*** | 177,1*** | 128,6 |
Фабомотизол, % | ||||
Вся выборка | 173,6*** | 166,3*** | 187,0*** | 153,2*** |
Низкоустойчивые | 161,0*** | 135,3 | 170,5** | 138,0 |
Высокоустойчивые | 178,9*** | 189,4*** | 200,0*** | 163,6*** |
* p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001. |
Препараты увеличивают продолжительность жизни мышей при гиперкапнической гипоксии: этилтиобензимидазол в 1,6, фабомотизол в 1,736 раза; то есть обладают достаточно схожей антигипоксической активностью в модели гиперкапнической гипоксии. Активация правого полушария для группы фабомотизола увеличивает силу воздействия препарата на 13,4 %, для группы этилтиобензимидазола уменьшает на 9,1 %. У всех препаратов при этой операции более восприимчивыми были ВУ (высокоустойчивые) особи: этилтиобензимидазол увеличивал продолжительность жизни мышей в 1,77 раза, фабомотизол в 2 раза относительно интактных особей без препарата. Активация левого полушария уменьшает силу воздействия обоих препаратов, для этилтиобензимидазола и фабомотизола соответственно на 41,6 и 20,4 % относительно их интактной группы. В группе этилтиобензимидазола НУ (низкоустойчивые) особи жили на 31 %, а ВУ-особи на 43,3 % меньше соответствующей группы мышей без операции. В группе фабомотизола НУ-особи жили на 23 %, а ВУ на 15,3 % меньше соответствующей группы мышей без операции. У этилтиобензимидазола более восприимчивыми при данной операции были НУ-особи, а у фабомотизола — ВУ-особи.
В табл. 3 приведены данные по продолжительности жизни по группам препаратов в отношении к группам плацебо соответственно.
Таблица 3. Влияние этилтиобензимидазола и фабомотизола на продолжительность жизни мышей при гипоксии с гиперкапнией в условиях изолированного функционирования одного из полушарий по отношению к плацебо
Группа животных | Интактные мыши | Ложнооперированные (контроль) | Активно правое полушарие | Активно левое полушарие |
Этилтиобензимидазол, % | ||||
Вся выборка | 131,1*** | 123,2 | 127,6* | 130,5 |
Низкоустойчивые | 110,2 | 107,2 | 102,3 | 107,2 |
Высокоустойчивые | 146,3*** | 133,7* | 146,3** | 150,5* |
Фабомотизол, % | ||||
Вся выборка | 142,3** | 139,9* | 158,1*** | 168,8*** |
Низкоустойчивые | 128,2** | 124,9* | 149,3*** | 138,0*** |
Высокоустойчивые | 152,2*** | 150,2*** | 165,2*** | 191,5*** |
* p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001. |
При сравнении действия групп препаратов с плацебо (табл. 3), который является контролем в наших исследованиях, выявили следующие закономерности.
Препараты увеличивают продолжительность жизни мышей при гиперкапнической гипоксии по отношению к плацебо: этилтиобензимидазол в 1,31, фабомотизол 1,42 раза.
В группе этилтиобензимидазола по всей выборке ложная операция уменьшает продолжительность жизни на 7,9 %; активация правого полушария на 3,5 %; активация левого полушария на 0,6 %. Для НУ-особей уменьшение продолжительности жизни в изучаемых группах оперированных животных по сравнению с интактными составило 3–7,9 %. Для ВУ-особей ложная операция уменьшила продолжительность жизни на 12,6 %, в то время как отключения полушарий не повлияли на этот параметр.
В группе фабомотизола по всей выборке ложная операция уменьшает продолжительность жизни на 2,4 %, активация правого полушария увеличивает продолжительность жизни на животных на 15,8 %, активация левого полушария на 26,5 %. Для НУ-особей ложная операция уменьшает продолжительность жизни мышей на 3,3 %, активация правого полушария увеличивает на 21,1 %, активация левого полушария увеличивает на 9,8 %. Для ВУ-особей ложная операция уменьшила продолжительность жизни всего на 2 %, активация правого полушария увеличивает продолжительность жизни животных на 13 %, активация левого полушария увеличивает на 39,3 %.
В табл. 4 представлены данные, в которых мы рассматриваем как изменялась продолжительность жизни в опытных группах животных по каждому препарату по отношению к соответствующей группе неоперированных особей.
Таблица 4. Изменение продолжительности жизни мышей в различных экспериментальных группах по препаратам
Группа животных | Неоперированные животные | Ложнооперированные (контроль) | Активно правое полушарие | Активно левое полушарие |
Этилтиобензимидазол, % | ||||
Вся выборка | 100 | 98,6 | 119,2 | 114,8 |
Низкоустойчивые | 100 | 99,5 | 113,8 | 114,4 |
Высокоустойчивые | 100 | 97,2 | 122,4 | 117,1 |
Фабомотизол, % | ||||
Вся выборка | 100 | 103,2 | 136,1 | 136,7 |
Низкоустойчивые | 100 | 99,6 | 142,7 | 126,4 |
Высокоустойчивые | 100 | 104,9 | 132,8 | 143,1 |
Для группы этилтиобензимидазола отсутствует эффект прекондиции, активация правого полушария увеличивает продолжительность жизни мышей на 19,2 % в большей степени за счет ВУ-особей, активация левого полушария увеличивает продолжительность жизни мышей на 14,8 % в примерно равной степени для НУ- и ВУ-особей.
Для группы фабомотизола наблюдаем эффект прекондиции 3,2 % за счет ВУ-особей, активация правого полушария увеличивает продолжительность жизни мышей на 36,1 % в большей степени за счет НУ-особей, активация левого полушария увеличивает продолжительность жизни мышей на 36,7 % в большей степени за счет ВУ-особей.
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Этилтиобензимидазол и фабомотизол — родственные аналоги, производные бензимидазольной структуры (см. рисунок). Замещение водорода в 5-м положении у этилтиобензимидазола этоксигруппой приводит к усилению биологической активности, в частности антигипоксической и актопротекторной. Замещение этильного радикала у серы на морфолиноэтильный приводит к значительному усилению у него анксиолитических свойств. За последние годы у фабомотизола выявили кардиопротективный эффект [5] и вылечивание последствий острого инфаркта миокарда [6], нейропротективный при ишемическом инсульте [2], на ранних стадиях паркинсонизма [4], антидиабетическую активность выше Метформина при сахарном диабете 2-го типа [14]. Это неудивительно, поскольку фабомотизол является активным антигипоксантом, а это обычно соответствует поливалентной лекарственной активности.
По данным табл. 4, этилтиобензимидазол при отключении полушарий чуть лучше (на 4,4 %) работает при активном правом полушарии, ВУ-особи лучше реагируют на препарат. Фабомотизол практически одинаково повышает продолжительность жизни животных при отключении любого полушария. Однако при активном правом полушарии лучше воздействует на НУ-особей, а при активном левом полушарии на ВУ-особей.
ВЫВОДЫ
Выполненное исследование позволяет рекомендовать оба препарата для лечения гипоксических поражений мозга, ишемических инсультов как право-, так и левосторонних.
Рекомендуем расширить клиническое применение этилтиобензимидазола и фабомотизола при ишемических инсультах.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.
Этический комитет. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова МО РФ (протокол № 76 от 24.11.2014).
About the authors
Vera V. Marysheva
S.M. Kirov Military Medical Academy
Author for correspondence.
Email: vvmarysheva@yandex.ru
Dr. Sci. (Pharmacology), Lecturer
Russian Federation, Saint PetersburgVladimir V. Mikheev
S.M. Kirov Military Medical Academy
Email: vvmiheev@mail.ru
Dr. Sci. (Pharmacology), Lecturer
Russian Federation, Saint PetersburgPetr D. Shabanov
S.M. Kirov Military Medical Academy
Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477
Dr. Med. Sci. (Pharmacology), Professor and Head of the Department
Russian Federation, Saint PetersburgReferences
- Allikmets LKh, Otter MYa, Eepik TE. Sutochnye i sezonnye kolebaniya rezistentnosti intaktnykh belykh myshei i krys v trekh modelyakh gipoksii. Proccedings of the All-Union Conference dedicated to the 50th anniversary of the Institute of Physiology named after I.S. Beritashvili. Tbilisi: Metsniereba, 1986. P. 18–19.
- Balosanyan MG, Kanayan AS, Topchan AV, et al. Neuroprotective activity of afobazole in ischemized brain. Experimental and Clinical Pharmacology. 2021;84(2):23–27. doi: 10.30906/0869-2092-2021-84-2-23-27
- Buresh Ya, Bureshova O, Kh’yuston DP. Metodiki i eksperimenty po izucheniyu mozga i povedeniya. Moscow: Vysshaya shkola; 1991. 400 p.
- Kapitsa IG, Ivanova EA, Val’dman EA, et al. Activity of afobazole in experimental models of Parkinson’s disease. Experimental and Clinical Pharmacology. 2017;80(6):39–44. doi: 10.30906/0869-2092-2017-80-6-3-7
- Kryzhanovskii SA, Tsorin IB, Stolyarchuk VN, et al. Studying the cardioprotective effects of fabomotizol hydrochloride on a translation model of chronic heart failure. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2019;168(7):39–44.
- Kryzhanovskii SA, Tsorin IB, Stolyarchuk VN, et al. Delayed results of experimental afobazole therapy in rats after acute myocardial infarction. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2017;163(2):140–143.
- Marysheva VV. Razrabotka i izuchenie biologicheskoi aktivnosti novykh antigipoksantov v ryadakh kondensirovannykh indolov [dissertation abstract]. Saint Petersburg; 2006. 51 p.
- Marysheva VV. Antigipoksanty aminotiolovogo ryada. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2007;5(1):17–27.
- Marysheva VV, Shabanov PD. Enhancement of physical endurance in animals by means of compounds with thiourea group (review of literature). Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(1):17–30. doi: 10.7816/RCF17117-30
- Marysheva VV, Mikheev VV, Shabanov PD. Evaluation of the activity of antihypoxants with an isothiourea structure in a model of hypercapnic hypoxia with a shutdown of the cerebral hemispheres. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2021;19(1): 55–63. doi: 10.17816/RCF19155-63
- Metodicheskie rekomendatsii po eksperimental’nomu izucheniyu preparatov, predlagaemykh dlya klinicheskogo izucheniya v kachestve antigipoksicheskikh sredstv. Luk’yanova LD. ed. Moscow: B.i.; 1990. P. 8.
- Mikheev VV, Shabanov PD. Farmakologicheskaya asimmetriya mozga. Saint Petersburg: Elbi-SPb; 2007. 384 p.
- Mihkeev VV, Marysheva VV, Bogomolov B, Zhukova-Williams LV. Effect of aminothiol antihypoxants on interhemispheric asymmetry of the brain. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2012;10(1):51–53. doi: 10.17816/RCF10151–53
- Ostrovskaya RU, Ivanov SV, Voronin MV, et al. Antidiabetic activity of afobazole in Wistar rats. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2018;165(5):592–596.
- Rukovodstvo po eksperimental’nomu (doklinicheskomu) izucheniyu novykh farmakologichekikh veshchestv. Moscow; 2000. P. 153–158.
- Shabanov PD. Klinicheskaya farmakologiya metaprota / Metodicheskie rekomendatsii dlya vrachei. Saint Petersburg: VMedA; 2010. 96 p.
![](/img/style/loading.gif)