Enhancement of physical endurance in animals by means of compounds with thiourea group (review of literature)

Full Text

В Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова (ВМА) на кафедре фармакологии несколько десятилетий плодотворно занимались химией и фармакологией соединений, содержащих тио- и изотиомочевинную группировку в своей структуре. Широко известны фармакологам такие соединения, как гутимин и амтизол, — это первые отечественные антигипоксанты, прошедшие клинические испытания и зарекомендовавшие себя в реаниматологической и клинической практике. Другой известный препарат — бемитил (бемактор, метапрот) — широко внедрен в практику здравоохранения, неоднократно находил применение в критических ситуациях: землетрясение в Армении, боевые действия в Афганистане и пр.

Как показали исследования в различных научных центрах, антигипоксанты обладают поливалентной фармакологической активностью. Настоящий обзор посвящен оригинальным соединениям, синтезированным на кафедре фармакологии ВМА и содержащим фармакофорную изотиомочевинную группировку в моно-, би- и трициклических структурах. Практически для всех соединений выявлена антигипоксическая активность, но в данной публикации будут рассмотрены другие свойства этих препаратов — влияние на выносливость организма в различных ситуациях.

Повышение выносливости организма — актуальная задача для многих профессий, связанных с большими нагрузками, как-то: военнослужащие, авиация, пожарные, спасатели, служащие МЧС.

В обзоре собраны ранее не сопоставлявшиеся данные по исследованию синтезированных на кафедре соединений различной структуры. Данные о строении соединений, летальной дозе (ЛД50), нумерации в статье и ссылке на источник литературы приведены в табл. 1. Во всех таблицах идет сквозная нумерация соединений.

 

Таблица 1. Нумерация, структурные формулы, летальные дозы (ЛД50) исследованных препаратов

Номерсоединения	Структурная формула	ЛД50, мг/кг	Ссылка
1		526	11
2		876	17
3		Не определена	17
4		1252	19
5		575	17
6		Не определена	35
7		438	6
8		550	15
9		246	1
10		150	3
11		250	16
12		1007	10
13		620	12
14		3550	14
15		150	Данные не опубликованы
16		874	30
17		17800	23
18		1070	20
19		2820	22
20		450	29
21		2240	31
22		684	32
23		200	13
24		1500	24
25		131	18
26		960	21
27		450	25
28		580	26
29		699 ± 50	32
30		Не определена	32
31		Не определена	32
32		490	32
33		388	32
34		250	8
35		820	8
36		635	2
37		1150	7
38		1250	7
39		840	9
40		200	4
41		200	4
42		600	5

 

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование влияния препаратов на физическую выносливость. Серия экспериментов проводилась на крысах, выполняющих бег на третбане «до отказа». После физической нагрузки животные в течение трех суток отдыхали, затем им вводили препарат в оптимальной дозе однократно, и они вновь совершали бег на третбане через 1, 2, 24 и 48 ч после его введения. Контрольные животные получали физиологический раствор. Оценивали продолжительность бега до и на фоне введения препаратов. В табл. 2 приведены данные изменения выносливости в процентах.

 

Таблица 2. Повышение и восстановление физической выносливости после истощающих нагрузок производными имидазола (1–5), бензимидазола (6–8) и триазиноиндола (9–22)

Номер соединения	Доза, мг/кг	Повышение физической работоспособности через интервал, ч				Восстановление физической работоспособности через интервал, ч
		1	2	24	48	1	2	24	48	72
Контроль	–	46	50	97	–	–	–	–	–	–
1	20	–	–	276	–	–	–	–	–	–
2	50	107	115	–	–	–	–	–	–	–
3	50	90	90	–	–	–	–	–	–	–
4	40	119	129	–	–	–	–	–	–	–
5	40	160	180	188	–	–	–	–	–	–
6	20	69	58	103	171	–	–	–	–	–
7	20	77	70	189	214	–	–	–	–	–
8		40	90	90	185	–	–	–	–	–
9	20	145	–	–	–	100	115	215	–	–
10	20	120	160	250	250	80	70	200	200	160
11	40	180	200	235	200	80	85	180	180	–
12	20	200	235	250	260	–	–	–	–	–
13	20	150	160	200	–	100	105	138	–	–
14	40	160	180	187	185	73	77	160	180	200
15	20	–	–	–	–	80	70	200	200	180
16	20	178	180	265	265	–	–	–	–	–
17	40	–	–	–	–	100	–	183	208	215
18	20	–	–	–	–	132	136	165	166	–
19	20	150	153	250	250	142	143	223	225	–
20	40	–	–	–	–	150	152	–	–	–
21	40	–	–	–	–	165	168	167	170	–
22	20	–	–	–	–	160	162	178	200	–

 

Исследование влияния препаратов на процессы восстановления после физических нагрузок. Опыты выполнены на крысах. Животные совершали бег в третбане «до отказа», после чего им вводили изучаемые вещества в оптимальных дозах внутрибрюшинно однократно. Контрольная группа получала физиологический раствор. Затем животные повторно совершали бег на третбане «до отказа» через 1, 2, 24 и 48 ч, причем каждый временной интервал тестировали на отдельной группе животных. В табл. 2 приведены данные в процентах к продолжительности исходного бега.

Термостресс. За 1 ч до эксперимента внутрибрюшинно вводили препараты животным, затем помещали в термокамеру с температурой 40 °C и влажностью 30 %, где они и находились до гибели 80 % животных в контрольной группе. Данные о выживших животных приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Защита от термостресса производными триазиноиндола (19, 23, 24, 26–28) и имидазола (25) в сравнении с бемитилом

Номер соединения	Доза, мг/кг	Выжившие особи в термокамере, %
6 (бемитил)	10	30
19	10	53
23	10	23
24	10	60
25	20	80
26	10	47
27	10	85
28	10	75

 

Повышение физической выносливости в условиях гипертермии. Опыты проведены на мышах, которым вводили препараты за 1 ч до эксперимента. Мыши плавали с 5 % грузом от массы тела при 40 °C (табл. 4), приведены данные по отношению к контролю.

 

Таблица 4. Повышение физической выносливости препаратами имидазоиндольной структуры в условиях гипертермии

Номер соединения	Доза, мг/кг	Длительность плавания к контролю, %	Доза, мг/кг	Длительность плавания к контролю, %
6 (бемитил)	10 15 25	90 77 49	50 75	44 33
29	1 10 15 25	116 204 171 287	50 75	230 111
30	10 25 50	123 115 82	–	–
31	25 50 75	97 115 82	–	–
32	10 25	72 283	50 75	84 113
33	10 15 25	101 132 159	50 75	181 125

 

Повышение физической выносливости в условиях гипоксии. Опыты проведены на мышах, которым вводили препараты за 1 час до эксперимента. Мыши плавали в условиях гипоксии (N₂ 95 %, O₂ 5 %). Данные по отношению к контролю приведены в табл. 5.

 

Таблица 5. Повышение физической выносливости в условиях нормобарической гипоксии

Номер соединения	Доза, мг/кг	Длительность плавания к контролю, %
34	50	129
35	80	137

 

Повышение физической выносливости при отравление фосфорорганическими пестицидами. Исследователи замеряли у крыс исходный бег на третбане «до отказа». Трое суток животные отдыхали. Затем производилась затравка карбофосом, через 15 мин после появления судорог вводили исследуемый препарат и далее 1 раз в сутки в половинной дозе. Тестировали физическую выносливость в отдельных группах при помощи бега на третбане «до отказа» через 24, 48, 72 и 168 ч. В табл. 6 представлены данные по приросту выносливости в % к исходному бегу.

 

Таблица 6. Исследование защитного действия производных триазиноиндола в тесте «бег на третбане» при затравке фосфорорганическими пестицидами (карбофос)

Номер соединения	Доза, мг/кг	Повышение физической работоспособности через интервал, ч
		24	48	72	168
Контроль	–	16 (116)	50 (150)	55 (155)	75 (175)
Атропина сульфат	1	40 (140)	60 (160)	60 (160)	66 (166)
6	25	35 (135)	40 (140)	45 (145)	70 (170)
36	40	40 (140)	80 (180)	95 (195)	110 (210)
18	40	25 (125)	40 (140)	45    145)	–

 

Исследование стресс-протективной активности. В качестве модели дозированного стресса использовали методику лишения мышей-самцов сна, пищи и воды в медленно вращающемся барабане (0,2 км за 1 ч). Одновременно исследовали две группы животных. После суточного пребывания в барабане животным предоставляли суточный отдых, пищу и воду, после чего снова помещали их в барабан. Указанную последовательность событий сохраняли до гибели большинства животных контрольной группы. Исследуемый препарат вводили на протяжении всего эксперимента 2 раза в сутки подкожно в дозе 10 мг/кг. Контрольные животные получали в те же сроки физиологический раствор. Влияние препаратов на выживаемость животных в условиях длительного стресса приведено в табл. 7.

 

Таблица 7. Стресс-протективная активность соединений имидазола (37, 38, 2), триазина (39), триазиноиндола (11, 12, 40–42)

Номер соединения	Доза, мг/кг	Выжившие животные, %
		опыт	контроль
37	10	76	32
38	10	40	32
2	10	83	30
39	10	64	32
40	10	72	24
12	10	80	20
11	10	68	32
41	10	48	32
42	10	53	36

 

Статистическую обработку результатов проводили методами непараметрической статистики по точному критерию Фишера.

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

В табл. 2 приведены данные по повышению и восстановлению физической выносливости после истощающих нагрузок производными имидазола (1–5), бензимидазола (6–8) и триазиноиндола (9–22). Все соединения можно отнести к малотоксичным, терапевтический индекс колеблется от 13,75 у соединения 8 до 30,13 — у 4. Производные имидазола повышают физическую выносливость в близкие сроки (1 и 2 ч): соединение 3 — до 90 %, а соединение 5 — до 160 и 180 % соответственно. Контрольные животные при этом показывают результат, равный 46 и 50 % соответственно от исходной продолжительности бега.

В отдаленные сроки (через 24 ч) интактные животные практически восстанавливают исходный пробег (97 %). Соединение 5 увеличивает продолжительность забега в 1,88 раза, а соединение 1 — в 2,76 раза.

Производные бензимидазола 6–8 значительно лучше «работают» в отдаленные сроки. Так, соединение 6 (бемитил, бемактор, метапрот) значительно повышает физическую выносливость только к концу вторых суток — в 1,71 раза; соединения 7 и 8 показывают через сутки и двое суток очень схожие результаты — через сутки повышение в 1,89 и 1,85 раза соответственно, через двое — более чем в 2 раза. Вероятно, здесь свою лепту внесла небольшая разница в химическом строении соединений 7 и 8.

Как моно- (производные имидазола), так и бициклические (производные бензимидазола) соединения обладают способностью восстанавливать физическую выносливость в близкие и отдаленные сроки.

Далее в табл. 2 помещены препараты трициклических структур — триазиноиндолы двух структур, одно производное имидазоиндола и отражены их свойства повышать и восстанавливать (после истощающей нагрузки) физическую выносливость животных. Соединения 9 и 10 относятся к циклической системе триазино[6, 5-b]индола, вещества 11–21 представляют собой соединения триазино[5, 6-b]индола, соединение 22 является 2-тион-4-ацетил-7-бромимидазо[4, 5-b]индолом.

Острая токсичность соединений колеблется в значительных пределах (ЛД50 принимает значения от 150 до 17800 мг/кг), этот показатель зависит от типа заместителей по сере и индольному азоту, а также в бензольном кольце. Рабочая доза для всех соединений примерно одинакова и составляет 20–40 мг/кг.

Повышение физической выносливости при предварительном введении препаратов в близкие сроки (1 и 2 часа) наиболее мощно проявились у соединений 14, 16, 11, 12, которые перекрывали контроль соответственно на 60 и 80 %; 78 и 80 %; 80 и 100 %, 100 и 135 %. То есть препараты 11 и 12 через 1 ч после введения увеличили выносливость животных в 1,8 и в 2,0 раза соответственно; через 2 ч — в 2,0 и 2,35 раза соответственно.

В отставленные сроки проявилась способность других препаратов повышать физическую выносливость животных. Соединения можно выстроить в ряд по росту активности: 13, 11, 10, 19, 12, 16. Все они увеличивают выносливость от 2,0 до 2,65 раз. При этом соединения 10, 19 и 12 показали равнозначный результат через 1 и 2 суток после введения — в обоих случаях выносливость повысилась в 2,5 раза. Максимальное увеличение дал препарат 16 (и тоже одинаковое в оба срока) — в 2,65 раза.

Перейдем ко второй части табл. 2, в которой отражена способность соединений восстанавливать физическую выносливость после истощающей нагрузки. Контрольные животные через 1 ч проявляют 42 % от исходной выносливости, через 2 ч — 47 %, через 24 ч — 98 %. Соединения 10, 11, 14, 15 повышают через 1 ч до 73–80 %; соединения 9, 13, 17 восстанавливают до 100 %, т. е. до исходного уровня; препараты 18, 19, 20, 21, 22 позволяют превысить животным исходный уровень физической выносливости на 32–65 %. Наибольшее влияние оказали препараты 21 и 22, которые повысили исходный уровень физической выносливости через 1 ч после истощающей нагрузки в 1,65 и 1,6 раза соответственно. Через 2 ч действие всех соединений несколько возрастает на 5–10 %.

Рассмотрим действие соединений в отставленные сроки — через 24, 48 и 72 ч после истощающей нагрузки. Как и в первой части таблицы, здесь нет однозначного соответствия в действии препаратов в близкие и отставленные сроки. Соединение 13 через 24 ч менее других веществ повышает физическую выносливость — до 138 % от исходного уровня. Соединения 14, 18, 21 повышают до 160, 165 и 167 % соответственно; соединения 22, 11, 17 — до 178, 180 и 183 % соответственно; соединения 10, 15 повышают ровно в 2 раза; соединения 9, 19 — до 215 и 225 % соответственно.

Через 48 ч действие многих препаратов сохраняется на том же уровне: 10, 11, 15,18, 19, 21. У соединений 14, 17, 22 отмечается некоторый рост активности на 13–25 % относительно результатов через 24 ч.

Несколько соединений были протестированы через 72 ч после истощающей нагрузки. У веществ 10 и 15 активность снизилась до 160 и 180 %, против 200 % через 24 и 48 ч. Активность соединений 14 и 17 продолжала нарастать и составила 200 и 215 % соответственно (отличие 20 и 13 %).

Обобщение по табл. 2. В основном все вещества повышают физическую работоспособность в отставленные сроки как при предварительном введении, так и при восстановлении после истощающей нагрузки. Некоторым исключением является соединение 13, заметно отличающееся от контроля только в близкие сроки при восстановлении. Если сравнивать в обоих экспериментах близкие сроки, то при восстановлении после истощающей нагрузки соединения действуют более активно. Например, соединение 19 дает прирост выносливости при предварительном введении в 1,5 раза в первые 2 часа, а в те же сроки при восстановлении — в 3,4 раза; соединение 10 увеличивает при предварительном введении через час выносливость в 1,2 раза, а в тот же срок при восстановлении выносливости — в 1,9 раза. Если сравнивать отставленные сроки, то максимальные значения чаще встречаются при предварительном введении препаратов: 10, 12, 19, 16 — это 250–265 %. Максимальные величины при восстановлении составляют 200–225 % (10, 14, 15, 17, 19, 22). Надо отметить, что это числа одного порядка. В обоих экспериментах себя проявили соединения 10, 11, 14, 19.

По данным табл. 2, наивысший результат по повышению физической работоспособности имеет соединение 1 — 276 % (через 24 ч), по восстановлению работоспособности — соединение 19 — 225 % (через 48 ч).

Препараты, содержащие тио- и изотиомочевинные группировки, проявили защитные свойства при тепловой нагрузке. Данные по защите от термостресса приведены в табл. 3.

В табл. 3 собраны данные по изучению соединений имидазольной структуры (25), бензимидазольной (6) и триазиноиндольной (19, 23, 24, 26–28). Препарат 6 (бемитил) защитил от гибели только 30 % животных, в контрольной группе выжило 20 %. Соединения 26, 19 и 24 защитили от гибели 47, 53 и 60 % животных соответственно. Лучшие термопротекторные свойства проявили соединения 28, 25 и 27, которые защитили от гибели 75, 80 и 85 % мышей соответственно. Соединения 27 и 28 отличаются друг от друга заместителем в бензольном кольце: замена метоксигруппы на метильную дала увеличение защитных свойств на 10 %. Препараты 19 и 25 имеют одинаковые заместители по атому серы — 2-морфолиноэтильный радикал. Однако имидазольное соединение ощутимо активнее по защите от термостресса.

В следующем эксперименте изучали влияние гипертермии на повышение физической выносливости препаратами имидазоиндольной структуры в сравнении с бемитилом (табл. 4).

По данным табл. 4, действие препарата 6 (бемитил) негативно сказалось на результатах плавательного теста при гипертермии. Препараты 30 (в дозе 10 мг/кг) и 31 (в дозе 50 мг/кг) несколько увеличивают продолжительность плавания мышей: на 23 и 15 % соответственно. Соединение 33 наилучшим образом увеличивало продолжительность плавания в дозе 50 мг/кг — на 81 % по сравнению с контролем; соединение 32 в дозе 25 мг/кг — на 183 % по сравнению с контролем; соединение 29 тоже в дозе 25 мг/кг — на 187 % по сравнению с контролем. Из пяти исследованных соединений имидазоиндольной структуры три активно повышают физическую выносливость в условиях гипертермии.

Исследование повышения физической выносливости в условиях нормобарической гипоксии с понижением содержания кислорода до 5 % проводили на двух соединениях триазиноиндольной структуры (табл. 5).

Оба соединения повышали физическую выносливость мышей при нормабарической гипоксии. Так, препарат 34 увеличивал продолжительность плавания на 29 %, а соединение 35 — на 37 % по отношению к контролю.

Данные, полученные при изучении защитного действия некоторых соединений в тесте «бег крыс на третбане» при отравлении карбофосом, приведены в табл. 6.

Соединения 6 (бемитил) и 18 менее эффективны по защите от отравления карбофосом, чем атропина сульфат. Вещество 36 через сутки равно по действию атропину сульфату, а в остальные сроки превосходит его по способности восстанавливать физическую выносливость после отравления фосфорорганическими пестицидами. Особенно велика разница на седьмые сутки, когда под действием препарата 36 прирост физической выносливости составил 110 %, под действием препарата сравнения 6 — только 70 %. Надо отметить, что препараты 18 и 36 очень мало отличаются друг от другу по химическому строению: разница на один углеродный атом с оксигруппой в боковой цепи у атома серы.

В табл. 7 сведены данные опытов по изучению стресс-протективной активности соединений различной структуры с тио- и изотиомочевинной группировкой: производные замещенного имидазола (соединения 37, 38, 2), триазина (соединение 39) и триазиноиндола (соединения 40, 41, 12, 12, 42).

Представленные в табл. 7 соединения обладают стресс-протективной активностью в широком диапазоне. Так, соединение 38 лишь на 25 % увеличивает выживаемость стрессированных животных, а соединение 12 защищает от гибели в 4 раза больше мышей, чем выживает в контрольной группе. Исследованные производные имидазола отличаются друг от друга только радикалом при атоме серы. Влияние этого заместителя оказалось чрезвычайно важным в данном опыте: наилучший результат получен при аллильном заместителе (2) — увеличение выживаемости мышей в 2,77 раза по сравнению с контролем; наименьший результат у пропильного остатка (38) — увеличивает выживаемость лишь в 1,25 раза по сравнению с контролем. Наличие аллильного радикала у атома серы играет важную роль в другой структуре — бензимидазольной (препарат алмид), также обладающей способностью поддерживать функции мозга.

Среди изученных трициклических структур триазиноиндольного ряда соединения 41 и 42 примерно одинаково защищали мышей от стресса, в 1,5 раза увеличив выживаемость опытных животных. Остальные соединения этой структуры можно расположить в порядке возрастания активности следующим образом: 11 < 40 < 12. Препарат 12 в данной серии опытов, как упоминалось выше, выказал наибольшую активность. Он характеризуется тем, что содержит атом брома в бензольном кольце и 2-морфолиноэтильный радикал у атома серы. Соединение 41 также имеет 2-морфолиноэтильный радикал, но при атоме индольного азота, однако данное положение заместителя не оказало существенного влияния на активность соединения в силу различия их химических свойств.

Соединение моноциклической триазиновой структуры 39 также имеет замещение по сере 2-морфолиноэтильным радикалом и однотипно с соединением 12 в этой части молекулы. Несмотря на это, вещество 39 увеличивает выживаемость опытных животных в 2 раза, что значительно ниже эффекта соединения 12, которое увеличивает выживаемость в 4 раза. Таким образом, для получения должного фармакологического эффекта мало иметь триазиновую структуру с одинаковым заместителем по атому серы, необходимо еще сочленение с индолом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В обзоре представлены материалы, которые в силу различных обстоятельств ранее практически не были опубликованы или публиковались частично. Более благосклонна судьба оказалась к препарату под номером 6 (бемитил, бемактор, метапрот), который внедрен в практику здравоохранения. Он уже довольно широко изучен, и спектр его клинического применения постоянно расширяется [35]. Хотелось бы надеяться, что данная публикация не пройдет незамеченной для фармакологов всех направлений, особенно занимающихся вопросами военной, экстремальной и спортивной медицины.

В настоящее время обнаружены и изучаются адаптогенные свойства соединений еще одной трициклической структуры — тиазоло[5, 4-b]индола. По свойствам этих соединений получено 17 патентов Российской Федерации.

About the authors

Vera V. Marysheva

S.M. Kirov Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: vmarysheva@mail.ru

PhD, Dr. Biol. Sci. (Pharmacology), Professor, Lecturer, Department of Pharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: pdshabanov@mail.ru

Dr. Med. Sci., Professor and Head, Department of Pharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

References