Antihypoxic effects of new metal-complex copper-containing substances

Cover Page

Abstract


In experiments on mice in 3 different models of acute exogenous hypoxia, 12 new substances concerning to a group of copper-containing physiologically compatible antioxidants were investigated. It was discovered that substances πQ262, πQ1077 А and πQ1079 А significantly increase lifetime of mice during development of all used variants of hypoxias. On the example of the most active agents in the studied group (πQ262, πQ1077 A, πQ1079 A) shows that their anti-hypoxic effect on the development of acute exogenous hypoxia is accompanied by a marked decrease in the standard of energy metabolism, as well as a significant inhibitory effect on the state of the cardio-respiratory system of experimental animals. The obtained results allow attributing such substances as πQ262, πQ1077 А and πQ1079 А to the antihypoxant group of metabolic action.

Введение Известно, что состояние гипоксии играет решающую роль в развитии большинства патологических процессов [19]. Однако кислородный дефицит может быть вызван не только внутренними причинами (физиологическими или патологическими), но и внешними, например нарушением газовых соотношений во вдыхаемом воздухе [1, 9]. Несмотря на то что поиск высокоэффективных антигипоксантов непрерывно продолжается, в настоящее время большинство средств, рекомендованных для клинического применения, являются малоэффективными в качестве протекторов экзогенных форм острого кислородного голодания [2, 8]. Известно, что перспективный антигипоксант должен сочетать в себе два свойства: 1) способствовать снижению энергетических потребностей организма; 2) оказывать тормозящее влияние на процессы пероксидации в тканях [7]. Такого рода вещества были обнаружены среди химических соединений, которые представляют собой комплексные соединения переходных металлов с биоантиоксидантами. Некоторые металлокомплексные соединения способны значительно повышать устойчивость млекопитающих с разным уровнем организации ЦНС к острой экзогенной гипоксии [5]. Целью настоящего исследования явилось изучение антигипоксических свойств 12 новых комплексных соединений меди с известными биологически активными веществами (никотиновой кислотой, АМФ, рибофлавином) при развитии острой экзогенной гипоксии. Методика Опыты выполнены на мышах-самцах линии CBF1 массой 20-25 г в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных». Состояние острой экзогенной гипоксии у животных моделировали следующими способами: 1) состояние острой экзогенной нормобарической гипоксии с гиперкапнией (ОГ + Гк) моделировали, помещая мышей в герметизированные емкости объемом 250 мл [11]; 2) состояние острой экзогенной нормобарической гипоксии без гиперкапнии (ОГ - Гк) моделировали путем помещения мышей в герметичные емкости аналогичного объема, дополнительно оборудованные эластичным компенсатором внутриемкостного давления. Для поглощения углекислого газа на дно емкости насыпали по 20 г натронной извести [4]. Устойчивость животных к ОГ + Гк и ОГ - Гк оценивали по продолжительности жизни (ПЖ), которую учитывали от момента герметизации емкости до полной остановки дыхания у мышей; 3) состояние острой экзогенной гипобарической гипоксии моделировали с помощью вакуумной установки, имитирующей «подъем» мышей на высоту 10 000 м («смертельная площадка») со скоростью 50 м/с. Результат оценивали по ПЖ животных (от момента подъема на «смертельную площадку» до появления второго агонального вдоха) [10, 11]. Всего было изучено 12 медьсодержащих соединений под лабораторными шифрами πQ262, πQ262-8, πQ1070, πQ1072, πQ1076, πQ1077А, πQ1077В, πQ1078, πQ1079А, πQ1079В, πQ1080, πQ1085, πQ1086. Общие формулы веществ представлены в табл. 1. Антигипоксанты мышам опытных групп вводили в/б, в дозах 10, 25 и 50 мг/кг массы тела в 0,2 мл физиологического раствора хлорида натрия за 60 минут до помещения в условия опыта. Животным контрольных групп вводили соответствующий объем растворителя. После введения веществ у мышей измеряли ректальную температуру электротермометром. Измерения проводили с интервалом в 10 мин от момента инъекции до помещения животного в условия опыта. По завершении скрининга изучали влияние наиболее эффективных веществ на состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем, величину стандартного энергетического обмена (СтЭО) мышей. Оценку проводили по параметрам ЭКГ и пневмограмм, которые регистрировали с помощью биотехнического комплекса. Динамику СтЭО оценивали по общеизвестному методу Крога [16]. Изучаемые вещества в этих сериях опытов вводили в эффективных дозах. Все полученные результаты обрабатывали статистически с помощью t-критерия Стьюдента и программы Statgraph. Результаты исследования Через несколько минут после введения некоторых изучаемых веществ (πQ262, πQ1077 А, πQ1079 А) в дозах 25 и 50 мг/кг визуально отмечали изменения общего состояния и поведения животных - исследовательская активность мышей быстро уменьшалась, иногда животные полностью теряли способность к передвижению. Дыхание мышей, получивших данные вещества, становилось заметно реже. Такого рода изменения всегда сопровождались значительным снижением ректальной температуры по сравнению с контролем (37,2 оС), что представлено на рисунке 1. При введении веществ πQ262, πQ1077 А, πQ1079 А в дозе 25 мг/кг наибольший гипотермический эффект отмечали на фоне действия соединения πQ1077 А - к моменту помещения животных этой серии в условия гипоксии средняя ректальная температура составляла 32,4 ± 0,3 оС. Увеличение дозы веществ πQ262, πQ1077 А, πQ1079 А до 50 мг/кг приводило к значительному снижению ректальной температуры у мышей, причем значимых различий по вызываемому гипотермическому эффекту среди трех вышеназванных соединений обнаружено не было. Введение других изучаемых медьсодержащих веществ не изменяло температуру и поведение животных. Результаты влияния изучаемых соединений на ПЖ мышей представлены в таблице 1. Полученные данные показали, что из 12 изученных веществ достоверный антигипоксический эффект при всех вариантах острой гипоксии продемонстрировали те же 3 вещества - πQ262, πQ1077 А, πQ1079 А - при введении в дозе 50 мг/кг. В частности, вещество πQ262 увеличивало ПЖ мышей в условиях ОГ + Гк, ОГ - Гк и ОГ + Гб соответственно на 204, 210 и 215 %. Вещество πQ1077 А - на 191, 204 и 212 %, а πQ1079 А - на 174, 188 и 193 %. Введение соединений в дозе 25 мг/кг было менее эффективно. Эффект πQ262 при ОГ + Гк составил всего 123 %, при ОГ - Гк - 126 %, а при развитии ОГ + Гб - 154 %, в то время как πQ1079 А оказалось неэффективным на всех трех моделях гипоксии. Наибольшее защитное действие было отмечено у вещества πQ1077 А (25 мг/кг). Так, при развитии ОГ + Гк ПЖ мышей возрастала на 140 %, при ОГ - Гк - на 144 %, а при ОГ + Гб - на 154 %. Введение изучаемых веществ в дозе 10 мг/кг достоверного влияния на ПЖ животных не оказывало. При развитии ОГ + Гб был обнаружен достоверный антигипоксический эффект у веществ πQ1076, πQ1080 и πQ1086 лишь в дозе 50 мг/кг. Дальнейшее исследование наиболее активных веществ позволило получить представление о возможных механизмах их антигипоксического действия. Обнаружено, что вещества πQ262, πQ1077А и πQ1079А после их введения мышам в дозе 50 мг/кг снижают частоту следования ЭКГ-циклов. Наименьший уровень ЧСС регистрировали к 60 мин после введения (рис. 2). Брадикардия оставалась стабильной в течение 10-14 ч. Период полного восстановления электрического состояния миокарда занимал 24-32 ч от момента введения изученных соединений. К 60 мин после введения веществ πQ262, πQ1077А и πQ1079А, ЧСС у мышей уменьшалась с 751 ± 23 в минуту (контроль) до 347 ± 18 в минуту, 440 ± 21 в минуту и 455 ± 23 в минуту соответственно, причем на фоне действия πQ262 значимо снижалась амплитуда зубцов ЭКГ (рис. 2-II). Также в ходе эксперимента было установлено, что данные вещества оказывают влияние и на параметры пневмограмм, причем на фоне их действия интенсивность легочной вентиляции у мышей достоверно уменьшается (рис. 3). При анализе пневмограмм установлено, что после введения веществ πQ262, πQ1077 А и πQ1079 А частота следования дыхательных волн замедлялась и составляла 166 ± 13 в минуту, 212 ± 16 в минуту и 228 ± 15 в минуту соответственно (в контрольной группе - 378 ± 17 в минуту). При этом амплитуда зубцов существенно не изменялась. Так как полученные данные (уменьшение двигательной активности, снижение ректальной температуры, угнетение сердечной и дыхательной деятельности) характерны для состояний, обусловленных замедлением метаболических процессов в организме [8], представлялось интересным оценить интенсивность образования тепла у мышей после введения исследуемых веществ. Для этого проводили определение стандартного энергетического обмена (СтЭО) [16]. У контрольной группы животных величина СтЭО в среднем составляла 223 ± 12 ккал/сут/кг, что соответствует данным литературы [10, 16]. Введение веществ πQ262, πQ1077 А и πQ1079 А в дозе 50 мг/кг приводило к существенному уменьшению энергообразования у мышей. Наиболее выраженный гипоэнергизирующий эффект был отмечен после введения вещества πQ262 - на фоне его действия через 60 мин после инъекции уровень энергозатрат составлял всего 34,4 % от исходного; при использовании веществ πQ1077 А и πQ1079 А величина СтЭО через 60 мин не превышала 41 % от контрольной величины. Обсуждение результатов Результаты проведенного исследования позволяют отнести медьсодержащие соединения πQ262, πQ1077 А и πQ1079 А к группе антигипоксантов. Антигипоксическая направленность действия данных веществ первично была подтверждена их способностью значительно увеличивать ПЖ мышей, находящихся в условиях остро нарастающей экзогенной гипоксии различной этиологии. В ходе исследования были получены доказательства того, что вещества πQ262, πQ1077 А и πQ1079 А способны уменьшать потребности экспериментальных животных в кислороде и энергетических субстратах. В частности, существенное понижение функциональной активности органов кардиореспираторной системы может быть обусловлено ослаблением интенсивности метаболических процессов в клетке на фоне действия активных веществ с выраженным антигипоксическим эффектом. Впервые данное предположение возникло при обнаружении факта быстрого понижения ректальной температуры мышей после введения изучаемых субстанций, что в дальнейшем нашло объективное подтверждение в опытах по изучению параметра СтЭО у экспериментальных животных. Подобного рода изменения в организме (снижение ректальной температуры, уменьшение двигательной активности, замедление ЧСС и ЧДД, уменьшение производства энергии) вызывают антигипоксические вещества метаболического типа действия. Как следует из литературных источников, истинные антигипоксанты оказывают значимое обратимое влияние на интенсивность протекания внутриклеточных обменных процессов и затрагивают в первую очередь химические реакции, связанные с продукцией тепла [7]. Общеизвестным является тот факт, что медь, так же как и цинк, является составным элементом простетических групп некоторых внутриклеточных ферментов, включая и цитохромоксидазу (терминальный фермент дыхательной цепи митохондрий) [15, 18]. В связи с этим благодаря структурным особенностям исследуемые медьсодержащие соединения способны вступать в конкурентные взаимоотношения с митохондриальными ферментами, тем самым лимитируя их активность. Известно, что при всех видах гипоксии активируются процессы пероксидации липидов в тканях в сочетании с частичной инактивацией ферментов антиоксидантной защиты [17, 20]. Некоторые использованные медьсодержащие вещества еще на этапе их синтеза задумывались как различные модели одного из наиболее важных ферментов антиокислительной системы организма - супероксиддисмутазы. Защитный эффект медьсодержащих антиоксидантов обусловлен их способностью нейтрализовать активные формы кислорода в биологических мембранах, предупреждая в дальнейшем развитие перекисного окисления фосфолипидов мембранных конструкций клетки. Совокупность обнаруженных фармакологических эффектов веществ πQ262, πQ1077 А и πQ1079 А позволяет сделать предположение о том, что указанные химические соединения, вероятнее всего, относятся к антигипоксантам метаболического типа действия. Результаты проведенного исследования доказывают, что наиболее перспективным антигипоксантом из всего ряда изученных медьсодержащих соединений следует считать вещество πQ1077 А, которое было достаточно эффективно при развитии всех изучаемых видов острой экзогенной гипоксии при его введении в относительно низкой дозе - 25 мг/кг - в сравнении с прочими изученными антигипоксантами.

Denis Vladimirovich Sosin

Smolensk State Medical University

Email: pediatrsgma@mail.ru
Dr. Med. Sci. (Pharmacology), Assistant Professor, Dept. of Normal Physiology

Olga Eugenievna Shalayeva

Smolensk State Medical University

Email: shalaevaolga1@rambler.ru
PhD (Physiology), Assistant Professor, Dept. of Normal Physiology

Andrei Viktorovich Evseev

Smolensk State Medical University

Email: hypoxia@yandex.ru
Dr. Med. Sci. (Physiology), Professor, Dept. of Normal Physiology

  1. Агаджанян Н. А. Организм и газовая среда обитания. М.: Медицина, 1972. 246 с.
  2. Арбаева М. В. Изучение антигипоксических свойств хелаторов разных типов: дис. … канд. мед. наук. Смоленск, 2004. 127 с.
  3. Шевченко Ю. Л. Гипоксия. Адаптация, патогенез, клиника. СПб.: Элби, 2000. 384 с.
  4. Евсеев А. В., Евсеева М. А., Сосин Д. В. Устройство для моделирования острой экзогенной нормобарической гипоксии без гиперкапнии у мелких лабораторных животных. Заявка на изобретение № 2005112394 (014318). Положительное решение от 01.09.2006.
  5. Евсеев А. В., Ковалева В. Л., Крылов И. А., Парфенов Э. А. Бюл. эксперим. биол. и мед. 2006; 142 (7): 26-30.
  6. Евсеев А. В., Парфенов Э. А., Ковалева Л. А. и др. Влияние нового антигипоксанта πQ-901 на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях. Новые медицинские технологии и квантовая медицина. Сб. трудов XI междунар. конф. Москва, 2005; 197-8.
  7. Зарубина И. В., Шабанов П. Д. Молекулярная фармакология антигипоксантов. СПб.: Изд-во Н-Л, 2004. 368 с.
  8. Коростовцева Н. В. Повышение устойчивости к гипоксии. Л.: Медицина, 1984. 167 с.
  9. Лебедева С. А. Изучение антигипоксантной и актопротекторной активности комплексных соединений титана с природными антиоксидантами: дис. … канд. мед. наук. Смоленск, 2003. 131 с.
  10. Левченкова О. С., Новиков В. Е., Пожилова Е. В. Фармакодинамика и клиническое применение антигипоксантов. Обз. по клин. фармакол. и лек. тер. 2012; 10 (4): 3-22.
  11. Левченкова О. С. Изучение антигипоксической активности химических производных природных антиоксидантов: Автореф. дис. … канд. мед. наук. Смоленск, 2006. 21 с.
  12. Лукьянова Л. Д. Методические рекомендации по экспериментальному изучению препаратов, предлагаемых для клинического изучения в качестве антигипоксических средств. М., 1990. 19 с.
  13. Смирнов А. В., Криворучко Б. И. Антигипоксанты в неотложной медицине. Анестезиол. и реаниматол. 1998; 2: 50-5.
  14. Guttierrez G. Cellular energy metabolism during hypoxia. Crit. Care. Med. 1991: 19 (5): 612-29.
  15. Minura Y., Furuya K. Mechanisms of adaptation to hypoxia in energy metabolism in rats. J. Amer. Coll. Surg. 1995; 181 (5): 437-43.
  16. Parfenov E. A., Zaikov G. E. Biometals and ligands for anticancer drag design: superoxide dismutase models for combined tumor therapy. New York: Nova Science Publ., 2001. 278 p.
  17. Prosser C. L., Brown F. A. Comparative animal physiology. Philadelphia; London, 1962. 632 p.
  18. Sen C. K. Biochemical Pharmacology 1998; 55 (11): 1747-58.
  19. Sorenson R. J. Metal Ions Biol. Syst. 1982; 14: 77-124.
  20. Sutton J. R., Coates G., Remmers J. Hypoxia. Philadelphia: B. C. Decker, 1990. 198 p.
  21. Wilson D. F. The role of peroxides in mitochondrial reduction of dioxigen to water. Bioelectrochem. Bioenerg. 1987; 18 (1-3): 51-8.

Views

Abstract - 1194

PDF (Russian) - 335

PlumX


Copyright (c) 2015 Sosin D.V., Shalayeva O.E., Evseev A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.