Антигипоксическая эффективность бис(N-ацетил-L-цистеинато) цинк(II) сульфат октагидрата в динамике острой нормобарической гипоксии Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

НЕЙРОФАРМАКОЛОГИЯ

1270 -----------------

© А.В. ЕВСЕЕВ1, М.А. ЕВСЕЕВА1, Э.А. ПАРФЕНОВ2,

В.А. ПРАВДИВЦЕВ2, П.Д. ШАБАНОВ2; 2006

1Смоленская государственная медицинская академия, Крупской ул., 28, Смоленск, 214019, Россия; 2Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова МО РФ, акад. Лебедева ул., 6, Санкт-Петербург, 194044

Резюме

В целях оценки эффективности протективных свойств нового аминотиолового антигипоксанта бис(1\1-ацетил-1--цистеинато) цинк(11) сульфат октагидрата (вещество nQ-1104) у кошек регистрировали импульсную активность корковых нейронов на разных стадиях развития острой нормобарической гипоксии с гиперкапнией, а также острой нормобарической гипоксии без гиперкапнии. Было показано, что исследуемое вещество в дозе 50 мг/кг стабилизирует фоновую и вызванную активность нейронов в процессе углубления гипоксии без и с гиперкапнией, пролонгируя время реактивного состояния корковых нейронов в 2-2,5 раза по сравнению с контролем. Евсеев А.В., Евсеева М.А., Парфенов Э.А., Правдивцев В.А., Шабанов П.Д. Антигипоксическая эффективность

бис(Ы-ацетил-Ь-цистеинато) цинк(11) сульфат октагидрата в динамике острой нормобарической гипоксии. // Психофармакол. биол. наркол. —

2006. — Т. 6, № 3. — С. 1270-1274

Ключевые слова

гипоксия; кора головного мозга; нейрональная активность; антигипоксанты

АНТИГИПОКСИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИС(^АЦЕТИЛ^-ЦИСТЕИНАТО) ЦИНК(П) СУЛЬФАТ ОКТАГИДРАТА В ДИНАМИКЕ ОСТРОЙ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что большинство антигипоксических веществ, используемых в качестве средств экстренной помощи, зачастую не обладают достаточной эффективностью [7]. Новые возможности открылись в связи с разработкой химических соединений, относящихся к так называемым физиологически совместимым антиоксидантам (ФСАО), представляющим собой комплексные соединения металлов с биоантиоксидантами [6].

В скрининге на мышах в условиях острой нормобарической гипоксии с гиперкапнией (ОНГсГк) и острой нормобарической гипоксии без гиперкапнии (ОНГ) было показано, что некоторые ФСАО на основе Ы-ацетил-Ь-цистеина и цинка обладают отчетливым и быстроразвивающимся ангипоксическим эффектом [3].

Целью исследования явилось изучение эффективности протективных свойств вещества пР-1104 (бис(Ы-ацетил-Ь-цистеинато)цинк(П) сульфат октагидрат) по показателям импульсной активности одиночных нейронов соматосенсорной коры в процессе развития ОНГсГк и ОНГ

МЕТОДИКА

Опыты проводили на 53 кошках массой 3,5—4,0 кг. В ходе подготовительного этапа в условиях этаминал-натриевого наркоза (30 — 35 мг/кг) животным рассекали мягкие ткани, в черепе делали трепанационные отверстия. Края ран инфильтрировали

0,5 %-м раствором новокаина.

В последующем животных интубировали, обездвиживали мио-релаксантами и переводили на управляемое дыхание. ФА и ВА активность нейронов соматосенсорной коры больших полушарий

регистрировали в зоне проекции контралатерального лучевого нерва. Параметры стимуляции нерва — одиночные прямоугольные импульсы тока 5—7 В, (0,2 мс). Перистимульные гистограммы нейронов в режиме on line строили с помощью лабораторной ЭВМ. Общее состояние кошек контролировали по показателям ЭЭГ. Статус ОНГсГк и ОНГ моделировали по методикам, специально разработанным для решения поставленной задачи [2].

В качестве маркера интегральной активности коры мозга в развитии ОНГсГк и ОНГ использовали амплитудно-временные параметры первичной негативной волны (ПНВ) вызванного потенциала (ВП) при раздражении лучевого нерва. Было принято, что уменьшение ПНВ в пределах 90—55 % от исходного уровня характеризует легкую стадию гипоксии, уменьшение в пределах 50—30 % от исходного уровня характеризует среднюю стадию, уменьшение в пределах 25—10 % от исходного уровня характеризует глубокую стадию, и, наконец, полное исчезновение ПНВ характеризует терминальную стадию гипоксии.

Вещество nQ-1104 в дозе 50 мг/кг кошкам 1-й (n = 15) и 2-й (n = 14) опытных групп вводили внутрибрюшинно в 3 мл раствора натрия хлорида (0,9 %). Кошкам контрольных групп (n = 11, n = 13) вводили аналогичный объем раствора натрия хлорида (0,9 %). Инъекции выполняли за 90 мин до процедур моделирования гипоксических состояний.

Полученные результаты обрабатывали статистически с использованием t-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Из общего числа зарегистрированных нейронов (357) все обладали фоновой активностью (ФА) и реагировали на стимуляцию лучевого нерва.

По мере становления у животных состояния ОНГсГк легкая стадия гипоксии развивалась через 7 ± 1,2 мин, средняя — через 34 ± 3,3 мин, глубокая — через 50 ± 3,5 мин. Терминальная стадия развивалась через 55 ± 3,8 мин.

В ходе изучения влияния ОНГсГк на реактивность нейронов (1-я контрольная группа животных) наблюдали, прежде всего, характерные изменения ФА. Так, исходный уровень ФА нейронов у кошек в наших экспериментах составил 5 ± 0,4 имп/с, на 1-й стадии развития ОГсГк отмечали ее увеличение до 23 ± 3 имп/с.

В последующем, на 2-й и 3-й стадиях развития ОНГсГк, повышенный уровень ФА обычно сохра-

1 -

1-

1-

... ... 1 |и№1. . л, . . МП- -

t 200 600 Б 1000 мс

: : г"; •

- п Д ЛЬ,. . ,.п . 2

t . ■ ,

-ЛЛ-Л Ял_п П П—ПЛ п Ллл/^МллЛ i 1_1п1_г'Чллл - 3

1 4

200

600

1000 мс

Рис. 1

Динамика вызванных реакций нейрона соматосенсорной коры головного мозга кошки при развитии острой нормобарической гипоксии с гиперкапнией (ОНГсГк):

А — исходное состояние. Б — на фоне ОНГсГк:

1 — легкая стадия ОНГсГк (через 15 мин ОНГсГк);

2 — средняя стадия ОНГсГк (через 35 мин ОНГсГк);

3 — глубокая стадия ОНГсГк (через 50 мин ОНГсГк);

4 — терминальная стадия ОНГсГк (через 55 мин ОНГсГк).

По вертикали — число импульсов в бине перистимульной

гистограммы; по горизонтали — время, мс. Стрелкой

обозначен момент нанесения раздражения на лучевой

нерв.

нялся, хотя частота ФА постепенно уменьшалась до

10 ± 2 имп/с. Отметим, что к моменту окончания 3-й или же в начале 4-й стадии развития ОНГсГк ФА нейронов обычно исчезала.

Столь же существенными были изменения ВА нейронов (рис. 1). На рис. 1А демонстрируется исходный ответ нейрона на стимуляцию лучевого нерва. Рис. 1Б (1, 2, 3) — тот же нейрон у кошки на разных стадиях ОНГсГк. Видно, что под влиянием развивающейся гипоксии отмечается трансформация паттерна вызванного ответа нейрона, а также изменения характеристик его следовой реакции. К моменту становления терминальной стадии ОНГсГк нейрон (50 минута) практически становится ареак-тивным (рис. 1Б, 4).

На модели ОНГ (2-я контрольная группа) легкая стадия гипоксии у животных наступала обычно через 10 ± 1,2 мин — на 3 мин позже, чем при развитии ОНГсГк. Однако средняя и глубокая стадии развивались быстрее, чем при ОНГсГк — соответственно через 28 ± 3,3 мин и 39 ± 3,5 мин. Тер-

А

минальная стадия развивалась в среднем к 44-й мин опыта.

1272 При изучении импульсной реактивности нейронов животных 2-й контрольной группы констатировали полное соответствие исходных параметров ФА (6 ± 0,4 имп/с) параметрам ФА животных 1-й группы. Интересно, что в процессе развития состояния ОНГ у животных не наблюдали фазы значительного увеличения частоты ФА нейронов. Последняя обычно плавно уменьшалась до величины порядка 1,2 ± 0,5 имп/с. К концу 4-й стадии ОНГ во всех опытах сопровождался исчезновением ФА нейронов.

Вызванные ответы нейронов в условиях ОНГ изменялись параллельно динамике ФА (рис. 2А, 2Б-2, 3,4).

На обеих моделях гипоксии действие вещества :^-1104 обеспечивало значительное пролонгирование периода реактивного состояния коры головного мозга. Так, легкая стадия гипоксии развивалась соответственно через 12 ± 2,3 и 17 ±3,1 мин после помещения животных в модельные условия. Среднюю стадию ОГсГк регистрировали через 40 ± 3,9 и 43 ± 3,5 мин, а глубокую — через

А

1 -

Б

1 -

...........;.......í

1 -

2

1 - t , 3

1 - f ". п П Ш п ^ г. 4

^ 200 600 1000 мс

Рис. 2

Динамика вызванных реакций нейрона соматосенсорной коры головного мозга кошки при развитии острой нормобарической гипоксии (ОНГ):

А — исходное состояние. Б — на фоне ОНГ: 1 — легкая стадия ОНГ (через 15 мин ОНГ); 2 — средняя стадия ОНГ (через 28 мин ОНГ); 3 — глубокая стадия ОНГ (через 40 мин ОНГ); 4 — терминальная стадия ОНГ (через 44 мин ОНГ).

По вертикали — число импульсов в бине перистимульной гистограммы; по горизонтали — время, мс. Стрелкой обозначен момент нанесения раздражения на лучевой нерв.

200

600

1000 мс

86 ± 6,3 и 73 ± 5,4 мин. Переход в терминальную стадию отмечали значительно позже в сравнении с контрольными группами — как правило, спустя 154 ± 13,6 и 121 ± 10,7 мин от начала эксперимента. Продолжительность активного состояния мозга животных, помещенных в условия ОНГсГк и ОНГ на фоне действия вещества :^-1104, в наших экспериментах увеличивалась в 2,4 и 2,8 раза соответственно 2-м группам контрольных животных.

Отмечено, что у животных, помещенных в условия ОНГсГк, на фоне действия вещества ^-1104 ФА нервных клеток достоверно не изменялась на протяжении всей 1-й (легкой) стадии ОНГсГк и составила в среднем 6 ± 0,5 имп/с. ФА нейронов во время средней и глубокой стадий гипоксии достигала уровня 15 ± 3,7 имп/с. К концу глубокой стадии выявлялась тенденция к снижению величины ФА. С наступлением терминальной стадии ФА нейронов не определялась.

На рис. 3 представлен ответ нейрона на стимуляцию лучевого нерва, зарегистрированный через 90 мин после введения изучаемого вещества (рис. 3Б-1). На рис. 3Б-2 — та же клетка при развитии легкой стадии ОНГсГк через 35 мин после помещения животного в модельные условия. Обращает на себя внимание отсутствие заметных различий в уровне ФА нервной, клетки в сравнении с ее исходным состоянием, при наличии явных изменений в структуре паттерна вызванного ответа.

По мере углубления ОНГсГк (рис. 3Б-3, 4, 5) было установлено, что нейроны соматосенсорной коры кошек на фоне действия вещества :^-1104, в целом, оказываются менее чувствительными к развитию состояния гипоксии в сравнении с нейронами животных 1-й контрольной группы. Это подтверждается отсутствием существенных изменений их фоновой частоты и более устойчивыми паттернами вызванных ответов. Так, на рис. 3Б-4 видно, что высокий уровень ФА нейрона сохраняется через 130 мин эксперимента, при этом состояние ареактивности развивалось к 150 мин.

При анализе характеристик ФА нейронов кошек, помещенных в условия ОНГ, было установлено, что, как и в условиях ОНГсГк, на фоне действия вещества :^-1104 ФА нервных клеток оставалась стабильной на протяжении всей 1-й стадии ОНГ. По мере дальнейшего углубления ОНГ к моменту достижения 2-й стадии гипоксии ФА нейронов начинала плавно уменьшаться с 6 ± 0,5 имп/с до 2 ± 0,5 имп/с и оставалась в этих пределах на протяжении всей 3-й и 10 мин 4-й стадии ОНГ, после чего внезапно исчезала.

На рис. 4 продемонстрирована реакция нейрона на раздражение лучевого нерва спустя 90 мин пос-

1 т

1 -1

1 _

1 1

ли______ги1_л_л]\у^1|

1 -

Б i 200 600 1000 мс

i т ' . . п . . fl ruinn .

■ i .

. * ....

y~

200 600 1000 мс

Рис. 3

Гистограммы вызванных ответов нейрона соматосенсорной области коры головного мозга кошки, получившей вещество п0-1104, в динамике развития острой нормобарической гипоксии с гиперкап-нией (ОНГсГк):

А — исходное состояние. Б: 1 — через 90 мин после введения вещества л0-1104, 2 — легкая стадия ОНГсГк (через 35 мин ОНГсГк); 3 — средняя стадия ОНГсГк (через 70 мин ОНГсГк); 4 — тяжелая стадия ОНГсГк (через 130 мин ОНГсГк); 5 — терминальная стадия ОНГсГк (через 160 мин ОНГсГк).

По вертикали — число импульсов в бине перистимульной гистограммы; по горизонтали — время, мс. Стрелкой обозначен момент нанесения раздражения на лучевой нерв.

ле введения вещества ^-1104 (рис. 4Б-1). На рис. 4Б-2 представлен тот же нейрон в легкой стадии ОНГ через 40 мин после помещения животного в условия ОНГ. Как видно из рисунка, ФА нервной клетки не изменилась. По мере нарастания состояния ОНГ (рис. 4Б-3, 4, 5) было замечено, что ФА и паттерны вызванных ответов нейронов соматосенсорной коры на фоне действия вещества пР-1104 остаются стабильными на протяжении более чем 60 мин эксперимента. При этом достаточно высокий уровень ФА нейрона сохраняется даже спустя 100 мин эксперимента. Состояние ареактивности развивалось обычно к 120 мин.

Известно, что лекарственная защита организма при развитии состояния гипоксии может быть в той или иной мере обеспечена своевременным введением химических веществ, являющихся представителями многих фармакологических групп [8]. Однако, согласно мнению большинства исследователей, наиболее перспективна разработка антигипоксантов в

200

600

1000 мс

1 -

1 -

1 -

1 -

1 -

iUlP-Ч—

t 200 600 1000 мс

Рис. 4

Гистограммы вызванных ответов нейрона соматосенсорной области коры головного мозга кошки, получившей вещество п0-1104, в динамике развития острой нормобарической гипоксии (ОНГ):

А — исходное состояние. Б: 1 — через 90 мин после введения вещества л0-1104, 2 — легкая стадия ОНГ (через 40 мин ОНГ); 3 — средняя стадия ОНГ (через 65 мин ОНГ); 4 — тяжелая стадия ОНГ (через 110 мин ОНГ); 5 — терминальная стадия ОНГ (через 125 мин ОНГ).

По вертикали — число импульсов в бине перистимульной гистограммы; по горизонтали — время, мс.

Стрелкой обозначен момент нанесения раздражения на лучевой нерв.

ряду веществ, способных сочетать в себе как энергостабилизирующие, так и антиоксидантные свойства [4, 5]. При возникновении ситуаций, сопровождающихся развитием гипоксии, такие средства могут эффективно использоваться для обеспечения успешного «переживания» подобных состояний [5], увеличивая период пассивного выживания. Это может быть обеспечено только при условии существенного снижения потребностей организма в энергетических субстратах.

Установлено, что развитие состояния ОНГсГк на первых этапах сопровождается резким увеличением интенсивности метаболизма, что сопровождается накоплением С02 в тканях и последующей активацией обменных процессов [8]. В связи с этим, для обеспечения эффективной защиты тканей от воздействия ОНГсГк требуются вещества не только повышающие резистентность организма к гипоксии, но способные понизить чувствительность нервных клеток и центральных хеморецепторов к высокой концентрации СО2.

А

А

Б

2

2

3

3

4

S

Следует отметить, что гиперкапния как осложнение гипоксии исключается в случае возникновения 1274 состояния ОНГ. Напротив, в подобной ситуации ги-

бель организма, нередко, бывает обусловлена развитием прямо противоположного нарушения — ги-покапнии (дыхательного алкалоза), что связано с адаптивно возникающей компенсаторной гипервентиляцией легких. В связи с этим, при осуществлении поиска новых антигипоксантов желательно наличие у них неких «универсальных» свойств, обеспечивающих их должную эффективность при развитии как гипер-, так и гипокапнии.

По нашему мнению, цинксодержащие ФСАО — производные Ы-ацетил-Ь-цистеина могут быть отнесены именно к такой категории веществ. Изученное вещество :^-1104, подобно известным «универсальным» антигипоксантам гутимину и амтизо-лу [4], также является серосодержащим аминотиолом. Как оказалось, введение цинка в молекулу Ы-ацетил-Ь-цистеина, существенно повышает фармакологическую активность биоантиоксиданта. Ранее в наших исследованиях было показано, что родственное веществу :^-1104 вещество :^-901 значимо снижает интенсивность окислительных процессов в митохондриях клеток головного мозга [3]. Снижение интенсивности протекания метаболических реакций способно существенно замедлить скорость развития нарушений кислотно-основного состояния в организме [9]. Частичная, обратимая блокада клеточного дыхания в тканях организма предоставляет возможность задействовать дополнительные ресурсы организма, обеспечивая минимально-достаточный уровень энергетических потребностей в первую очередь для жизненно важных органов — головного мозга и миокарда. Стоит отметить, что при введении антиги-поксантов метаболического типа действия не исключается, но напротив допускается возможность их угнетающего влияния на кору головного мозга [1], что косвенно подтверждается настоящим исследованием в его части, где анализируется влияние вещества ^-1104 на ФА и ВА нейронов.

ВЫВОДЫ

1. Острая нормобарическая гипоксия без и с ги-перкапнией сопровождается выраженной перестройкой нейрональной активности коры мозга кошек.

2. Соединение ^-1104 при развитии острой нормобарической гипоксии без и с гиперкапнией у кошек оказывает значительный протективный эффект

в отношении коры головного мозга животных, обеспечивая удлинение времени реактивного состояния нейронов в 2-2,5 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васильев П.В., Глод Г.Д., Сытник С.И. Фармакологи-

ческие средства стимуляции работоспособности летного состава при напряженной деятельности. // Воен. мед. журн. — 1992. — № 8. — С. 45-47.

2. Евсеев А.В., Евсеева М.А. Способ моделирования

гипоксии с гиперкапнией у животного. // Патент РФ 2251158, 2005.

3. Евсеев А.В., Правдивцев В.А., Яснецов В.В., Евсе-

ева М.А. Изменение энергетического обмена у мышей на фоне антигипоксанта nQ-901. // Новые медицинские технологии и квантовая медицина: Сб. тр. XI межд. конф. М., 2005. — С. 199-200.

4. Зарубина И.В., Шабанов П.Д. Молекулярная фарма-

кология антигипоксантов. — СПб: Изд-во Н-Л, 2004. — 364 с.

5. Новиков В.С., Шустов Е.Б., Гаранчук В.В. Коррекция

функциональных состояний при экстремальных воздействиях. — СПб: Наука, 1998.

6. Парфенов Э.А., Володин А.И., Стратиенко Е.Н. и со-

авт. Изучение антигипоксических свойств новых антиоксидантов. // Гипоксия: механизм, коррекция, адаптация: Мат. Всерос. конф. — М., 1999. — С. 56.

7. Смирнов А.В. Возможности применения при экстре-

мальных состояниях быстродействующих корректоров метаболизма из класса антигипоксантов и актопротекторов. // Патофизиология экстремальных состояний: Тез. науч. конф. — СПб: Воен.-мед. акад., 1993. — С. 114-119.

8. Шевченко Ю.Л. Гипоксия. Адаптация, патогенез, кли-

ника. — СПб: Элби-СПб, 2000.

9. Sutton J. R., Coates G., Remmers J. Hypoxia. — Philadelphia: B.C. Decker, 1990.

Evseyev A.V.,1 Evseyeva M.A.,1 Parfenov E.A.,2 Pravdivtsev V.A.2, Shabanov P.D.2 Antihypoxic effect of bis(N-acetyl-L-cysteinato)zinc(II) sulfate octohydrate during an acute normobaric hypoxia. // Psychopharmacol. Biol. Narcol. — 2006. — Vol. 6, N 3. — P. 1270-1274. 'Smolensk State Medical Academy, Smolensk, 214019; 2Military Medical Academy, Saint-Petersburg, 194044, Russia

Summary: With using of the models of the acute normobaric hypercapnic hypoxia (ANHH) and acute normobaric hypoxia without hypercapnia (ANH) some parameters of impulse activities of somatosensory cortex neurons were studied in experiments on cats. The new aminothiol complex substance composed of zinc(II) and N-acetyl-L-cysteine — pQ-1104 (50 mg/kg) was used for the brain protection. The studied substance showed high effective antihypoxic activity in the brain neurons during all stages of both ANHH and AHH. The average active surviving time during hypoxic status was prolonged in 2-2,5 times in comparison with the control groups of cats. The neuron activity dynamic under ANHH and AHH conditions and after pQ-1104 injection was observed.

Key words: hypoxia; brain cortex; neuronal activity; antihypoxants

электронная копия статьи — http://www.elibrary.ru, © Архив (стоимость коммерческого доступа в режиме full text — 55 руб./год)