CC BY
95
Раздел 7 Биоинформатика
УДК 577.3
З.Х.-М. Хашаев, Л.М. Чайлахян, Т.В. Чайлахян-Свиридова ДЕЙСТВИЕ НЕКОТОРЫХ ТОКСИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ПРОЦЕССЫ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
Деятельность человека прямо или косвенно связана с влиянием на организм множества химических препаратов, производящихся в больших количествах, необходимых народному хозяйству. К таким препаратам можно отнести, например, -ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве, лакокрасочные агенты, фарма, , -, , и других видах труда. При этом нельзя не учитывать и такие факторы экологии человека, как выделение в окружающую среду (ОС) большого количества токсических агентов при производстве активных соединений, необходимых для здоровья и жизни людей. Непрерывное увеличение нагрузки на окружающую среду, без учета воздействия на биосферу, может вызвать опасность экологической катаст-.
Производство фенольных соединений растительного происхождения невозможно без выбросов вредных агентов в ОС. Поэтому, в целях защитноохранительных мер от загрязнения среды обитания человека могло бы явиться выяснение роли биологических мембран, как системы, участвующей в процессах обмена между клетками и окружающей ее средой. Практическое применение в клинике большого спектра фармакологических препаратов, как природного происхождения, так и синтезированных, требует создания стабильных условий, которые необходимы лечащему врачу при проведении все более усложняющихся ступеней вмешательства человека во взаимодействие среды и живого организма. Неизбежным следствием применения лекарственных препаратов без учета механизма действия на структурно-функциональные свойства мембранных взаимодействий, является развитие побочных реакций, отличающихся по своей природе, тяжести клинических проявлений и скорости нарастания. На одно из первых мест по выбору лечебных средств выдвигается проблема наркомании и токсикомании, привлекающая в последнее время внимание специалистов и общественности всего мира. Широкое применение наркотических и анестезирующих веществ при хирургиче-, -ного отношения к дозировкам, к частоте приема и целесообразности выбора того или иного препарата, с целью исключения привыкания пациента - основного побочного эффекта, вызываемого ими. С момента открытия морфина в начале 19 столетия наступила эра бездумного применения этого зелья с отягчающими по-
, . лечебных свойств морфина, а именно синтезированием его производных, совершенствовалась и производство, и синтезирование новых галлюциногенов, вызывающих грубые нарушения психической деятельности.
Со времени внедрения в лечебную практику обезболивающих средств цен,
влиянии этих препаратов на центральную нервную систему, однако действие наркотических и местноанестезирующих средств на периферический рецепторный аппарат еще недостаточно изучено. Первопричиной действия многих лекарствен, -
.
Целью данной работы является разработка ряда тест-систем для быстрой и эффективной оценки степени токсичности различных токсикантов, проникающих по указанным выше причинам в быт людей. Разработка подобных тест-систем должна быть направлена на повышение их специализации и соответственно избирательной чувствительности к тому или иному вредящему воздействию исследуемого препарата на ту или иную жизненно важную функцию целого организма или ткани и органа. Например, токсическое действие диоксиноподобных препаратов на репродуктивную функцию целого организма или, например, на степень межклеточного диффузионнго обмена определенной клеточной культуры в условиях in vitro.
,
воздействию различных химических факторов и быстрому выявлению эффекта и характера этих воздействий. Известно также, что и по прошествии 4 лет после катастрофы в итальянском городе Севезо многие беременные женщины из страха родить ребенка вынуждены были сделать аборт. В этой связи предполагается для разработки ряда тест-систем использовать раннее эмбриональное развитие. Будут разработаны скоростные тест-системы по оценке токсичности различных химиче-.
мышей будут разработаны скоростные и избирательно чувствительные тест-системы по оценке токсичности различных химических веществ на раннее эмбриональное развитие и репродуктивные способности.
-
влияния фармакологических препаратов, обладающих различным физиологиче-.
концевой пластинки (МПКП), началось детальное изучение в этом направлении.
, - -локровных животных показали очень высокую чувствительность концевой пластинки к действию химических препаратов. В работе представлены данные по изучению механизма действия фармакологических веществ различного происхождения, не относящихся структурно к какому-то одному классу соединений, но имеющие характерные функциональные группы (ОН, NH2, NH). При изучении этих веществ был выявлен сходный механизм освобождения порций медиатора из нервных окончаний нервно-мышечных соединений.
Впервые на нервно-мышечном соединении изучалось комбинированное взаимодействие фармакологических препаратов по влиянию их на процесс секре-. -дились исследования по выяснению молекулярного механизма действия некоторых представителей фенольных соединений, относящихся к группе разобщителей
( ), -
рующих алкалоидных препаратов [1].
На зародышах плоских морских ежей показано [2], что обработка локальными анестетиками увеличивала pH цитоплазмы (рН„) неоплодотворенных яиц и изменяла величину прироста рНц в ответ на оплодотворение по сравнению с кон.
, .
дальнейших работ с использованием данной методики по изучению влияния супертоксикантов диоксинового ряда на раннее эмбриональное развитие.
На искусственных фосфолипидных мембранах впервые было показано, что слияние двух бислойных липидных мембран (БЛМ) в одну происходит при подаче напряжения на обе мембраны от 150 до 200 мВ и, что эти величины подаваемого напряжения зависят от поверхностного натяжения БЛМ [3]. Было установлено также, что слияние мембран в “цилиндр” удается получить при воздействии малых доз ингаляционного анестетика Фторотана. Показано также, что ингаляционные , , , снижающих сопротивление мембран и в несколько раз ускоряют их слияние [4].
,
аналоги Лидокаина и Тримекаина могут проникать через клеточные и липидные
,
анионов через канал, образованный Амфотерицином Б [5,6].
Результаты проведенных работ позволяют дать практические рекоменда-
,
. -
ных мембран важно для разработки методов введения в клетки белков, липидов, модификаторов клеточного метаболизма и что важнее всего - это возможность доставки лекарственных препаратов с помощью липосом непосредственно в места локализации патологического процесса в том или ином органе. Наши рекомендации могут оказаться полезными и для химиков, синтезирующих новые лекарст-, , -
.
В настоящей работе исследовалась активность нескольких алкалоидных препаратов, прменяемых в практической медицине: Берберина бисульфата, Глау-, ( ) (
). -гонного и гипотензивного средства, однако он также замедляет сердечную деятельность и вызывает сокращение матки. Глауцин - противокашлевый препарат, одновременно обладающий умеренной гипотензивной активностью. Стефаглабрин и сангвиритрин - ингибиторы холинэстеразы - применяются при заболеваниях периферической нервной системы; сангвипитрин, кроме того, используется как .
перечисленных веществ на частоту и амплитуду МПКП нервно-мышечного соеди-, . данные о влиянии этих препаратов на дыхание митохондрий.
Все исследованные алкалоиды вызывали уменьшение амплитуды МПКП. Величина эффекта коррелировала с концентрацией вещества и продолжительностью его воздействия. Наибольшую активность проявлял сангвиритрин - он втрое снижал указанный параметр в концентрации 4 мкг/мл, тогда как остальные алкалоиды обеспечивали тот же эффект при концентрации 40-50 мкг/мл. Известно, что
ингибиторы холинэстеразы, как правило, увеличивают амплитуду МПКП, тем не менее в проведенных нами экспериментах сангвиритрин и стефаглабрин обнаружили противоположный эффект. Таким образом, действие этих веществ на синаптическую передачу не ограничивается антихолинэстеразной активностью. Доста, , противоположным влиянием на амплитуду МПКП. В частности, он может заключаться в деполяризации постсинаптической мембраны или в конкуренции алкалоидов с ацетилхолином за связывание с холинорецепторами. В малых концентрациях исследованные алкалоиды оказывали практически одинаковое влияние на частоту МПКП, снижая ее на 10-60 %, причем и в этом отношении сангвиритрин был наиболее активным. Повышение концентрации веществ, приводило к увеличению частоты МПКП. Особенно отчетливо это проявлялось в опытах с сангви-, 100 , ,
15-30 мин она уменьшалась до первоначальной величины. Снижение частоты МПКП, возможно, связано с уменьшениемпримембранной концентрации Са2+ за счет взаимодействия алкалоидов с пресинаптической мембраной, однако данное предположение требует дальнейшего исследования. Известно, что при падении примембранной концентрации кальция частота МПКП уменьшается. Увеличение частоты МПКП с ростом концентрации алкалоидов может быть обусловлено либо их ионофорными свойствами и связанной с ними деполяризацией пресинаптиче-, -го фосфорилирования на освобождение Са2+ из митохондрий (Мх) нервного окон.
, 100 / , -гвиритрин в концентрации 16 мкг/мл (т.е. в концентрациях, превышающих те, ко),
15 %. , -
калоиды не оказывают существленного влияния на проницаемость постсинаптической мембраны и не вызывают ее выраженной деполяризации, а уменьшение амплитуды МПКП обусловленнно иными процессами. Сравнительно малое изменение частоты МПКП под действием берберина, глауцина и стефаглабрина при их невысоких концентрациях свидетельствуют об их незначительном влиянии на ПП мембраны пресинаптического окончания и исключает вероятность деполяризации .
Проведенные нами эксперименты показали, что берберин, глауцин и сте-
100 / -хондрий (Мх) в состоянии покоя (скорость окисления в присутствии только суб-). -сутствии аденозиндифосфата (АДФ) или 2,4-динитрофенола (ДНФ), т.е. на величину дыхательного контроля и индекса разобщения окислительного фосфорилирования. Иными словами, дыхание Мх при использовании сукцината в качестве субстрата не регулируется вышеназванными соединениями. Напротив, сангвирит-
100 / , возрастала с увеличением концентрации алкалоида. При дальнейшем повышении концентрации сангвиритрина скорость дыхания уменьшалась до исходной вели-
чины (в отсутствии алкалоида) и ниже. После введения в среду инкубации Мх 4 / . -
, , -. , полученными ранее для одного из компонентов сангвиритрина - хелеритина, и, - , , -гвиритрина (в отличии от трех других алкалоидов) связано, в первую очередь, с его разобщающим эффектом в отношении Мх нервного окончания. Можно полагать, что антимикробная и цитостатическая активность этого алкалоида также обусловлена разобщающим действием. Такой механизм влияния характерен и для многих других цитостатиков, в том числе с противоопухолевым действием.
Стефаглабрин и сангвиритрин в концентрации свыше 2 и 4 мкг/мл соответственно вызывали повторяющиеся сокращения мышцы, что свидетельствует о снижении порога возбудимости мышечного волокна. Этот эффект согласуется с наличием антихолинэстеразной активности алкалоидов и подтверждает противопоказания к их применению в случаях эпилепсии, гиперкинезов и сердечнососудистой патологии. Берберин и глауцин в концентрациях до 50 и 100 мкг/мл соответственно не индуцировали мышечных сокращений, однако введение в среду глауцина в концентрации 2 мкг/мл вызывало контрактуру.
Описанные выше результаты позволяют сделать вывод, чтовсе исследо-ваннные алкалоиды воздействуют на нервно-мышечную передачу, причем их активность носит комплексный характер. Основной эффеки сангвиритрина - увеличение частоты МПКП за счет разобщения окислительного фосфорилирования в Мх нервного окончания - дополняется антихолинэстеразным действием и снижением амплитуды МПКП. Адреномиметическим свойствам глауцина сопутствует способность снижать амплитуду МПКП, а при высоких концентрациях - вызывать . -
- ,
.
необходимо учитывать при их использовании, т.к. в зависимости от способов вве-, -шать передачу возбуждения в нервно-мышечных синапсах [7].
Изучалось также влияние на синаптическую передачу препаратов, относящихся к различным классам соединений, но имеющих в своей химической структуре общие характерные функциональные группы. К исследованным нами препаратов относятся: соланин, дециламин, декаметоний, морфолин, пикриновая кислота и госсипол, т.к. изучение механизма действия исследуемых веществ имеет большое значение для практической медицины и для понимания происходящих процессов в периферической нервной системе, нами и была предпринята попытка раскрыть характер их влияния на освобождение АХ из нервных окончаний грудной мышцы лягушки. Показано, что все эти исследованные препараты обладают постсинаптическим влиянием [8].
Непрерывное накопление данных о высокой восприимчивости людей к супертоксикантам диоксинового ряда определяет насущную потребность здравоохранения в фундаментальных исследованиях для оценки риска, критериях безо-
пасности и качества окружающей среды. Решение этих задач особенно актуально для выявления последствий действия диоксиноподобных соединений на здоровье населения в экологически неблагополучных районах и опасных химических производствах. Предлагаемые нами современные биофизические, биохимические и электрофизиологические методы позволят провести экспериментальные исследования ионного транспорта при действии диоксинподобных токсикантов в бислойных липидных и биологических мембранах. Научная новизна предлагаемых исследований заключается в разностороннем подходе к изучению физиологической ,
супертоксикантов на молекулярном и клеточном уровнях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глаголева И.М., Либерман Е.А., Хашаев З.Х.-М. Влияние разобщителей окислительного фосфорилирования на выход ацетилхолина из нервных окончаний. БИОФИЗИКА, 1970.
- С.76-83. "
2. . ., . .
на внутриклеточный pH и темп развития зародышей морских ежей. ОНТОГЕНЕЗ, 1988.
- С.73-81
3. . .- ., . . .
БИОФИЗИКА, 1977. - 366 с.
4. . ., . .- ., . .
проводимость и время слипания липидных мембран. БИОФИЗИКА, 1978. - 257с.
5. . ., . . . -
пидных мембран для четвертичных аммониевых аналогов лидокаина и тримекаина. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 1987. - 77с.
6. . .- ., . .
фосфолипидными мембранами. БИОФИЗИКА, 1987. - 347с.
7. . ., . . . , , -
- . , 1991.- 131 .
8. . .- ., . . -тов на освобождение порций медиатора из нервных окончаний. БИОФИЗИКА, 1984.
- 504 .
УДК 611.843+612.843
МЛ. Зуева КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ЗРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СТРУКТУРЕ НЕЙРОННОЙ СЕТИ СЕТЧАТКИ ЧЕЛОВЕКА
Введение. При решении задач по биоинформатике, при моделировании работы сетчатки, а также в работах по другим проблемам искусственного интеллек-, , - -ганизации сетчатой оболочки без учета многоканальной системы трансформации . -но полного использования результатов современных фундаментальных исследований параллельных зрительных путей, специфических каналов информации о доли темного и светлого в изображении, о контрасте, цвете, форме, движении паттернов .
В структуре сенсорной сетчатки различают слой наружных сегментов (НС) фоторецепторов; наружный ядерный слой с внутренними сегментами и ядрами
