CC BY
38
РАЗДЕЛ 4. РАЗНОЕ
УДК 615.21:616-001.3
ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ ФУНКЦИИ МИТОХОНДРИЙ ПРИ ТРАВМЕ МОЗГА У НЕПОЛОВОЗРЕЛЫХ ЖИВОТНЫХ Ковалева Л.А., Новиков В.Е., Климкина Е.И., Пожилова Е.В.
Смоленский государственный медицинский университет, Россия, 214019, Смоленск, ул. Крупской, 28.
[email protected] - Ковалева Любовь Анатольевна
Резюме: С целью поиска эффективных фармакологических средств для коррекции метаболических нарушений в посттравматический период у неполовозрелых животных изучено влияние ряда нейро-метаболических средств с ноотропной активностью на функцию митохондрий мозга в динамике черепно-мозговой травмы. Опыты проведены на крысах 1-2 месячного возраста, которым под наркозом моделировали травму мозга через трепанационное отверстие в черепе. В митохондриях мозга полярографическим методом с помощью закрытого электрода Кларка определяли состояние окислительного фосфорилирования. Травма мозга вызывает выраженные нарушение окислительной и фосфорилирующей функции митохондрий, которые сохраняются даже через месяц после моделирования травмы. Показано, что курсовое применение нооглютила (N-5-[оксиникотиноил]-Ь-глутаминовая кислота) в дозе 25 мг/кг полностью нормализует биоэнергетическую функцию митохондрий мозга у неполовозрелых крыс после черепно-мозговой травмы.
Ключевые слова: черепно-мозговая травма, неполовозрелые животные, функция митохондрий, нооглютил.
THE PHARMACOLOGICAL CORRECTION OF MITOCHONDRIAL FUNCTION IN BRAIN
DAMAGE OF SEXUALLY IMMATURE ANIMALS
Kovaleva L.A., Novikov V.E., Klimkina E.I., Pozhilova E.V.
Smolensk State Medical University, Russia, 214019, Smolensk, Krupskoy St., 28.
Summary: The aim of the investigation was a search of effective pharmacological agents for the correction of metabolic disorders in post-traumatic period of immature animals. We studied the influence of several
neuro-metabolic agents with nootropic activity on mitochondrial function of brain in dynamics of traumatic brain injury. The experiments were performed on rats of 1-2 months of age. Their brain injury was imitated through a trephine opening of the skull under general anaesthesia. The condition of oxidative phosphorylation in the brain mitochondria was determined via polarographic method with the use of enclosed Clark's electrode. Brain injury causes severe disturbance of the oxidative function and phosphorylation of mitochondria which remains even in a month after the trauma imitation. It has been shown that the course treatment with nooglutyl (N-5- [oxynicotinoil] -L-glutamic acid) in the dose of 25 mg/kg completely normalizes bioenergetic function of brain mitochondria after traumatic brain injury of immature rats.
Key words: traumatic brain injury, immature animals, the function of the mitochondria, nooglutyl.
Введение. Травма мозга всегда представляет опасность для жизни и здоровья человека. В детском возрасте травматическое повреждение мозга чревато нейро-медиаторными и метаболическими нарушениями в постравматическом периоде с расстройством психического и физического развития в дальнейшем [2]. В медицинской практике сегодня имеется большой арсенал метаболотропных средств [11, 15]. Подобные вещества с успехом применяются для нормализации трофических процессов при состояниях гипоксии и ишемии, токсических и травматических повреждениях и т.д. [3, 4, 5]. Целью нашей работы явилось исследование влияния ряда нейро-метаболических средств с ноотропной активностью на функцию митохондрий мозга неполовозрелых животных в динамике черепно-мозговой травмы (ЧМТ).
Материалы и методы исследования. Эксперименты выполнены на белых крысах линии Wistar обоего пола (возраст крыс - 1-2 мес., масса - 40-120 г). Животным в месячном возрасте моделировали черепно-мозговую травму под эфирным наркозом [7]. Через 1, 4, 7 суток и 1 месяц после ЧМТ крыс декапитировали. Контролем служили интактные крысы. Из мозга выделяли митохондрии, в которых полярографическим методом с помощью закрытого электрода Кларка определяли состояние окислительного фосфорилирования (субстрат окисления - глутаминовая кислота) [16]. Из данных полярограммы рассчитывали: скорости дыхания митохондрий в различных метаболических состояниях (V0 - начальное окисление, V3 - фосфорилирующее, V4 - постфосфорилирующее) - в нг-ат. O2/мин/мг белка; дыхательные коэффициенты по Lardy, Wellman (ДКл), и по Chanse, Williams (ДКч); коэффициент АДФ/О; скорость фосфорилирования добавки АДФ (АДФ/t) - в нмоль АДФ/мин/мг белка [12].
Для фармакологической коррекции функции митохондрий использовали субстанции лекарственных веществ: пирацетам (1 г/кг), пикамилон (500 мг/кг), пиридитол (100 мг/кг),
пантогам (160 мг/кг), нооглютил (25 мг/кг). Все вещества вводили опытным животным внутрибрюшинно за 30 мин до моделирования ЧМТ и затем ежедневно однократно в течение опыта. Дозы веществ взяты в соответствие с данными литературы, где в аналогичных исследованиях они проявили фармакотерапевтическое действие [1, 6, 12]. Результаты экспериментов обработаны статистически с применением ^коэффициента Стьюдента.
Результаты исследования и их обсуждение. Спустя сутки после ЧМТ у месячных крыс снижается дыхательная функция митохондрий в различных метаболических состояниях, а также нарушается сопряжение в дыхательной цепи, о чем свидетельствует снижение дыхательного контроля ДКч и коэффициента АДФЛ (табл. 1). Под влиянием лекарственных веществ функция митохондрий в острый период ЧМТ нарушалась в меньшей степени. Наиболее эффективно действовал нооглютил. На фоне его применения достоверно повышались все скорости окисления и показатели сопряжения в дыхательной цепи. Самый слабый эффект наблюдался на фоне введения пиридитола.
Таблица 1.
Функция митохондрий мозга месячных крыс через сутки после ЧМТ на фоне
фармакологической коррекции (М + т)
Группы животных V0 Vз V4 ДКЛ ДКч АДФ/О АДФЛ
Контроль 28,58 + 0,83 76,77 + 2,59 24,36 + 0,93 2,71 + 0,14 3,17 + 0,10 3,19 + 0,16 230,51 + 3,78
Травма 1 сут. Р 20,21 + 0,78 <0,001 48,28 + 2,39 <0,001 19,52 + 0,79 <0,001 2,42 + 0,13 >0,05 2,53 + 0,13 <0,01 3,10 + 0,20 >0,05 148,30 + 11,28 <0,001
Пирацетам 1000 мг/кг, р Р1 23,88 + 0,54 <0,001 <0,01 61,03 + 2,98 <0,01 <0,01 28,28 + 1,02 <0,05 <0,001 2,55 + 0,08 >0,05 >0,05 2,17 + 0,10 <0,001 <0,05 2,71 + 0,08 <0,05 >0,05 173,28 + 11,01 <0,001 >0,05
Пикамилон 500 мг/кг, р Р1 27,67 + 1,52 >0,05 <0,001 65,12 + 1,82 <0,01 <0,001 31,07 + 0,94 <0,001 <0,001 2,45 + 0,15 >0,05 >0,05 2,15 + 0,08 <0,001 <0,05 2,64 + 0,22 >0,05 >0,05 171,45 + 17,47 <0,01 >0,05
Пиридитол 100 мг/кг, р Р1 22,63 + 0,87 <0,001 >0,05 58,86 + 4,48 <0,01 >0,05 23,23 + 0,86 >0,05 <0,01 2,58 + 0,14 >0,05 >0,05 2,52 + 0,16 <0,01 >0,05 2,79 + 0,21 >0,05 >0,05 168,23 + 18,47 <0,01 >0,05
Пантогам 160 мг/кг, р р1 19,30 + 0,89 <0,001 >0,05 57,88 + 1,63 <0,001 <0,01 21,93 + 0,59 <0,05 <0,05 3,04 + 0,12 >0,05 <0,01 2,65 + 0,07 <0,001 >0,05 3,02 + 0,13 >0,05 >0,05 178,52 + 9,93 <0,001 >0,05
Нооглютил 25 мг/кг, р р1 25,61 + 1,51 >0,05 <0,01 70,23 + 3,61 >0,05 <0,001 26,81 + 0,99 >0,05 <0,001 2,80 + 0,21 >0,05 >0,05 2,61 + 0,09 >0,01 >0,05 2,91 + 0,09 >0,05 >0,05 204,07 + 12,42 <0,05 <0,01
Примечание. Достоверность различий в таблицах: р - с контролем, рг - с травмой.
В посттравматический период у опытных крыс отмечалась положительная динамика функции митохондрий, однако полного восстановления показателей не наступало. Так, через 4 и 7 суток после травмы показатели окисления приближались к контрольным цифрам, но оставались достоверно низкими показатели сопряжения в дахательной цепи. Протективное действие в этот период проявляли пирацетам, пикамилон и нооглютил. Направленность действия препаратов была одинаковой, они улучшали показатели сопряжения. Следует
отметить, что лучший эффект проявлял нооглютил. Поэтому действие этого лекарственного вещества оценивали также через 1 месяц после моделирования ЧМТ.
Ежедневное применение нооглютила в течение месяца посттравматического периода полностью нормализовало функцию окислительного фосфорилирования митохондрий мозга по сравнению с нелеченными животными, у которых в это время были снижены скорости дыхания У0 и Уз, коэффициент ДКч и скорость синтеза АТФ в единицу времени (см. табл. 2).
Таблица 2.
Влияние нооглютила на функцию митохондрий мозга неполовозрелых крыс через месяц
после ЧМТ (М + т)
Группы животных Уо Уз У4 ДКЛ ДКЧ АДФ/О АДФЛ
Контроль 30,07 + 1,30 70,42 + 4,63 24,24 + 1,77 2,35 + 0,12 2,93 + 0,13 2,55 + 0,09 194,18 + 13,85
Травма 1 мес Р 22,64 + 0,91 <0,001 50,33 + 2,95 <0,01 22,91 + 1,60 >0,005 2,24 + 0,14 >0,05 2,29 + 0,23 <0,05 2,94 + 0,20 >0,05 148,39 + 6,48 <0,01
нооглютил 25 мг/кг, р Р1 26,79 + 1,68 >0,05 <0,05 70,56 + 4,22 >0,05 <0,01 25,80 + 1,38 >0,05 >0,05 2,65 + 0,10 >0,05 <0,05 2,74 + 0,07 >0,05 >0,05 2,68 + 0,20 >0,05 >0,05 208,84 + 19,33 >0,05 <0,02
Приведенные результаты свидетельствуют, что ЧМТ у неполовозрелых животных вызывает серьезные нарушения функциональной активности митохондрий мозга, проявляющиеся угнетением процессов окисления в различных метаболических состояниях и сопряжения в дыхательной цепи. Такие нарушения наиболее выражены в острый период травмы (1 сутки), уменьшаются к 4-7 суткам посттравматического периода, но не восстанавливаются полностью даже спустя месяц после травмы. Из этого следует, что функция митохондрий в посттравматический период не обеспечивает достаточный синтез АТФ и мозговая ткань испытывает энергетический дефицит. Пирацетам, пикамилон и нооглютил оказывают протективное действие в отношении функциональной активности митохондрий, причем большую эффективность проявляет нооглютил (N-5-[оксиникотиноил]-Ь-глутаминовая кислота). Курсовое применение вещества в дозе 25 мг/кг (в течение месяца) полностью нормализует биоэнергетическую функцию митохондрий мозга. Положительное действие нооглютила, может быть, связано с его нейромедиаторным влиянием (агонист глутаминовых NMDA и АМРА подтипов рецепторов), а также с непосредственным воздействием на митохондриальные мишени регуляции реакций адаптации [9, 10, 13]. Возможно, нооглютил регулирует метаболические процессы в условиях посттравматической гипоксии и предупреждает развитие окислительного стресса [8, 14].
Заключение. ЧМТ у неполовозрелых животных (крысы месячного возраста) вызывает выраженные нарушения процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях мозга, которые полностью не восстанавливаются даже в течение месяца
посттравматического периода. Нейро-метаболические лекарственные вещества пирацетам, пикамилон и нооглютил оказывают протективное влияние на функцию митохондрий в динамике ЧМТ. Высокую эффективность по влиянию на показатели окислительного фосфорилирования митохондрий мозга в посттравматический период проявил нооглютил. Результаты данного экспериментального исследования дают основание рекомендовать применение нооглютила для фармакотерапии посттравматических нарушений в педиатрии.
Литература
1. Левченкова О.С., Новиков В.Е., Пожилова Е.В. Фармакодинамика и клиническое применение антигипоксантов. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2012; 10 (3): 3-12.
2. Новиков В.Е. Возможности фармакологической нейропротекции при черепно-мозговой травме. Психофармакология и биологическая наркология. 2007; 7 (2): 15001509.
3. Новиков В.Е., Илюхин С.А. Влияние гипоксена на эффективность кислоты ацетилсалициловой при остром воспалении. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2013; 76 (4): 32-35.
4. Новиков В.Е., Илюхин С.А., Пожилова Е.В. Влияние метапрота и гипоксена на развитие воспалительной реакции в эксперименте. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2012, 10 (4): 63-66.
5. Новиков В.Е., Климкина Е.И. Влияние гипоксена на морфо-функциональное состояние печени при экзогенной интоксикации. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2009, 72 (5): 43-45.
6. Новиков В.Е., Ковалева Л.А. Влияние веществ с ноотропной активностью на окислительное фосфорилирование в митохондриях мозга при острой черепно-мозговой травме. Экспериментальная и клиническая фармакология. 1997, 60 (1): 59-61.
7. Новиков В.Е., Ковалева Л.А. Влияние ноотропов на функцию митохондрий мозга в динамике черепно-мозговой травмы в возрастном аспекте. Экспериментальная и клиническая фармакология. 1998, 61 (2): 65-68.
8. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Гипоксией индуцированный фактор как мишень фармакологического воздействия. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2013, 11 (2): 8-16.
9. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Митохондриальные мишени для фармакологической регуляции адаптации клетки к воздействию гипоксии. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2014, 12 (2): 28-35.
10. Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Роль митохондриального АТФ-зависимого калиевого канала и его модуляторов в адаптации клетки к гипоксии. Вестник СГМА. 2014, 13 (2): 48-54.
11. Новиков В.Е., Лосенкова С.О. Фармакология производных 3-оксипиридина. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2004, 3 (1): 2-14.
12. Новиков В.Е., Шаров А.Н. Влияние ГАМК-ергических средств на окислительное фосфорилирование в митохондриях мозга при его травматическом отеке. Экспериментальная и клиническая фармакология. 1991, 54 (6): 44-46.
13. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Регуляторная роль митохондриальной поры и возможности ее фармакологической модуляции. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2014, 12 (3): 13-19.
14. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Активные формы кислорода в физиологии и патологии клетки // Вестник СГМА. 2015, 14 (2): 13-22.
15. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Новикова А.В. Фармакодинамика и клиническое применение препаратов на основе гидроксипиридина. Вестник СГМА. 2013, 12 (3): 56-66.
16. Шаров А.Н., Новиков В.Е. Состояние окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга при его токсическом и травматическом отеке-набухании. Вопросы медицинской химии. 1992, 38 (5). С. 24-26.
