CC BY
31
УДК 614.3:547.231:541.543.064
А.С. Нехорошее, С.В. Костюкевич, А.П. Захаров, Е.А. Скворцова, О.Л. Чикова, А.А. Дуннен
МЕДИКО- БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТОКСИЧНОСТИ N - НИТРОЗОАМИНОВ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОРГАНИЗМА6
Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова, г. Санкт-Петербург, nekhoroshev@list.ru
Введение. В медико-биологической оценке токсичности N-нитрозоаминов (НА) принято рассматривать влияние природы заместителей, связанных с азо-аналогом карбонильной группы. В связи с этим, представляет интерес выявление физико-химических показателей токсикантов и их метаболитов в организме, формирующих негативные тенденции в состоянии здоровья населения при различных путях поступления НА или возникновения в результате эндогенного синтеза в организме человека [1,4]. Поскольку механизм процессов дезаминирова-ния аминокислот после расщепления белков имеет разнообразный характер, нами показано, что, поскольку прямое введение в отдельные органы животных не вызывают характерного канцерогенного и мутагенного действия, образование при дезаминировании в печени нитрозодиалкиламинов с последующим восстановлением до диазоалканов, N-гидроксилирования на цитохроме Р-450 и разложения до алкильных радикалов. Скорость реакции алкилирования в структуре ДНК кислорода у атома С6 гуанидина значительна из-за цепного характера радикальных процессов, чем обусловлено их токсическое действие. Токсичность НА и проявление того или иного вида органотропности зависит от их гидро-фильно-липофильного баланса (ГЛБ) и донорно-акцепторной способности, величина которых определяет в каком из органов: печени, почках, желудочно-кишечном тракте, легких, органах половой сферы, структуре генов и других органах, могут они метаболизироваться. Моделирование инженерно-физиологической системы биохимического комплекса преобразования белков невозможно без определения величины кислотно-основных (pKa, pKb) окислительно-восстановительных (ф ox, фге d), комплексообразующих свойств (K нестойкости) и ГЛБ ( lgP)
6 A.S.Nekhoroshev, S.V. Kostyukevith, A.P. Zakhrov, E.A. Skvortsova, O.L. Chikova, A.A. Dun-nen Biomedical aspects of toxicity n - nitrosamines to the human body.
с учетом процессов метаболизма и гомеостаза. Целью работы являлось определение комплексообразущих и ГЛБ К- нитрозоаминов и их производных для оценки их токсичности и прогнозирования вида заболеваемости при их техногенном поступлении в организм человека или их эндогенном образовании.
Материалы и методы. Для определения донорно-акцепторной (комплек-сообразующей) способности НА использовали разработанный нами метод обращенной газовой хроматографии (ОГХ), в котором исследуемое вещество наносят на поверхность инертного сорбента, после чего определяют разность свободных энергий Гиббса путем хроматографирования смеси бензола и гексана, как полярного и неполярного компонентов. Логарифм отношения удельных объемов удерживания тест-системы является термодинамической характеристикой взаимодействия НА фермент и определяет хроматографический параметр токсичности (ХПТ) [3]. При оценке органотропности НА измеряли спектрофотометрическим методом показатель Ганча (^Р), равный отношения равновесных концентраций НА в октаноле и в воде и характеризующий их ГЛБ. Для установления зависимости острой токсичности НА от показателя Ганча (ГЛБ), обуславливающего скорость образования отвечающих за канцерогенез в организме алкильных радикалов и ХПТ, отвечающего за угнетение деятельности ферментов и дальнейшие токсические проявления.
Результаты. Поскольку механизм биохимического взаимодействия НА и биологически активных центров является совокупностью сопряженных многостадийных процессов, была рассмотрена корреляционная зависимость токсичности нитрометана, метиламина и диазометана как модели метаболизма НА в организме при их пероральном или ингаляционном поступлении крысам с экспозицией 2 час. Зависимость пероральной токсичности (ЛД50;мг/кг) от ГЛБ хорошо описывается параболическим уравнением ЛД50 = 1,47 (1§Р) 2 + 0,45 1§Р + 1,95. В то же время ингаляционная токсичность (ЛК50;мг/м3) от ГЛБ описывается уравнением ЛК50 = - 1,65 1§Р + 2,60 с коэффициентом корреляции г = 0,9. Лучше отражает ингаляционную токсичность НА влияние донорно-акцепторной способности согласно зависимости ЛК50 = - 2,36 ХПТ + 6,61 с г = 0,98. Для 86 нитрозосоединений методом ОГХ и известными параметрами токсикометрии установлена корреляционная зависимость, свидетельствующая о том, что чем больше их комплексообразующая способность, тем выше токсичность. В работе [2] при оценке корреляционных соотношений структура - токсичность показано,
что для различных моно- и полизамещенных алифатических соединений необходима математическая модель, учитывающая необходимые для учета межмолекулярных взаимодействий физико-химические параметры. Низкие коэффициенты корреляции зависимости пероральной токсичности НА для крыс от величины ГЛБ (коэффициент корреляции изменялся в диапазоне 0,7 - 0,5), потребовали отдельного рассмотрения гидрофобных и гидрофильных К-нитрозоаминов алифатического ряда. Для таких гидрофильных нитрозоаминов, как производные диметиламина, оксазолидина, морфолина, пиперазина (1§Р <0) зависимость ЛД50 = -1,22 1§Р + 1,28; имеет высокий г=0,85, что свидетельствует о существенном протекании метаболизма в водной среде в связи ростом энергии до-норно-акцепторного взаимодействия. При этом для гидрофобных соединений эта же зависимость имеет антибатный характер (1§ ЛД50 = + 0,42 1§Р + 1,75 с г = 0,74), связанный с различным знаком угловых коэффициентов линейных уравнений. Поскольку процесс дезаминирования растительных и животных белков происходит в печени, содержание нитрозопроизводных полярного диметиламина и гидрофобного диэтиламина возрастает существенно в крови животных с 2 до 5 раз по сравнению с фоновым содержанием при возрастании их гидрофобности. Этот факт необходимо учитывать, так как для выявления органотропности НА важное значение имеет размер алкильного радикала, поскольку углеродные атомы в структуре молекулы подвергаются окислению в организме человека с образованием карбонильных групп. К-нитрозодибутиламин затрагивает меньшее количество органов (печень, пищевод, мочевой пузырь) по сравнению с 2-4 карбонильными производными К-нитрозозамещенных аминов, в связи с тем, N нитрозомочевины образуются при применению избытка азотных удобрений или пестицидов, способных к нитрозированию. К-нитрозоалкилмочевины при поступлении в организм проявляют алкилирующую и карбамоилирующую активность, совместно с ферментами способны к гидроксилазной денитрозации. При гидролизе К-нитрозоалкилмочевин образуются продукты, вызывающие раздражающее действие на органы дыхания, экземы и дерматиты кожных покровов, поражают конъюктиву. Тем не менее, при введении определенных групп их применяют в качестве противоопухолевых лекарственных средств. Часто для увеличения канцеролитической активности в структуру НА вводят 2-галогенэтильный заместитель, повышают гидрофобность формированием цикло-пентил,-гексил, дифенилпентильных фрагментов в дизайн К-нитрозоалкилмочевин.
В частности, при введении второй 2-хлорэтильной группы токсичность нит-розоалкилмочевин возрастает, как и при замене одного атома хлора на фтор. В то же время замещение хлора на атом брома снижает токсичность N-нитрозоалкилмочевин. Уменьшение гидрофобности нитрозоалкилмочевин при наличии в структуре двух -OH (гидроксильных) групп приводит к изменению ЛД50 с 300 мг/кг до 11,3. Увеличение размера цикла с 6 до 12 углеродных атомов и, следовательно, с ростом гидрофобности N-нитрозоалкилмочевин резко снижается их токсичность до 1297 мг/кг. Однако рост гидрофобности приводит к росту мутагенности пестицидов со структурой нитрозоалкилмочевин и появлению опухолей ЖКТ, кожи при пероральном поступлении в организм мышей или крыс.
Обсуждение. Таким образом оценка влияния донорно-акцепторной (ком-плексообразующей) способности и величины гидрофильно-липофильного баланса на токсичность позволяют обоснованно осуществлять дизайн структуры биологически активных веществ. Установленные закономерности изменения токсичности нитрозоалкилмочевин как противоопухолевых препаратов могут быть использованы для существенного роста их безопасности.
Литература
1. Белова Л.В., Захаров А.П., Пилькова Т.Ю.-Об идентификации и механизмах канцерогенной опасности нитрозосоединений при определении безопасности пищевых продуктов //Здоровье населения и среда обитания. 2014.-№2.-С.16-18.
2. Голованова И.Б., Цыганкова И.Г. // Журнал общей химии. 1999.-т.69.-вып.8.-С.1275-79.
3. Захаров А.П., Маймулов В.Г., Нехорошев А.С. и др.- Способ совместного определения токсичности анилина и нитробензола в воздухе// БИ № 22 от10.08.04. Патент №2234082.
4. Костюкевич С.В., Захаров А.П., Чикова О.Л. // Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды: Мат. V международ. научн.-практ. конференции.- Челябинск: Изд-во ЧГПУ, с.451.
Ключевые слова: нитрозоамины, токсичность, донорно-акцепторная способность, гидрофильно-липофильный баланс.
Key words: nitrosamines, toxicity, donor-acceptor capability, hydrophilityc lipophilic balance.
