CC BY
35
оригинальные статьи УДК 612.825.5:615.017
ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СОМАТОСЕНСОРНОЙ КОРЫ МОЗГА У КРЫС ПРИ ОДНОКРАТНОМ ВВЕДЕНИИ БЕМИТИЛА
Демидова А. А., Мякота И. М.
Ростовский государственный медицинский университет Россия, 344022, Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29
Реферат
Цель. Изучить влияние однократного введения актопротектора бемитила на локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов соматосенсорной коры головного мозга у крыс.
Материалы и методы. Эксперименты проводились на половозрелых крысах линии Wistar, у которых регистрировали локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов в области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга до и после однократного перорального введения бемитила в дозе 250 мг/кг.
Результаты. Установлено, что однократное введение бемитила вызывает увеличение локального мозгового кровотока и парциального напряжения кислорода в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга. Одновременно с этим показано увеличение частоты генерации спайков нервными клетками. Между уровнем бемитила в ткани мозга и величинами локального мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода, импульсной активности нейронов в соматосенсорной коре головного мозга крыс выявлена высокая коррелятивная связь.
Заключение. Бемитил повышает циркуляторно-метаболическое обеспечение нервной ткани соматосенсорной коры головного мозга.
Ключевые слова: соматосенсорная кора; локальный мозговой кровоток; импульсная активность нейронов; актопротекторы; бемитил.
Журнал фундаментальной медицины и биологии
INFLUENCE OF BEMITILE ON THE FUNCTIONAL STATE OF SOMATOSENSORY CORTEX IN RATS
Demidova A. A., Mjakota I. M.
Rostov state medical University 29, Nakhichevansky str., Rostov-on-Don, 344022, Russia [email protected]
Abstract
Purpose. To study the effect of a single administration of the protector of bemitile on the local cerebral blood flow, partial oxygen tension and impulse activity of neurons in the somatosensory cortex of the brain in rats.
Materials and methods. The experiments were performed on mature Wistar rats, in whom local cerebral blood flow, partial oxygen tension, and impulse activity of neurons were recorded in the region of the projection of the somatosensory cortex of the C3 somatosensory cortex before and after a single oral administration of bemitile at a dose of 250 mg/kg.
Results. It has been established that a single administration of bemitile causes an increase in local cerebral blood flow and partial oxygen tension in the projection zone of the somatosensory cortex of the cerebral vibris C3. Simultaneously, an increase in the frequency of spike generation by nerve cells is shown. Between the level of bemitile in brain tissue and the values of local cerebral blood flow, partial oxygen tension, impulse activity of neurons in the somatosensory cortex of the rat brain, a high correlation was found.
Conclusion. Bemitile promotes circulatory and metabolic supply of the nerve tissue of the somatosensory cortex of the brain.
Keywords: somatosensory cortex; local cerebral blood flow; impulse activity of neurons; actoprotectors; bemitile.
А Журнал фундаментальной медицины и биологии
оригинальные статьи
Введение
Согласно традиционному представлению препараты фармакологической группы антигипоксанты (актопротекторы) рассматриваются как препараты не истощающего механизма действия, снижающие потребности клеток в кислороде и пролонгирующие их жизнеспособность при кислородном голодании различного генеза. В основе механизма действия акто-протекторов лежит увеличение мощности метаболических систем клетки, что подтвердилось на примере наиболее известного актопротектора бемитила [1], существенным эффектом которого является благоприятное влияние на митохондриальное окисление при экстремальных и повреждающих воздействиях на клетку, в частности, при гипоксии и ишемии. Беми-тил обладает очень низкой токсичностью [2], он, как и другие препараты этой группы, нашел применение во многих областях практической медицины, в частности, в неврологии и психиатрии [3], при астенических состояниях, многих других заболеваниях, обусловленных нарушениями мозгового кровообращения [4, 5].
Известно о способности бемитила повышать работоспособность организма и не истощать его энергетические ресурсы. В отличие от психостимуляторов бемитил модулирует процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе и таким образом оказывает психогармонизирующее действие, обусловленное его антигипоксическим действием [6, 7]. В то же время в литературе недостаточно представлены сведения о влиянии бемитила на микроциркуляцию в нервной ткани головного мозга и, главное, о соотношении между фармакокинетикой бемитила и функциональным состоянием проекционных зон коры головного мозга.
Целью данного исследования явилось изучение влияния однократного введения актопротектора бе-митила на локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов соматосенсорной коры головного мозга у крыс.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились на половозрелых крысах линии Ш1з1аг, полученных из питомника Андре-евка. Животные содержались в условиях вивария при температуре 20 °С и влажности 40-60%, и находились на стандартной диете (гранулированный корм на основе овса, ржи и пшеницы от производителя ООО «Кубанькорм»). В период проведения исследования животные были здоровыми, изменений поведения, аппетита, режима сна и бодрствования обнаружено не было. За двенадцать часов до проведения эксперимента животных лишали доступа к пище, не ограничивая их в потреблении воды.
Фармакокинетические исследования были выполнены на 70 половозрелых крысах-самцах массой 200250 г. Для изучения особенностей фармакокинетики бемитил вводили перорально с помощью зонда в виде раствора полиэтиленгликоля-400 в дозе 100 мг/кг. Для
изучения распределения бемитила при его однократном введении концентрацию вещества определяли в плазме крови и мозге крыс через 0,5; 1; 2; 4; 8; 12; 24 часа после введения [8]. Животным контрольной группы вводили раствор полиэтиленгликоля-400 в аналогичном объеме. Для проведение фармакокине-тических исследований ткань мозга измельчали и гомогенизировали до превращения в 20%-ный водный гомогенат. Для количественного определения соединения использовали метод газовой хроматографии. Оценку фармакокинетики препарата проводили на основе моделирования с помощью 2-камерной модели с учетом всасывания из места введения, что позволяло установить не только оптимальные дозы, но и выявить степень накопления препарата в плазме крови. Полученные данные анализировали согласно рекомендациям по работе с фармакокинетическими моделями [9].
Для исследования циркуляторно-метаболического обеспечения нейронного модуля соматосенсорной зоны коры мозга синхронно регистрировали локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов в области проекции вибриссы С3, где четко выражена модульная организация [10, 11]. Эксперименты по данному разделу работы были выполнены на 60 крысах массой 170-200 г. Локальный мозговой кровоток регистрировали методом водородного клиренса при непосредственной его электрохимической генерации в ткани мозга, парциальное напряжение кислорода в нервной ткани оценивали полярографическим способом по В.А. Березовскому, биоэлектрическую активность клеток коры мозга характеризовали на основе импульсной активности нейронов. В качестве теста оценки изменений функциональной активности нервных клеток коры мозга использовали стимуляцию вибриссы С3 с частотой 1 Гц, длительностью каждого стимула 10 мс в течение 20 с [11]. Бемитил в дозе 250 мг/кг, разведённый в растворе полиэтиленглико-ля-400, вводился перорально. Регистрацию параметров проводили через 1; 1,5; 2; 2,5 часа после введения препарата. Контрольной группе крыс по аналогичной схеме вводили раствор полиэтиленгликоля-400.
Результаты исследования
В результате фармакокинетического моделирования были получены следующие количественные величины (табл. 1), характеризующие каждую из фаз распределения препарата и его элиминации. Установлено, что альфа-фаза распределения определяется уровнем препарата в ткани (А1), равным 5852,8 нг/г, гибридной скоростью распределения препарата из плазмы крови в мозг а=0,6699 час-1 при периоде полураспределения *1/2а=1,03час. Следует отметить, что параметры, описывающие перенос препарата из плазмы крови в мозг, характеризуют альфа-фазу распределения, так как данный препарат находится в хорошем физико-химическом равновесии с плазмой крови. Время достижения максимальной концентрации в исследуемой ткани составило 1 час, а ее величина - 2700,1 нг/г. Бета-фаза определяется уровнем препарата в ткани (А2),
v4
равным 888,54 нг/г, и скоростью удаления бемитила из организма в=0,1 час-1. Период полувыведения составил 1 =6,93 час. Фаза всасывания также зависит от скорости всасывания бемитила из желудочно-кишечного тракта в плазму крови ка=1,81 час-1. Соответствующий период полувсасывания 11/2ка=0,3821 час. В то же время следует отметить, что относительная биодоступность бемитила из крови в мозг при пероральном приеме составляет Б=1,61 или 160,67%. Относительная биодоступность - это отношение средней концентрации в мозге к средней концентрации в плазме крови, которая рассчитывается как отношение соответственно АиС в мозге к АиС в плазме крови. При этом соответствующая площадь под кривой (АиС1) в исследуемой ткани составляет 13908,5 нгйчас/мл. Среднее время удержания (МЯТ1) в исследуемой ткани составило 7,18 час.
Таким образом, в результате фармакокинетическо-
первый взгляд это может показаться парадоксальным, однако следует учесть высокое сродство препарата к нервной ткани мозга, в связи с чем и получается более высокая концентрация препарата в ткани мозга, чем в плазме крови.
Среднее время удержания препарата, характеризующее среднюю длительность пребывания в мозге, MRTj=7,18 часа несколько больше, чем в плазме крови (6,49 часа). Все вышеизложенное позволяет утверждать, что процессы перераспределения бемитила из плазмы крови в мозг после однократного перорально-го приема достаточно активны и обеспечивают насыщение тканей мозга более высокими концентрациями препарата, чем их величины в плазме крови.
Результаты исследования характера циркулятор-но-метаболического обеспечения нейронного модуля показали, что исходная клеточная активность в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга у крыс увеличивается (табл. 2).
Одновременно с этим установлено, что при однократном введении бемитила наряду с увеличением импульсной активности нейронов в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного моз-
го моделирования установлено, что фармакокинетика бемитила в мозге после перорального введения имеет двухфазный характер, причем гибридная константа скорости распределения препарата в мозге (а=0,67 час-1) незначительно отличается от таковой в плазме крови (а=0,72 час-1). Однако следует отметить, что терминальная константа скорости элиминации в немного возросла с 6,02 в плазме крови до 6,93 часа в мозге, что может быть связано с процессом замедления перераспределения препарата в мозг за счет работы гистоге-матического барьера. Константа скорости переноса бемитила из центральной камеры модели к12=0,241 час-1. Константа скорости переноса в обратном направлении несколько ниже (к21=0,206 час-1), что, очевидно, увеличивает период полувыведения препарата из мозга. В то же время следует отметить, что относительная биодоступность бемитила из крови в мозг при пероральном приеме составляет более 160 %. На
га происходит увеличение интенсивности локального мозгового кровотока и парциального напряжения кислорода.
На следующем этапе исследования, с целью оценки адекватности циркуляторного и метаболического обеспечения нейронного модуля при изменении функциональной активности нервных клеток в условиях однократного введения бемитила, был проведен анализ направленности и величины изменений локального мозгового кровотока и напряжения кислорода в этой зоне соматосенсорной коры у крыс в процессе стимуляции вибриссы С3. Результаты исследования приведены в таблицах 3 и 4 соответственно.
На основании анализа представленных в таблицах 3 и 4 данных о параметрах реакций локального мозгового кровотока и парциального напряжения кислорода в соматосенсорной коре головного мозга на стимуляцию вибриссы на фоне однократного введения бемитила можно сделать заключение, что бемитил повышает реактивность микрососудов мозга и оптимизирует кислородный гомеостаз нервной ткани.
Данные, полученные при фармакокинетическом исследовании процессов распределения и элимина-
Таблица 1
Фармакокинетические параметры бемитила в ткани мозга после перорального введения крысам
Показатель Значение Единица измерения Показатель Значение Единица измерения
Доза 100 мг/кг t1/2ka 0, 3821 час
Ai 5852,8 нг/г С 4530,6 нг/мл
A2 888,54 нг/гл k e 0,32574 1/час
à 0,6699 1/час K21 0,20558 1/час
ß 0,1 1/час K12 0,23851 1/час
k a 1,8136 1/час Ä3=-(Ä1+Ä2) -6741,3 нг/г
t1/2à 1,0345 час AUC1 13908,5 нг*час/мл
t1/2ß 6,9322 час MRT1 7,18304 час
Журнал фундаментальной медицины и биологии оригинальные статьи
Таблица 2
Изменения параметров мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода и импульсной активности нейронов в соматосенсорной коре головного мозга у крыс после однократного
введения бемитила
Время после приема бемитила, час Мозговой кровоток, мл/100г/мин Р02, мм рт. ст Импульсная активность нейронов, имп/с
Бемитил Контроль Бемитил Контроль Бемитил Контроль
1 61,1±0,4** 24,0±0,4 47,2±4,3** 15,2±0,3 5,4±0,8* 4,0±0,7
1,5 61,8±1,1** 24,4±0,5 47,9±4,3** 15,4±0,4 6,3±0,6* 4,4±0,4
2 62,2±0,4** 24,6±0,7 48,0±4,3** 16,0±0,3 6,1±1,1* 4,9±0,6
2,5 62,5±0,4** 24,6±0,7 47,9±4,9** 16,4±0,2 6,2±0,9* 5,3±0,7
Таблица 3
Изменения параметров функциональной гиперемии в соматосенсорной коре головного мозга у крыс
после однократного введения бемитила
Время после приема бемитила, час Латентный период ФГ, с Амплитуда ФГ, % к исходному уровню
Бемитил Контроль Бемитил Контроль
1 3,5±0,7* 6,2±1,2 27,6±0,5 26,6±0,6
1,5 3,2±0,6* 6,1±1,1 27,5±0,6 27,5±0,8
2 3,4±0,5* 6,4±1,4 27,8±0,8 27,6±0,3
2,5 3,3±0,6* 6,2±1,2 27,6±0,7 27,6±0,3
Примечание. Различие значимо по сравнению с контролем при * р <0,05.
Таблица 4
Изменения параметров парциального напряжения кислорода в соматосенсорной коре головного мозга
у крыс после однократного введения бемитила
Время после приема бемитила, час Латентный период реакции р02, с Амплитуда реакции р02, % к исходному уровню
Бемитил Контроль Бемитил Контроль
1 8,4±2,2* 5,4±1,2 3,8±0,1** 10,5±0,5
1,5 8,5±2,5* 5,2±1,1 4,9±0,6** 10,3±0,2
2 8,4±2,2* 5,2±1,1 5,1±0,9** 12,5±1,1
2,5 8,7±2,8* 5,3±1,3 4,8±0,7** 13,4±1,9
Примечание. Различие значимо по сравнению с контролем при * р <0,005; ** р <0,001.
ции бемитила, позволили оценить динамику развития эффекта и изменения локального мозгового кровотока области проекции вибриссы С соматосенсорной коры головного мозга крыс в зависимости от времени. Однако наличие информации об изменениях содержания бемитила в мозге экспериментальных животных позволило провести и сопоставление концентраций этого препарата с фармакодинамической реакцией организма животных и получить корреляционные оценки и регрессионный анализ.
Проведенный корреляционный анализ показал высокую степень взаимосвязи (И=0,9951) между локальным мозговым кровотоком и содержанием в мозге бемитила после его однократного введения, вы-
сокую степень взаимосвязи (Я=0,990) между парциальным напряжением кислорода в соматосенсорной коре головного мозга и концентраций бемитила, высокую степень связи (Я=0,995) между импульсной активностью нейронов в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс и содержанием бемитила.
Выводы
1. Процессы перераспределения бемитила из плазмы крови в мозг обеспечивают насыщение тканей мозга более высокими концентрациями препарата, чем их величины в плазме крови, что объясняется высокой липо-фильностью препарата.
v4
2. Однократное введение бемитила вызывает увеличение локального мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода и импульсной активностью нейронов в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга.
3. Установлены высокие уровни корреляции между содержанием бемитила в мозге и величинами локаль-
ного мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода и импульсной активности нейронов в соматосенсорной коре головного мозга крыс.
4. Бемитил при его однократном введении обладает свойствами актопротектора, оптимизирующего циркуляторно-метаболическое обеспечение нервной ткани головного мозга.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лызиков А.Н., Питкевич Э.С., Мельник С.Н. Перспективы клинического применения антигипоксанта «Бемитил». Проблемы здоровья и экологии. 2011; 1 (27): 7-14.
2. Бугаева Л.И, Спасов А.А, Веровский И.Н. Исследование острой токсичности бемитила и бромитила. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2000; 63 (6): 53-57.
3. Морозов И.С., Александровский Ю.А., Серебрякова Т.В. Применение бемитила в психиатрической практике: Методические рекомендации. М., 1987.
4. Стратиенко Е.Н. Изменения под влиянием новых химических соединений некоторых показателей, связанных с функционированием центральной нервной системы. Вестник Брянского государственного университета. 2010; 4: 234246.
5. Катунина Н.П., Стратиенко Е.Н., Цеева Ф.Н., Кухарева О.В. Изучение влияния новых химических веществ на функции центральной нервной системы. Ежегодник НИИ фундаментальных и прикладных исследований. 2015; 1 (6): 105-108.
6. Давлятова Г.Г., Валеева Л.А. Экспериментальное изучение психотропной активности новых производных ксантина. Медицинский вестник Башкортостана. 2013; 8 (3): 93-96.
7. Егорова С.Е., Ильина И.В., Удовенко Е.В. Влияние производных 1-алкенилимидазола на функции центральной нервной системы подопытных животных. Кубанский научный медицинский вестник. 2015; 5 (154): 64-68.
8. Фирсов А.А., Жердев В.П., Барманова Е.Ю. Методические рекомендации по доклиническому изучению фармакокине-тики лекарственных средств. М., 2000.
9. Каркищенко Н.Н., Хоронько В.В., Сергеева С.А., Каркищен-ко В.Н. Фармакокинетика. Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.
10. Сухов А.Г. Нейронная организация тактильного анализатора крысы. Ростов-на-Дону, 1992.
11. Хананашвили Я. А. Основы кровоснабжения органов. Ростов-на-Дону, 2001.
