CC BY
41
УДК: 615.21 /. 27 : 612.017 /. 592.1 (1 - 17)
А.Р. Кояпаков
ПРИПОЛЯРНАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ:
ФАНТАЗИЯ ИЛИ НАЗРЕВШАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ?
ГУ НИИ биохимии СО РАМН, Новосибирск
Целью работы явилось изучение состояния процессов биотрансформации ксенобиотиков 1 динамике холодового воздействия. Исследования проведены на крысах-самцах \Vistar в мо дели длительной адаптации к холоду по Харту на 1, 8, 15, 22 и 35 сутки. В качестве тест-пре паратов были взяты антипирин (I фаза биотрансформации) и изониазид (II фаза биотранс формации). Наибольшие изменения фармакокинетики препаратов наблюдались на 8, 1^ сутки пребывания животных на холоде. Снижение времени полуэлиминации обоих препара тов (Т)/2), свидетельствует о повышении активности реакций обеих фаз биотрансформации На 3 и 4 неделях адаптации к холоду происходило увеличение объема распределения препа ратов и повышение клиренса. Обсуждая полученный материал и привлекая данные литера туры, автор показывает, что холод затрагивает не только метаболизм, но и механизм, и эф фект действия ксенобиотиков и говорит о необходимости развития приполярно{ фармакологии как ветви приполярной медицины для изучения особенностей действия лекарственных препаратов на организм человека в высоких широтах.
Ключевые слова: холод, метаболизм ксенобиотиков, действие лекарств, приполярная фармакология
Исследования сотрудников НИИ биохимии СО РАМН (ранее — отдела экологии ИКЭМ СО АМН СССР), проведенные среди коренного и пришлого населения Азиатского Севера, у зимовщиков Антарктиды и полярников дрейфующих станций, обнаружили значительные отличия всех видов обмена от «среднестатистического стандарта». Анализ полученных фактов позволил Л.Е. Панину выделить «полярный метаболический тип», который характеризуется переходом организма в условиях высоких широт на новый уровень метаболизма и изменением потребности в пищевых веществах и энергии, усилением липидного и снижением интенсивности углеводного обменов [1].
Среди неантропогенных факторов, действующих на организм в условиях высоких широт, важнейшим является холод. Процессы адаптации к пониженной температуре окружающей среды затрагивают все органы и системы организма, в том числе, и печень, вклад которой в термогенез может достигать 25% дополнительной теплопродукции [2]. Изменением соотношения специфических и терморегуляторной функций этого органа в значительной степени определяется цена, которой организм расплачивается за развитие устойчивости к холоду [1].
Одной из таких специфических функций печени является биотрансформация эндо- и ксенобиотиков. Естественно предполагать, что этот в
высшей степени энергоемкий процесс претерпевает какие-то изменения при адаптации к холоду
В процессе биотрансформации веществ принято различать две фазы: I — окисления и II — конъюгации. Определение их активности считают наиболее надежным способом оценки функционального состояния печени [3].
Первая фаза обеспечивается монооксигена-зной системой, связанной с эндоплазматическим ретикулумом, вторая — в основном, цитозольными ферментами.
Целью настоящей работы стало изучение на модели Харта состояния процессов биотрансформации у крыс в динамике холодового воздействия.
Материалы и методы
Исследования выполнены в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» на крысах-самцах Wistar массой 180-250 г, полученных из вивария ИЦиГ СО РАН. Животные находились в индивидуальных металлических клетках: опытные — при температуре +5 °С (модель длительной адаптации к холоду по Харту [4] ), контрольные — при +25 °С. В клетках поддерживался световой режим: 12 часов свет — 12 часов темнота. Крыс содержали на стандартном сбалансированном рационе, кормление осуществляли два раза в сутки в течение одного часа в 9 и 19 часов. Вода ad libitum. В каждой серии исследований все наблюдения за ходом
Холодовой адаптации проведены на животных одного срока доставки из питомника, что позволило исключить или свести до минимума возрастные и внутрилинейные различия.
В качестве тест-препаратов были использованы антипирин, метаболизм которого в печени идет при участии цитохрома Р-450 (I фаза биотрансформации), и изониазид, его метаболизм связан с Ы-ацетилтрансферазой (II фаза биотрансформации). Эти системы принимают участие в метаболизме как эндогенных субстратов, так и ксенобиотиков. В предварительных исследованиях мы убедились, что пребывание крыс в индивидуальных клетках при температуре +25 °С в течение 6 недель не вызывает изменений метаболизма указанных тест-препаратов.
Антипирин вводили внутрибрюшинно в дозе 18 мг/ кг массы животного. Определение концентрации антипирина в плазме проводили методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовой детекцией на хроматографе «Милихром-1А» согласно [5]. Обработку хроматограмм проводили по калибровочным кривым известных концентраций антипирина.
Изониазид вводили внутрибрюшинно в дозе 100 мг/кг. Концентрацию препарата в плазме определяли спектрофотометрически [6].
В обеих сериях опытов кровь для исследований брали из хвостовой вены через 1,5; 2; 2,5 и 3 часа после введения тест-препаратов. Сроки проведения экспериментов указаны в таблицах.
Фармакокинетические параметры антипирина и изониазида: период полуэлиминации (Т, 2), константа скорости элиминации (Ке1), общий клиренс препарата (С1), удельный объем распределения препарата (Уа) рассчитывали по при-
нятым формулам [7]. Статистическая обработка проводилась с использованием непараметрического критерия Колмогорова-Смирнова [7].
Результаты
При Холодовой адаптации происходили значительные изменения основных фармакокинетических параметров антипирина (Таблица 1). Так, на 8 сутки адаптации к холоду наблюдалось увеличение элиминации препарата (повышение Ке1 на 37,1%, снижение Т]/2 на 29%). На 15 и 22 сутки удельный объем распределения был выше, чем в контроле на 39,4 и 21,2% соответственно, а клиренс увеличивался на 8-22 сутки наблюдения.
Фармакокинетика изониазида также претерпевала существенные изменения в процессе адаптации крыс к холоду (Таблица 2). К 8 суткам хо-лодового воздействия наблюдалось возрастание скорости элиминации препарата: на 12,7% увеличивалась Кс1, Т снижалось на 16,1% по сравнению с контрольными значениями. К 15 суткам на 48,5% увеличивался объем распределения, а в дальнейшем обнаруживалась тенденция к его снижению. Общий клиренс препарата уже через сутки был выше контроля на 15,7% и оставался повышенным в течение всего адаптационного периода (к 8 суткам на 29,9%, к 15 — на 50,1%, на 35 сутки — на 21,3%).
Обсуждение
Таким образом, условия хронического эксперимента позволили проследить изменения фармакокинетики антипирина и изонизида у отдельных животных в процессе адаптации к холоду и выявить ускорение элиминации обоих препаратов, что свидетельствует о повышении активности реакций обеих фаз биотрансформации. К концу срока наблюдения скорость метаболизма препаратов возвращалась к исходному уровню.
Таблица 1
Влияние холодового воздействия на фармакокинетику антипирина у крыс (М±т, п=7)
Параметры Сроки холодового воздействия (сутки)
0 (Контроль) 1 8 15 22 35
К ч 1 0,35 ±0,03 0,41 ±0,04 0,48 ±0,02* 0,37 +0.03 0,39 ±0,03 0,35 ±0,05
Т„2.ч 2,07 ±0,18 1,73 ±0,14 1,47 ±0,05* 1,93 ±0,18 1,97 ±0,15 2,12 ±0,29
V,,, мл/кг 987 ±88,6 941 ±95,0 1033 ±124,2 1376 ±156,5* 1196 ±43,6* 894 ±85,4
С1, мл/ч.кг 332 ±17,5 375 ±19,6 485 ±54,1* 503 ±59,9* 469 ±25,0* 299 ±23,5
Примечание: * — Р < 0,05 по сравнению с контролем
Таблица 2
Влияние холодового воздействия на фармакокинетику изониазида у крыс (М±т, п=7)
Параметры Сроки холодового воздействия (сутки)
(0)Контроль 1 8 15 35
Кн.ч'1 0,71 ±0,11 0,77±0,09 0,80±0,08* 0,65±0,08 0,70+0,11
Т,„.ч 1,12±0,15 0,96±0,10 0,94±0,13* 1,15±0,13 1,12±0,17
V,,, мл/кг 628± 105,3 636± 110,0 624±49,3 933±97,6* 769±151,6
С1, мл/ч.кг 375±30,1 434±47,4* 487±39,0* 563±16,0* 455±43,7*
Примечание: * — р < 0,05 по сравнению с контролем
На 3 и 4 неделях адаптации к холоду происходило увеличение объема распределения препаратов. В эти же сроки наблюдалось максимальное повышение клиренса. Динамика объема распределения (Vd) и связанное с ним однонаправленное изменение клиренса (С1) ксенобиотиков, возможно, обусловлены усилением кровотока через печень [2].
Ускорение элиминации лекарственных препаратов свидетельствует об однонаправленном характере реагирования ферментных систем биотрансформации и отсутствии угнетения метаболической функции печени при данной модели холодового воздействия.
Исследования на модели Харта были также проведены в НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, и был установлен факт индукции отдельных изоформ цитохрома Р450, в том числе, CYP1A1, в норме отсутствующего или синтезируемого в печени крыс в незначительных количествах. Этот белок катализирует окисление некоторых канцерогенов, и было неожиданным пятикратное возрастание скорости метаболизма его маркерного субстрата на 10 сутки холодового воздействия в отсутствие экзогенного индуктора [8].
Эта находки порождают много вопросов, в частности: «Что является индуктором? Каков биологический смысл и возможные последствия повышения на холоде активности цитохрома, ответственного за канцерогенез? Как поведут себя ксенобиотики, в том числе, и лекарственные препараты в организме человека или животного, оказавшихся на холоде?»
Формирование полярного типа метаболизма сопровождается изменениями потребности организма в витаминах. Так, проводя исследования по программе СО Академии медицинских наук на антарктической станции «Молодежная», П.Е. Влощинский обнаружил значительное снижение содержания витамина В( в крови зимовщиков, хотя признаков гиповитаминоза не наблюдалось. Попытки вернуть показатель в рамки принятой «среднеширотной нормы» введением тиамина per os и парэнтерально ни к чему не привели — витамин выделялся с мочой и потом. [9]. Вообще, сведения о влиянии холода на метаболизм ксенобиотиков у человека очень немногочисленны, и в основном, это материалы исследований сотрудников СО РАМН [10, 11, 12].
Определение скорости метаболизма ксенобиотиков не является самоцелью фармакологии. Значительно больший интерес для практической медицины может представлять установление особенностей действия лекарственных веществ в высоких широтах.
Для изучения процессов терморегуляции ] физиологии широко используются различны! химические соединения, в том числе, и лекаре твенные средства. Это хорошо известные адре номиметики и адреноблокаторы, ингибиторь ангиотензин-превращающего фермента (АПФ) блокаторы кальциевых каналов, средства, влияю щие на холинэргические системы. В эксперимен тах на животных и немногочисленных исследова ниях у здоровых людей-добровольцев показано что Холодовой стресс существенно изменяет ха рактер действия различных препаратов [13, 14
15, 16]. Обращает внимание, что ацетилсалици ловая кислота на холоде в 6 раз чаще вызывал; повреждение желудка у крыс, чем те же ее дозы j контрольных животных [17].
Как поведут себя лекарства в организме больного человека, живущего на Севере? Ведь особенности обмена веществ, обусловленные факторами высоких широт, предполагают и различия в течении патологических процессов у жителей Крайнего Севера и средней полосы [18]. Можем ли мы быть уверены, что препараты, произведенные в разных частях света, действуют на Диксоне так же, как у себя на родине?
Ответить на эти вопросы может целенаправленное изучение в эксперименте и в клинике особенностей действия лекарственных средств в условиях высоких широт. Приполярная фармакология должна стать важной ветвью медицины приполярной.
«Дмитрий Шпаро в Москве и на Севере — два разных человека», — сказал Л.Е. Панин на пресс-конференции, которая проходила в марте 1986 года в Министерстве иностранных дел СССР и была посвящена научным итогам лыжной экспедиции газеты «Комсомольская правда» по льдам Северного Ледовитого океана к Полюсу относительной недоступности. Сейчас есть достаточные основания предполагать, что «аспирин на Юге и на Севере — два разных препарата». Да и не только аспирин. Проверить это необходимо.
CIRCUMPOLAR PHARMACOLOGY: FANTASY OR URGENT NECESSITY?
A.R. Kolpakov
The purpose of this work was to evaluate xenobi-otic metabolism in Wistar male rats in Hart’ model of cold acclimation. Days 1, 8, 15, 22, 35 of cold exposure were scheduled ones. Antipyrine and isoniazide were used as test-drugs (I and II phases of biotransformation). The most alterations in pharmacokinetics of substrates took place on days 8 and 15 of cold exposure. The diminution of semi-elimination time (Tl/2 ) of antipyrine and isoniazide indicated that
the activity of both phases of biotransformation increased. There was gain in volume of distribution and of test-drugs clearance on weeks 3 and 4 of experiment. Discussing the results obtained and using the literature data the author calls the attention to the fact that the cold modifies not only metabolism of xenobiotics but the mode of their action and their effects too. It is the author’s opinion that the circum-polar pharmacology as a branch of circumpolar medicine is urgent necessary.
Литература
1. Панин, Л.Е. Энергетические аспекты адаптации / Л.Е.Панин. — Л. 1978. — 192 с.
2. Jansky, L. Participation of body organs during nonshivering heat production / L. Jansky // Nonshivering thermogenesis. — Proceed. Symp. — Academia. — Prague.
- 1971. - P. 159-172.
3. In vitro evaluation of donor liver preservation fluids on human hepatocyte function / P. Thomas, G. de Sousa, F. Nicolas, et al. // Transpl. Int. — 1995. — Vol. 8. — № 6.
- P. 426-433.
4. HartJ.S. Insulative and metabolic adaptation to cold in vertebrates /J.S. Hart // Symp. Soc. Exp. Biol. — 1964.
- Vol. 18. - P. 31-48.
5. Количественное определение антипирина и его метаболитов в моче методом микроколоноч-ной ВЭЖХ / И.А. Рахманов, В.А. Семенюк, Н.М. Слынько и др. //Хим.-фарм. журн. — 1989. — № 3. — С. 351-354.
6. Морозов, А.В. Модифицированный метод определения изониазида в сыворотке крови и органах животных / А.В. Морозов, Н.Д. Шаталова, С.И. Платов // Пробл. туб. - 1991. - № 7. - С. 51-53.
7. Лакин, К.М. Биотрансформация лекарственных веществ. / К.М. Лакин, Ю.Ф. Крылов. — М., 1981. — 344 с.
8. Влияние длительного холодового воздействия на активность цитохром-Р450-содержащих монооксиге-наз и глутатион-5-трансферазы в микросомах печени крыс / О.А. Громова, А.Ю. Гришанова, МЛ. Перепе-чаева и др. // Бюл. эксперим. биол. — 2004. — Т. 138.
- №9. - С. 268-271.
9. Панин, Л.Е. Изменения в обмене тиамина у человека в условиях прибрежной станции в Антарктиде / Л.Е. Панин, П.Е. Влощинский // Вопр. питания.
- 1980.-№ 4.-С. 10-15.
10. Вавилин, В.А. Активность и генетический полиморфизм ферментов биотрансформации ксенобиотиков в выборках населения Сибири и их ассоциация с некоторыми полифакторными заболеваниями: Авто-реф. дис. ... докт. мед. наук. / В.А.Вавилин. — Новосибирск, 2001. — 235 с.
11. Гичев, ЮЛ. Сравнительное изучение функционального состояния печени у жителей тропиков и средних широт при адаптации к условиям Заполярья /Ю.П. Гичев, Э.О. Гусева // Медико-экологические аспекты адаптации жителей тропиков в Арктике (по материалам советско-индийского эксперимента). — Новосибирск, 1994. - Ч. 2. - С. 179-208.
12. Куликов, В.Ю. Лекарственный метаболизм у пришлого и коренного населения Заполярья / В.Ю. Куликов. // Клинические аспекты полярной медицины. - М., 1986.-С. 88-102.
13.Ломакина, С.В. Механизмы формирования терморегуляторных реакций на холод у крыс с наследственной артериальной гипертензией: Автореф дис. ... канд. мед. наук / С.В. Ломакина. — Новосибирск, 2004. — 125 с.
14. Cold exposure regulates the renin-angiotensin system / L. Cassis, A. Laughter, M. Fettinger, et al. //J.Pharmacol. Exp.Ther. - 1998. - Vol. 286 (2). - P. 718-726.
15. Miner, L.L. Effect of cold stress on cholinergic receptors in the rat adrenal gland / L.L. Miner, A. Baruchin,
B.B. Kaplan // Neurosci. Lett — 1989. — Vol. 106 (3). — P. 339-344.
16. Zylan, K.D. Effect of ambient temperature on the paradoxical metabolic responses to norepinephrine / K.D. Zylan, H.J. Carlisle // Pharmacol. Biochem. Behav.
- 1992. - Vol. 43 (2). - P. 577-582.
17. Potentiation of aspirin-induced gastric lesions by exposure to cold in rats. Role of acid secretion, mucosal blood flow, and gastric mucosal prostanoid content / A. Robert, F.W. Leung, D.G. Kaiser, P.H. Guth: // Gastroenterology. - 1989. - Vol. 97 (5). - P. 1147-1158.
18. Патология человека на Севере / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, А.Г. Марачев, А.П. Милованов. — М., 1985.- 416 с.
