CC BY
425
В.Д. Гладких, В.Б. Назаров
Реактиваторы холинэстеразы в терапии отравлений нейротропными физиологически активными веществами
ФГУП «Научно-производственный центр "Фармзащита"» ФМБА России,
г. Химки Московской обл.
V.D. Gladkih, V.B. Nazarov
Cholinesterase reactivators in therapy of intoxicaton with neurotropic physiologically active substances
FSUE RPC «Farmzaschita» of Federal Medical-Biological Agency of Russia,
Khimki, Moscow region
Ключевые слова: антидоты, антихолинэстераз-ные вещества, ацетилхолинэстераза, карбама-ты, карбоксим, оксимы, реактиваторы холинэстеразы, фосфорорганические соединения.
В обзоре представлены данные о состоянии и перспективах развития реактиваторов аце-тилхолинэстеразы как средств антидотной терапии отравлений антихолинэстеразными веществами. С учетом особенностей биохимических механизмов токсического действия кар-баматов и фосфорорганических ингибиторов ацетилхолинэстрезы рассматривается место оксимотерапии в общей схеме медикаментозного лечения отравлений антихолинэстеразными веществами. В сравнительном плане анализируются фармакологические свойства и анти-дотная эффективность реактиваторов второго поколения: «Н-оксимов» и отечественного антидота «карбоксим».
Keywords: antidotes, antilcholinesterase agents, acetylcholinesterase, carbamates, carboxime, oximes, cholinesterase reactivators, organophos-phorus compounds.
The review presents facts about potential application of acetylcholinesterase reactivators, as an antidote in anticholinesterase intoxication therapy. Known biological and chemical mechanisms of carbomates and organophosphorus cholinesterase inhibitors intoxication, allow considering the oximotherapy in the anti-cholinesterase intoxication treatment regimen. There were compared and analyzed pharmacological properties and antidote efficacy of second-generation re-activators: "H-oximes" and domestic antidote "Carboxim".
Известно большое количество нейро-тропных физиологически активных веществ, опосредующих токсическое действие за счет нарушения каталитической функции холин-эстераз (ХЭ) — ферментов из класса гидро-лаз, специфически гидролизующих холино-вые эфиры карбоновых кислот. В организме млекопитающих имеется три вида ХЭ, отличающихся функциональным назначением и субстратной специфичностью: синаптическая ацетилхолинэстераза (КФ 3.1.1.7), ацетилхолинэстераза эритроцитов (КФ 3.1.1.7) и сывороточная холинэстераза (КФ 3.1.1.8).
Синаптическая (или истинная) ацетилхолинэстераза (АХЭ) осуществляет прерывание передачи нервного импульса от преси-наптической мембраны к постсинаптической мембране нейронов через синаптическую щель ( или от мембраны нервной клетки к скелетным мышцам) путем быстрого гидролиза нейромедиатора ацетилхолина (АцХ). Функциональное назначение холинэстераз эритроцитов и сыворотки крови (бутирилхо-линэстеразы, БуХЭ) до конца не установлено. Поскольку все три вида ХЭ имеют близкие структуры активного центра и специ-
фичных субстратов, а также являются мишенью для одних и тех же токсичные соединений, принято считать, что БуХЭ предохраняет АХЭ от инактивации соединениями ан-тихолинэстеразного действия [1].
Антихолинэстеразные вещества (АХВ) нашли широкое применение в медицине (лекарственные препараты, компоненты в синтезе лекарственные средств), сельском хозяйстве, промышленности и быту (инсектициды, пластификаторы, компоненты полимерных материалов). Наиболее токсичные представители группы — так называемые фосфорорганические отравляющие вещества (ФОВ) — являются компонентами химического оружия. Некоторые высокотоксичные соединения рассматриваются в качестве потенциальных средств химического терроризма (высокотоксичные фторфосфонаты, аналоги циклозарина, карбаматы и пр.) [11].
Несмотря на то что в последние годы в Российской Федерации наблюдается снижение численности больных с острыми отравлениями АХВ, данная патология занимает существенное место в структуре острых отравлений [16].
Основной принцип лечения больных при отравлении АХВ заключается в комплексном использовании различных методов выведения яда из организма на фоне проведения этиопатогенетической терапии и при необходимости — реанимационных мероприятий [16]. Специфическое фармакологическое воздействие на патогенез отравлений включает блокаду холинореактивных систем, подавление синтеза и высвобождения АцХ, защиту АХЭ от необратимого ингиби-рования, ее реактивацию и возмещение [12; 14; 16; 28].
На основе сформированных представлений о биохимических механизмах действия АХВ с середины прошлого столетия актив -но ведутся работы по изысканию химических соединений, способных реактивировать угнетенный фермент [3; 7]. Фармакологические препараты, ускоряющие этот процесс, получили название реактиваторов ХЭ (рХЭ). В настоящем обзоре рассматриваются фармакологические свойства рХЭ и новые возможности их использования в терапии и профилактике острых отравлений фосфорорга-
ническими соединениями (ФОС), эфирами карбаминовой кислоты (карбаматами).
Основы биохимического действия АХВ и рХЭ
Токсическое действие АХВ обусловлено их структурным сходством с естественным субстратом ХЭ — ацетилхолином. В физиологических условиях АХЭ разрушает избыток АцХ, препятствуя его накоплению в холинергических синапсах, обеспечивая тем самым баланс процессов торможения и возбуждения нейронов.
Механизм взаимодействия АцХ с ХЭ изучен достаточно подробно [1; 7; 14]. Гидролиз АцХ на активном центре АХЭ включает несколько последовательных стадий (схема 1, рис. 1): образование промежуточного комплекса Михаэлиса (ЕБ), аце-тилирование (к+2) и деацетилирование (к+3) фермента.
к+1 к+2 к+з (1)
-► -► -► ' '
Е + $ Е$ Е$' Е ,
кл Р'
где Е — энзим (фермент ХЭ); Б — субстрат (АцХ); ЕБ — фермент-субстратный комплекс (комплекс Михаэлиса); ЕБ' — ацетилирован-ный фермент; Р' — холин; Р'' — ацетат; к+1, к , к+2, к+3 — константы скоростей реакций промежуточных стадий, стадия деацетилиро-вания проходит с участием воды.
При образовании фермент-субстратного комплекса ведущую роль играет кулонов-ское взаимодействие между катионной группой АцХ и анионным участком фермента. Расщепление сложноэфирной связи молекулы АцХ происходит в результате нуклео-фильной атаки гидроксильной группы серина на атом углерода карбонильной группы АцХ с образованием ацетилированного фермента. На стадии деацетилирования молекула воды, активированная за счет образования водородной связи с основной группой эстеразного участка, атакует атом углерода С = О группы ацетильного остатка в ацетилированном ферменте, что приводит к разрыву связи с образованием уксусной кислоты и высвобождением фермента.
Энергия активации ферментативного гидролиза АцХ в активных центрах ХЭ со-
Рис. 1. Гидролиз АцХ на активном центре ХЭ, по Н.А. Лошадкину, 2006. а - функциональные группы, входящие в состав активного центра ХЭ; б - комплекс Михаэлиса; в - стадия деацетилирова-ния; г - стадия образования ацетилированного фермента [14]
ставляет 22—25 кДж/моль, а спонтанного гидролиза АцХ — 95 кДж/моль. Это определяет высокие скорости гидролиза АцХ в активных центрах ХЭ: на одном активном центре АХЭ 10 000 молекул АцХ в минуту [1].
АХВ, исходя из особенностей химического взаимодействия с ХЭ, классифицируют на обратимые и необратимые ингибиторы. К обратимым, в частности, относятся четвертичные аммониевые соединения, эфиры кар-баминовой кислоты, к необратимым — большинство ФОС [7].
Обратимые ингибиторы (I) за счет слабого электростатического взаимодействия с ферментом (Е) образуют непрочный фермент-ингибиторный комплекс. Характерной особенностью веществ этой группы является высокая скорость установления кинетического равновесия (схема 2).
Е + I
Е1 .
(2)
- +1
Необратимое торможение характеризуется образованием прочного комплек-
са фермента с ингибитором, который в условиях организма не разрушается даже в присутствии высоких концентраций субстрата. В основе подобного торможения лежит процесс образования ковалентной связи между молекулой ингибитора и функциональной группой фермента. Особенностью ингибирования АХВ, образующих ковалентную связь с ХЭ, является двустадийность процесса (схема 3).
к+
к+
Е + I
' Е1
' ЕГ
к!.1
" ЕГ'' . Р''
(3)
На первой стадии, с участием куло-новских, гидрофобных донорно-акцепторных взаимодействий и водородных связей, образуется обратимый фермент-ингибиторный комплекс (Е1), подобный комплексу Михаэлиса (ЕБ в схеме 1). В образовавшемся комплексе Е1 при воздействии ФОС происходит фос-форилирование фермента (Е1' в схеме 3, где Р' — фтор-ион или диалкиламиноэтил меркаптан). В случае взаимодействия ХЭ с кар-баматами имеет место карбамилирование.
Реакция фосфорилирования (карба-милирования) аналогична взаимодействию фермента с субстратом с той лишь разницей, что деацетилирование фермента (стадия, соответствующая к+3 в схеме 1) проходит с высокими скоростями, в то время как скорость дефосфорилирования ( декарбами-лирования) фермента крайне низка. В случае ФОС величина к1+3 в схеме 3 на несколько порядков ниже величины к в схеме 1. Следует отметить, что взаимодействие фос-форилированного фермента с водой все же имеет место, но оно приводит к деалкилиро-ванию фосфорильного остатка (процесс «старения» ингибированной ХЭ). В приведенной ранее схеме 3 стадия с константой скорости реакции к1+3 (где Р'' — спирт) соответствует процессу «старения». Образующийся при дезалкилировании комплекс фосфорилиро-ванной ХЭ (рис. 2) реактивируется значительно хуже вследствие р — d сопряжения рп-электронов атома кислорода ионизированной ОН-группы с 3ё-орбиталями атома фосфора [1; 4].
Скорости дезалкилирования зависят от строения алкильных радикалов при атоме фосфора. Чем «тяжелее» радикалы (Б—), тем
к
+1
«O
I1 • 1
СНз|
O
к'+з —►
/ ,
I СНз
O
+ ROH
О
фермент
Н2О
О
фермент
Рис. 2. Реакция «старения» ацетилхолинэстеразы
выше скорость «старения» ХЭ). Например, ХЭ, ингибированная эфирами алкиламино-этилтиометилфосфоновой кислоты — соединения подобного типа в литературе упоминаются под шифром Ух (И — ОС2Н5), «стареет» чрезвычайно медленно; время «старения» АХЭ, наполовину (т05) ингибирован-ной зарином (И — ОСН(СН3)2, составляет ~30 час; зоманом (И — ОСНСН3С(СН3)3 — ~6 мин [1].
Длительность действия АХВ определяется скоростью восстановления активности ХЭ. Восстановление каталитической активности ХЭ, ингибированной АХВ, определяется как процесс реактивации.
На основе сформировавшихся представлений о биохимическом механизме токсического действия АХВ сложилось направление разработки средств антидотной терапии, связанное с использованием фармакологических препаратов, способных ускорять процесс реактивации ингибированного фермента [3].
Реактиваторы холинэстеразы являются биохимическими антидотами, ускоряющими процесс восстановления каталитической активности АХЭ, ингибированной АХВ. К ним относятся химические соединения, содержащие оксимную группировку (—НС = К—ОН), обеспечивающие взаимодействие с атомом фосфора в молекулах токсиканта или фосфорилированном ферменте.
Биохимический механизм процесса реактивации фосфорилированной ХЭ (Е) ок-симами схематично представлен на рис. 3.
В результате нуклеофильной атаки ок-симной группы рХЭ на фосфорилированный энзим происходит разрыв эфирно-фосфорных связей между атомом фосфора АХВ и кислородом серина активного центра ХЭ с образованием фосфорилированного оксима и свободного энзима. Образующийся фосфорили-рованый оксим разрушается в организме.
EÉ
о
■I н
ф
со
I-
О"........
сн-
НО—N =
П-С3Н7О
íí Л
о'
-14 I
U
Q
_ _ _
11
Ёр
т
о 0^N=CH n-c3H7o 1!
ЧГ
СН3
СИ,'
"О
СО I - t N^--0 I
о.
Гф-
[ф
со
п-С3Н70,
4-o-N=
СН3
!+ N.
: л
1 ^Н.....N NH
/
\0
Разложение
в
Рис. 3. Реактивация фосфорилированной ХЭ с помощью 2-ПАМ, по Н.А. Лошадкину, 2006. а, б - образование комплекса фосфорилированного фермента и 2-ПАМ; в - образование фосфорилированного оксима и восстановление фермента [14]
Реактивирование ингибированных ХЭ как in vitro, так и in vivo характеризуется двумя показателями: скоростью, т.е. количеством восстановленного энзима в единицу времени, и уровнем реактивации — максимальным количеством получаемого дефос-форилировнного фермента. Эти показатели определяются особенностями химического строения АХВ и оксимов, а также временем, прошедшим после начала взаимодействия ингибитора с активным центром фермента [1; 3; 7].
Из многочисленных гипотетических представлений о механизмах антидотно-го действия рХЭ основное значение придают их способности дефосфорилировать ХЭ и восстанавливать ее активность, деблокировать (десенсибилизировать) холинорецепторы и восстанавливать их функцию, разрушать токсикант при непосредственном взаимодей-
1
ствии с ним [3]. Восстанавливая активность ХЭ в холинергических синапсах, рХЭ устраняют связанные с этим нарушения холинер-гической передачи нервных импульсов. В результате ослабляются или полностью купируются симптомы интоксикации АХВ [12].
Суммарный антидотный эффект ок-симов обусловлен прежде всего их влиянием на синаптические процессы, связанные с реактивацией ХЭ, и воздействием на пре- и постсинаптический аппарат холинореактив-ных структур. Помимо способности к дефос-форилированию ХЭ и восстановлению ее активности фармакологический профиль окси-мов включает: разрушение токсиканта при непосредственном взаимодействии с ним; уменьшение синтеза и гидролиз АцХ; торможение процесса «старения» ХЭ; потенцирование действия холинолитиков за счет М- и Н-холинолитической активности, десенсибилизацию холинорецепторов и восстановление их функциональной активности; дебло-каду нервно-мышечной проводимости, ган-глиоблокирующее действие и др. В спектре фармакологического действия рХЭ большое значение имеют и метаболические механизмы, связанные с процессами восстановления углеводного обмена, нормализации содержания никотинамидных коферментов, восстановления активности других (помимо ХЭ) серинсодержащих ферментов, торможения выхода изоферментов фосфокреатинкиназы и пр. [3; 14; 19; 25-27].
В ряду препаратов, способных реактивировать ингибированную ХЭ, синтезировано и изучено большое количество активных соединений, среди которых выделяют так называемые оксимы первого поколения (прали-доксим, обидоксим, дипироксим, изонитро-зин и др.) и второго поколения (Н-оксимы, карбоксим). Выраженность их антидотной активности при отравлении ФОС определяется как особенностями структуры самого препарата, так и особенностями химического строения токсиканта.
Фармакологические свойства рХЭ первого поколения
На основании представлений о молекулярных механизмах реакционной способности АХЭ в 1955 г. I.B. Wilson и S. Ginsburg синте-
зировали пралидоксимйодид (2-ПАМ-йодид), оксим 2-формил-1-метил - пиридиниййодида. Его эффективность в качестве терапевтического средства при остром отравлении ФОС была продемонстрирована в 1956 г. Т. ХашЬа и К. ШгаЫ, которые показали, что под влиянием 2-ПАМ у отравленных парати-оном людей купировалась симптоматика как никотиноподобного, так и мускариноподоб-ного действия яда. Выраженный терапевтический эффект 2-ПАМ послужил стимулом для развития оксимотерапии и создания целого ряда препаратов, предназначенных для лечения отравлений АХВ (в первую очередь ФОС). В результате исследования фармакологических свойств оксимсодержащих рХЭ было установлено, что их фармакокинетика, фармакодинамика и выраженность антидот-ной активности при отравлении ФОС определяются как особенностями структуры самого препарата, так и особенностями химического строения токсикантов [3]. Наиболее выраженную антидотную активность помимо 2-ПАМ показали биспиридиниевые соединения: обидоксимхлорид (обидоксим, токсого-нин, ЬиН-6) и тримедоксимбромид (триме-доксим, ТМБ, дипироксим).
Для обидоксима, дипироксима, различных солей ПАМ быстрая всасываемость в кровь после внутримышечного введения отмечалась еще в работах 1960-х годов. Так, максимальная концентрация препарата в плазме крови после введения 2-ПАМ и дипироксима мышам и кошкам регистрировалась через 10 минут. Дипироксим характеризуется наибольшим периодом полувыведения [5]. Хорошие результаты были получены при лечении 2-ПАМ отравлений фосфорор-ганическими инсектицидами (ФОИ) и ФОВ. Следует отметить, что для достижения анти-дотного эффекта требовалось введение высоких доз препарата. Обидоксим также проявил себя эффективным реактиватором при отравлении ФОИ, однако оказался малоэффективным при отравлениях ФОВ. Менее выраженной реактивирующей активностью, несмотря на лучшую способность преодоления гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), характеризовались соединения, не содержащие в молекуле пиридиновых радикалов с четвертичным атомом азота: диацетиламин-
оксим (ДАМ-оксим), изонитрозин и др. [3; 19; 21]. В рассматриваемом ряду рХЭ первого поколения антидотная активность ( на фоне отравления ФОС) располагается в следующем порядке: 2-ПАМ < обидоксим < дипироксим [3; 19].
Структурные формулы наиболее активных оксимов первого поколения, нашедших широкое применение в медицинской практике в качестве антидотов ФОИ и средств медицинской защиты при отравлениях ФОВ (в СССР на снабжении Вооруженных Сил в качестве лечебного антидота ФОВ состоял ТМБ-4; 2-ПАМ является антидотом неотложной помощи при отравлениях ФОВ в армии США; в армиях Великобритании, Канады на табельном снабжении состоит разновидность 2-ПАМ - оксим Р2Б [4]) (рис. 4).
CH—NOH CH—NOH
CH—NOH CH—NOH
О— 6 ö 6 Q.
N+ Ni N<
N+
I
CH3
2-ПАМ
N+
I I
CH2—CH2-CH2
ТМБ-4
CH,-O-CH,
LuH-6
Рис. 4. Структурные формулы наиболее активных оксимов - рХЭ первого поколения
Основные недостатки рХЭ первого поколения:
• сравнительно высокая токсичность (диапазон между лечебными и терапевтическими дозами довольно узок) и образование в ряде случаев (например, при взаимодействии ТМБ-4 с ФОВ) высокотоксичных трудногидролизуемых эфиров;
• плохая способность преодолевать ГЭБ;
• отсутствие антидотного эффекта при отравлении ФОВ, вызывающими быстрое «старение» ингибированной ХЭ [3; 5; 19].
Фармакологические свойства Н-оксимов
В конце 1970-х годов в лаборатории I. Hagedorn (ФРГ) были синтезированы и прошли апробацию Н-оксимы (соединения HS-6, HI-6, HGG-12, HGG-42, HLo-7 и др.), рассматриваемые в настоящее время как рХЭ второго поколения. Высокую ан-тидотную активность показали и полученные позже в Югославии аналоги Н-оксимов, известные под шифром «ВДВ». В отличие от
рХЭ первого поколения, Н-оксимы (прежде всего соединение Н1-6) проявляют более высокую способность реактивировать АХЭ, ин-гибированную ФОВ (в том числе зоманом); токсичность их ниже; фармакокинетические характеристики лучше [2; 5; 14; 19; 21; 24].
Общей структурной основой Н-оксимов является наличие биспиридиниевой соли, у которой два гетероцикла соединены димети-ленэфирным мостиком; в одном пиридиние-вом кольце содержится оксимная группировка, в другом - карбонильный заместитель в структуре карбамоильного или кетонного фрагмента (рис. 5).
Рис. 5. Общая структурная формула Н-оксимов
Высокая антидотная активность Н-оксимов обусловлена наличием в их структуре карбонильной, эфирной и аммонийных группировок, причем на расстояниях, близких к таковым у холинергических соединений (холинолитиков, холиномиметиков и некоторых ингибиторов холинацетилтрансфе-разы). Основным структурным элементом, определяющим реактивирующую активность и ганглиоблокирующие свойства Н-оксимов, является оксимная группа. Влияние различных химических заместителей в структуре молекулы Н-оксимов на их антидотную активность при интоксикации различными ФОС не идентично. Соединения с оксимной группой во втором положении пиридиниево-го кольца и алкил- или арилкарбонильной группой во втором кольце гетероцикла имеют более высокую терапевтическую активность при отравлении зоманом, а соединения с оксимной группой в четветом положении - при лечении интоксикаций параоксо-ном. Высокую холинолитическую активность Н-оксимов связывают с наличием карбонильной группировки в структуре карбамоильно-го или кетонного фрагмента в третьем или четвертом положениях второго пиридиниево-го кольца. Замена карбонильной группиров-
ки на карбннольную в молекуле Н-окснмов значительно снижает их эффективность при лечении поражений зоманом, не утрачивая при этом способности восстанавливать ХЭ, угнетенную зарином и веществами типа VX [29; 31; 32; 38].
Токсичность Н-оксимов также находится в определенной зависимости от положения оксимной и карбамоильной групп в структуре молекулы. У наиболее активных Н-оксимов второе положение оксимной группы является оптимальным в отношении токсичности: экспериментально полученные в опытах на животных величины DL50 колеблются в пределах 495—653 мг/кг. Наличие оксима в четвертом положении (аналоги HGG-12, HGG-42) значительно увеличивает токсичность. Введение в молекулу биспиридиниевых моноксимов HI-6 и HS-6 карбамоильной группы, особенно в четвертое положение, в 2,5—4 раза снижает их токсичность по сравнению с базисным соединением HS-14. Замена водорода карбамо-ильной группировки на арильный радикал в молекуле оксимов HGG-12, HGG-42, ВДВ-26, ВДВ-27 приводит к снижению токсичности в 3—4 раза (величины DL50 = 160—250 мг/кг). Токсичность Н-оксимов зависит не только от природы и положения радикала, но и от особенностей строения мостика между гетероци-клами: соединения, содержащие кислородный мостик, менее токсичны, чем соединения, содержащие одни метильные группы [29; 31].
Вопросы фармакокинетики Н-оксимов достаточно хорошо исследованы. Установлено, что оксимы (в частности, HI-6) обладают равной биодоступностью при внутривенном и внутримышечном введении; степень их разведения не оказывает существенного влияния на абсорбцию. Время наступления максимальной концентрации в крови у экспериментальных животных и крови добровольцев составляет 15—30 минут после инъекции. Время полужизни HI-6, введенного в дозах ~1/5 DL50, у животных разного вида колеблется от 48 до 60 минут. На приме -ре HI-6 показано, что степень метаболизма и путь выведения Н-оксимов имеют мало видо-специфических особенностей. Так, 57—60% внутримышечно введенного HI-6 выделяется путем ренальной экскреции в неизмененном виде у крыс и человека [5].
Отличительной особенностью фармакологической активности Н-оксимов по сравнению с рХЭ первого поколения является их способность снижать (в 2—2,5 раза) скорость процесса «старения» АХЭ, ингибированной зоманом. Наиболее активные из рХЭ второго поколения (HI-6 и HLo-7) за счет высокой скорости реактивации восстанавливают активность ингибированного зоманом фермента раньше, чем процесс «старения» АХЭ завершается. Препараты рассматриваемого ряда, как правило, являются мощными ганглиоблокаторами. Между ганглиобло-кирующими и антидотными свойствами указанных соединений в отношении зомана прослеживается четкая корреляционная зависимость. Предполагается, что блокада ганглио-нарной передачи в присутствии Н-оксимов связана с их М- и Н-холинолитической активностью. Центральные ганглиолитические эффекты, как правило, проявляются в снятии нервно-мышечного блока, а периферические связаны с нормализацией функционирования сердечно-сосудистой системы. Отдельные препараты этого ряда, в частности НGG-12 и HGG-42, по холинолитиче-скому эффекту превосходят атропин и гек-саметоний в 2 раза. Холиномиметическое действие биспиридиниевые оксимы реализуют на пресинаптическом уровне, в то время как на постсинаптическом уровне проявляют свойства холинергических антагонистов [2].
К основным недостаткам рХЭ рассматриваемого ряда следует отнести их нестабильность в водных растворах, что является главной причиной, препятствующей их внедрению [24].
Фармакологические свойства кар-боксима
На рубеже XX—XXI вв. в России был синтезирован рХЭ нового поколения — кар-боксим, который по комплексу медико-биологических и фармакологических показателей превосходит ранее выпускавшиеся в СССР и за рубежом оксимы [9; 11; 19]. Карбоксим является бисчетвертичным производным пиридин-2-альдоксима (рис. 6а).
Структурными особенностями карбок-сима (в отличие от других рХЭ второго поко-
ления) являются: наличие одного четвертичного атома азота, находящегося в пиридини-евом цикле, и второго — в боковой алифатической цепи; отсутствие лабильного ацетильного фрагмента (кислородного мостика), который в присутствии альдоксимной группы в положении 2 пиридиниевого цикла легко ги-дролизуется в растворах (рис. 6).
Указанные особенности строения кар-боксима обусловливают новые фармакологи-
НОЫ=СН N
I
СН3
ш3
СОЫНСН2СН2Ы+—СН2-V ^
СН3
2 С1
" \+СН2-О-СН2^^/ / С МН
СН=ШН
2С1-
Рис. 6. Структурные формулы карбоксима (а) и оксима Н1-6 (б)
ческие свойства и более высокую его стабильность в водных растворах [6; 18; 19; 24].
Период полуабсорбции после внутримышечного введения карбоксима аналогичен таковым в случае дипироксима, обидоксима, Н1-6, НОО и составляет 5,4 минуты. Период полуэлиминации из плазмы крови для кар-боксима соответствует периоду полуэлиминации рХЭ первого и второго поколений и составляет ~60 минут.
Для карбоксима, в отличие от дипироксима и других рХЭ, не характерна прямо пропорциональная зависимость увеличения концентрации в крови от величины вводимой дозы. Около 30% карбоксима выделяется в виде неметаболизированного препарата путем ренальной экскреции. Возможно, неферментативный распад карбоксима в организме является причиной отсутствия видовых различий в уровне и закономерности изменения его концентрации после введения терапевтических доз разным видам животных [5; 24].
Биохимические исследования тканей крыс, отравленных ФОВ, показали, что наряду с реактивацией ХЭ крови, сопоставимой с эффектом оксимов первого поколения, карбоксим, введенный внутримышечно, на 15—30% (в зависимости от вида ФОВ) реактивирует ингибированную ХЭ головного
мозга. Карбоксим в большей мере, чем прочие бисчетвертичные рХЭ, способен преодолевать ГЭБ, обладает низкой токсичностью [19; 31].
Фармакологические свойства карбоксима во многом определяются временем введения препарата, при этом механизм его действия на разных этапах интоксикации различен [9].
В экспериментах установлено, что при предварительном введении 20 мг/кг карбоксима (за 60 и 30 минут до отравления 0,75 БЬ50УХ) обеспечивается сохранение активности ХЭ ( соответственно на 50 и 70—80%) в течение 1 — 1,5 часов; физиологическая активность карбоксима на уровне среднеэффективной дозы стабильно сохраняется более 2 часов. Механизм действия карбоксима при его предварительном введении связывают с экранированием и обратимым (вероятно, аллостерическим) ингибированием АХЭ. Вытеснение карбок-сима при отравлении ФОВ осуществляется избытком АцХ, однако и в этом случае антидот способен конкурировать с токсикантом за связывание с ферментом и инакти-вировать молекулы ФОВ.
При одновременном введении карбок-сима и вещества УХ снижение активности АХЭ на 20% наблюдается в течение первых 15 минут и сохраняется на том же уровне в течение первого часа интоксикации, что соответствует химическому антагонизму конкурентного типа в начальных фазах интоксикации.
Введение карбоксима через 15 минут после вещества УХ способствует восстановлению активности фермента до уровня физиологического контроля в течение 1 часа от начала интоксикации [9].
Карбоксим, сочетая свойства рХЭ и обратимого, в значительной степени конкурентного ингибитора фермента [20], по способности ингибировать ХЭ превосходит фи-зостигмин. Эффективность карбоксима намного превосходит эффективность пралидок-сима, обидоксима и дипироксима как при отравлениях ФОС, так и при отравлениях токсичными карбаматами.
Карбоксим (амп. 1 мл 15% раствора) производится НПЦ «Фармзащита» ФМБА
России. Лекарственная форма карбоксима в виде 15% раствора для инъекций (внутримышечное, внутривенное введение) рекомендована к медицинскому применению в качестве антидота для неотложной помощи при острых отравлениях ФОВ. Карбоксим также входит в состав рецептуры антидота для первой помощи при отравлениях ФОВ — пелик-сима [8; 11; 17; 22].
Место рХЭ в терапии отравлений АХВ
Как уже было отмечено, современная терапия отравлений АХВ предусматривает обязательное использование рХЭ.
Изложенные представления о фармакологической активности оксимов определяют тактику их применения.
1. Основным принципом использования рХЭ является назначение их в ранние сроки отравления ( 1-е сутки) в расчете на их реактивирующую в отношении ХЭ активность. Эффективность использования рХЭ на 2—3-и сутки от момента отравления снижается, к тому же при передозировке могут проявляться нежелательные кардио-токсические и гепатотоксические эффекты. Однако оксимотерапию целесообразно продолжать и в более поздние сроки интоксикации, главным образом в расчете на деблокирующее и десенсибилизирующее действие оксимов на уровне холино-рецепторов и на метаболические аспекты их фармакологической активности.
2. Оксимотерапию необходимо сочетать с назначением холинолитических и противосу-дорожных препаратов. При применении атропина и/или других холинолитиков вместе с оксимами наблюдается эффект потенцирования [19; 25]. Например, со-четанное применение карбоксима и атропина в максимально допустимых дозах (40 и 55 мг/кг соответственно) увеличивает индекс защиты при отравлении веществом УХ, зарином и зоманом до 13,7; 7,5 и 6,8 соответственно [9].
3. Специфическую терапию острых отравлений антихолинэстеразными препаратами следует проводить под постоянным контролем активности ХЭ. При благоприятно протекающем лечении восстановление активности фермента начинается на
2—3-и сутки после отравления, возрастая к концу недели на 20—40% и стабилизируясь на уровне физиологической нормы через 3—6 месяцев. 4. Суммарная вводимая доза карбоксима определяется тяжестью отравления [8; 17; 22].
При поражениях легкой степени после введения антидотов холинолитического типа действия карбоксим назначается в одной лечебной дозе — 1 мл 15% раствора. При необходимости возможно введение препарата в суточной дозе до 2—3 мл.
При поражениях средней степени тяжести, как правило, требуется двукратное применение карбоксима в одной лечебной дозе с интервалом в 2—3 часа (общая доза на курс лечения — 3—4 мл).
При поражениях тяжелой степени доза карбоксима может быть увеличена до 3—4 мл, при необходимости с повторным введением до 6—8 мл раствора в течение суток.
Учитывая возможность выведения холинолитиков и рХЭ при использовании активных методов выведения ФОВ из организма, поддерживающие дозы препаратов специфической фармакотерапии необходимо увеличивать на 25—30%.
Следует отметить, что до настоящего времени отсутствует международное соглашение по выбору наиболее эффективного оксима и режима его дозировки [38].
Как уже было отмечено, в настоящее время для применения в клинической практике различных государств рекомендованы и коммерчески доступны пралидоксим, обидок-сим, тримедоксим, HI-6 и HLö-7 и карбоксим. Однако ни один из перечисленных ок-симов не является равно высокоэффективным в отношении различных структурных видов ФОВ и пестицидов антихолинэстераз-ного действия, что обусловливает необходимость изыскания более эффективных и универсальных рХЭ.
Научные исследования по совершен -ствованию оксимотерапии ведутся по следующим основным направлениям:
• активный поиск новых, более эффективных рХЭ;
• подбор оптимальных комбинаций рХЭ различной структуры и схем их применения.
Одним из направлений поиска более эффективных рХЭ являются химико-биологические исследования в ряду моно- или биспиридиниевых соединений с одной или двумя оксимными группами, размещенными в разных позициях ароматического (пириди-ниевого) кольца. Так, в Чехии были синтезированы и протестированы новые биспири-диниевые оксимы серии «К», всестороннее исследование которых продолжается в лабораториях многих государств мира [34; 36].
Другим направлением поиска являются химико-биологические исследования в рядах симметричных биспиридиниевых окси-мов, у которых в диэфирную связь между атомами азота вставлены бензольная группа, двойная или тройная углеродная связь [29], а также среди фторсодержащих биспиридиниевых оксимов [33]. При обосновании выбора этого направления исследований исходят из того, что включение в диэфирную мо-стиковую связь ненасыщенных группировок за счет п-взаимодействия приведет к более благоприятной ориентации молекулы окси-ма на активном участке АХЭ, при которой оксимная группа будет располагаться вблизи ингибированного ФОВ серинового остатка. Перспективы использования фторированных оксимов связывают с их высокой липо-фильностью и, следовательно, лучшей проникающей способностью через ГЭБ [6; 29].
В связи с недостаточной способностью четвертичных оксимов преодолевать ГЭБ отмечается возврат научно-исследовательских интересов к простым третичным оксимам, которые изучались в качестве потенциальных средств лечения отравлений ФОВ еще в 1950—1960-х годах [3; 23]. В последние годы в научной литературе появились сообщения о синтезе амидинов, родственных изонитрозину, за счет центрального действия снижающих судорожную активность, развивающуюся при острых отравлениях ФОС. По уровню реактивационной активности некоторые из них приближаются к ароматическим оксимам [34; 35]. В результате химико-биологических исследований в ряду а-оксоальдоксимов, содержащих некватернизованные аминогруппы ( эфиров и амидов оксиминоуксусной кислоты, а также а-оксоалканальоксимов), удалось совме-
стить высокую реактивирующую способность с эффективным проникновением в ЦНС. По предварительным данным, некватернизован-ные аминозамещенные а-оксоальдоксимы, включая амиды оксиминоуксусной кислоты, обладают выраженным профилактическим действием в отношении ФОВ при перораль-ном введении [24].
Помимо перечисленных структурных рядов оксимов в качестве реактиваторов ин-гибированной ХЭ оцениваются гидразоны и другие химические соединения [30].
Однако, как уже отмечалось, ни один из известных рХЭ не является антидотом широкого спектра действия, способным противостоять всему разнообразию ФОС. Разработка рецептур на основе известных оксимов с различным спектром фармакологической активности — наиболее перспективное направление решения этой проблемы.
В качестве одной из возможных рецептур рассматривается комбинация обидоксима и оксима Н1-6, которая, по мнению специалистов, может стать доступной для практического применения в более короткие сроки по сравнению с временем, требуемым для разработки рХЭ широкого спектра действия. При обосновании возможности использования этой рецептуры разработчики исходят из того положения, что оксим Н1-6 является слабым реактиватором ХЭ, ингибирован-ной табуном и фосфорорганическими пестицидами, тогда как обидоксим неэффективен в отношении ингибированного циклозарином фермента, но эффективен в случае отравления зарином, веществом УХ и особенно пестицидами. Проведенные исследования показали, что комбинация обидоксима и оксима Н1-6 в концентрациях, релевантных для человека (30 мкМ), расширяет спектр действия, характерный для индивидуального ок-сима, и приводит к увеличению защитных индексов (по сравнению с защитными индексами индивидуального оксима) в случае ин-гибирования ХЭ зарином, циклозарином, табуном, веществом УХ и параоксоном. Кроме того, при совместном использовании обидоксима и оксима Н1-6 возможно снизить терапевтическую дозу оксима Н1-6 на полпорядка, сохраняя дозу обидоксима на уровне стандартной [40].
Эффекты потенцирования рХЭ на моделях органофосфатной патологии получены при совместном действии ТМБ-4 и 2-ПАМ; ТМБ-4 + 2-ПАМ +ЬиН-6 + карбоксим. При этом выявлен бимодальный характер действия, свидетельствующий о том, что эффект совместного действия во многом определяется величиной вводимой дозы препарата [13].
Экспериментально показана возможность повышения защитных свойств рХЭ за счет использования эффектов аллостери-ческой регуляции активности ХЭ. Так, при совместном действии рХЭ (2-ПАМ, карбоксим) и обратимого ингибитора ХЭ из группы пиридилкарбаматов (оксазил) достигалось прекращение признаков холинопозитив-ного синдрома и предупреждение ранней (до суток) гибели животных, затравленных ор-ганофосфатами [26]. Экспериментально показано, что в случае токсичных карбаматов наибольшей эффективностью обладают комбинации дипироксима и карбоксима в дозах по 15 мг/кг. По-видимому, это связано с различными механизмами молекулярного взаимодействия карбоксима и дипироксима с комплексом ингибитор-фермент, что приводит при определенных соотношениях доз к потенцированию эффектов препаратов.
При лечении острых отравлений АХВ оксимотерапию сочетают с назначением хо-линолитических и противосудорожных препаратов [2]. Отсутствие функционального антагонизма у оксимов с ФОС компенсируется применением холинолитиков, использование которых является вторым условием повышения защитной мощности оксимотера-пии. Сочетанное применение карбоксима с атропином в удвоенных терапевтических дозах увеличивает индекс защиты (ИЗ = ОЬ50 с использованием антидота/БЬ50 без антидота) в 4 раза; их применение в максимально допустимых дозах (40 мг/кг карбоксима и 55 мг/кг атропина) увеличивает индекс защиты до 13,7; 7,5 и 6,8 соответственно при отравлении веществом УХ, зарином и зоманом [9]. Подобная закономерность подтверждена и клиническими наблюдениями
[21]. Эффективность использования противосудорожных средств в антидотных рецептурах с оксимами и холинолитиками неоднозначна и зависит от вида АХВ.
Выводы
1. Современная терапия отравлений АХВ предусматривает обязательное использование рХЭ.
2. В ряду препаратов, способных реактивировать ингибированную ХЭ, синтезировано и изучено большое количество активных соединений. В настоящее время для применения в клинической практике различных государств рекомендованы и коммерчески доступны пралидоксим, обидок-сим, тримедоксим, HI-6 и HLö-7 и карбоксим. Однако ни один из перечислен -ных оксимов не является равно высокоэффективным в отношении различных структурных видов ФОВ и пестицидов антихолинэстеразного действия, что обусловливает необходимость изыскания более эффективных и универсальных рХЭ.
3. Основные направления научных исследований по совершенствованию оксимоте-рапии связаны с активным поиском новых, более эффективных рХЭ, подбором оптимальных комбинаций рХЭ различной структуры и схем их комбинированного применения с другими медикаментозными средствами терапии острых отравлений антихолинэстеразными препаратами.
Литература
1. Антохин А.М., Гайнуллина Э.Т., Таран-ченко В.Ф. и др. Холинестеразы: структура активного центра и механизм влияния блокаторов холинорецепторов на скорость взаимодействия с лигандами / / Успехи химии. 2010. Т. 79. № 8. С. 780-795.
2. Гладких В.Д., Назаров В.Б. Состояние и перспективы развития антидотной терапии отравлений антихолинэстеразными веществами // Состояние и перспективы развития средств медицинской защи-
ты от экстремальных факторов: Мат-лы науч.-практ. конф., посвященной 20-летию ФГУП НПЦ «Фармзащита» ФМБА России. М., 2012. С. 54—75.
3. Голиков С.Н., Заугольников С.Д. Реакти-ваторы холинэстераз. Л., 1970.
4. Гребенюк А. Н., Минаев Д. Ю. Современное состояние антидотной терапии острых отравлений химической этиологии в зарубежных странах // Военно-медицинский журнал. 2010. № 1. С. 49—52.
5. Елаева Н. Л., Предтеченский М. Б., Трефи -лов В.В. Фармакокинетика реактивато-ров холинэстерзы // Токсикологический вестник. 2001. № 1. С. 2—9.
6. Журкович И. К. Проблемы стабилизации антидотов // Труды Института токсикологии, посвященные 75-летию со дня основания. СПб., 2010. С. 82—93.
7. Каган Ю.С. Кокшарева Н.В., Жминь-ко П.Г. Блокаторы холинэстеразы // Общая токсикология / Под. ред. Б.А. Курлянд-ского, В.А. Филова. М., 2002. С. 176—235.
8. Каспаров А.Ф., Рева В.Д., Уйба В.В. и др. Основы безопасности, профессиональной и экологической медицины при уничтожении химического оружия в России. М., 2008. С. 243—303.
9. Козяков В.П., Туржова Е.Б., Кузнецов А.В. и др. Сравнительная эффективность антидотных средств при острой интоксикации фосфорорганическими отравляющими веществами // Вопросы обеспечения химической безопасности в Российской Федерации. СПб., 2007. С. 119—125.
10. Колбасов С.Е., Нечипоренко С.П., Мелихова М.В. и др. Сравнительная эффективность пентифина и атропина при экспериментальном моделировании аварийных ситуаций на объектах уничтожения химического оружия // Труды Института токсикологии, посвященные 75-летию со дня основания. СПб., 2010. С. 160—163.
11. Концептуальные подходы к развитию системы антидотного обеспечения Российской Федерации / Под ред. В. В. Уйба, В.Б. Назарова, В.Д. Гладких М., 2013.
12. Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб., 2004.
13. Лантухов Д.В., Юдин М.А. Изучение взаимодействия реактиваторов холинэстера-зы на модели отравлений малатионом // Актуальные проблемы токсикологии и радиобиологии. СПб., 2011. С. 201—202.
14. Лошадкин Н.А. Военная токсикология / Под ред. Б.А. Курляндского. М.: Медицина, 2006.
15. Лужников Е.А., Костомарова Л.Г. Острые отравления: Руководство для врачей. М.: Медицина, 2000.
16. Медицинская токсикология: Национальное руководство / Под ред. Е.А. Лужни-кова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.
17. Методические указания по порядку применения медицинских средств противохимической защиты. 2011. М.: ГВМУ МО РФ, 2011.
18. Нечипоренко С.П., Зацепин Э.П. Антидоты фосфорорганических отравляющих веществ // Труды Института токсикологии, посвященные 75-летию со дня основания. СПб., 2010. С. 119—127.
19. Петров А.Н., Софронов Г.А., Нечипо-ренко С.П. и др. Антидоты фосфорор-ганических отравляющих веществ // Российский химический журнал. 2004. Т. ХЬУШ. № 2. С. 110—116.
20.Прозоровский В.Б. Проблема лечебно -профилактического антидота фосфорор-ганических соединений / / Вопросы обеспечения химической безопасности в Российской Федерации. СПб., 2007. С. 72—75.
21. Прозоровский В.Б., Ливанов Г.А. Некоторые теоретические и клинические проблемы токсикологии фосфорорганических инсектицидов // Токсикологический вестник. 1997. № 3. С. 2—10.
22.Профилактика, клиника, диагностика и лечение острых отравлений в войсках: Методические указания. М.: ГВМУ МО РФ, 2010.
23.Рогинская Е.В., Щеколдина В.И. О возможном участии комплексов металлов в процессах реактивации холинэстеразы, угнетенной фосфорорганическими соединениями // Вопросы медицинской химии. 1966. № 4. С. 373—376.
24.Сомин И.Н. Новые реактиваторы холинэ-стеразы / / Труды Института токсикологии, посвященные 75-летию со дня основания. СПб., 2010. С. 333-343.
25.Сосюкин А.Е., Щербак С.Г., Сарана A.M. и др. Интенсивная терапия острых пе-роральных отравлений фосфорорганиче-скими соединениями в клинике военно-полевой терапии // Вестник Российской военно-медицинской академии. 2005. Т. 1. Вып. 14. С. 261-266.
26.Чепур С.В., Быков В.Н., Юдин M.A. и др. Аллостерическое ингибирование хо-линэстеразы: подходы к повышению эффективности реактивации // Актуальные вопросы промышленной токсикологии: Материалы конференции. M., 2010. С. 219-222.
27.Элленхорн М.Дж. Медицинская токсикология: диагностика и лечение отравлений у человека. Т. 1. М., 2003.
28.Элленхорн М.Дж. Медицинская токсикология: диагностика и лечение отравлений у человека. Т. 2. М., 2003.
29.Acharya J., Gupta A.K., Dubey D.K., Raza S.K. Synthesis and evaluation ofnovel bis-pyridinium oximes as reactivator of DFP-inhibited acetylcholinesterase // European Journal of Medicinal Chemistry. 2009. Vol. 44. P. 1335-1340.
30.Delfino R.T., Figuero-Villar J.D. Nucleo-philic reactivation of sarin-inhibited acetylcholinesterase: a molecular modeling study // Journal of Physical Chemistry B. 2009. Vol. 113. Nr. 24. P. 8402-8411.
31. Dishovsky Ch. Toxicological and pharmacological study of HI-6 // CB Medical Treatment Symposium. 7-12 May 2000, Spiez, Switzerland. 2000. P. 13-14.
32.Handbook of toxicology of chemical warfare / Ed. by R.C. Gupta. Acad. Press of Elsevier Inc., 2009.
33.Jeong H.C., Kang N.S., Park N.-J. et al. Reactivation potency of fluorinated pyridinium oximes for acetylcholinesterases inhibited by paraoxon organophosphorus agent // Bioorganic & Medical ^emistry Letters. 2009. Vol. 19. P. 1214-1217.
34.Kalisiak J., Ralph E.C., Cashman J.R. Nonquaternary reactivators for organo-phosphate-inhibited cholinesterases // Journal of Medicinal Chemistry. 2012. Vol. 55. P. 465-474.
35.Kalisiak J., Ralph E.C., Zhang J. Amidine-oxime: reactivators for organo-phosphate exposure // Journal of Medicinal Chemistry. 2011. Vol. 5. Nr. 9. P. 3319-3330.
36.Kuca K., Musilek K., Jun D. et al. Handbook of toxicology of chemical warfare agents. Chapt. 66. Acad. Press of Elsevier Inc., 2009. P. 997-1021.
37.Kuca K., Musilek K., Paar M. et al. Targeted synthesis of 1-(4-hydroxy-iminomethylpyridinium)-3-pyridiniumpro-pane dibromide // A New Nerve Agent Reactivator. Molecules. 2007. Nr. 12. P. 1964-1972.
38.Milatovic D., Jokanovic M. Pyridinium oximes as cholinesterase reactivators in the treatment of OP poisoning // Handbook of toxicology of chemical warfare agents. Acad. Press of Elsevier Inc., 2009. Chapt. 65. P. 985-996.
39.Shih T.-M., Skovira J.W., O'Donnell J.C. Central acetylcholinesterase reactivation by oximes improves survival and terminates seizures following nerve agent intoxication // Advanced Studies in Biology. 2009. Vol. 1. № 3. P. 155-196.
40.Worek F., Aurbek N., Thiermann H. Reactivation of organophosphate-inhibited human AChE by combinations of obidoxime and HI-6 in vitro // Journal of Applied Toxicology. 2007. Vol. 27. № 6. P. 582588.
Контакты:
Гладких Вадим Дмитриевич, заместитель директора по науке ФГУП НПЦ «Фармзащита», доктор медицинских наук, профессор. Тел. раб.: 8-495-789-65-55 #222. E-mail: gladkich2007@rambler.ru
