Средство нормализации энергетических процессов в тканях организма в условиях гипоксии

Средство нормализации энергетических процессов в тканях организма в условиях гипоксии

Реферат

 

Изобретение относится к медицине. Предложено использовать экстракт вытяжки свиных или фетальных надпочечников для нормализации энергетических процессов в тканях в условиях гипоксии. Изобретение позволяет нормализовать содержание АТФ, АМФ и АДФ, а также соотношение АТФ/АМФ. 3 табл.

Изобретение относится к лечебным препаратам на основе соединений животного происхождения и может быть применено в медицине в качестве средства, нормализующего энергетические процессы в тканях организма в условиях гипоксии.

Использование кислорода занимает ведущее место в жизнеобеспечении организма, так как с его участием осуществляется синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), являющейся наиболее доступным источником энергии в клетках, без которой останавливаются все метаболические процессы.

На организменном уровне недостаточное поступление кислорода к тканям проявляется стрессом с мобилизацией нервной системы, дыхания, кровообращения, желез внутренней секреции, прежде всего гипофиза, надпочечников, щитовидной железы и др., что клинически проявляется возбуждением. В дальнейшем при возрастании дефицита кислорода возбуждение сменяется подавлением всех функций организма.

На биохимическом уровне гипоксия характеризуется усилением анаэробного гликолиза с накоплением молочной кислоты, восстановительных эквивалентов, торможением окислительного фосфорилирования. Дефицит АТФ, повышение проницаемости клеточных мембран, потеря калия и избыточное поступление кальция приводят к внутриклеточному ацидозу, отеку и дегенерации клеток.

Известно большое число биологических веществ, обладающих антигипоксическим действием на организм. Антигипоксическими свойствами обладают самые разные по химическому составу вещества с разнообразными биологическими и физиологическими эффектами (1, 3, 4, 5, 7, 8). Механизм их действия также различен, что связано с множественностью форм гипоксии и их мишеней. В зависимости от механизма действия различают препараты, улучшающие доставку кислорода к тканям, нормализующие обмен веществ, снижающие потребности организма в кислороде. Выделяют антигипоксанты прямого (специфического) действия, которые влияют на физиологические и метаболические параметры в условиях дефицита кислорода и не изменяют их при нормоксии (гамма-оксимасляная кислота, гамма-аминомасляная кислота, креатинфосфат, адениннуклеатиды, витамин К₃ и др.). Антигипоксанты непрямого (неспецифического) действия изменяют напряженность функциональных и метаболических систем, с которыми вторично связаны гипоксические нарушения (ноотропы, возбуждающие аминокислоты, амтизол и др. ).

В условиях целостного организма гипоксические повреждения возникают большей частью в результате нарушения равновесия транспорта кислорода и запроса в нем клеток. По этой причине первым обязательным условием выбора препарата является его способность усилить кровообращение. С целью нормализации артериального давления, которое может резко понизиться при гипоксии, широко применяются допамин и кортикостероиды (гидрокортизон, преднизолон и др.).

Вторым направлением в выборе средств является воздействие на метаболизм клеток, на снижение энергетических запросов ткани при гипоксии с целью экономного расходования кислорода. Вместе с тем высказывается и другая точка зрения, что при коррекции гипоксических состояний не выгодно подавлять метаболизм и энергопродукцию. Напротив, можно достичь защитного эффекта с помощью веществ, оптимизирующих работу на лимитирующих звеньях энергетического обмена или активирующих компенсанторные метаболические системы.

Широко назначаются при гипоксических состояниях производные барбитуратов нейролептики, транквилизаторы, адрено- и симпатомиметики. При назначении этих препаратов антигипоксический эффект достигается преимущественно за счет активации тормозных процессов в центральной нервной системе, что приводит к снижению основного обмена и температуры тела. Но для них характерна избирательность и узкая широта терапевтического действия, что опасно осложнениями. Они способствуют снижению функциональной лабильности, потере адаптационных возможностей организма.

В связи с повреждением клеточных мембран перекисями широкое распространение получило использование антиоксидантной защиты при гипоксии, особенно в постгипоксический период, когда возобновляется приток кислорода. С этой целью применяются альфа-токоферол, карнитин, церулоплазмин, эссенциале, нестероидные противовоспалительные средства и др. Однако проведение антиоксидантной профилактики и терапии при гипоксии может сопровождаться рядом нарушений, способных усугубить течение патологического процесса. Имеются данные об отсутствии кореляции между антиоксидантным и антигипоксическим эффектами.

Поскольку при гипоксии и в постгипоксический период наблюдается нарушение внутриклеточного обмена кальция, являющегося активатором многих метаболических процессов, в качестве антигипоксантов широко стали применять блокаторы кальциевых каналов и ингибиторы фосфолипаз (нефедипин, верапамин, флунаризин и др.). Однако и в этих случаях не получены прямые кореляции между антигипоксической активностью и использованием блокаторов кальциевых каналов, причем последние могут резко снизить артериальное давление.

Одним из широко применяемых антигипоксантов называется оксибутират натрия (ГОМК-гаммаоксимасляная кислота), который снижает чувствительность мозга к циркуляторной гипоксии. Превращение ГОМК в сукцинат позволяет синтезировать молекулы АТФ в цикле трикарбоновых кислот при низких напряжениях кислорода в тканях. К недостаткам этого препарата относится выраженное седативное и миорелаксирующее действие, в больших дозах вызывает не только глубокий сон, но и наркоз, при быстром введении в вену двигательное возбуждение, возможны судороги и остановка дыхания, требующие реанимационных мероприятий, при длительном применении развивается гипокалиемия.

Достижения современной биохимии и молекулярной биологии в изучении сдвигов метаболизма в патологии и сущности их регуляторных механизмов указывает на перспективность применения эндогенных субстратов, ферментов и других регуляторов как средств направленной коррекции патохимических процессов. Поэтому задача изобретения заключается в разработке эффективного средства для нормализации энергетических процессов в тканях организма на основе эндогенного субстрата животного происхождения. В качестве последнего авторы изучали экстракт вытяжки коры свиных и фетальных надпочечников, которыми, по данным литературы, синтезируется около 60 различных стероидных веществ, 7 из них относятся к гормонам (11-дезоксикортикостерон, 11-дегидрокортикостерон, альдостерон, 11-дезоксикортизол, гидрокортизон, кортизон). Корой надпочечников синтезируются также андрогены, среди которых преимущественно дегидроэпиандростерон, являющийся предшественником половых гормонов и обладающий анаболическим действием. Все эти вещества представлены в минорных концентрациях.

В условиях гипоксии нарушаются функции надпочечников, что проявляется прежде всего гемодинамическими расстройствами и отклонениями в метаболических процессах, так как кортикостероидные гормоны воздействуют на генетический аппарат клеток, контролируют синтез белков на рибосомах и активируют ферменты.

Легко представить, что применение с целью коррекции нарушения функции надпочечников одного полусинтетического препарата (например, гидрокортизона) не может заменить ансамбль соединений в метаболических процессах. Необходимо иметь ввиду не только факт присутствия во всех клетках организма рецепторов кортикостероидов, но и разнообразие в степени сродства их к концентрациям гормонов, что может определить различия в эффектах малых и высоких концентраций. В первом случае можно ожидать активацию анаболических процессов, а во втором значительное расширение эффектов с выраженной катаболической направленностью, характерной для стресса. Применяя экстракт вытяжки коры свиных и фетальных надпочечников, мы рассчитывали получить анаболические эффекты, которые возможны лишь при достаточном синтезе АТФ.

Эффективность воздействия исследуемого препарата осуществлялась по классической методике оценки содержания аденозинмонофосфата (АМФ), аденозиндифосфата (АДФ), аденозинтрифосфата (АТФ) и по соотношению АТФ/АМФ, значение которого является чувствительным показателем энергетического баланса реакций использования и синтеза АТФ. Средство для стимуляции энергетических процессов в тканях получали следующим образом: замороженные в жидком азоте надпочечники свиней и новорожденных (умерших в родах) измельчали при помощи волчка и подвергали экстрагированию этиловым спиртом. Водорастворимые соединения удаляли замораживанием. Полученный экстракт переводили в спирт, а затем в физиологический раствор с 10% концентрацией этилового спирта. Из 3 г ткани надпочечников получали 1 мл экстракта. Техническая схема производства экстракта вытяжки коры надпочечников описана в литературных источниках (6).

Животным вводили экстракт вытяжки коры свиных и фетальных (человеческих)надпочечников в дозе 0,5 мл в количестве двух инъекций: первую за сутки (24 часа) и вторую за 30 минут до проведения гипобарической гипоксии. Осуществлялся подъем на высоту 9000 метров в проточной барокамере со скоростью подъема 1000 метров в минуту. Гипобарическая гипоксия продолжалась в течение 40 минут и затем животные с той же скоростью опускались на землю. Инъекции осуществляли подкожно в утренние часы (9-10 часов). Животных подбирали одинаковых по массе (150-180 г) и половой принадлежности (самцы). Контролем служили 4 группы животных: первая группа (I) не подвергалась никаким воздействиям (интактные), вторая группа (II) подвергалась гипобарической гипоксии без предварительного введения препаратов, третья группа (III) получала две инъекции 10% этилового спирта на изотоническом растворе поваренной соли до гипобарической гипоксии; четвертой группе (IV) вводили в двух инъекциях гидрокортизон на той же основе, что и экстракты надпочечников, в количестве 5 мг/кг массы животных; пятую группу (V) составили животные, которым вводился экстракт свиных надпочечников, и шестую группу (VI) - животные, которым вводили экстракт фетальных надпочечников. Таким образом, все экспериментальные животные были разделены на 6 групп.

Контрольная группа с введением гидрокортизона обусловлена широким использованием последнего в клинической практике при гипоксических состояниях. Животных всех экспериментальных групп забивали после опускания на землю. Ткани печени, головного мозга и сердца, взятые при забое животных, исследовали на содержание адениновых фосфатов (АТФ, АДФ, АМФ).

При исследовании аденозиновых соединений кусочки извлеченной ткани погружали в жидкий азот. Навеску тканей растирали в ступке в присутствии жидкого азота, после чего помещали в бюксы, содержащие охлажденную 10% трихлоруксусную кислоту (на 0,005 М ЭДТА) из расчета 10 мл/г ткани. Пробы экстрагировали 20 минут, фильтровали и ТХУ удаляли трехкратным встряхиванием (по 2 минуты) с двумя объемами серного эфира, насыщенного водой. Следы эфира удаляли аэрацией и экстракт нейтрализовали до рН 7,0-7,4 0,1 NaOH. Все операции проводились при температуре от 0 до ^oС. В нейтрализованных экстрактах определяли содержание свободных нуклеотидов методом колонной хроматографии на эктеола-целлюлозе (ЭТ-30) согласно описанной методике (Т.Н. Иванова и Н. Рубель, 4). Все исследования подвергнуты статистической обработке с вычислением доверительного коэффициента Стьюдента.

Как показали исследования ткани печени (таблица 1), у животных, подвергшихся гипобарической гипоксии (II группа), без предварительного протекторного введения препаратов наблюдалось снижение АТФ (2,4960,576 ммоль/г) и повышение АМФ (0,5640,111 ммоль/г), их соотношение снизилось до 4,646, в группе интактных животных 7,629, что составляет 60,9% к норме. У животных, получивших по две инъекции экстрактов коры свиных надпочечников и перенесших гипобарическую гипоксию (V группа), содержание АМФ (0,3480,049 ммоль/г) соответствовало нормативным величинам, а содержание АТФ (2,9290,465 ммоль/г) приближалось к нормативным показателям и соотношение АТФ/АМФ (8,654) превышало нормативные величины, что указывает на благоприятное течение энергетических процессов в тканях печени.

Аналогичные результаты получены при исследовании аденозинфосфатов у животных подвергнувшихся гипобарической гипоксии и получивших две инъекции экстрактов фетальных надпочечников (VI группа). Как и у животных V группы, содержание АМФ было ниже нормативных величин (0,3720,082 ммоль/г), содержание АТФ приближалось к показателям у интактных животных (2,9170,328 ммоль/г) и соотношение АТФ/АМФ составляло 8,232, что выше, чем у интактных животных.

Иные изменения в содержании адениновых нуклеотидов наблюдались у животных, получивших две инъекции гидрокортизона до воздействия гипобарической гипоксией (IV группа). Содержание АМФ возросло до 0,7220,136 ммоль/г, что составило 17,85% общей суммы адениновых нуклеотидов, в то время как при введении экстрактов коры свиных надпочечников доля АМФ в общей сумме нуклеотидов составляла 7,15%. У животных, получивших две инъекции гидрокортизона, были низкие величины содержания АТФ (2,3120,142 ммоль/г) (III группа), только в контроле с введением спирта АТФ была ниже этой величины (2,0030,205 ммоль/г).

В ткани мозга животных (таблица 2), которым предварительно введен экстракт коры свиных надпочечников, после гипобарической гипоксии содержание АТФ (2,3050,134 ммоль/г) превышало нормативные значения (2,1850,349 ммоль/г) и было значительно выше, чем у контрольных животных (II группа), не получивших протекторных препаратов (1,7320,216 ммоль/г). Самые высокие концентрации АТФ обнаружены в тканях мозга животных, которым до проведения гипобарической гипоксии вводился экстракт фетальных надпочечников (2,4980,109 ммоль/г). Различия с данными предыдущей группы (получивших экстракт свиных надпочечников) были статистически значимые (Р<0,005). При введении экстрактов фетальных надпочечников был и наиболее высоким коэффициент АТФ/АМФ (10,637). Как и при изучении тканей печени, введение гидрокортизона не оказало положительного влияния на энергетические процессы в тканях мозга. Коэффициент АТФ/АМФ составлял 5,485.

Отличительной особенностью энергетических процессов в тканях сердца (таблица 3) в условиях гипобарической гипоксии являются сближенные значения адениновых нуклеотидов при введение экстрактов надпочечников с контрольными данными при введении этилового спирта, что отражает особенности метаболизма в сердечной мышце, использующей преимущественно жирные кислоты. Но введение гидрокортизона на той же спиртовой основе, что и в контроле (III), не повысило содержания АТФ у этих животных (2,0390,008 ммоль/г), соответствовало значениям контроля II гипобарической гипоксии (1,8280,187 ммоль/г). Соответственно и коэффициент АТФ/АМФ при введении гидрокортизона (5,382) был равен коэффициенту при гипобарической гипоксии (5,343).

Таким образом, сравнительное изучение биологического действия различных гормонально-активных веществ при гипобарической гипоксии выявило защитное действие экстрактов коры свиных и фетальных (человеческих) надпочечников на ткани печени, головного мозга и сердца, что выразилось в активации энергетических процессов, сохранности в ткани АТФ. Введение гидрокортизона оказывало тормозящее влияние на энергообразование.

Результаты исследований позволяют предложить препарат на основе экстракта вытяжки коры свиных и фетальных надпочечников в качестве средства, oбъективно нормализующего энергетические процессы в тканях в условиях гипоксии, что подтверждается достаточным содержанием в них АТФ и высоким соотношением АТФ/АМФ.

Авторы предлагаемого изобретения не выявили в источниках информации сведений о применении экстракта вытяжки свиных и фетальных надпочечников в качестве средства для нормализации энергетических процессов в тканях организма в условиях гипоксии.

Источники информации 1. Зурдинов А.З. Стратегия поиска и возможности фармакологической оптимизации адаптации к гипоксии. Итоги науки и техники. Фармакология. Химические средства. Москва, 1991, Т.27, 71-82.

2. Иванова Т. Н., Рубель Л.Н. Некоторые стороны энергетического обмена мозга крыс в условиях повышенного парциального давления кислорода. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1969, Т.У, 3, 279-287.

3. Лукьянова Л.Д. Биоэнергетические механизмы формирования гипоксических состояний и подход к их фармакологической коррекции. Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. Москва, 1989, 11-44.

4. Машковский М. Д. Лекарственные средства. М.: Медицина, 1986, т.1, 568-570.

5. Мейес П. Роль высокоэнергетических фосфатов в биоэнергетике и в процессах улавливания энергии. Биохимия человека. Перевод с английского. Москва, Мир, 1993, т.1, 113-116.

6. Розенцвейг П.Э., Сандер Ю.К. Технология лекарств и галеновых препаратов (Руководство для фармацевтов). Медицина, Ленинградское отд, 1967, 695-696.

7. Рябинина З.А., Кипичников М.М., Суздальцев А.А., Дакина Н.Н. Влияние производных пурина на регенерацию и иммунологическую реактивность у животных (печень). Бюллетень эксп. Биологии и медицины. 1978, 10, 465-467.

8. Хватова Е.М., Сидоркина А.Н., Миронова Г.В., Шуматова Е.Н. Макроэргические фосфаты как показатель оценки степени тяжести гипоксии мозга. Моделирование, патогенез и терапия гипоксических состояний. Горький, 1989, с. 4-9.

9. Гацура В.В. Фармакологическая коррекция энергетического обмена ишемизированного миокарда. Москва, 1993, стр.220.

10. Хватова Е. М., Сидоркина А.Н., Миронова Г.В. Содержание адениновых нуклеотидов как показатель энергетического обмена в ткани в норме и при гипоксии. Нуклеотиды мозга. Москва, 1978, 131-179.

Формула изобретения

Применение экстракта вытяжки коры свиных или фетальных надпочечников в качестве средства для нормализации энергетических процессов в тканях организма в условиях гипоксии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3