Противогипоксический эффект алмидсодержащих металлокомплексных соединений в эксперименте

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Кислород абсолютно необходим для жизнедеятельности большинства организмов. Потребность в нем резко возрастает при значительных физических нагрузках, особенно в экстремальных ситуациях, а также в условиях высокогорья или же пребывании в замкнутом пространстве. В случае нарушения и разобщения процессов окислительного фосфорилирования возникают различные виды острой экзогенной гипоксии [1, 2].

В наши дни для повышения устойчивости к гипоксии практикуют различные способы гипоксической тренировки, психического воздействия, а также применение фармакологических средств — антигипоксантов. Из последних наиболее эффективными оказались производные аминотиола, такие как гутимин, алмид, этомерзол, амтизол и др. Все названные вещества в значительной мере повышают резистентность экспериментальных животных к различным формам острой гипоксии, порой обеспечивая кратное увеличение показателей продолжительности жизни (острая гипоксия с гиперкапнией), резервного времени (острая гипобарическая гипоксия) и др., оказывая преимущественно положительное влияние на стабильность течения процессов окислительного фосфорилирования в митохондриальном компартменте клеток, а также на механизмы редокс-регуляции в цитозоле при избыточности свободно-радикальных реакций [2–4].

Тем не менее в конце ХХ в. в фокусе внимания ученых оказалась группа веществ металлокомплексной природы, поначалу заявленная как физиологически совместимые антиоксиданты (ФСАО). Большинство из вновь синтезированных соединений демонстрировали в живых и искусственных средах высокий уровень редокс-активности, что предопределялось наличием в формуле вещества металла переменной валентности и заметно повышало активность лиганда (лигандов), включенных в вещество [1, 4]. В последствии, обозначенные шифром πQ, металлокомплексные соединения оказались не менее эффективны и на моделях гипоксии, зачастую конкурируя с известными антигипоксантами аминотиолового происхождения.

Попытка объединения и тех, и других в единую конструкцию была предпринята в 2005 г., когда Парфеновым Э.А. был осуществлен синтез металлокомплексных соединений πQ2456, πQ2458, πQ2460, πQ2461 включавших в качестве одного из лигандов молекулу аминотиолового антигипоксанта — алмида [4]. Металлами комплексообразователями для них послужили соответственно магний, кальций, титан и ванадий.

Антигипоксант алмид (2-аллилтиобензимидазол гидрохлорид) является производным бемитила (2-этилтиобензимидазола гидробромид моногидрат) (рис. 1). Оба вещества обладают умеренным психостимулирующим действием: повышают физическую и умственную работоспособность [3], активируют антиоксидантные системы, уменьшают астенические явления разного генеза, а также обладают антигипоксическим действием, защищая мозг, миокард и печень.

 

Рис. 1. Химические формулы алмида (a) и бемитила (b)

Fig. 1. Chemical formulas of almid (a) and bemitil (b)

 

Цель исследования — сопоставление в эксперименте защитного действия 4 вновь синтезированных алмидсодержащих металлокомплексных соединений с эффектами самого амида и эталонного антигипоксанта амтизола.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В опытах на мышах-самцах (n = 550) линии CBF1 массой 20–30 г осуществляли скрининг 4 новых металлокомплексных соединений магния, кальция, титана и ванадия, содержащих антигипоксант алмид, в условиях острой гипоксии с гиперкапнией (ОГ + Гк). Состояние острой гипоксии у мышей вызывали, помещая животных в стеклянные аптечные штанглазы объемом 0,25 л с притертыми пробками [5].

Содержащие алмид субстанции (πQ2456, πQ2458, πQ2460, πQ2461), а также вещества сравнения (алмид, амтизол) вводили внутрибрюшинно (в/б) в дозах 25, 50 и 100 мг/кг, предварительно растворив в 0,3 мл физиологического раствора хлорида натрия (NaCl). Контрольной группе вводили равноценный объем растворителя. Период инкубации составлял 60 мин. Антигипоксический эффект считали доказанным в случае увеличения продолжительности жизни на 20 % и более в сравнении с контролем. Под продолжительностью жизни подразумевали период от момента помещения мышей в герметизированный штанглаз вплоть до возникновения первого агонального вдоха, после чего животных быстро извлекали с целью сохранения жизни.

Каждое из изученных соединений в общем виде может быть представлено следующей формулой:

[MBL] × nH₂O,

где М — металл-комплексообразователь; В — основание (алмид); L — лиганд; n — число молекул воды.

Характеристика исследованных алмидсодержащих металлокомплексных соединений представлена в таблице 1.

 

Таблица 1. Характеристика исследованных алмидсодержащих металлокомплексных соединений

Table 1. Characteristics of the studied almid-containing metal-complex compounds

Шифр ХС	Основание, B	Лиганд, L	Металл-комплексообразователь, М
πQ2456	Алмид	Фенилуксусная кислота	Магний
πQ2458	Алмид	ГОМК	Кальций
πQ2460	Алмид	Фумаровая кислота	Титан
πQ2461	Алмид	Дихлоруксусная кислота	Ванадий (II)

 

В эксперименте у животных 3 раза измеряли ректальную температуру электротермометром ТПЭМ-1:

1) перед введением веществ;

2) перед помещением в условия ОГ + Гк;

3) после извлечения из аптечных штанглазов.

Мышей контрольной группы и мышей, доказавших способность противостоять ОГ + Гк под влиянием того или иного металлокомплексного соединения, повторно подвергали воздействию ОГ + Гк спустя 24 ч после введения металлокомплексов и веществ сравнения для оценки продолжительности антигипоксического эффекта. На 2-м этапе эксперимента животных оставляли в герметичных условиях до момента гибели.

Все результаты обработаны статистически. Для сравнения данных был применен способ вычисления ошибки второго рода и мощности t-критерия в фармакологических выборках с использованием современных информационных технологий, находящихся в открытом доступе. В основе способа лежит принцип автоматизации операций интегрирования распределения Стьюдента, а также операций интегрирования нецентрального распределения Стьюдента. Статистически значимыми признавали результаты сравнения при p < 0,05 [6].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты влияния алмидсодержащих веществ и веществ сравнения на ректальную температуру и продолжительность жизни мышей в условиях ОГ + Гк представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. Влияние алмидсодержащих металлокомплексных соединений и веществ сравнения на ректальную температуру и продолжительность жизни мышей, переживавших условия острой гипоксии с гиперкапнией через 1 ч после введения

Table 2. Effect of almid-containing metal-complex compounds and comparison substances on rectal temperature and lifespan of mice exposed to acute hypoxic conditions with hypercapnia 1 h after administration

Группы, n = 10 в каждой	Доза, мг/кг	Ректальная температура до инъекции (М ± m), °С	Ректальная температура через 1 ч после инъекции (М ± m), °С	Разница температур, °С	Продолжительность жизни, мин (М ± m)	Количество выживших в группе
Контроль (1 группа)	–	36,9 ± 1,7	36,8 ± 2,0	–0,1	40,53 ± 3,50	7
πQ2456 (3 группы)	25 50 100	36,5 ± 2,2 37,1 ± 3,6 36,2 ± 2,8	36,5 ± 1,8 36,3 ± 12,6 35,2 ± 2,5	0 –0,8 –1,0	35,44 ± 2,96 47,76 ± 3,61 50,20 ± 3,73*	8 7 7
πQ2458 (3 группы)	25 50 100	37,0 ± 2,4 36,1 ± 3,3 36,6 ± 2,5	34,2 ± 2,2* 33,5 ± 3,0* 31,0 ± 2,4**	–2,8 –2,6 –5,6	39,48 ± 3,59 34,51 ± 3,74 29,03 ± 2,88*	5 3 3
πQ2460 (3 группы)	25 50 100	37,2 ± 2,1 36,4 ± 2,3 36,7 ± 3,5	34,0 ± 1,9* 32,4 ± 2,6* 29,5 ± 3,7**	–3,2 –4,0 –7,2	58,33 ± 4,01* 82,30 ± 4,49** 102,46 ± 5,27**	10 10 9
πQ2461 (3 группы)	25 50 100	36,4 ± 3,1 36,7 ± 3,4 36,7 ± 3,7	35,7 ± 2,8 34,9 ± 2,2* 33,2 ± 3,1*	–0,7 –1,8 –3,5	38,77 ± 3,03 40,07 ± 3,21 42,85 ± 3,92	9 8 8
Алмид (3 группы)	25 50 100	37,2 ± 2,7 37,2 ± 2,5 36,5 ± 3,7	34,3 ± 2,7 32,6 ± 2,4** 31,1 ± 2,3**	–2,9 –4,6 –5,4	39,44 ± 1,63 63,20 ± 3,11* 79,25 ± 3,81**	9 10 8
Амтизол (3 группы)	25 50 100	37,4 ± 2,2 36,9 ± 2,6 37,2 ± 2,7	34,2 ± 2,5* 33,6 ± 2,9** 31,3 ± 2,6**	–3,2 –3,3 –5,9	48,99 ± 3,12 57,32 ± 3,40* 87,59 ± 4,79**	10 10 8

Примечание: * — p < 0,05; ** — p < 0,005. Note: p < 0.05; ** — p < 0.005.

 

Как видно из таблицы 2, исходная температура ядра тела у животных контрольной группы в среднем составила 36,9 °С и практически не изменялась до помещения мышей в условия ОГ + Гк. В условиях острой гипоксии продолжительность жизни животных составила 40,53 ± 3,25 мин, что было типично для данной методики [1, 7]. По итогу эксперимента с контрольной группой удалось сохранить жизнь 7 животным из 10.

Изучение влияния алмидсодержащих металлокомплексных соединений позволило обнаружить отчетливое, многократно превышающее порог 20 %, антигипоксическое действие лишь у 1 из 4 выбранных для исследования веществ, а именно у вещества πQ2460 с титаном в качестве металла-комплексообразователя и лигандом фумаровой кислотой. Так, например, после в/б введения πQ2460 у всех без исключения мышей наблюдали дозозависимое снижение ректальной температуры — более чем на 3 °С после дозы 25 мг/кг и более чем на 7 °С после максимальной из 3 изученных доз — 100 мг/кг. Продолжительность жизни животных также возрастала по мере увеличения дозировки вещества — на 43,9 (p < 0,05), 103,1 (p < 0,005) и 152,8 % (p < 0,005) соответственно дозам 25, 50 и 100 мг/кг. Важно отметить, что выживаемость мышей в этих группах оказалась наиболее высокой в сравнении с другими группами: погибло лишь 1 животное, получившее дозу 100 мг/кг. Не исключено, что алмид, входящий в состав титанового металлокомплекса, потенцировал свой защитный эффект за счет присутствия в молекуле фумаровой кислоты. Фумаровая кислота характеризуется в литературе как вещество метаболического типа действия, фармакотерапевтический эффект которого направлен на восстановление биохимических реакций обмена веществ, нарушенных патологическими процессами, включая острую гипоксию [8, 9].

Другие содержащие алмид металлокомплексные вещества оказались либо малоэффективными, как, например, πQ2456 (магний, фенилуксусная кислота) и πQ2461 (ванадий, дихлоруксусная кислота), либо демонстрировали негативное влияние в отношении продолжительности жизни животных в условиях острой гипоксии — πQ2458 (кальций, гаммаоксимасляная кислота). Тем не менее все новые изученные соединения, за исключением вещества πQ2456, как правило, инициировали статистически значимый гипотермический эффект, что ставит под сомнение наличие прямой зависимости между снижением ректальной температуры у животных на фоне действия фармакологического агента с антигипоксическим действием данного вещества. И все же в литературных источниках нередко сообщается о сопряжении динамики данных показателей [2, 4] .

Следует отметить отрицательное влияние вещества πQ2458 на выживаемость животных в условиях ОГ + Гк. Так, из 30 мышей, получивших в/б инъекции вещества, удалось предупредить гибель лишь 11 особей. Причем на протяжении последующих 24 ч наблюдения до начала 2-го этапа эксперимента погибли все без исключения животные, получившие дозы 50 и 100 мг/кг, что не позволило использовать их на заключительном этапе. Такие результаты можно объяснить предполагаемой высокой токсичностью вещества πQ2458, что характерно для металлокомплексных соединений [4].

В ходе исследования вещества сравнения алмид и амтизол полностью подтвердили статус надежных антигипоксантов. Однако, как видно из таблицы 2, их эффективность была слабее, чем защитный эффект вещества πQ2460, причем по всем критериям, выбранным для оценки антигипоксического действия. В частности, алмид повышал продолжительность жизни животных только в 2 дозировках — 50 и 100 мг/кг на 55,9 (p < 0,05) и 95,5 % (p < 0,005). В качественном отношении эффект амтизола мало отличался от защитного действия алмида.

На 2-м этапе исследования повторно оценивали устойчивость выживших мышей к ОГ + Гк спустя 24 ч после введения веществ (табл. 3).

 

Таблица 3. Влияние алмидсодержащих металлокомплексных соединений и веществ сравнения на ректальную температуру и продолжительность жизни мышей, переживавших условия острой гипоксии с гиперкапнией через 24 ч после введения

Table 3. Effect of almid-containing metal-complex compounds and comparison substances on rectal temperature and lifespan of mice experiencing acute hypoxia (AH + Hc) with hypercapnia 24 h after administration

Группы	Доза, полученная 24 ч назад, мг/кг	Количество выживших в группе, n	Ректальная температура до ОГ + Гк (М ± m), °С	Продолжительность жизни, мин. (М ± m)
Контроль 1 ч (1 группа)	–	10	36,9 ± 1,7	40,53 ± 3,50
Контроль 24 ч (1 группа)	–	7	36,2 ± 4,4	54,57 ± 4,30#
πQ2456 (3 группы)	25 50 100	8 7 7	35,8 ± 3,7 35,2 ± 4,9 35,1 ± 3,8	52,16 ± 3,15 52,23 ± 5,88# 54,31 ± 5,13#*
πQ2458 (3 группы)	25 50 100	5 3 3	- - -	- - -
πQ2460 (3 группы)	25 50 100	10 10 9	35,4 ± 2,8 36,1 ± 2,7 34,6 ± 2,5	60,28 ± 3,01# 67,34 ± 3,82#* 70,20 ± 4,10#*
πQ2461 (3 группы)	25 50 100	9 8 8	36,2 ± 3,5 36,1 ± 3,5 35,8 ± 4,3	46,52 ± 3,39 52,98 ± 4,27# 49,64 ± 4,53
Алмид (3 группы)	25 50 100	9 10 8	36,5 ± 3,6 37,1 ± 2,2 37,0 ± 4,2	49,10 ± 3,02 52,46 ± 3,29# 57,41 ± 5,14#
Амтизол (3 группы)	25 50 100	10 10 8	37,2 ± 3,7 36,3 ± 2,4 36,1 ± 4,5	50,24 ± 3,03 53,39 ± 3,63# 61,88 ± 4,40#*

Примечание: ^# — р < 0,05 по сравнению с группой «Контроль 1 ч», * — р < 0,05 по сравнению с группой «Контроль 24 ч».

Note: ^# — p < 0.05 compared to the 1 h Control group, * — p < 0.05 compared to the 24 h Control group.

 

Как видно из таблицы 3, через 24 ч после введения веществ ректальная температура у большинства животных постепенно восстанавливалась, приближаясь к обычным значениям, что можно расценивать в качестве индикатора прекращения действия изученных металлокомплексных соединений [10]. Тем не менее, несмотря на динамику ректальной температуры, даже через 1 сут после инъекций резистентность мышей к ОГ + Гк сохранялась на высоком уровне (πQ2460, алмид, амтизол), а в группах (πQ2456, πQ2461), где эффект был сомнительным или же отсутствовал, в некоторых дозах отмечали статистически достоверное повышение резистентности в сравнении с группой «Контроль 1 ч» (воздействие ОГ + Гк на интактных мышей, 1-й этап).

Наибольший антигипоксический эффект вновь был выявлен у титанового металлокомплекса πQ2460, причем во всех использованных дозах. Эффект вещества был статистически значимым в сравнении с группой «Контроль 1 ч» для 3 доз, а с группой «Контроль 24 ч» — для доз 50 и 100 мг/кг. Эффективность алмида и амтизола была заметно ниже, чем данного металлокомплексного соединения (см. табл. 3).

Важно отметить, что на 2-м этапе эксперимента был обнаружен феномен повышения резистентности к ОГ + Гк даже в самой контрольной группе. Продолжительность жизни животных, подвергнутых повторному сеансу острой гипоксии (через 24 ч) была статистически достоверно больше на 34,6 % (р < 0,05), чем на 1-м этапе.

Таким образом, результаты 2-го этапа эксперимента подтвердили устойчивый защитный эффект 1 из 4 новых изученных в работе алмидсодержащих металлокомплексных веществ, а именно πQ2460. Важно отметить, что через 1 сут наблюдалось выравнивание эффекта вещества πQ2460 для всех изученных доз: увеличение продолжительности жизни в условиях ОГ + Гк колебалось во временном диапазоне от 60 до 70 мин. С учетом данных, полученных в ходе сравнения показателя продолжительности жизни в контрольной группе, была высказана гипотеза о возможности формирования прекондиционирующего эффекта, обусловленного первичным воздействием острой гипоксии на организмы животных. Известно, что повторяющиеся многократно сеансы острой гипоксической гипоксии способны существенно повышать выносливость животных и человека к воздействию гипоксического фактора [1, 11, 12]. Не исключено, что применение антигипоксантов оказывает «сглаживающее» влияние на формирование эффекта прекондиционирования, что в представленных опытах подтверждается увеличением резистентности мышей к ОГ + Гк на фоне применения малых доз металлокомплексов и антигипоксантов.

Указанный парадоксальный эффект особенно ярко проявил себя в отношении вещества πQ2456, когда наблюдалось усиление защитного действия магниевого металлокомплексного соединения через 1 сут после его в/б введения, особенно в дозах 25 и 50 мг/кг.

ВЫВОДЫ

1. Среди соединений, содержащих в составе комплексной молекулы антигипоксант алмид, выявлено вещество πQ2460 (металл — титан, лиганд — фумаровая кислота), обладающее отчетливым защитным дозозависимым действием при развитии ОГ + Гк, превосходящее по эффективности алмид и эталонный антигипоксант амтизол.
2. Антигипоксический эффект вещества πQ2461 сохраняется спустя 24 ч после в/б введения, но выравнивается для изученных доз — 25, 50, 100 мг/кг.
3. При повторном воздействии ОГ + Гк выявлен прекондиционирующий эффект острой гипоксии, повышающий устойчивость мышей даже при 1-кратном воздействии гипоксического фактора (через 24 ч). Применение антигипоксических веществ, по-видимому, оказывает «сглаживающее» влияние на прекондиционирующий эффект ОГ + Гк.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Вклад каждого автора: А.В. Евсеев, В.А. Правдивцев, О.А. Мосин — разработка общей концепции; М.А. Евсеева, В.А. Переверзев, Д.В. Степанов, С.В. Алексашкин — написание статьи, анализ данных.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Об авторах

Андрей Викторович Евсеев

Смоленский государственный медицинский университет

Email: hypoxia@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7296-8502
SPIN-код: 9095-8712

д-р мед. наук, профессор

Россия, Смоленск

Олег Алексеевич Мосин

Смоленский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: oleg2000mosin@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-4427-6194

студент

Россия, Смоленск

Марина Анатольевна Евсеева

Смоленский государственный медицинский университет

Email: marinaevseyeva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4048-5260
SPIN-код: 6291-8901

канд. мед. наук, доцент

Россия, Смоленск

Владимир Алексеевич Переверзев

Белорусский государственный медицинский университет

Email: pereverzev2010@mail.ru
SPIN-код: 8210-9406

д-р мед. наук, профессор

Белоруссия, Минск

Виталий Андреевич Правдивцев

Смоленский государственный медицинский университет

Email: pqrstvap@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1053-7795
SPIN-код: 1918-7778

д-р мед. наук, профессор

Россия, Смоленск

Дмитрий Владимирович Степанов

Смоленский государственный медицинский университет

Email: dima-st@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2383-4166

старший преподаватель, научный сотрудник

Россия, Смоленск

Сергей Викторович Алексашкин

Смоленский государственный медицинский университет

Email: alexashkin1000@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-3161-0416

научный сотрудник

Россия, Смоленск

Список литературы

Дополнительные файлы