Влияние производных 3-оксипиридина на функцию митохондрий

Влияние производных 3-оксипиридина на функцию митохондрий
мозга
в раннем посттравматическом периоде
Кулагин К.Н.1, Новиков В.Е.1, Ковалева Л.А.1, Смирнов Л.Д.2
Influence of 3-oxipidirine derivatives on cerebral mytochondria function
in the early post-traumatic period
Koulagin K.N., Novikov V.Ye., Kovalyova L.A., Smirnov L.D.
1
2
Смоленская государственная медицинская академия, г. Смоленск
Институт биохимической физики РАН, г. Москва
 Кулагин К.Н., Новиков В.Е., Ковалева Л.А., Смирнов Л.Д.
УДК 616.831/.832-001:615.214.032
Черепно-мозговая травма (ЧМТ) продолжает оставаться одной из ведущих причин смертности и инвалидности среди лиц молодого возраста во всех странах мира. Несмотря на определенные успехи, достигнутые за последние десятилетия в лечении ЧМТ и
профилактике ее ближайших и отдаленных последствий, еще многие сложные вопросы решаются порой
эмпирически. К таким вопросам относится, например,
фармакотерапия посттравматических метаболических
изменений. Как известно, одним из ведущих патогенетических синдромов при ЧМТ является гипоксия. Эффективным и перспективным путем ее профилактики
и терапии представляется применение антигипоксантов.
Цель настоящей работы заключалась в изучении
влияния новых синтетических производных 3-оксипиридина — ИБХФ-1, ИБХФ-2, ИБХФ-3 и препарата
сравнения мексидола на процессы окислительного
фосфорилирования в митохондриях мозга в раннем
посттравматическом периоде ЧМТ (через 1 сут после
травмирующего воздействия).
Работа выполнялась на белых лабораторных крысах массой 150—220 г. ЧМТ моделировали путем нанесения уколов градуированной иглой через трепанационное отверстие в проекции левой теменной доли
под эфирным наркозом. За 30 мин до нанесения травмы и перед проведением забоя опытным группам животных внутрибрюшинно вводили исследуемые соединения ИБХФ-1, ИБХФ-2, ИБХФ-3 в дозе 10 мг на
1 кг массы тела, мексидол в дозах 10 и 50 мг на 1 кг
массы тела. Оценку показателей проводили через 24 ч.
Дыхание и фосфорилирование митохондрий регистрировали полярографическим методом. Скорости дыхания
митохондрий в различных метаболических состояниях
выражали в нанограмм-атомах кислорода в 1 мин в расчете на 1 мг белка митохондрий. АДФ/Δt выражали в
наномолях АДФ за 1 мин на 1 мг белка (Новиков В.Е.,
1993). Белок определяли по методу О.Н. Lowry и соавт.
(1951).
Показатели, отражающие состояние окислительной, фосфорилирующей и сопрягающей функций митохондрий, выделенных из ткани головного мозга интактных животных (контроль) при использовании в
качестве субстрата окисления глутаминовой кислоты,
представлены в таблице и существенно не отличались
от данных, полученных другими авторами (Ковалева Л.А., 1997; Новиков В.В., 1993).
Через 1 сут после нанесения ЧМТ отмечалось снижение всех функций митохондрий. Так, наблюдалось
выраженное угнетение всех скоростей окисления: начальной скорости окисления субстрата V0 — на 24,66%
(p < 0,05); скорости дыхания, сопряженной с фосфорилированием, V3 — на 31,21% (p < 0,05); скорости потребления кислорода митохондриями после расходования добавки АДФ, т.е. скорости окисления после фосфорилирования, V4 — на 23,34% (p < 0,05); скорости дыхания митохондрий в состоянии разобщения, т.е. после
добавки разобщителя протонофора 2,4-динитрофенола,
Бюллетень сибирской медицины, 2006. Приложение 2
103
Кулагин К.Н., Новиков В.Е., Ковалева Л.А., Смирнов Л.Д.
VДНФ — на 33,3% (p < 0,05) по сравнению с контрольной
группой животных. Также отмечались сходные негативные изменения и в процессах сопряжения в дыхательной цепи. Наблюдалось достоверно значимое
(p < 0,05) снижение дыхательного контроля по Ларди
ДКЛ, или, как его еще называют, коэффициента усиления, отражающего чувствительность дыхательной цепи к увеличению концентрации АДФ, на 9,4%, что характеризует нарушение сродства дыхательной цепи к
АДФ, коэффициента АДФ/ΔО на 9,76%, характеризующего энергоэффективность окисления субстрата
митохондриями, и скорости фосфорилирования добавки АДФ — АДФ/Δt на 39,56%, отражающей интенсивность использования митохондриями освобождающейся в дыхательной цепи энергии. Дыхательный
контроль по Чансу—Уильямсу ДКЧ, характеризующий ингибирующий эффект наработанного АТФ на
перенос электронов по дыхательной цепи, т.е. являющийся показателем интактности структур митохондрий, и коэффициент ДНФ, отражающий чувствительность митохондрий к разобщающему действию 2,4динитрофенола, оставались в пределах показателей
контрольной группы животных (p > 0,05).
Изучаемые соединения оказывали неодинаковое
влияние на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях мозга через указанный временной
промежуток. Так, мексидол в дозе 50 мг на 1 кг массы
тела достоверно не изменял ни скоростей дыхания митохондрий в различных метаболических условиях, ни
сопряжение в дыхательной цепи митохондрий. Все указанные показатели оставались на уровне ЧМТ 1-х сут
без лечения (p > 0,05). В дозе 10 мг на 1 кг массы тела
мексидол оказывал неоднозначное влияние на процессы окисления и фосфорилирования. В указанной дозе
препарат полностью восстанавливал скорости нефосфорилирующего окисления V0 и V4 до уровня контрольной группы животных (p > 0,05), в то время как
наиболее важная скорость фосфорилирующего окисления V3 и разобщенное окисление VДНФ оставались на
уровне животных c ЧМТ без фармакологической коррекции. Отмеченные изменения скоростей окисления,
в свою очередь, привели к снижению дыхательных коэффициентов по Ларди и Чансу—Уильямсу на 17,84
и 13,81% соответственно в сравнении с травмированными животными без лечения (p < 0,05). Остальные показатели, характеризующие состояние сопряжения в дыхательной цепи митохондрий, —
АДФ/ΔО и АДФ/Δt, оставались на уровне значений,
регистрируемых при травме (p > 0,05). Применение
соединения ИБХФ-1 не вызывало положительных
изменений в функции митохондрий мозга через 1 сут
после ЧМТ, а некоторые показатели даже ухудшались (таблица).
Влияние производных 3-оксипиридина на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга через 1 сут
после ЧМТ (M  m)
Группа
животных
Контроль
ЧМТ
1 сут
Мексидол
(50 мг на 1 кг
массы тела)
Мексидол
(10 мг на 1 кг
массы тела)(
ИБХФ-1
(10 мг на 1 кг
массы тела)
ИБХФ-2
(10 мг на 1 кг
массы тела)
ИБХФ-3
(10 мг на 1 кг
104
Показатель окислительного фосфорилирования
ДКЛ
ДКЧ
АДФ/ΔО
ДНФ
АДФ/Δt
24,55  0,74 61,71  1,65
2,66 ±0,06
2,28  0,05
1,64  0,04
2,54  0,05
92,24  3,42
15,92  0,51*
38,02  1,63* 18,82  0,97* 41,16  2,01*
2,41  0,1*
2,1  0,1
1,48  0,05*
2,3  0,13
55,75  3,17*
17,4  0,71*
38,34  1,83* 17,68  0,63* 40,23  2,12*
2,23 ±0,11*
2,18  0,1
1,36  0,08*
2,27  0,1* 51,52  3,53*
21,09  1,13#
41,28  2,27* 24,18  1,78# 46,42  2,6*
1,98 ±0,07#
1,81 ±0,09#
1,35  0,06* 2,03  0,12* 54,97  2,61*
17,28  0,83*
33,2  1,47# 20,71 ±1,26* 34,8  1,81#
2,0  0,11#
1,73  0,11# 1,45  0,06* 1,79  0,12# 47,75  2,44#
V0
V3
21,13  0,74
55,27  1,5
22,07  1,16#
V4
VДНФ
35,36  1,47* 30,89  1,37# 40,01  1,58* 1,64  0,06#
1,16  0,03#
1,18  0,03#
Бюллетень сибирской медицины, 2006. Приложение 2
1,31  0,03# 42,47  1,84#
Влияние производных 3-оксипиридина на функцию митохондрий мозга в раннем посттравматическом периоде
массы тела)
22,9  1,52#
39,9  2,37* 34,01  2,08# 49,1  2,48#
1,81  0,07#
1,2  0,05#
1,14  0,04#
1,48  0,03# 46,61  2,87#
П р и м е ч а н и е. M — среднее значение; m — ошибка среднего; * — достоверность различий по отношению к показателям контрольной
группы; # — достоверность различий по отношению к группе животных с ЧМТ 1 сут.
Например, снижались скорости окисления V3 и VДНФ
на 12,68 и 15,45% соответственно (p < 0,05), что приводило к снижению дыхательных коэффициентов
ДКЛ, ДКЧ и ДНФ, несколько снижалась скорость фосфорилирования добавки АДФ митохондриями
(АДФ/Δt). Несмотря на это, показатель АДФ/ΔО сохранялся на уровне травмированных животных. Влияние остальных производных 3-оксипиридина —
ИБХФ-2 и ИБХФ-3 на процессы окислительного фосфорилирования было во многом сходным с действием
мексидола в дозе 10 мг на 1 кг массы тела. Оба соединения полностью восстанавливали начальную скорость окисления субстрата V0 и увеличивали скорость
окисления после фосфорилирования V4: ИБХФ-2 — на
25,82%, ИБХФ-3 — на 38,53% соответственно по
сравнению с контролем (p < 0,05). В то же время скорости фосфорилирующего окисления V3 и разобщенного окисления VДНФ сохранялись на уровне травмированных животных (p > 0,05), хотя введение ИБХФ-3 и
вызывало незначительное увеличение скорости разобщенного окисления (p < 0,05). Следствием отмеченных изменений в дыхании митохондрий явилось снижение дыхательных коэффициентов ДКЛ, ДКЧ и ДНФ.
В отличие от мексидола ИБХФ-2 и ИБХФ-3 примерно
в одинаковой степени снижали показатели сопряжения дыхания и фосфорилирования АДФ/ΔО и АДФ/Δt
по сравнению с группой животных, не получавших
фармакологической коррекции.
Таким образом, через 1 сут ЧМТ отмечаются выраженные негативные изменения в энергосинтетической функции митохондрий головного мозга. При
этом возникающие изменения характеризуются нарушением как дыхательной, так и фосфорилирующей
способности этих органелл при окислении ими глутамата. Регистрируемые нарушения параметров дыхания, вероятно, являются следствием угнетения ферментных систем дыхательной цепи митохондрий. В то
время как снижение показателей, характеризующих
сопряжение процессов дыхания и фосфорилирования
(ДКЛ, ДКЧ, АДФ/ΔО и АДФ/Δt), позволяет говорить о
наличии серьезных органических нарушений в дыхательной цепи и мембране митохондрий, а угнетение
скорости VДНФ и снижение показателя ДНФ — об истощении резервных возможностей дыхательной цепи
митохондрий к усилению дыхания.
Анализ полученных данных свидетельствует о невысокой протекторной активности исследованных соединений в отношении функций митохондрий мозга
через 1 сут после тяжелой ЧМТ. Так, мексидол в дозе
50 мг на 1 кг массы тела и соединение ИБХФ-1 в этот
период вообще не улучшали ни одного показателя
функциональной активности митохондрий. Мексидол
в дозе 10 мг на 1 кг массы тела, соединения ИБХФ-2 и
ИБХФ-3 усиливали скорости нефосфорилирующего
окисления V0 и V4. Однако скорость фосфорилирующего окисления V3 и показатели сопряжения при этом
не улучшались, что может свидетельствовать о
глубокой разбалансировке сопряжения между процессами окисления и фосфорилирования в митохондриях
головного мозга при ЧМТ. Для повышения
фармакотерапевтической эффективности изученных
производных 3-оксипиридина в отношении функций
митохондрий мозга в посттравматический период
следует применять их курсовое (длительное)
введение.
Бюллетень сибирской медицины, 2006. Приложение 2
1 кор.
105