Статья: Влияние производных 3-оксипиридина на функцию митохондрий мозга в раннем посттравматическом периоде

Влияние производных 3-оксипиридина на функцию митохондрий мозга в раннем посттравматическом периоде

Смоленская государственная медицинская академия

Институт биохимической физики РАН

Влияние производных 3-оксипиридина на функцию митохондрий мозга в раннем посттравматическом периоде

Кулагин К.Н., Новиков В.Е.,

Ковалева Л.А., Смирнов Л.Д.

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/Дt 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, V_ДНФ -- 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 ДК_Л, 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/ДО на 9,76%, характеризующего энергоэффективность окисления субстрата митохондриями, и скорости фосфорилирования добавки АДФ -- АДФ/Дt на 39,56%, отражающей интенсивность использования митохондриями освобождающейся в дыхательной цепи энергии. Дыхательный контроль по Чансу--Уильямсу ДК_Ч, 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 2,4-динитрофенола, 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 V_ДНФ 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/ДО и АДФ/Дt, 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).

мозговой травма мексидол митохондрия

Влияние производных 3-оксипиридина на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга через 1 сут после ЧМТ (M m)

Примечание. 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 V_ДНФ на 12,68 и 15,45% соответственно (p < 0,05), что приводило к снижению дыхательных коэффициентов ДК_Л, ДК_Ч и ДНФ, несколько снижалась скорость фосфорилирования добавки АДФ митохондриями (АДФ/Дt). Несмотря на это, показатель АДФ/ДО 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 V_ДНФ 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 ДК_Л, ДК_Ч и ДНФ. В отличие от мексидола ИБХФ-2 и ИБХФ-3 примерно в одинаковой степени снижали показатели сопряжения дыхания и фосфорилирования АДФ/ДО и АДФ/Дt 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 (ДК_Л, ДК_Ч, АДФ/ДО и АДФ/Дt), позволяет говорить о наличии серьезных органических нарушений в дыхательной цепи и мембране митохондрий, а угнетение скорости V_ДНФ 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.