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