Влияние производных краун-эфиров на биоэнергетические процессы в миокарде

  • Авторы: И.В. Ниженковская, А.И. Ниженковский, К.Ю. Филиппова, Н.Е. Чумак
  • УДК: 577.352.38: [547.82 + 547.853] :543.4
Скачать вложения:

І.В. Ніженковська, д.мед.н., професор, О.І. Ніженковський, К.Ю. Філіпова, *Н.Є. Чумак, ст.н.с.

Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ
* Інститут екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя МОЗ України, м. Київ

РЕЗЮМЕ. Установлено, что в условиях экспериментальной токсической антрациклиновой кардиомиопатии развивается существенное нарушение биоэнергетических процессов, которые проявляются снижением содержания никотинамидных коферментов, резервов метаболической энергии и макроэргических соединений. Производное урацила карбицил при введении экспериментальным животным с антрациклиновой кардиомиопатией в значительной степени уменьшает выраженность нарушений энергетического обмена и корректирует состояние окислительно-восстановительных процессов в сердечной мышце.
Ключевые слова: миокард, токсическая антрациклиновая кардиомиопатия, биоэнергетические процессы, производные краун-эфиров.

Захворювання серцево-судинної системи продовжують посідати провідне місце серед причин смертності населення у більшості індустріальних країн світу [1]. Значну роль серед причин серцевої недостатності відіграють кардіоміопатії, зумовлені різними токсичними чинниками, що спричиняють стан оксидантного стресу в цілісному організмі [2], у тому числі дією лікарських засобів, зокрема антибіотиків антрациклінового ряду, антиметаболітних препаратів протипухлинної дії [3]. Разом з тим, незважаючи на численні дослідження, біохімічні та молекулярні механізми порушення скоротливої діяльності кардіоміоцитів та її енергозабезпечення за умов серцевої недостатності залишаються недостатньо вивчені [4], становлячи одну з актуальних проблем медицини. Існуючі літературні дані свідчать про доцільність пошуку та вивчення механізмів дії нових серцево-судинних лікарських засобів кардіопротекторної дії серед аналогів природних метаболітів — амінокислот, нуклеотидів, фізіологічно активних азотвмісних гетероциклічних сполук. Значний інтерес для практичного застосування в кардіології викликає клас макроциклічних поліефірів, представники якого мають високу біологічну активність завдяки своїм унікальним комплексоутворюючим властивостям і подібностям до іонофорних антибіотиків [5]. Тому вважалося слушним вивчити вплив на біоенергетичні процеси в міокарді нових похідних класу краун — ефірів у порівнянні з відомими еталонними кардіотоніками.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:
1. Провести дослідження метаболічних порушень — обміну нікотинамідних коферментів та макроергічних сполук — аденілових нуклеотидів, креатинфосфату та ферментів їх метаболізму в тканині міокарда за умов токсичної антрациклінової кардіоміопатії (ТАК).
2. Вивчити вплив на біоенергетичні процеси в міокарді тварин з ТАК нової фізіологічно активної сполуки (ФАС) метаболічної дії, зокрема похідного урацилу (карбіцилу) порівняно з кардіотоніками інших фармакологічних класів. Матеріали й методи досліджень. Об'єкти та моделі дослідження. Основні серії експериментальних досліджень проведені на дорослих білих щурах лінії Вістар та кролях, які утримувалися у віварії Національного медичного університету імені О.О. Богомольця. Утримання та досліди на тваринах проводили відповідно до правил "Європейської конвенції захисту хребетних тварин, які використовують в експериментальних та інших наукових цілях" (Страсбург, 1986). Експериментальну серцеву недостатність моделювали в дослідах на щурах-самцях шляхом щотижневого внутрішньо-м'язового введення рубоміцину гідрохлориду в дозі 5 мг на кг маси тіла протягом 5 тижнів. Застосовували такі препрати: Рубоміцину гідрохлорид ("Мосмедпрепарати" ім. Л.Я. Карпова), Даунорубіцин (рубоміцину гідрохлорид) виробництва АТ Ферейн, РФ).

Біохімічні методи дослідження метаболітів та ферментів. Визначення вмісту в тканинах міокарда та печінки окиснених (НАД+, НАДФ+) та відновлених форм (НАДН НАДФН) нікотинамідних коферментів проводили флуорометричним методом, активності НАД-гідролізуючих ферментів вимірювали за швидкістю гідролізу НАД+ [6]. Визначення вмісту аденілових нуклеотидів проводили електрофоретичним методом з наступною спектрофотометрією при довжині хвилі 260 та 290 нм. Вміст креатинфосфату (КрФ) оцінювали як різницю між загальним і вільним креатином, який визначили спектрофотометричним методом при довжені хвилі 525 нм, глікогену — за допомогою антронового реактиву, активність креатинфосфатокінази (КФК) — за утворенням вільного креатину при інкубації з КрФ.

Результати і обговорення. Порушення біоенергетичних процесів у клітинах міокарда за умов експериментальної кардіоміопатії були виявлені в багатьох дослідженнях [7]. Разом з тим, детальних досліджень клітинної біоенергетики в міокарді за умов експериментального моделювання ТАК введенням кардіотоксичного антибіотика рубоміцину раніше не проводилося, що і стало об'єктом наших досліджень. Проведеними дослідженнями було встановлено, що введення щурам рубоміцину гідрохлориду призводить до суттєвого порушення реакцій біологічного окислення та постачання енергетичних субстратів у кардіоміоцитах, про що свідчать негативні зміни в концентрації та катаболізми нікотинамідних коферментів НАД+ і НАДФ+, різке падіння вмісту КрФ та глікогену (в 2,81 раза та 2,29 раза відповідно) та суттєве (на 75,3 %) зниження активності КФК (табл. 1).

Таблиця 1

Зміни показників енергетичного обміну в міокарді щурів за ТАК, модельованої введенням рубоміцину (М±m)

На тлі ушкодження окислювальних процесів та зниження вмісту в кардіоміоцитах КрФ, що є резервом для відновлення макроенергічних фосфатів в результаті функціонування креатинфосфокіназної реакції [8], в міокарді щурів спостерігалося значне зниження потенціалу фосфорилювання та фонду АТФ, необхідного для здійснення скорочувальної функції актоміозинових комплексів міофібрил (табл. 2)

Таблиця 2

Вміст аденілових нуклеотидів (ммоль/кг тканини) в міокарді щурів за експериментальної ТАК (М±m)

Для оцінки кардіопротекторних ефектів досліджуваного метаболітного ФАС карбіцилу порівняно з β-адреноміметиком добутаміном було проведення дослідження впливу зазначених ФАС на показники обміну нікотинамідних коферментів, вміст аденілових нуклеотидів, глікогену та стан креатинфосфокіназної системи в умовах моделювання токсичної серцевої недостатності рубоміцином. Як видно з результатів, наведених на рис. 1, у щурів, яким на тлі рубоміцину гідрохлориду вводили карбіцил, в кардіоміцитах підвищувався на 24,9 % вміст окиснених форм нікотинамідних коферментів, коефіцієнт окиснені/відновлені піридиннуклеотиди зростав за дії карбіцилу на 36,9 %, загальна сума коферментів також зросла. Активність НАД-гідролази за умов експерименту нормалізувалась.

Рис.1 Вплив кардіотоніків метаболічної дії порівняно з добутаміном на суму НАД++НАДФ+ (А) і загальний вміст окиснених та відновлених піридиннуклеотидів (В) в міокарді щурів за експериментальної ТАК

Вплив карбіцилу та добутаміну на показники обміну аденілових нуклеотидів в міокарді щурів при ТАК, зумовлений рубоміцином, представлений на рис.2

Групи експериментальних тварин
1— контроль; 2 — рубоміцин; 3 — рубоміцин+карбіцил; 4 — рубоміцин+добутамін

Як видно з отриманих даних, система аденілових нуклеотидів теж зазнає менших зрушень в міокарді тварин, які отримували рубоміцин разом з карбіцилом. Було встановлено, що система аденілових нуклеотидів зазнає менших негативних зрушень і в умовах введення щурам, отруєних рубоміцином, метаболітного препарату карбіцилу — вміст АТФ зростав на 21,5%, потенціал фосфорилювання збільшувався на 13,7%, рівень АМФ відповідно зменшувався на 28%, а вміст Рнеорг. наближався до величин у контрольній групі.

Як зазначено вище, важливими біохімічними компонентами кардіоміоцитів, резерви яких за експериментальної ТАК суттєво зменшуються, є глікоген та КрФ, що за дії ізоферментів КФК функціонує як транспортер в реакціях синтезу АТФ. Результати вивчення впливу метаболітного препарату карбіцилу порівняно з β-адреноміметиком добутаміном на вміст глікогену, КрФ та активність КФК в міокарді щурів при ТАК, зумовлений рубоміцином, представлені в табл.3.

Таблиця 3

Вплив карбіцилу на вміст КрФ і глікогену та активність КФК в міокарді щурів за експериментальної ТАК (М±m)

Заключення. В умовах введення карбіцилу спричинене рубоміцином зниження в міокарді концентрації як глікогену, так і КрФ, виявляється значно менше вираженим. Зокрема, рівень глікогену в серцевому м'язі тварин, що отримували карбіцил на тлі ушкодження рубоміцином, перевищував відповідні значення у щурів з введенням рубоміцину без метаболітних препаратів на 102%, наближаючись до контрольних величин. Подібна значна протективна дія карбіцилу виявлена і стосовно концентрації КрФ та активності КФК в міокарді щурів з ушкодженням рубоміцином. Підсумовуючи вище наведене, необхідно відзначити, що у сполуках метаболітної природи, що вивчаються, кардіотонічну активність має карбіцил [9].Він суттєво активує процеси енергоутворення та інтенсивність енергетичного обміну в міокарді інтактних тварин, також значною мірою нормалізує порушення в системі макроергічних фосфатів та нікотинамідних коферментів при рубоміциновій ТАК. Значне покращення показників енергетичного обміну міокарда за впливові карбіцилу, ймовірно, можна віднести за рахунок близькості його хімічної будови до піримідинових основ, які завдяки впливу на синтез нуклеїнових кислот та інших регуляторних молекул мають змогу впливати на пластичні процеси в клітинах і на спряжені з ними процеси енергоутворення.

Висновки
1. У результаті проведених наукових досліджень вивчено біохімічні механізми порушень біоенергетичних процесів у кардіоміоцитах за умов доксорубіцинової ТАК, що проявляються порушеннями окислювальних процесів в мітохондріях, зменшенням вмісту в кардіоміоцитах резервів метаболічної енергії та макроергічних сполук — глікогену, креатин фосфату, АТФ та АДФ, які є біохімічним субстратом порушення в умовах СН енергозабезпечення скорочувального актоміозинового апарату міофібрил.

2. Вперше встановлено,що метаболітний кардіотонік похідне краун-ефірів карбіцил при введенні щурам з рубоміциновою кардіоміопатією значно нормалізує стан окисно-відновних процесів у міокарді, а також ультраструктуру мітохондрій, зменшує вираженість порушень енергетичного обміну в кардіоміоцитах, підвищує вміст окиснених форм коферментів НАД+ та НАДФ+, збільшує рівень АТФ, КрФ, глікогену.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Здоров'я та охорона здоров'я населення України: європейський вимір [Атлас] / за ред. В.Ф. Москаленка, — К.: 2009 — 240 с.

2. Губский Ю.И. Токсическая гибель клетки: свободно-радикальное повреждение ДНК и апоптоз / Ю.И. Губский // Лікування та діагностика. — 2001. — № 4. — С. 8-13.

3. Ватутин Н.Т. Профилактика кардиальных осложнений, вызванных применением противоопухолевых антибиотиков антрациклинового ряда / Н.Т. Ватутин, Н.В. Калинкина, Е.В. Катинг // Укр. хiмiотерап. журнал, 1999. — Т. 2 — №32. — С. 11-17.

4. Нейко Є.М. Внутрішні хвороби / Є.М. Нейко, В.І. Боцюрко, — К.: Здоров`я, 1998. — 528 с.

5. Синкай С. Новые достижения в химии переключаемых краун-эфиров и перспективы их развития / С. Синкай // Журнал Всесоюзн. химич. общества им. Д.И. Менделеева, 1985. — Т. 30. — № 5. — С. 546-555.

6. Телепнева В.И. Ферментативное превращеиие НАД в клеточных фракциях скелетных мышц в норме и при денервации / В.И. Телепнева, И.В. Исаева //Вопр. мед. химии, 1967. — №13. — С. 242-247.

7. Експериментальне вивчення нових кардіотонічних засобів / [Чекман І.С., Мохарт М.А., Горчакова Н.О. та інші.]; за ред. О.В. Стефанова // Доклінічні дослідження лікарських засобів. Метод. рекомендації / Київ, 2001 — С. 223-239

8. Сакс В.А.. Фосфокреатиновый путь внутриклеточного транспорта энергии: современное состояние исследования/ В.А. Сакс // Фосфокреатин: биохимическое и фармакологическое действие и клиническое применение. — Москва, 1989. — С. 11-19.

9. Ніженковська І.В. Біохімічні та мембранні механізми ушкодження міокарда за експериментальної серцевої недостатності та її корекції фізіологічно активними сполуками метаболітної дії: автореферат дис. на здобуття наук. ступ. док. мед. наук: спец. 14.01.32 "Медична біохімія" / І.В. Ніженковська. — Київ, 2009. — 40 с.

 

REFERENCES

1. Zdorov'ya ta okhorona zdorov'ya naselennya Ukrainy: evropejs'kyj vymir [Atlas] / za red. V.F. Moskalenka, — K.: 2009 — 240 s.

2. Gubskij Yu.I. Toksicheskaya gibel' kletki: svobodno-radikal'noe povrezhdenie DNK i apoptoz / Yu.I. Gubskij // Lіkuvannya ta dіagnostika. — 2001. — № 4. — S. 8-13.

3. Vatutin N.T. Profilaktika kardial'nykh oslozhnenij, vyzvannykh primeneniem protivoopukholevykh antibiotikov antraciklinovogo ryada / N.T. Vatutin, N.V. Kalinkina, E.V. Kating // Ukr. khimioterap. zhurnal, 1999. — T. 2 — №32. — S. 11-17.

4. Nejko E.M. Vnutrishni khvoroby / E.M. Nejko, V.I. Bocyurko, — K.: Zdorov`ya, 1998. — 528 s.

5. Sinkaj S. Novye dostizheniya v khimii pereklyuchaemykh kraun-efirov i perspektivy ikh razvitiya / S. Sinkaj // Zhurnal Vsesoyuzn. khimich. obschestva im. D.I. Mendeleeva, 1985. — T. 30. — № 5. — S. 546-555.

6. Telepneva V.I. Fermentativnoe prevrascheiie NAD v kletochnykh frakciyakh skeletnykh myshc v norme i pri denervacii / V.I. Telepneva, I.V. Isaeva //Vopr. med. khimii, 1967. — №13. — S. 242-247.

7. Eksperymental'ne vyvchennya novykh kardiotonichnykh zasobiv / [Chekman I.S., Mokhart M.A., Horchakova N.O. ta inshi.]; za red. O.V. Stefanova // Doklinichni doslidzhennya likars'kykh zasobiv. Metod. rekomendacii / Kyiv, 2001 — S. 223-239

8. Saks V.A.. Fosfokreatinovyj put' vnutrikletochnogo transporta energii: sovremennoe sostoyanie issledovaniya/ V.A. Saks // Fosfokreatin: biokhimicheskoe i farmakologicheskoe dejstvie i klinicheskoe primenenie. — Moskva, 1989. — S. 11-19.

9. Nizhenkovs'ka I.V. Biokhimichni ta membranni mekhanizmy ushkodzhennya miokarda za eksperymental'noi sercevoi nedostatnosti ta ii korekcii fiziolohichno aktyvnymy spolukamy metabolitnoi dii: avtoreferat dys. na zdobuttya nauk. stup. dok. med. nauk: spec. 14.01.32 "Medychna biokhimiya" / I.V. Nizhenkovs'ka. — Kyiv, 2009. — 40 s.

Надійшла до редакції 29.04.2011 р.