УДК 636:619
РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И СОЗДАНИЕ АНТИСТРЕССОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ЖИВОТНОВОДСТВА
В.А. ГАЛОЧКИН, В.П. ГАЛОЧКИНА, К.С. ОСТРЕНКО
Обобщены и систематизированы данные о механизмах проявления биологической активности гамма-аминомасляной кислоты, оксиглицина и солей лития в организме животных в связи с проблемой создания на основе этих соединений новых комплексных препаратов, способных повысить неспецифическую резистентность и стрессоустойчивость.
Ключевые слова: гамма-аминомасляная кислота, оксиглицин, литий, антистрессовые препараты.
Проблемы улучшения здоровья животных, повышения продуктивности, получения высококачественной, экологически чистой животноводческой продукции, увеличения эффективности конверсии питательных веществ корма в продукцию остаются актуальными, и в связи с ростом влияния антропогенных факторов их значение будет возрастать. Очевидно, что при экстенсивном производстве низкопродуктивные животные также испытывают стресс, но к нему они адаптировались на протяжении двух десятков тысячелетий одомашнивания. Многим современным животным из-за гипертрофированного стремления человека получить максимум продуктивности свойственна конституциональная изнеженность, неадекватная реакция даже на незначительные изменения условий кормления и содержания, неблагоприятные воздействия внешней среды, высокая чувствительность к стрессу, пониженная адаптивность.
Внедрение интенсивных технологий, направленных на получение нужной продукции требуемого объема с наименьшими затратами, как правило, сопровождается возникновением дополнительных стресс-факторов. Безусловным следствием стрессов любой этиологии служит избыточное образование свободных радикалов, что крайне неблагоприятно сказывается на обмене веществ животных, их здоровье, продуктивности и качестве производимой продукции.
По современным представлениям, свободные радикалы абсолютно необходимы для проявления всех функций здорового организма, они постоянно образуются в естественных метаболических реакциях и служат природными регуляторами межклеточных и межорганных взаимоотношений, то есть играют непосредственную и ключевую роль в контроле обмена веществ у здорового человека и животного. Однако при всеобщности свободнорадикальных процессов нарушение окислительно-восстановительного баланса и активация перекисного окисления липидов могут рассматриваться как единый унифицированный патогенетический механизм. Теоретически активность свободнорадикальных процессов и перекисного окисления липидов физиологически гомеостазирована тканевым балансом антиоксидантов и прооксидантов. При его смещении в сторону прооксидантов возникает состояние, которое в биохимии называют окислительным стрессом. Он всегда приводит к нарушению функций защитных систем и окислительным повреждениям. В первую очередь страдают кроветворные, затем все остальные органы и ткани, в клетках которых происходит пероксидация бислоя фосфолипидов цитоплазматических мембран, сопровождающаяся снижением их микровязкости и нарушением активного и пассивного транспорта из клетки и во внутриклеточное пространство. Иными словами, проблема заключается не в самих свободных радикалах, а в их количестве (1).
В начальную фазу стресса направленность метаболизма, характер которой определяется взаимодействием нервной, иммунной, эндокринной и монооксигеназной систем, должна обеспечивать нормализацию процессов пероксидации. Важным регуляторным параметром и одновременно наиболее информативным и диагностическим показателем «буферной емкости» антиоксидантной системы как в норме, так и при патологии, а следовательно, стрессоустойчивости и неспецифической резистентности, служит так называемое тиол-дисульфидное соотношение, или соотношение количества сульфгидрильных и дисульфидных групп. Низко- и высокомолекулярные тиоловые соединения благодаря способности быстро, но обратимо окисляться оказываются наиболее чувствительными к неблагоприятным воздействиям самой различной природы при большинстве инфекционных и неинфекционных патологий, в том числе при аллергических состояниях. В тиол-дисульфидной системе важная роль принадлежит глутатиону — трипептиду с чрезвычайно разнообразными и ключевыми биохимическими функциями. Восстановленная форма глутатиона служит главным клеточным «сульфгидрильным буфером», поддерживающим в восстановленном состоянии SH-группы во всех белках (от гемоглобина, сохраняя его в ферроформе, до остальных ферментов, гормонов и цистеина). Не следует забывать, что загрязняющие почву, корма, воду и воздух токсиканты, включая радионуклиды и тяжелые металлы, в той или иной степени инициируют свободнорадикальные реакции. Преодолевая гематоэнцефалический барьер, они провоцируют в мозге так называемый свободнорадикальный взрыв, приводящий к его дегенеративным изменениям. Один из основных адаптивных и протективных агентов нейронных клеток при нейротоксических эффектах этой этиологии — металлотионеин. Это низкомолекулярный внутриклеточный протеин, имеющий высокое сродство к свинцу, ртути, кадмию, мышьяку, другим тяжелым металлам и состоящий на 30 % из цистеина. Тиол-дисульфидное соотношение важно для поддержания баланса между цистеином и цистином, а также фенилаланином, тирозином и триптофаном как значимыми предшественниками важнейших регуляторных нейромедиаторов — дофамина, адреналина, норадреналина и серотонина (2).
Из представленных данных следует, что определенного успеха при решении проблемы стрессоустойчивости, неспецифической резистентности и адаптивности можно добиться корректировкой физиолого-биохимического статуса животных при помощи нормотимиков — биологически активных веществ, способных предотвращать и компенсировать психоэмоциональные расстройства. В настоящее время в стране и мире существует и постоянно разрабатывается большое число различных нейротропных препаратов, предназначенных для смягчения и нейтрализации последствий стрессовых воздействий на организм людей и животных. Такие соединения должны обеспечить нормализацию ответных реакций на неадекватные раздражители, инициирующие метаболические отклонения, выходящие за пределы естественных биологических колебаний динамического гомеостаза. Однако эти вещества, имеющие различную природу, представляют собой продукты химического синтеза (то есть в большей или меньшей степени оказываются чужеродными для организма), обладают негативными побочными эффектами и практически все не могут применяться при производстве экологически чистой продукции.
Мы полагаем, что для этих целей в высшей степени желательно использовать аналоги природных соединений, действующие на уровне клеточных рецепторов по принципу обратимого конкурентного взаимодействия и проявляющие не простой аддитивный эффект, а дополнительные, отсутствующие у исходных компонентов и требуемые человеку свойства. Во Всероссийском НИИ физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных впервые в России и мире синтезированы такие аналоги — препараты органической соли лития с оксиглицином и с γ-аминомасляной кислотой. Проведен детальный анализ обоих соединений (определены спектры поглощения, состав элементов, основные физико-химические константы), созданы инъекционные формы пролонгированного действия, полностью выполнен комплекс требуемых ветеринарно-токсикологических испытаний. После осуществления серии биологических исследований на лабораторных животных начаты эксперименты на сельскохозяйственных — растущих и откармливаемых бычках холмогорской породы для определения доз и схем введения указанных препаратов в рамках создания принципиально нового, более физиологичного метода борьбы с любыми формами стресса. Нашей задачей при разработке этих препаратов и способов их применения было повышение стрессоустойчивости и неспецифической резистентности животных посредством оптимизации метаболических процессов (и, соответственно, нормализации процессов пероксидации) за счет сбалансированного взаимодействия нервной, иммунной, эндокринной и монооксигеназной систем организма.
Исходно авторская гипотеза основывалась на том, что γ-аминомасляная кислота (ГАМК) представляет собой один из основных медиаторов процессов торможения в центральной нервной системе (ЦНС) у всех высших животных. ГАМК в ЦНС обнаружили в середине 1950-х годов и вскоре осуществили ее синтез. В конце 1960-х годов ГАМК была предложена для лекарственного применения за рубежом, затем в нашей стране (соответственно препараты Гаммалон и Аминалон). Напомним, что ГАМК не входит в состав белков, полипептидные цепи которых состоят исключительно из остатков a-аминокислот. Возбудимость, нервозность, чувствительность к стрессу у животных и человека в первую очередь связаны с ГАМК. Помимо прямого медиаторного эффекта, эта аминокислота непосредственно участвует в метаболизме, превращаясь в янтарную кислоту с последующим включением в цикл Кребса. Специфическое влияние ГАМК выражается в интенсификации мозгового кровообращения, она усиливает дыхание и энергетический обмен во всех тканях и органах, улучшает утилизацию глюкозы. Однако молекула ГАМК — типичный цвиттерион и из-за выраженной полярности в обычных условиях почти не проникает через гематоэнцефалический барьер, действуя преимущественно периферически. Следовательно, для использования ГАМК в качестве средства повышения стрессоустойчивости необходимо обеспечить ее проникновение через этот барьер.
В качестве аналога ГАМК, способного преодолевать гематоэнцефалический барьер и оказывать действие преимущественно на ЦНС, внимание ученых-медиков в конце 1969-х годов привлекла γ-оксимасляная кислота, которая в эксперименте и при клиническом применении оказывала гипнотическое, транквилизирующее и антигипоксическое действие. В виде натриевой соли (оксибутират натрия) препарат нашел широкое применение в хирургии, анестезиологии, офтальмологии, неврологии и психиатрии (3). Ценным свойством оксибутирата натрия оказалась способность усиливать действие наркотических и анальгетических веществ, проявлять антигипоксическое и антитоксическое действие, транквилизирующий и снотворный эффекты.
Несколькими годами позже в качестве психотропного средства стали применять литиевую соль γ-оксимасляной кислоты (4). Фармакологическое и клиническое изучение препарата показало, что он характеризуется собственным спектром действия, сочетающим антиманиакальный эффект лития с транквилизирующим влиянием g-оксимасляной кислоты. При этом действие лития усиливается за счет большего накопления в мозговой ткани, что позволяет использовать препарат в меньших дозах. В клинической практике у соединения отмечается отчетливое профилактическое действие при депрессивных состояниях и специфический седативный эффект.
Более 20 лет назад были предприняты первые попытки использовать ингибирование процессов переаминирования ГАМК с применением карбонильных реагентов гидроксиламина и аминоуксусной кислоты в медицинской практике. При этом исходили из способности подобных соединений взаимодействовать с альдегидной группой пиридоксальфосфата, который служит кофактором ГАМК-трансферазы, и тем самым ингибировать указанный фермент, катализирующий основной процесс деградации ГАМК в организме. У оксиглицина эффект ингибирования оказался более специфичен, чем у гидразина, и не ослаблялся даже в присутствии избытка пиридоксальфосфата. После наблюдений оксиглицин был испытан (в ряде случаев с положительным эффектом) в качестве противосудорожного средства у детей (5). На основе этого постулировалась роль оксиглицина в клинической практике в качестве средства подавления активности ГАМК-трансферазы, обеспечивающего повышение содержания ГАМК в тканях головного мозга. Однако появились и первые серьезные контраргументы применения препарата: оксиглицин как хороший карбонилулавливающий агент способен ингибировать не только ГАМК-трансферазу, но и другие пиридоксальзависимые ферментные системы, то есть его действие недостаточно специфично. Что же касается изучения способности оксиглицина облегчать транспорт ГАМК через гематоэнцефалический барьер, то данные соответствующих биохимических исследований, к сожалению, не представлены ни в специальной медицинской, ни в академической литературе.
Наш подход основывался на способности многих минеральных солей лития, обладающих ноотропными (психотропными) свойствами, свободно преодолевать гематоэнцефалический барьер. Мы допустили, что при введении оксиглицина в соединении с литием ГАМК будет медленнее разрушаться и лучше всасываться. Как следствие, ее содержание в мозговых тканях возрастет, что приведет к снижению возбудимости и повышению стрессоустойчивости животных. То есть наша задача заключалась в создании препаратов лития с оксиглицином и с γ-аминомасляной кислотой, оказывающих более высокий положительный эффект, чем исходные компоненты — литий, оксиглицин и ГАМК.
Поскольку в организме жвачных животных постоянно образуется большое количество короткоцепочечных жирных кислот, включая масляную, участвующую в различных взаимопревращениях, в том числе в оксибутират, мы не ограничились испытанием существующей литиевой соли этой кислоты, а создали новый препарат. Все компоненты, использованные для синтеза органических солей (минеральная соль лития, g-амино-масляная кислота и оксиглицин), законодательно разрешены для использования в медицинской практике.
Как известно, общие принципы фармакологической коррекции стрес-са предполагают предупреждение или устранение патологических проявлений при чрезмерных нагрузках на организм и последующую мобилизацию защитно-приспособительных механизмов восстановления гомеостаза. В качестве противострессовых средств наиболее распространены эрготропики, противомикробные средства, нейролептики, транквилизаторы, снотворные препараты, ганглиоблокаторы, холинолитики, медиаторы торможения ЦНС, адреноблокаторы, мембранопротекторы, простагландины, активаторы гликолиза, эндогенные лиганды, ингибиторы липаз и фосфолипаз, адаптогены, витамины, коферменты, органические кислоты.
Влияние ГАМК на ЦНС осуществляется через специфические ГАМК-эргические рецепторы (А-, В- и другие). Известно, что у многих нейротропных веществ подобный эффект реализуется благодаря агонистическим и антагонистическим взаимодействиям с ГАМК-рецепторами. Например, установлена тесная связь между ГАМК-эргическими и бензодиазепиновыми рецепторами (бензодиазепины потенцируют действие ГАМК) (6). Отметим, что ГАМК, вызывая торможение возбуждающего сигнала в синапсах ЦНС, может влиять на поведенческие реакции животных, в том числе на сексуальные рефлексы, что особенно важно в условиях промышленных технологий, когда биотехнологии репродукции, с одной стороны, применяются на фоне производственных стрессоров, с другой — часто сами оказываются фактором стресса.
Передачу сигналов возбуждения или торможения в мозге обеспечивают постсинаптические ионотропные рецепторы — Na+- или Сl--каналы, генерирующие соответствующий постсинаптический потенциал.
В митохондриях нейронов под действием фермента 4-аминобути-рат:2-оксоглутаратаминотрансферазы (ГАМК-транс-фераза, КФ 2.6.1.19) при участии кофермента пиридоксальфосфата и a-кетоглутаровой кислоты ГАМК метаболизируется до глутаминовой кислоты и янтарного полуальдегида, который претерпевает дальнейшие превращения в цикле Кребса. Таким образом, сама ГАМК проявляет тормозящий эффект, ее метаболит глутамат — возбуждающий. Глутаминовая кислота декарбоксилируется глутаматдекарбоксилазой (ГДК, КФ 4.1.1.15) до ГАМК. Следовательно, в этой реакции происходит взаимопревращение медиаторов сигналов торможения и возбуждения ЦНС. В головном мозге наиболее представлены глутаматэргическая нейромедиаторная (возбуждающие аминокислоты) и ГАМК-эргическая (эффекторы торможения) системы (7, 8).
Как уже упоминалось, известен ряд ГАМК-рецепторов, среди которых наиболее значимые А- и В-рецепторы. Через ГАМК-А-рецептор (Сl–-канал) система генерирует постсинаптический потенциал торможения. Канал представляет собой пентаэдрическую структуру, состоящую из пяти субъединиц (сайтов): ГАМК-сайта, способного связываться с ГАМК, ее агонистами и антагонистами, бенздиазепинового, пикротоксинового (связывает также конвульсанты), барбитуратного и нейростероидного сайтов. Все пять сайтов взаимодействуют как аллостерические взаимные регуляторы: Сl--канал открывается при связывании ГАМК с собственным сайтом, которое ослабляется или усиливается остальными, а сам ГАМК-сайт служит регулятором других. Длительность сохранения тормозящего постсинаптического потенциала, вызванного ГАМК, зависит от свойств мембран нервных клеток, скорости метаболизма g-аминомасляной кислоты и ее диффузии из синаптической щели в постсинаптическую. a-Кетоглутаровая кислота и a-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс принимают непосредственное участие в функционировании нервной системы. Было обнаружено существенное снижение активности a-кетоглутаратдегид-рогеназы при таких нейродегенеративных патологиях, как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона (9). Показано также, что у мышей, дефицитных по глутарил-КоА, цикл Кребса и дыхательная цепь остаются без явных изменений, но активность длинноцепочечной ацил-КоА-дегид-рогеназы в печени снижается, а концентрация длинноцепочечных ацилкарнитинов в желчи повышается. Это подтверждается нарушением процессов окисления длинноцепочечных жирных кислот. Общее заключение авторов сводится к признанию важной роли нарушений биоэнергетических процессов в патомеханизме нейродегенеративных изменений при снижении активности глутарил-КоА-дегидрогеназы.
Изучено влияние известных антиконвульсивных веществ — вальпроиновой кислоты и ее метаболитов на обменные процессы в ЦНС (10). Вальпроиновая кислота ингибирует цикл Кребса и повышает содержание g-аминомасляной кислоты в тканях, что положительно коррелирует с антиконвульсивным действием. Пока не существует единого представления о механизме действия вальпроиновой кислоты. Однако a-кетоглутаратдегид-рогеназный комплекс признается критическим звеном в контроле деятельности ЦНС. Высказывалась гипотеза, согласно которой вальпроиновая кислота и ее дериваты способны ингибировать этот комплекс, что, с одной стороны, может объяснять антиконвульсивные свойства вальпроиновой кислоты, с другой — ее токсичность. Таким образом, a-кетоглутаратдегидрогеназа играет не только важную роль в цикле Кребса, но и активно задействована в антистрессовых реакциях.
Трансаминирование ГАМК с α-кетоглутаратом служит основным способом ее метаболической деградации. Синтезируемый в нейрохимической реакции полуальдегид янтарной кислоты с помощью семиальдегиддегидрогеназы (при участии НАД) окисляется в мозговой ткани до янтарной кислоты, которая включается в цикл трикарбоновых кислот. С образованием из ГАМК сукцината в цикле Робертса (получившего название g-аминобутиратного шунта) связано противогипоксическое действие оксибутирата натрия и лития. Превращение g-аминомасляной кислоты по этому метаболическому пути включает три сопряженные реакции. Первую катализирует глутаматдекарбоксилаза, которая представляет собой пиридоксальзависимый фермент. Это реакция, регулирующая скорость образования ГАМК в клетках мозга. В следующих реакциях происходит катаболизм ГАМК: под действием ГАМК-аминотрансферазы (также пиридоксальзависимой) образуется янтарный полуальдегид, который подвергается дегидрированию с превращением в янтарную кислоту (сукцинат далее используется в цитратном цикле). Инактивация ГАМК возможна также посредством окислительного дезаминирования под действием моноаминооксидазы (11).
ГАМК увеличивает проницаемость постсинаптической мембраны для ионов К+, что вызывает торможение нервного импульса, повышает дыхательную активность нервной ткани, улучшает кровоснабжение головного мозга (12).
Для предотвращения стресса у животных нередко используют препарат феназепам, который также повышает аппетит и продуктивность (6). Препарат относится к транквилизирующим средствам бенздиазепинового ряда, то есть действует через ГАМК-А-рецептор. Через ГАМК-рецепторы, но по иному механизму, проявляется и эффект аминазина.
В реализации влияния половых гормонов участвуют как рецепторные (геномные), так и нейромедиаторные (негеномные) альтернативные механизмы, тесно ассоциированные с ГАМК-рецепторным аппаратом (13). У самцов и самок в контроле поведенческих реакций головным мозгом задействованы половые гормоны. У самцов в некоторых структурах головного мозга, в том числе в гипоталамусе, в результате ароматизации тестостерона образуется эстрадиол, определяющий (наряду с другими функциями) поведенческие реакции (14). Действие эстрогенов проявляется у особей мужского и женского пола неодинаково: у первых оно вызывает агрессивность и антисоциальное поведение, у вторых — преимущественно депрессивные состояния.
Связывание стероидов в головном мозге происходит на клеточной мембране (негеномный механизм). Как уже отмечалось, имеется корреляция половой мотивации и агрессивности бычков с проявлением стрессовых состояний. Известен механизм отрицательной обратной связи в регуляции активности гипоталамо-гипофизарно-адреналовой оси (15, 16). Сексуальный статус бычков влияет на адренокортикальную реакцию в ответ на введение экзогенного адренокортикотропного гормона. Определение концентрации половых гормонов в крови бычков и кастратов после введения адренокортикотропного гормона показало, что адренокортикальная функция бычков после наступления половой зрелости зависит от работы семенников. Это служит косвенным подтверждением нейрогуморального механизма половых рефлексов, а также указывает на то, что гормонзависимая половая активность животных по существу представляет собой стрессовое состояние организма со всеми свойственными такому состоянию изменениями. Реакция организма на стресс — это ответная мобилизация метаболических процессов, происходящих с большими затратами энергии, восполнение которой необходимо для предотвращения постстрессовых физиологических и биохимических нарушений.
Имеются чрезвычайно интересные сведения о способности ГАМК стимулировать выделение гормона роста — соматотропного гормона (СТГ). Так, было обнаружено 9-, 16- и 7-кратное увеличение концентрации СТГ в сыворотке крови у здоровых мужчин в возрасте 25-40 лет соответственно через 30, 60 и 120 мин после внутривенного введения 2,5 г ГАМК (16). Механизм этого эффекта до сих пор не изучен, однако, как известно, дофамин стимулирует выделение СТГ гипофизом, а ГАМК тормозит выделение дофамина (17), поэтому можно предположить, что влияние последнего на содержание СТГ осуществляется иным способом. В то же время концентрация пролактина (который, как и СТГ, синтезируется в аденогипофизе) в сыворотке крови возрастает в 5 раз по сравнению с исходным значением приблизительно через 60 мин после введения дофамина. Этот эффект (в отличие от наблюдаемого в варианте с СТГ) полностью опосредуется через торможение выделения дофамина, что отмечается у нейролептиков. Несмотря на то, что пролактин по некоторым характеристикам является антагонистом СТГ, при 16-кратном превышении содержания соматотропин нейтрализует его действие.
Судя по всему, γ-оксимасляная кислота (ГОМК) действует в основном не через собственные, а через ГАМК-Б-рецепторы. Причем, попадая в мозг в гипернормальных количествах, ГОМК сначала метаболизируется в ГАМК. Таким образом, представляется, что главная метаболическая функция ГОМК — поступление из крови через гематоэнцефалический барьер в ЦНС для последующего образования ГАМК (18).
ГОМК полностью метаболизируется в организме до воды и углекислого газа без остаточных токсичных метаболитов. Метаболизм настолько эффективен, что через 4-5 ч после инъекции препарат уже не обнаруживается в крови, а его следы могут быть выявлены только в моче. Действие наступает через 10-20 мин после приема и сохраняется в среднем 1-3 ч. Пик концентрации в плазме регистрируется через 20-60 мин после приема (19).
Положительные результаты применения лития также известны с середины XX века. Традиционно их связывают с нормализующим воздействием элемента на клеточную мембрану и, следовательно, на течение биологических процессов в клетке. Ионы лития выступают в роли посредников при нервной и гормональной регуляции функций органов и систем, участвуют в иммунных, гомеостатических и адаптационных реакциях организма, обладают ноотропными свойствами.
Механизм действия лития заключается в изменении содержания К+ и Na+ в крови и клетке. Ионы лития с помощью Na+—К+-АТФазы попадают внутрь клеточной мембраны, вытесняют из клетки К+ и препятствуют поступлению Na+. Таким образом блокируется проведение нервного импульса и наступает эффект торможения. По этому механизму реализуются нейролептические свойства элемента и происходит адекватная регуляция психической активности через регуляцию нейросинаптической. Литий блокирует проведение нервных импульсов обратимо и временно. В этот период в организме накапливается естественный медиатор торможения (ГАМК) и пополняются энергетические запасы клетки, что впоследствии восстанавливает и нормализует работу рецепторного комплекса.
Экспериментальные и клинические исследования показали, что под влиянием солей лития замедляются процессы катаболизма белковых молекул, нормализуется нарушенный метаболизм триптофана. Отмечена способность ионов лития понижать содержание серотонина в крови и тормозить его накопление в нервной ткани. В присутствии лития затрудняется выход катехоламинов из нервных окончаний и ускоряется разрушение норадреналина в клетках, что может быть использовано при лечении состояний, в основе которых лежит вегетативный дисбаланс с адреналовой гиперреактивностью. Соли лития предотвращают развитие отека легких у экспериментальных животных при введении высоких доз адреналина, при этом блокируются также b-адренорецепторы.
В настоящее время фармакологический потенциал препаратов лития интенсивно изучается, но полностью еще не раскрыт. Тем не менее, их с успехом используют при различных психических расстройствах, в том числе у детей, причем число показаний к назначению постоянно увеличивается (20-23).
Психотропное действие соединений лития обусловлено наличием его иона (24), но нет единой точки зрения на то, как и через какие биохимические процессы оно реализуется. В настоящее время существуют две наиболее обоснованные гипотезы о механизме действия лития. Электролитная гипотеза опирается на значительное число исследований, установивших изменение содержания калия и натрия в крови, моче и головном мозге при введении человеку или лабораторным животным солей лития. Однако у крыс также описано повышение содержания калия в коре головного мозга и снижение — в мозжечке при однократном и курсовом применении хлорида лития (25). Другие исследователи не установили повышения содержания ионов калия и изменения распределения лития в ЦНС после 3-5-недельного скармливания карбоната лития. В гипоталамусе и белом веществе коры головного мозга снижение количества ионов натрия составляло до 25 % (26). На степень изменения количества электролитов влияли доза, способ введения, анионный компонент соли, продолжительность курса, вид животного. Поскольку нет прямой корреляции между накоплением лития в органах и характером изменения содержания натрия и калия (27), считается, что действие лития осуществляется через изменение их баланса. Нейромедиаторная гипотеза основывается на данных об изменении содержания норадреналина, дофамина и серотонина в головном мозге при введении животным лития. Такие проявления, по мнению разных авторов, могут быть связаны с изменением синтеза этих соединений (28), чувствительности рецепторов к биогенным аминам с обратным нейрональным захватом или активности ряда важных ферментов в нервной системе (29). Влияние лития на обмен биогенных аминов у здоровых и больных людей неодинаково и зависит от циркадной фазы назначения препарата (30). Этим отчасти объясняются противоречивые заключения о влиянии лития на содержание некоторых биогенных аминов в моче, крови и мозге.
Учитывая роль эпифиза в циркадной организации, изучали мелатонинэргические механизмы ритмомодулирующего действия оксибутирата лития (19). Независимо от фоторежима, но противофазно (утро—вечер) мелатонин способствует накоплению или выведению Li+ из мозга, облегчая при этом перестройку одних ритмов в свободные, других — в суточные. Оксибутират лития и мелатонин по влиянию на ритмическую организацию содержания катионов Na+, K+, Ca2+ и Li+ в крови, мозге и моче, перераспределение их между средами и корреляционные взаимоотношения между ритмами являются синерго-антагонистами. Характер и направленность их взаимоотношений определяются сезоном года, режимом освещения, циркадной фазой назначения, видом катиона и биологической среды.
Литий оказывает влияние на различные процессы липидного обмена: тормозит синтез непредельных жирных кислот, образование простагландинов, снижает скорость пероксидации липидов клеточных мембран, способствует росту концентрации холестерола в крови. В то же время под влиянием солей лития происходит переключение энергетического обмена в тканях с глюкозы на липиды, улучшается утилизация промежуточных продуктов обмена триглицеридов. Применение лития ведет к гиперплазии кортикальных структур надпочечников, уменьшению количества липидов в их секреторных центрах, отчетливой стимуляции функции клеток пучковой зоны. Это способствует синтезу глюкокортикоидных гормонов, с помощью которых оптимизируются адаптационные реакции (31, 32). С участием солей лития клетки полнее используют пулы макроэргических соединений вследствие ускорения аэробного гликолиза при повышенном содержании сахара в крови. Проявляется также антигипоксическое действие лития на мышечные волокна (содержание лактата в мышечных тканях и крови при этом нарастает медленнее, соответственно утомление наступает позже, а восстановительный период уменьшается). Наиболее наглядно проявляется действие лития на сократительную способность миокарда (33): улучшаются показатели энергообмена, в миокардиальных волокнах удерживаются ионы калия. Вероятно, с этим связана способность лития восстанавливать нарушенный сердечный ритм, причем его антиаритмическое действие превосходит таковое у нашедших широкое применение в медицинской практике специализированных препаратов — хинидина, новокаинамида, лидокаина и изоптина. В сочетании с витамином Е ионы лития купируют аритмию при передозировке сердечных гликозидов. Считают, что положительный эффект лития реализуется за счет стабилизации клеточных мембран.
Литий повышает артериальное давление, усиливает почечный кровоток и клубочковую фильтрацию у экспериментальных животных при шоке разной этиологии. При пароксизмальной тахикардии литий снижает частоту сердечных сокращений и дыхания, обеспечивает увеличение насыщения крови кислородом, улучшение реологических свойств крови и микроциркуляции. Вследствие ингибирующего действия ионов лития на агрегацию тромбоцитов и тромбообразование препараты лития используются при тромбогеморрагических процессах и синдроме диссеминированного внутрисосудистого свертывания (лечебный эффект усиливается ангиопротекторными свойствами этих препаратов) (34, 35).
Стимуляцию иммунных клеток связывают со способностью солей лития улучшать энзимную обеспеченность клеточного метаболизма, а также подавлять избыточную активность аденилатциклазы и в дальнейшем нормализовать соотношение между циклическими нуклеотидами (цАМФ/цГМФ), в литературе обсуждаются и другие механизмы благоприятного влияния препаратов лития при иммунной недостаточности. Учитывается также их противоаллергическое действие. Так, в сочетании с пиридоксальфосфатом и витамином Е литий предупреждает развитие тяжелых нейроаллергических поражений у экспериментальных животных при введении аллергенов ткани мозга (35-37).
Итак, окислительный метаболический стресс сопровождается усилением состояния возбуждения в центральной нервной системе, нейродегенеративной неупорядоченностью функций организма — нарушениями метаболических и физиологических процессов, иммунными отклонениями. Для повышения стрессоустойчивости, продуктивности и неспецифической резистентности животных необходим целенаправленный контроль интенсивности и характера метаболизма посредством поддержания сбалансированности функций нервной, иммунной, антиоксидантной и монооксигеназной систем организма (38). Соединения органической соли лития с оксиглицином и с γ-аминомасляной кислотой, синтезированные нами, комплексно воздействуют на нейрогуморальный статус и нормализуют его, а ожидаемый эффект от применения этих препаратов прежде всего будет следствием снижения интенсивности свободнорадикальных процессов, включая липопероксидацию.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. М а й с т р о в В.И., Г а л о ч к и н а В.П., Ш е в е л е в Н.С. Антиоксидантно-антирадикальная и тиол-дисульфидная система племенных бычков под влиянием комплекса биологически активных веществ. С.-х. биол., 2006, 2: 64-68.
2. Г а л о ч к и н В.А., Г а л о ч к и н а В.П., М а к с и м е н к о С.В. Обмен веществ, неспецифическая резистентность и продуктивность молодняка крупного рогатого скота при скармливании арабиногалактанов. С.-х. биол., 2008, 4: 79-85.
3. Оксибутират натрия. Нейрофармакологическое и клиническое исследование /Под ред. В.В. Закусова. М., 1968.
4. Л ю б и м о в Б.И., Т о л м а ч е в а Н.С., О с т р о в с к а я Р.У. и др. Экспериментальное изучение нейротропной активности лития оксибутирата. Фармакол. и токсикол., 1980, 43: 395-401.
5. Р а е в с к и й К.С., Г е о р г и е в В.П. Медиаторные аминокислоты. М., 1986.
6. А в е р и н В.С. Влияние стрессингибирующих веществ на функциональное состояние эндокринной системы молодняка крупного рогатого скота. Автореф. канд. дис. Боровск, 1983.
7. С ы т и н с к и й И.А. Гамма-аминомасляная кислота — медиатор торможения. Л., 1977.
8. Б а з я н Ф.С., Г р и г о р ь я н Г.Ф. Молекулярно-химические основы эмоциональных состояний и подкреплений. Усп. физиол. наук, 2006, 37(1): 68-83.
9. S a u e r S.W., O k u n J.G., S c h w a b M.A. е.а. Bioenergetics in glutaryl-coenzyme A dehydrogenase deficiency: a role for glutaryl-coenzyme A. J. Biol. Chem., 2005, 280(23): 21830-21836.
10. L u d e r A.S., P a r k s J.K., F r e r m a n F. Inactivation of beef brain alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex by valproic acid and valproic acid metabolites. Possible mechanism of anticonvulsant and toxic actions. J. Clin. Invest., 1990, 5: 1574-1581.
11. S o l t e s z D.K., S m e t t e r s M.I. Tonic inhibition originates from synapses close to the soma. Neuron, 1995, 14(6): 1273-1283.
12. S h i e l d s C.R., T r a n M.N., W o n g R.O. e.a. Distinct ionotropic GABA receptors mediate presynaptic and postsynaptic inhibition in retinal bipolar cells. J. Neurosci., 2000, 20(7): 2673-2682.
13. Б а б и ч е в В.Н. Нейроэндокринный эффект половых гормонов. Усп. физиол. наук, 2005, 36(1): 54-67.
14. C l a n s e n O., P u r v i e s K., H a n s s o n V. Endocrine correlates of meiosis in the male rat. Arch. Androl., 1979, 2(1): 59-64.
15. T h u n R., E g g e n b e r g e r E. Relationship between cortisol and testosterone during resting conditions, after acute stress and hormone stimulation in steers. Schweiz. Arch. Tierhei. 1996, 138(5): 225-233.
16. V e r k e r k G.A., M a c m i l l a n K.L. Adrenocortical responses to an adrenocorticotropic hormone in bulls and steers. J. Anim. Sci., 1997, 75(9): 2520-2525.
17. C o s s a r t R., T y z i o R., D i n o c o u r t C. Presynaptic kainite receptors that enhance the release of GABA on CA1 hippocampal interneurons. Neuron, 2001, 2: 497-508.
18. B a i D., Z h u G., P e n n e f a t h e r P. Distinct functional and pharmacological properties of tonic and quantal inhibitory postsynaptic currents mediated by gamma-aminobutyric acid (A) receptors in hippocampal neurons. Mol. Pharmacol., 2001, 4: 814-824.
19. З а м о щ и н а Т.А., Ш р е й м Х.М., И в а н о в а Е.В. Влияние лития оксибутирата на ритмическую организацию суточной динамики содержания катионов Na+, K+, Ca+ и Li+ в крови, мозге и моче крыс в период летнего солнцестояния. Бюл. Сиб. мед.: науч.-практ. журн., 2005, 4(4): 35-42.
20. B r i c k l e y S., R e v i l l a G.V., C u l l-C a n d y S.G. Adaptive regulation of neuronal excitability by a voltage-independent potassium conductance. Nature, 2001, 409(6816): 88-92.
21. B i r n i r B., E v e r i t t A.B., L i m M.S. e.a. Spontaneously opening GABA(A) channels in CA1 pyramidal neurones of rat hippocampus. J. Membrane Biol., 2000, 174(1): 21-29.
22. B i r n i r B., E g h b a l i M., E v e r i t t A.B. e.a. Bicuculline, pentobarbital and diazepam modulate spontaneous GABA(A) channels in rat hippocampal neurons. Br. J. Pharmacol., 2000, 131(4): 695-704.
23. Новые данные по фармакологии и клиническому применению солей лития /Под ред. Б.И. Любимова. М., 1984.
24. М е н з и к о в С.А., М е н з и к о в а О.В. Молекулярная масса и субъединичный состав чувствительной к ГАМКА-эргическим лигандам Cl–, НСО3–-стимулируемой Mg2+-ATPазы плазматических мембран мозга крыс. Журн. эвол. биохим. и физиол., 2007, 43(3): 246-253.
25. E d e l f a r S. Distribution of sodium potassium and lithium in the brain if lithium treated rats. Acta Pharmacol. Toxicol., 1973, 37(5): 387-392.
26. С а м о й л о в Н.Н., Л ю б и м о в Б.И., Ш о л о х о в В.И. и др. Влияние психотропных средств на фармакокинетику лития. Бюл. экспер. биол. и мед., 1980, 89(6): 696-698.
27. S c h o u M. Lithium studies. 3. Distribution between serum and tissies. Acta Pharmacol. Toxicol., 1998, 45(2): 115-124.
28. C h a o u l o f f F., S u e H., G u n n J. Young serotonin does not mediate the adrenal catecholamine-releasing effect of acute lithium administration in rats. Psychoneuroendocrinology, 1992, 17(2-3): 135-144
29. З а м о щ и н а Т.А. Серотонинэргический механизм зависимости некоторых нейтронных свойств лития оксибутирата от циркадианной дозы назначения препарата. Бюл. эксп. биол. и мед., 1998, 125(4): 413-416.
30. H u b n e r C.A., S t e i n V., H e r m a n s-B o r g m e y e r I. Disruption of KCC2 reveals an essential role of K-Cl cotransport already in early synaptic inhibition. Neuron, 2001, 30(2): 515-524.
31. W a l l M.J., U s o w i c z M.M. Development of action potential dependent and independent of spontaneous GABA A receptor-mediated currents in granule cells of postnatal rat cerebellum. Eur. J. Neurosci., 1997, 9(3): 533-548.
32. P a n Z.H. Voltage-activated Ca2+ channels and ionotropic GABA receptors localized at axon terminals of mammalian retinal bipolar cells. Vis. Neurosci., 2001, 18(2): 279-288.
33. H o t t a I., Y a m a w a k i S., S e g a w a T. Long-term lithium treatment causes serotonin receptor down-regulation via serotonergic presynapses in rat brain. Neuropsychobiology, 1986, 16: 19-26.
34. L i u Q.Y., V a u t r i n J., T a n g K.M. e.a. Exogenous GABA persistently opens Cl– channels in cultured embryonic rat thalamic neurons. J. Membrane Biol., 1995, 145(3): 279-284.
35. S a l i n А.В., P r i n c e D.A. Spontaneous GABA A receptor mediated inhibitory currents in adult rat somatosensory cortex. J. Neurophysiol., 1996, 75(4): 1573-1588.
36. С е р е д е н и н С.Б. Фармакогенетические проблемы анксиоселективности. Мат. 3-й Междунар. конф. «Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам». Суздаль, 2001: 133.
37. V e r s t r e e t L.S., W e s t b r o o k G.L. Paradoxical reduction of synaptic inhibition by vigabatrin. J. Neurophysiol., 2001, 86(2): 596-603.
38. Г а л о ч к и н В.А. Новые горизонты повышения неспецифической резистентности и продуктивности животных. Боровск, 2001.
DEVELOPMENT OF THEORETICAL BASES AND CREATION OF ANTISTRESSFUL PREPARATIONS OF NEW GENERATION FOR LIVE-STOCK FARMING
V.A. Galochkin, V.P. Galochkina, K.S. Ostrenko
Mechanisms of biological activity of g-aminobutyric acid, oxyglycine and salts of lithium are systematized. All considered mechanisms are discussed in connection with creation of new complex preparations for increasing nonspecific and stress resistancy in animals.
Key words: g-oxybutyric acid, oxyglycine, lithium, antistressful preparations.
ГНУ Всероссийский НИИ физиологии, |
Поступила в редакцию
17 ноября 2008 года |
Оформление электронного оттиска
