АКАДЕМІЯ МЕДИЧНИХ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФАРМАКОЛОГІЇ ТА ТОКСИКОЛОГІЇ

СКОЧКО-ВОЛКОВА ТЕТЯНА АНАТОЛІЇВНА

УДК: 615.35:612.821.2/.33]-02:616-001.8+612.776.1

ФАРМАКОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ НЕЙРОПРОТЕКТОРНОЇ ДІЇ МЕЛАТОНІНУ, ПІРАЦЕТАМУ ТА КАВІНТОНУ ПРИ ГІПОКСІЇ І ФІЗИЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ

(Експериментальне дослідження)

14.03.05 – фармакологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Дніпропетровській державній медичній академії МОЗ України.

Науковий керівник:-доктор медичних наук, професор Зленко Олена

Тимофіївна, кафедра фармакології та клінічної

фармакології Дніпропетровської державної медичної

академії МОЗ України

Офіційні опоненти: -доктор медичних наук Громов Леонід Олександрович,

Завідувач відділом нейрофармакології, Інститут

фармакології та токсикології АМН Украіни;

-доктор медичних наук, професор Кульчицький Олег

Костянтинович, завідувач лабораторією регуляції

метаболізму НДІ геронтології АМН України;

Провідна установа: Харківський державний медичний університет, МОЗ України, кафедра фармакології, м. Харків.

Захист дисертації відбудеться 20.02.2002 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.550.01 в Інституті фармакології та токсикології АМН Украіни (03057, м.Київ, вул.Е.Потьє,14)

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фармакології та токсикології АМН Украіни (03057, м.Київ, вул.Е.Потьє,14)

Автореферат розісланий 17.01.2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.550.01.

кандидат біологічних наук І.В.Данова

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Проблема медикаментозної корекції гіпоксії залишається однією з найважливіших в медицині (М.Д.Лук'янова, 1997; В.В.Гацура, Л.Н.Серпов, 1998; В.Д.Лук'янчук, 1999).

Актуальність цього напрямку пов'язана з широким розповсюдженням порушень кисневого режиму як під час різноманітних захворювань, так і в умовах діяльності осіб деяких професій (шахтарів, космонавтів, водолазів, рятівників та ін.).

Значне місце в цій проблемі займає питання превентивного захисту живої системи від можливого дефіциту кисню, що може здійснюватись за допомогою ефективних лікарських засобів.

Гіпоксичний стан тісно пов'язаний з явищами фізичного навантаження, при якому спостерігається порушення кисневого балансу (Ю.Г.Бобков із співавт., 1984; Р.Д.Сейфулла, 1998).

Комбінація цих двох негативних факторів значно впливає на центральну нервову систему. При цьому розвиваються неспецифічні метаболічні зміни, відомі як “оксидативний стрес”. Вони проявляються в активації перекисного окислення ліпідів (ПОЛ), накопиченні вільних радикалів, порушенні структури мембран (В.Є.Новиков із співавт., 1995; В.А.Барабой, Д.А.Сутковой, 1997). Процеси активації вільнорадикального окислення (ВРО), що відмічались в різних тканинах організму при негативних умовах, патологічних станах, успішно корегуються за допомогою антиоксидантів (Р.Д.Сейфулла, Н.Г.Борисова, 1990; Ю.І.Гунський із співавт., 1998; О.С.Софронова, С.К.Гордій, 1999). Однак тільки поодинокі роботи торкаються цього аспекту в різних структурах головного мозку. Тому набуває особливого значення вивчення метаболічної структурно-функціональної нейродинаміки при екстремальних ситуаціях та розробка методів запобігання негативних явищ внаслідок посилення вільнорадикального окислення. При цьому особливий інтерес представляє гормон епіфізу – мелатонін, який впливає на два процеси ВРО: з однієї сторони, є своєрідною “пасткою” агресивних радикалів, а з іншої - посилює активність природних факторів антиоксидантного захисту (В.Н.Анісимов, 1997). Встановлено позитивний ефект мелатоніну при гіпоксії, який проявляється в підвищенні стійкості тварин до дефіциту кисню та нормалізації процесів метаболізму (І.І.Заморський, 1999). Однак питання про вплив цього препарату на метаболічні процеси в різних структурах мозку, у зв'язку із зміною когнітивної діяльності, не було висвітлене як при стресовому впливі, який викликається недостатньою кількістю кисню, так і при фізичній втомі. Повністю відсутні дослідження такого плану в умовах комбінованого впливу обох станів, хоча ускладнення ситуації може супроводжуватися більш глибокими порушеннями (В.Д.Лук'янчук, Л.В.Савченкова, 1997).

Значення оксидативного компоненту в реалізації екстремальних ситуацій дозволяє припустити, що і інші нейротропні засоби з антигіпоксичною активністю мають позитивний ефект, впливаючи на окислювальні метаболічні процеси в ЦНС. Зокрема це стосується таких широко розповсюджених ноотропів, як пірацетам (ноотропіл) та кавінтон (вінпоцетин).

Однак, спеціальні дослідження, присвячені аналізу вкладу цих препаратів в метаболічну картину структурно-функціональних взаємовідносин в мозку при різних екстремальних ситуаціях, в літературі відсутні. У зв'язку з цим виникає необхідність експериментального аналізу впливу таких медикаментозних засобів як мелатонін, пірацетам, кавінтон на динаміку окислювально-антиоксидантних процесів в різних утвореннях головного мозку з метою раціонального використання їх при екстремальних станах різного характеру у якості нейропротекторів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана як фрагмент планової науково-дослідницької роботи кафедри фармакології та клінічної фармакології Дніпропетровської державної медичної академії - “Особливості дії нейро- та психотропних лікарських засобів в умовах екстремальних ситуацій” (№ Державної реєстрації 0199U001559, 1999р).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи був експериментальний аналіз нейротропної дії фармакологічних засобів (мелатоніну, пірацетаму і кавінтону) в умовах гіпобаричної гіпоксії, фізичного навантаження та їх комбінованої дії для з'ясування їх протекторного ефекту.

Згідно з метою роботи вирішувалися такі задачі:

1. Вивчити вплив гіпобаричної гіпоксії, фізичного навантаження та їх комбінованого впливу на мнестичні процеси, поведінкові реакції та показники процесів вільнорадикального окислення в різних відділах мозку: кора, гіпокамп, стовбур;

2. Дослідити вплив мелатоніну на інтегративну функцію ЦНС, концентрацію продуктів перекисного окислення ліпідів (малонового діальдегіду, дієнових кон'югатів) та активність антиоксидантних ферментів (глутатіонпероксидази, супероксиддисмутази) в корі, гіпокампі та стовбурі головного мозку при гіпоксії, фізичному навантаженні та їх комбінованій дії;

3. Вивчити дію пірацетаму на мнестичні процеси ЦНС, концентрацію продуктів перекисного окислення ліпідів та активність антиоксидантних ферментів в різних відділах мозку при гіпоксії, фізичному навантаженні та поєднанні цих екстремальних факторів;

4. Виявити вплив кавінтону на пам'ять та поведінку, а також показники перекисного окислення ліпідів та активність антиоксидантного захисту в неокортексі, гіпокампі та стовбурі мозку при гіпоксії, фізичному навантаженні та їх комбінації.

Об'єкт дослідження – процеси перекисного окислення ліпідів в різних відділах головного мозку та стан мнестичних функцій і поведінкових реакцій при екстремальних ситуаціях.

Предмет дослідження – фармакологічний аналіз нейропротекторної дії мелатоніну, пірацетаму, кавінтону при гіпоксії і фізичному навантаженні та їх комбінованій дії.

Методи дослідження – біохімічні, фізіологічні, фармакологічні та статистичні методи.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше отримані експериментальні дані, що свідчать про протекторну дію мелатоніну, пірацетаму і кавінтону в екстремальних умовах, викликаних дефіцитом кисню, фізичним навантаженням та комбінацією цих негативних факторів. Встановлено, що дія надзвичайних факторів супроводжується активацією ПОЛ в різних відділах мозку: корі, гіпокампі, стовбурі, але найбільш виражені зрушення спостерігаються у неокортексі. Визначений зв'язок між порушеннями окислювального метаболізму в ділянках головного мозку та змінами поведінкових реакцій та мнестичних процесів.

Вперше визначено, що мелатонін в умовах гіпобаричної гіпоксії, фізичного навантаження та їх комбінації сприяє нормалізації процесів ПОЛ в різних відділах мозку. Встановлено зниження під впливом пірацетаму інтенсивності ПОЛ в корі, гіпокампі, стовбурі мозку при різних надзвичайних ситуаціях: гіпоксії, фізичному навантаженні та їх комбінованій дії. Виявлено новий факт позитивного впливу кавінтону на процеси пероксидації та інтегративну діяльність ЦНС при гіпоксії, фізичному навантаженні та поєднанні цих факторів. Показано, що мелатонін є найбільш ефективним протектором оксидантного стресу, викликаного екстремальними факторами. Дія мелатоніну переважає ефективність таких активних нейротропних засобів, як пірацетам і кавінтон.

Практичне значення отриманих результатів. Експериментальні дані дисертації можуть бути використані для теоретичного обґрунтування застосування мелатоніну та інших ноотропних засобів, які мають антиоксидантну дію, для профілактики порушень функції ЦНС в екстремальних ситуаціях: при гіпоксії, фізичному навантаженні та їх поєднанні. Встановлені в роботі закономірності є теоретичною передумовою для раціонального вибору ефективних фармакопрепаратів при конкретній екстремальній ситуації. Матеріали проведених досліджень використовуються в педагогічному процесі кафедр фармакології та кліничної фармакології Дніпропетровської державної медичної академії, Запорізького, Донецького, та Харківського медичних університетів, Української медичної стоматологічної академії.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно здійснений інформаційний пошук, аналіз наукової літератури з обраної теми, поставлені задачі дослідження, засвоєні методичні прийоми та виконані експерименти на тваринах, проведена статистична обробка отриманих даних, аналіз результатів, сформульовані висновки роботи, опубліковані основні положення дисертації.

Апробація результатів дисертації. Положення дисертації були апробовані на 2-й Всесоюзній конференції, присвяченій корекції гіпоксичних станів (Гродно, 1991), XV з'їзді українського фізіологічного товариства (Донецьк, 1998), ІІ Українській національній конференції “Актуальні проблеми клінічної фармакології” (Вінниця, 1998), VIII симпозіумі нейропсихофармакологів Європи (Відень, 1998), ІІІ інтернаціональному конгресі патофізіологів (Ланті, Фінляндія, 1998), IV Російському національному конгресі “Человек и лекарство” (Москва, 1999), IV міжнародному симпозіумі геронтологів (Харків, 2000), ІІ Національному з'їзді фармакологів України (Дніпропетровськ, 2001).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 робіт, з них 3 статті у наукових фахових журналах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 158 сторінках машинописного тексту та складається з вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів дослідження, 3 розділів власних досліджень, обговорення отриманих результатів, висновків та списку використаних літературних джерел. Робота ілюстрована 30 таблицями, 15 рисунками. Бібліографія містить 262 джерела з них 108 іноземних.

Основний зміст роботи

Матеріали і методи дослідження. Досліди виконані на 885 білих нелінійних щурах обох статей масою 160 – 220 г, а також на 80 мишах масою 18 – 25 г. В формі експериментальних моделей використовували гіпоксію, фізичне навантаження та їх поєднання. Гіпоксичний стан відтворювали шляхом зниження тиску (“підйом” до висоти 9000 м над рівнем моря) в барокамері з проточною вентиляцією. Фізичне навантаження створювали завдяки примусовому плаванню в резервуарі об'ємом 10 л. Експозиція кожного стресового чинника складала 30 хвилин. Сполучення обох факторів відтворювали шляхом примусового плавання протягом 30 хвилин з наступною півгодинною гіпоксією. Витривалість до гіпоксії визначалась по часу життя білих мишей у замкненому просторі (об'єм 125 мл). Інтенсивність фізичної працездатності вивчалася за тривалістю утримання мишей на горизонтальному стрижні (статична праця).

Поведінкові реакції вивчалися з використанням методу “відкрите поле” (А.Г.Вартанян, 1989). До уваги брали показники горизонтальної і вертикальної рухливості, дослідницьку активність (кількість обстежених норок), емоційну напругу. Мнестичні процеси вивчали по відтворенню енграм пам'яті при виробленні умовної реакції пасивного уникнення (Ю.С.Бородкін, Ю.В.Зайцев, 1988).

Нейрохімічні дослідження проводили на головному мозку тварин, яких декапітували без застосування травматичних засобів фіксації. Утворення мозку виділялися в холодовій камері при температурі - 2єС.

Продукти перекисного окислення ліпідів: дієнові кон'югати (ДК), малоновий діальдегід (МДА) досліджувалися відповідно до загальноприйнятих методів (І.Д.Стальна, М.С.Гаришвілі, 1977). Активність фермента антиоксидантного захисту – супероксиддисмутази (СОД) вивчалася за методикою N.Nishikimi et all. (1972), глутатіонпероксидази (ГПО) – за методикою R.Olinesku, S.Nila (1973).

Досліджувалися такі препарати: пірацетам (ОАО “Дарниця”) в дозі 500 мг/кг, кавінтон (Gedeon Richter) 10 мг/кг, мелатонін (Helsinn - Швейцарія) 1 мг/кг. Дози препаратів відповідали прийнятим в експериментальних роботах на тваринах. Всі речовини вводили внутрішньоочеревинно протягом трьох днів: за 2 дні до досліду та в день досліду за 30 хв. до його початку. Отримані дані піддавались статистичній обробці згідно з методом варіаційної статистики із використанням критерію t Ст'юдента.

Результати дослідження та їх обговорення

Отримані дані показали, що гіпоксія підсилює реакції пероксидації у всіх відділах мозку, що вивчалися (рис.). Однак, найбільш чіткі метаболічні зрушення спостерігалися в корі великих півкуль, а саме накопичення як первинних, так і вторинних продуктів ПОЛ до 22,6% і 29% (Р<0,05), відповідно. При цьому в корі мозку був різко пригнічений рівень активності СОД (зниження на 31.9% - Р<0,05), і ГПО (послаблення активності на 37,2% - Р<0,05). В гіпокампі і в тканинах стовбуру мозку кращим був стан окислювального метаболізму. При гіпоксії був відсутнім приріст одного із важливих вторинних продуктів ПОЛ – МДА.

Структурно-функціональні метаболічні зрушення в головному мозку супроводжувалися змінами інтегративної функції ЦНС, зниженням основних показників поведінкових реакцій на 85 – 98%, пригніченням мнестичних процесів (на 60%).

Беручи до уваги те, що гіпоксія спостерігається під час фізичної перевтоми, можна було очікувати подібну тенденцію в зміні функцій мозку при фізичному перевантаженні.

В наших дослідженнях, дійсно, була встановлена принципова схожість динаміки нейрохімічних процесів при гіпоксії та фізичному навантаженні. Найбільш погоджені показники активації ПОЛ відмічалися в корі великих півкуль. Спостерігалось підвищення концентрації дієнових кон'югатів на 26,9% (Р<0,05). Збільшення рівня МДА становило 30,5% (Р<0,05). Ступень антиоксидантного захисту у неокортексі порушувався в меншій мірі, ніж при гіпоксії. Фізична перевтома супроводжувалась зниженням активності СОД на 17,1%. Те ж саме можна прослідкувати і у відношенні до глутатіонпероксидази. Активність цього ферменту зменшувалась на 22,2%. В гіпокампі спостерігалося значне (на 35,2%) накопичення ДК. Однак утворення кінцевих продуктів (МДА) не перевищувало контрольної величини (7,8% - Р>0,05). Теж саме можна сказати про активність ГПО в структурах стовбуру – зниження на 4,1% (Р>0,05). Активність СОД знижувалась на 30,0% (Р<0,05).

Аналіз функціонального стану ЦНС свідчить про зв'язок нейрохімічних зсувів зі змінами інтегративної функції мозку. Так, горизонтальна активність знижувалась, при фізичній напрузі - на 33,7%, вертикальна активність на 73,9% (Р<0,05), дослідницька реакція – на 82,9%. Тривалість грумінгу, який є показником емоційної активності, зменшувалась на 34,6%.

Різноманіття умов життя, організація складних виробничих процесів як правило потребує включення декількох факторів, які можуть бути надмірними для живої системи. Послідовний нейрохімічний аналіз в різних відділах мозку результатів складної ситуації – комбінації екстремальних факторів (фізичного навантаження та гіпоксії) в літературі не знайшов відображення. Проведені нами експерименти показали. що комплексний вплив двох несприятливих факторів супроводжується генералізованими порушеннями окислювальних процесів мозку. Стимуляція ПОЛ спостерігається як в корі, так і в гіпокампі, і стовбурі мозку, при чому змінюються майже всі показники супероксидних процесів. По інтенсивності процесів перекисного окислення значне місце займає гіпокамп: накопичення продуктів ПОЛ мало відрізняється від кори. Так, збільшення вмісту МДА у корі становило 37,9%, у гіпокампі – 31,1%. Накопичення ДК у неокортексі перевищує рівень контролю на 32,4%, у гіпокампі – на 29,3%. Але значно сильніше уражена функція антиоксидантної системи. У кіркових утвореннях активність ГПО знижувалась на 16,3% (Р<0,05), а СОД – на 26,6%. Порушення стану цих ферментів у гіпокампі значно сильніше. Активність ГПО знижується на 22% (Р<0,05), СОД – на 33,8%, тобто значно інтенсивніше, ніж у корі. В тканині стовбура мозку процеси ВРО були менш виражені, ніж в корі та гіпокампі.

Зіставлення динаміки процесів пероксидації з показниками поведінкової реакції свідчить про те, що надмірний вплив двох екстремальних факторів викликає різкі зміни всіх показників поведінки в тесті “відкрите поле”. Так, горизонтальна активність знижувалась на 98,5%, вертикальна – зникала повністю, кількість обстежених норок зменшувалась на 95,4%, тривалість грумінгу – на 96,9% (Р<0,05). Нарощування негативних зсувів з боку функцій ЦНС проявляється і у відношенні мнестичної діяльності. Пам'ять у тварин, які перенесли як гіпоксію, так і фізичне навантаження, значно пригнічувалася. Кількість амнезованих тварин при комбінованому впливі дорівнювала 70%, тоді як при гіпоксії – 60%, а при фізичному навантаженні – 40% (Р<0,05).

Рис. Вплив пірацетаму, кавінтону і мелатоніну на процеси ПОЛ в різних відділах мозку при гіпоксії

В покращенні функціонального стану головного мозку в умовах надмірної активації ВРО, особливо ефективним виявився класичний антиоксидант – мелатонін. Застосування мелатоніну супроводжується чітким протекторним впливом при гіпоксії. Мелатонін збільшував опірність до дефіциту кисню, подовжуючи тривалість життя мишей у замкненому просторі з 13,9±0,39 (контроль) до 20,8±1,64 (Р<0,05) хвилин, тобто на 49,6%. Превентивне введення мелатоніну збільшувало здатність до виконання статичної роботи на 98,9%. Порівняльний аналіз антиоксидантного ефекту мелатоніну при різних формах стресових впливів свідчить про наявність, як загальних, так і специфічних аспектів дії (табл.).

Вміст кінцевого продукту ПОЛ малонового діальдегіду в неокортексі при введенні мелатоніну знижувався при різних видах надмірних впливів. При гіпоксії (табл., рис.) зменшення утворення МДА становило 13.6% (Р<0,05), при фізичній напрузі воно було більш значне і дорівнювало 23,4% (Р<0,05) та при комбінованому впливі - становило 22,2%. Майже така ж ситуація відмічалася і при аналізі впливу мелатоніну на вміст МДА в гіпокампі. В цьому випадку позитивний ефект при гіпоксичному стані складав 15,4%, при фізичному навантаженні - 20,2% та при комбінованому впливі обох цих чинників – 17,6% (Р < 0,05) по відношенню до стану процесів ПОЛ при дії самих екстремальних факторів. На відміну від дієнових кон'югатів в стовбурі мозку рівень МДА при введенні мелатоніну змінювався незначно у порівнянні з показниками при гіпоксії і фізичному навантаженні. Так, при цих станах спостерігалися зміни в рамках 3,8%, 0,8% (Р>0,05), лише при комбінованому стресі ефект збільшувався до 15,3% (Р<0,05).

Вміст ДК при введенні мелатоніну різко знижувався в тканинах стовбуру мозку. Ступень позитивного впливу гормонального препарату при різних екстремальних станах був схожий: зниження на 25,3% при гіпоксії, на 22,7% при фізичному навантаженні та на 19,8% - при поєднанні цих факторів (Р<0,05). Протекторний ефект мелатоніну виявився у відношенні до гіпокампа. На фоні введення цього препарату відзначалось зниження концентрації ДК при фізичному напруженні: до 27,9% (Р<0,05) та менш - 16,2% (Р<0,05) - при комбінованому впливі.

Під впливом мелатоніну активність антиоксидантних ферментів корегується в різних відділах мозку по-різному (табл.). В неокортексі мелатонін викликає виразне підвищення активності СОД при всіх видах екстремального впливу: в умовах гіпоксії - на 43,1% (Р<0,05), при фізичному навантаженні - на 19,2% та на 26,8% (Р<0,05) при їх комбінації (табл.). Активність СОД гіпокампа також підлягала цій закономірності: найбільш висока стимуляція спостерігалася при гіпоксії – на 50% (Р<0,05), дуже невиразно – при фізичному навантаженні (на 4,9% - Р>0,05), проміжне місце займає стан, який поєднує обидва ці фактори – 39,8% (Р<0,05).

Інша закономірність спостерігається при аналізі впливу мелатоніну на активність СОД в структурах стовбура. В цьому випадку на перший план виступає

Таблиця

Вплив мелатоніну на інтенсивність процесів перекисного окислення ліпідів в утвореннях головного мозку щурів при різних екстремальних станах (n=6)

Нейро-хімічні показ-ники Статисти-чні показ-ники Кон-троль Гіпоксія Мелатонін+ гіпоксія Кон- троль Фізичне наванта-ження Мелатонін+ фіз. навант. Кон-троль Гіпоксія + фіз. навант. Мелатонін+ комб. вплив

Кора МДА M ± m % змін 3,41 ± 0,22 4,40 ± 0,21 3,80±0,13 -13,6* 3,18 ± 0,25 4,15 ± 0,22 3,18±0,27 -23,4* 3,17 ± 0,28 4,37 ± 0,18 3,40±0,27 -22,2*

СОД M ± m % змін 1,60 ± 0,09 1,09 ± 0,12 1,56±0,17* +43,1 1,80 ± 0,01 1,51 ± 0,02 1,80±0,04 +19,2 1,73 ± 0,07 1,27 ± 0,13 1,61±0,08* +26,8

Гіпокамп МДА M ± m % змін 3,18 ± 0,25 4,92 ± 0,23 4,16±0,18 -15,4* 3,59 ± 0,23 3,87 ± 0,09 3,09±0,27 -20,2* 3,25 ± 0,22 4,26 ± 0,16 3,51±0,21 -17,6*

СОД M ± m % змін 1,55 ± 0,15 1,46 ± 0,12 2,19±0,19* +50,0 1,63 ± 0,11 1,64 ± 0,16 1,72±0,08 +4,9 1,95 ± 0,07 1,33 ± 0,14 1,86±0,08* +39,8

Стовбур МДА M ± m % змін 3,10 ± 0,20 3,14 ± 0,24 3,26±0,12 +3,8 3,82 ± 0,15 3,86 ± 0,23 3,83±0,25 -0,8 3,74 ± 0,28 4,06 ± 0,18 3,44±0,19 -15,3*

СОД M ± m % змін 1,34 ± 0,07 0,92 ± 0,07 1,43±0,14* +55,4 1,13 ± 0,10 0,79 ± 0,05 1,29±0,13* +63,3 1,58 ± 0,13 1,18 ± 0,13 1,48±0,07 +25,4

Примітка: * - Вірогідність по відношенню до показника при екстремальному стані (Р < 0,05); % зміни по відношенню до рівня показника при екстремальному стані; МДА - малоновий діальдегид (нМоль/мг білка); СОД - супероксиддисмутаза (у.о.).

ефект препарату при фізичному навантаженні, при якому підсилення активності ферменту, у порівнянні з показниками патологічного стану, досягає 63,3%. Останнє місце можна відвести змінам при комбінації цих факторів, коли стимуляція СОД в стовбурі мозку складала 25,4% (Р<0,05). При гіпоксії активація цього ферменту становила 55,4%. В цілому, складається враження, що ефект мелатоніну у відношенні функції цього антиокислювального ферменту особливо виразно проявляється на фоні гіпоксії, найбільш слабо - при фізичному навантаженні.

Дещо інша картина спостерігається при аналізі впливу мелатоніну на активність ГПО в різних структурах мозку. Найбільш чіткий ефект гормонального препарату простежується у кіркових структурах. Як при гіпоксії (збільшення на 47,9%), так і при фізичному навантаженні (збільшення на 34,9%) реєструється досить однотипна картина – стимуляція цього ферменту. Менш виражені зсуви відмічалися в структурах гіпокампу, але при комбінованому стресі активація була значною - на 30,7% (Р<0,05). Ця ж закономірність спостерігалася і у відношенні функції ГПО в структурах стовбура. Найбільш різкий ефект також проявився при комплексному стресі: підвищення активності ензиму склало 52,1% (Р<0,05). Наші дані гармонують з попередніми дослідженнями, які показали, введення мелатонін у щурів як in vivo, так і in vitro призводить до активації антиоксидантного захисту та зменшення кількості продуктів пероксидації (M.J.Pablos, M.G.Agapito et all, 1995, Е.Severynek, D.Melchiori et all., 1995).

Пірацетам і кавінтон на відміну від мелатоніну виявляють менш виражений ступень нейропротекторної дії процесів ПОЛ в умовах впливу дефіциту кисню. Так, в умовах гіпоксії на моделі замкненого простору мелатонін підвищував тривалість життя мишей на 49,6% (Р<0,05), в той час, як пірацетам збільшував цей період тільки на на 21,6% (Р<0,05), а кавінтон - на 19,4% (Р<0,05). При гіпоксії пірацетам викликав зниження вмісту МДА на 14,8% (Р<0,05) в корі великих півкуль (рис.). Ефект кавінтону більш чітко проявився по відношенню до ДК – зниження вмісту на 17,7% (Р<0,05) (рис.). В структурах гіпокампа і стовбура пірацетам не викликав суттєвих змін щодо вмісту продуктів ПОЛ: ДК і МДА, підвищених в умовах гіпоксії, тобто діяв менш за мелатонін (рис.). Кавінтон, на відміну від пірацетама призводить до значного зниження концентрації МДА у гіпокампі (на 22,6%, Р<0,05) і ДК у стовбурі (на 30,4% Р<0,05).

Активність антиоксидантної системі в умовах гіпоксії також підвищується під впливом пірацетаму та кавінтону. Пірацетам збільшував на 29,6% (Р<0,05) активність ГПО в неокортексі, мало змінюючи стан цього ферменту у гіпокампі та стовбурі. Протекторна дія пірацетаму чітко проявлялася у відношенні до СОД. Активність цього ензиму зростала як у корі (на 32,1%), і гіпокампі (на 43,2%), так і у стовбурі (на 31,5%, Р<0,05). Цей ефект наближується, але не досягає дії мелатоніну (рис.). Нейропротекторний ефект кавінтону при дефіциті кисню найбільш яскраво проявився по відношенню до антиоксидантних ферментів неокортексу (збільшення активності ГПО на 56,3% і СОД – на 49,5%, Р<0,05). Дія кавінтону на стовбур проявляється по відношенню до СОД (збільшення активності на 41,3%, Р<0,05). У гіпокампі антиокислювальний ефект кавінтону зовсім не виявився.

Пірацетам збільшував інтенсивність статичної роботи мишей на 87,4% (Р<0,05), а кавінтон – на 91,6% (Р<0,05). Антиоксидантна дія пірацетаму при фізичному навантаженні проявилася неоднаково у різних утвореннях головного мозку. Вміст ДК значно зменшувався (на 27,2%, Р<0,05%) у гіпокампі. Але як концентрація ДК, так і МДА залишалася незмінною по відношенню до показників патологічного стану у двох інших відділах мозку – неокортексі та стовбурі.

Кавінтон зменшував накопичення ДК у неокортексі (на 30,9%, Р<0,05) та стовбурі (на 28,6%, Р<0,05), не виявляючи цей ефект у гіпокампі. Вміст МДА, також, залишався незмінним.

Антиоксидантна система у неокортексі активується найбільш значно під впливом пірацетаму (збільшення активності ГПО на 72,7%, СОД – на 15,2%, Р<0,05). Дія кавінтону у кіркових відділах виражена слабіше і тільки по відношенню до активності ГПО (підвищення активності на 25,4%, Р<0,05). У стовбурі обидва препарати збільшують активність тільки СОД: пірацетам – на 63,3%, кавінтон – на 48,1% (Р<0,05). У структурах гіпокампа нейропротекторний вплив пірацетаму і ,особливо, кавінтону проявляється найгірше: при цьому активність ферментів ГПО і СОД суттєво не змінюється. У цілому, нейропротекторна дія мелатоніну виявляється найбільш значною у порівнянні з пірацетамом і кавінтоном.

На фоні комбінованого стресу дія пірацетаму чітко простежується відносно вмісту продуктів ПОЛ як у неокортексі (зниження концентрації ДК на24,5%, МДА – на 15,1%, Р<0,05), так і у гіпокампі (зниження вмісту ДК на 18,6%, МДА – на 16,9%, Р<0,05), але цей препарат мало впливає на кількість продуктів ПОЛ у стовбурі мозку.

Кавінтон, подібно до пірацетаму, діє на вміст ДК у неокортексі (зниження на 22,8%, Р<0,05). В гіпокампі його вплив виявлявся більш чітко: зменшення концентрації ДК становило 24,7%, МДА 20,7% (Р<0,05). Кавінтон суттєво знижує вміст ДК також у стовбурі – на 21,2% (Р<0,05).

Обидва препарати істотно поліпшують стан антиоксидантної системи. Особливо чітко вони впливають на ферменти гіпокампу. Під впливом пірацетаму активність ГПО гіпокампу збільшувалась на 25,5%, СОД – на 15,8% (Р<0,05). У корі великих півкуль і у стовбурі мозку нейропротекторна дія відносно СОД не проявлялася. В той же час досить яскраво поліпшувався стан ферменту ГПО – на 30,2% в неокортексі, та на 36,1% у стовбурі (Р<0,05).

Дія кавінтону також ще більш виразно проявлялася у гіпокампі: активність ГПО підвищувалась на 30,2%, СОД – на 42,9% (Р<0,05). У стовбурових відділах відмічалося тільки зростання активності СОД – на 39% (Р<0,05). Найменш чіткі нейротропні зсуви з боку антиоксидантної системи спостерігалися під впливом кавінтону у неокортексі - підвищувалась тільки активність ГПО – на 15,9% (Р<0,05).

Отже, в умовах комбінованого стресу переваги мелатоніну як нейропротекторного засобу у порівнянні з пірацетамом та кавінтоном проявлялися найбільш чітко.

Зіставлення нейрохімічних зсувів у різних відділах мозку з загальною інтегративною функцією ЦНС свідчить про наявність певної відповідності. Мелатонін виявив протекторний вплив на активність щурів у тесті “відкрите поле” в умовах фізичного навантаження. Так, попереднє введення мелатоніну призводило до зменшення пригнічувального впливу фізичної напруги на норковий рефлекс. В умовах інтенсивної фізичної роботи кількість обстежених норок знижувалась на 82,9%, а при введенні мелатоніну – тільки на 43,4% (Р<0,05). Покращувалося відтворення енграм пам'яті в умовах гіпоксії та комбінованого впливу надзвичайних факторів. Так, кількість амнезованих тварин в умовах дефіциту кисню дорівнювала 60% (Р<0,05). Попереднє введення мелатоніну призводило до зменшення цього показника до 10% (Р>0,05). При комбінованому впливі кількість щурів, які втрачали умовну навичку, складала 70% (Р<0,05), а при використанні мелатоніну – 30% (Р>0,05).

Нейропротекторна дія пірацетаму проявилася в умовах фізичної напруги по відношенню до горизонтальної активності та грумінгу. Значно поліпшувався стан мнестичних процесів під впливом пірацетаму. В умовах гіпоксії цей препарат повністю усував виникнення амнезії. При фізичному навантаженні і комбінованому стресі також спостерігалось зменшення проценту амнезованих тварин.

Ефект кавінтону на поведінкову активність щурів також характеризувався позитивним впливом, поліпшуючи горизонтальну активність та норкові рефлекси (зниження кількості обстежених “норок” на 40,6% замість 82,9% - при фізичному навантаженні, Р<0,05). Нейротропна дія кавінтону на пам'ять була слабо виражена. Негативний вплив кавінтону на пам'ять поєднується з порушенням окислювально-антиоксидантного балансу у гіпокампі.

Узагальнюючи одержані експеріментальні дані, можна простежити наявність певного зв'зку між антистресорним ноотропним ефектом вивчених засобів та їх впливом на покращення окислювально-антиоксидантного балансу.

Таким чином, вплив на окислювальні процеси мозку може розглядатися як один з репрезентативних методів оцінки підвищення адаптивних властивостей організму при різноманітних надзвичайних станах.

Висновки

1. Превентивне введення мелатоніну (1 мг/кг), пірацетаму (500 мг/кг) та кавінтону (10 мг/кг) призводить до протекторного впливу на стан процесів прекисного окислення ліпідів в головному мозку щурів при гіпоксії (“підйом” на висоту 9000м), фізичному навантаженні (примусове плавання протягом 30 хв) та їх комбінації.

2. Активація вільнорадикального окислення в головному мозку була найбільш виражена при комбінації фізичного навантаження та гіпоксії (підвищення на 27-38% вмісту дієнових кон'югатів та малонового діальдегіду), менш виражені зміни спостерігаються під впливом ізольованих екстремальних факторів. Особливо суттєве зростання кількості продуктів перекисного окислення ліпідів та зниження активності ферментів антиоксидантного захисту (супероксиддисмутази та глутатіонпероксидази) при дії різних екстремальних факторів відмічалися в корі великих півкуль (на 37,9% і 26,6%, відповідно); в гіпокампі та стовбурі мозку зміни вільнорадикльного окислення були менш виражені та стосувалися не всіх показників.

3. Позитивний вплив мелатоніну проявляється зі сторони всіх вивчених структур головного мозку: кори, гіпокампу, стовбуру. Особливо виражений стимулюючий ефект відмічено по відношенню до антиоксидантних ферментів: супероксиддисмутази – при гіпоксії (на 43,1-55,4%, Р<0,05), глутатіонпероксидази – при поєднаному стресі (на 30,7-52,1%, Р<0,05).

4. Протекторна дія пірацетаму спостерігається при комбінованому впливі (фізичне навантаження та гіпоксія) та найбільш повно здійснюється в корі і гіпокампі головного мозку. Активність антиоксидантної системи підсилюється за рахунок стимуляції ферменту глутатіонпероксидази (30,2%, Р<0,05) при неповному відновленні супероксиддисмутази (15,8%, Р<0,05). В стовбурі мозку спостерігаються зміни процесів пероксидації зі збереженням високого рівня дієнових кон'югатів при всіх видах екстремальних факторів.

5. Позитивний ефект кавінтону при всіх надмірних ситуаціях найбільш виразно проявляється з боку стовбура мозку (зниження вмісту дієнових кон'югатів на 21,2-30,4%, Р<0,05). Процеси перекисного окислення ліпідів в гіпокампі (дієнові кон'югати) відновлюються в меншій мірі. Кавінтон виявився менш ефективним при фізичному навантаженні.

6. Всі види екстремальних факторів супроводжуються порушеннями поведінкових реакцій і мнестичних процесів. Найбільш виражені зміни мнестичної функції і поведінкових реакцій спостерігалися при поєднаному впливі (70% амнезованих тварин), менш виражені – при фізичному навантаженні (40% амнезованих тварин). Мелатонін, пірацетам, кавінтон при попередньому введенні зменшують ступень порушення мнестичної функції ЦНС. Найбільш повне збереження пам'яті спостерігається при введенні пірацетаму (відсутність амнезованих тварин при гіпоксії)та мелатоніну (10% амнезованих щурів).

7. По ступеню нейропротекторної дії при гіпоксії, фізичному навантаженні та їх комбінації досліджені препарати можна розташувати у такій послідовності: мелатонін > пірацетам > кавінтон.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вплив мелатоніну на процеси перекисного окислення ліпідів у різних відділах мозку в умовах гіпоксії // “Одеський медичний журнал”, 2000.-Т.62, № 6.- С. 24-26 (у співавт. з О.Т. Зленко, О.М. Демченко). [Особистий внесок дисертанта 75%].

2. Вплив мелатоніну на окислювально-антиоксидантний баланс утворень головного мозку при гіпоксії та фізичному навантажені / Ліки, 2001.- №3-4.- С.27-30.

3. Порівняльна характеристика впливу мелатоніну, пірацетаму та кавінтону на процеси перекисного окислення ліпідів у різних відділах головного мозку в умовах інтенсивного фізичного навантаження // “Експериментальна та клінічна фізіологія і біохімія”.- 2001.-№3.-С.38-42. (у співавт. з О.Т.Зленко, О.М.Демченко). [Особистий внесок дисертанта 75%].

4. Актуальные проблемы горной медицины. Диагностические лечебные методы в горах // Сборник статей. Международный семинар. - Прага, 1990.- С. 45-47 (в соавт. с Е.Т.Зленко).

5. Антигипоксическая активность некоторых нейротропных средств в эксперименте и условиях высокогорья // Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. - Гродно, 1991.-С. 362-363. (в соавт. с Е.Т.Зленко, З.Ф.Соломко).

6. Корегуюча дія пірацетаму на ВНД та перекисне окислення ліпідів в корі головного мозку під час стресорних ситуацій // “Актуальні проблеми клінічної фармакології”.- Вінниця, 1998.- С. 42. (у співавт. з О.Т.Зленко, О.М.Демченко).

7. Порівняльна характеристика функціонального стану різних відділів головного мозку за умов гіпоксії та введення мелатоніну // Фізіол. журн.- 1998.- Т. 44, № 3.- С. 136. (у співавт. з О.М.Демченко, О.Т.Зленко).

8. Нейрофизиологический анализ действия анальгетиков и ноотропных средств при экспериментальной эпилепсии и гипоксии // Тезисы VI Российского нац. конгресса “Человек и лекарство”.- М.- 1999.- С. 49. (в соавт. В.И.Мамчуром, Е.Т.Зленко, А.И.Кущинской, Е.А.Подплетней, Е.М.Демченко, В.И.Опрышко).

9. Мелатонин как фактор адаптации головного мозга в условиях гипоксии // Тезиси IV межд. симпозиума “Биологические механизмы старения”.- Харьков, 2000.- С. 34. (в соавт. с Е.Т.Зленко, Е.М. Демченко).

10. Влияние стрессорных факторов на перекисное окисление липидов в различных отделах головного мозга // Тезисы II конгресса патофизиологов.- М., 2000.-С.194. (в соавт. с В.И.Мамчуром, Е.Т.Зленко, В.И.Опрышко, Е.А.Подплетней, Е.М.Демченко, В.И.Жилюком, Л.А.Романенко).

11. Роль пірацетаму і кавінтону у підвищенні антистресорної здатності організму // VIII конгрес світової федерації українських лікарських товариств.- Львів, 2000.- С. 290. (у співавт. з О.Т.Зленко).

12. Роль мелатонина в повышении адаптивных возможностей организма к физическим нагрузкам // Материалы X международного симпозиума “Эколого-физиологические проблеми адаптации”, 23-31 января 2001.- М.- С.490-491. (в соавт. с Е.Т.Зленко, Е.М.Демченко).

13. Антигипоксические средства как факторы адаптации организма к экстремальным воздействиям // Материалы X международного симпозиума “Эколого-физиологические проблеми адаптации”, 23-31 января 2001.- М.- С.200-201. (в соавт. С Е.Т.Зленко, Л.И.Касьян, В.И.Мамчуром, А.О.Касьян, О.В.Крищик, В.И.Опрышко).

14. Порівняльна характеристика впливу мелатоніну на процеси перекисного окислення ліпідів мозку щурів при комбінованій дії фізичного навантаження та гіпоксії // Фармакологія 2001 – крок у майбутнє. ІІ Націон. з'їзд фармакологів України. Тези доповідей 1-4 жовтня 2001р. Дніпропетровськ.- С.223. (у співавт. з Демченко О.М).

15. Features of psychic chаnges in trained mountainners at high altitude // Medical aspects in mountaineering. Proceedings of the UIAA mountain medicine conference. - Part 2. - Praga, 1988. - P. 52-54.

16. Mental disorders as a syndrome of acute mountain sickness // European Psychiatry. - 1997. – Vol 12. Suppl 2 - P. 233. (with H.T.Zlenko).

17. The relation between behavioural reactions and the neurochemical brain change in the condition of physical stress and melatonin application // Abstr. from 8th central Еuropean neuropsychopharmacological symposium.- Vienna, Austria, 1998.- P.308. (with H.T.Zlenko, V.I.Mamchur & H.M.Demchenko).

18. The influence of hypoxia and piracetam action on the lipid peroxidation processes in diffеrеnt parts of brain // Abstr. from 8th central Еuropean neuropsychopharmacological symposium.- Vienna, Austria, 1998.- P.308. (with H.T.Zlenko, V.I.Mamchur & H.M.Demchenko).

19. The pathophysiological aspects of hypoxial stress and its correction // Abstr.book III International Congress of Pathophysiology.- Lanti, Finland, 1998.- P. 27. (with H.T.Zlenko, V.I.Mamchur , H.M.Demchenko, L.I.Kasyan, I.N.Tarabara).

АНОТАЦІЇ

Скочко-Волкова Т.А. Фармакологічний аналіз нейропротекторної дії мелатоніну, пірацетаму та кавінтону при гіпоксії і фізичному навантаженні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.03.05 - фармакологія. – Інститут фармакології та токсикології АМН України, Київ, 2001.

Дисертація присвячена вивченню впливу нейротропних засобів: мелатоніну (1 мг/кг), пірацетаму (500 мг/кг) та кавінтону (10 мг/кг) на процеси перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) в різних утвореннях головного мозку з метою виявлення протекторної дії цих фармакопрепаратів при екстремальних умовах (гіпоксія, фізичне навантаження та їх комбінація). В дослідах на білих щурах і мишах вперше показано, що екстремальні чинники і особливо комбінований стрес викликають активацію ПОЛ, більш виражену в неокортексі. Одночасно спостерігалося порушення пам'яті і поведінкових реакцій. Превентивне (протягом трьох днів) введення нейротропних засобів сприяло зменшенню порушень окислювально-антиоксидантного балансу в різних утвореннях головного мозку. Найбільш виражений протекторний ефект має мелатонін, який знижує концентрацію дієнових кон'югатів - до 27,9%, малонового діальдегіду – до 23,4%. Мелатонін викликав підвищення активності антиоксидантних ферментів: супероксиддисмутази – до 63,3% і глутатіанпероксидази – до 52,1%. Протекторна дія пірацетаму менш виражена і виявляється в основному в неокортексі. Захисна дія кавінтону більш чітко простежується по відношенню до стовбурових відділів: (зниження вмісту ДК і підвищення активності СОД). Поліпшення окислювально-антиоксидантного балансу супроводжується зниженням зрушень поведінкових реакцій і пам'яті.

Ключові слова: перекисне окислення ліпідів, гіпоксія, фізичне навантаження, головний мозок, мелатонін, пірацетам, кавінтон.

Скочко-Волкова Т.А. Фармакологический анализ нейропротекторного действия мелатонина, пирацетама и кавинтона при гипоксии и физической нагрузке. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.03.05 - фармакология. -Институт фармакологии и токсикологии АМН Украины, Киев, 2001.

Диссертация посвящена актуальному вопросу медицины – изучению эффективных лекарственных средств коррекции таких широко распространенных экстремальных ситуаций, как гипоксия, физическое напряжение и их комбинации. Эксперименты на животных (885 белых крыс и 80 белых мышей) показали, что все три вида стрессорных воздействий вызывают глубокие нарушения в общей интегративной деятельности ЦНС и состоянии окислительно-антиоксидантного баланса в различных образованиях головного мозга. Наиболее значимые сдвиги констатировались при гипоксическом воздействии и комбинированном стрессе: угнетение показателей поведенческих реакций на 93-98% и амнезия у 60-70% животных. При этом наблюдались четкие сдвиги со стороны метаболических процессов в мозге: значительное нарастание содержания первичных: (диеновые конъюгаты – ДК) и вторичных (малонового диальдегида - МДА) продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) – до 43,4-37,9%. Параллельно отмечалось снижение активности ферментов антиоксидантной защиты: глутатионпероксидазы (ГПО) – до 37,2% и суперокиддисмутазы – СОД – до 33,8%. Наиболее значимые и согласованные изменения наблюдались в окислительном метаболизме неокортекса, в меньшей степени пострадали нейрохимические процессы в стволовых структурах (особенно МДА и ГПО) и отчасти в гиппокампе (СОД и ГПО). Более глубокие нарушения происходили при комбинированном стрессе. Учитывая, что активация ПОЛ сопровождается мембранопатией нейронов, можно объяснить ею связь наблюдаемых метаболических сдвигов с изменением интегративной деятельности мозга. С целью коррекции вызываемых чрезвычайными раздражителями сдвигов в функциональном состоянии ЦНС, испытывался ряд соединений, обладающих антиоксидантным и ноотропным эффектами: мелатонин (1 мг/кг), пирацетам