Сравнительное изучение фармакокинетики бемитила и его влияния на циркуляторно-метаболическое обеспечение нейронного модуля соматосенсорной коры мозга

Сравнительное изучение фармакокинетики бемитила и его влияния на циркуляторно-метаболическое обеспечение нейронного модуля соматосенсорной коры мозга

Ю.С. Макляков, В.В. Хоронько, А.А. Степанов, С.А. Сергеева, И.М. Мякота

Ростовский государственный медицинский университет Росздрава,

Научный центр биомедицинских технологий РАМН, Москва

Изучали фармакокинетику бемитила и его влияние на локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов в соматосенсорной коре головного мозга у крыс. Для изучения особенностей фармакокинетики использовался метод газовой хроматографии. Для исследования циркуляторно-метаболического обеспечения нейронного модуля синхронно регистрировали локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов в области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс. Установлено, что бемитил обеспечивает насыщение тканей мозга более высокими концентрациями препарата, чем их величины в плазме крови; однократное введение бемитила вызывает достоверное увеличение локального мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга. Одновременно с оценкой активности микроциркуляторного модуля коры головного мозга крыс анализ биоэлектрической активности нервных клеток показал увеличение частоты генерации спайков нервными клетками. Установлена высокая корреляция между уровнем бемитила в мозге и величинами локального мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода и импульсной активности нейронов в соматосенсорной коре головного мозга крыс.

Ключевые слова: актопротектор, бемитил, ФК-распределение препарата.

Бемитил производное меркаптобензи-мидазола относится к классу лекарственных средств актопротекторов, способных повышать физическую и умственную работоспособность и не истощать его энергетические ресурсы [2]. В отличие от психостимуляторов бемитил модулирует процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе и, таким образом, оказывает психогармонизирующее действие. Что обусловлено его антигипок-сическим действием [2], способностью истощения катехоламинов в органах при выполнении усиленных физических нагрузок [2, 4], психостимулирующим действием [4]. Это первый отечественный акто-протектор метаболического действия, в

основе которого лежит активирующее влияние на процессы окисления и энергообразования, что обусловливает его про-тивогипоксический эффект [1, 6].

Бемитил обладает очень низкой токсичностью, его широко применяют в клинической практике при лечении неврозов, астенических состояний и других патологических состояний, характеризующихся развитием гипоксии нервной ткани [5].

Целью настоящей работы явилось изучение экспериментальной фармакокинетики бемитила. Наряду с этим изучалось его влияние на локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов в соматосенсорной коре голов-

ного мозга у крыс. Необходимость в проведении подобного исследования связана с тем, что в научной литературе отсутствуют сведения о характере влияния бе-митила на циркуляторно-метаболическое обеспечение нейронных модулей, широко представленных в структурнофункциональной организации коры головного мозга [7].

Материалы и методы

Исследования проводились на половозрелых конвенциональных нелинейных крысах '^Б1аг из питомника Андреевка. Животные содержались в условиях вивария при температуре 20°С и влажности 40 — 60% и находились на стандартной диете (гранулированный корм на основе овса, ржи и пшеницы, производитель ООО «Кубанькорм»). На момент проведения исследований животные были здоровыми, изменений поведения, аппетита, режима сна и бодрствования обнаружено не было. За двенадцать часов до проведения экспериментов животных лишали доступа к пищи без ограничения потребления воды.

Фармакокинетические исследования были выполнены на 70 крысах — самцах массой 200 — 250г, возраста 6 — 9 месяцев [8]. Для изучения особенностей фармакокинетики бемитил вводили перорально (зондом) в виде раствора полиэтилен-гликоля — 400 в дозе 100 мг/кг. При изучении распределения при однократном пероральном введении концентрацию бемитила определяли в плазме крови и мозге крыс через 0,5, 1, 2, 4, 8, 12 и 24 часа после однократного введения. Животным контрольной группы вводился раствор полиэтиленгликоля — 400 в аналогичном объеме. Для проведение фармакокинетических исследований ткань мозга измельчалась и гомогенизирова-

лась до превращения в 20% водный гомогенат. Для количественного определения соединения использовался метод газовой хроматографии.

Для исследования циркуляторно-метаболического обеспечения нейронного модуля использовали комплексный методический подход: синхронно регистрировали локальный мозговой кровоток, парциальное напряжение кислорода и импульсную активность нейронов в области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс, где четко выражена модульная организация нейронов [7]. Эксперименты по данному разделу работы были выполнены на 60 крысах массой 170-200г. Локальный мозговой кровоток регистрировали методом водородного клиренса с электрохимической генерацией водорода в ткани мозга, парциальное напряжение кислорода в нервной ткани регистрировали полярографическим способом по В.А. Березовскому, а биоэлектрическую активность модуля коры головного мозга характеризовали по показателям импульсной активности нейронов. Регистрацию этих параметров осуществляли в течение 1 минуты. Затем приступали к изучению реакций микрососудов, динамики парциального напряжения кислорода, вызванной импульсной активности нейронов в проекционной зоне соматосенсорной коры головного мозга крыс при сенсорной стимуляции вибриссы С3. В качестве теста, оценки изменений функциональной активности нервных клеток модуля коры головного мозга, использовали стимуляцию вибриссы С3 с частотой 1 Гц, длительностью каждого стимула 10 мс в течение 20 с. Бемитил в дозе 250 мг/кг, разведённый в растворе полиэтиленгликоля-400, вводился перорально. Регистрацию параметров проводили через 1, 1,5, 2, 2,5 часа после введения препарата. Контрольной группе крыс по аналогичной схеме вводили раствор полиэтиленгликоля — 400.

Результаты

Полученные экспериментальные данные анализировались с помощью фармакокинетических моделей, представленных в работе Каркищенко Н.Н. и др. [3].

Оценка фармакокинетики препаратов проводилась на основе моделирования с помощью 2-камерной модели с учетом всасывания из места введения, что позволило установить не только оптимальные дозы и интервалы, но и выявить степень накопления препаратов в плазме крови мозга.

В результате фармакокинетического моделирования были получены следующие количественные величины (табл. 1), характеризующие каждую из фаз распределения препарата и его элиминации. Установлено, что альфа-фаза распределения определяется уровнем препарата в ткани (А;), равным 5852,8 нг/г, гибридной скоростью распределения препарата из плазмы крови мозга а = 0,6699 час-1. Соответствующий период полураспределения 11/2а = 1,03 час. Следует отметить, что параметры, описывающие перенос препарата из плазмы крови в мозг характеризуют альфа-фазу распределения, так как данный

препарат находится в хорошем физикохимическом равновесии с плазмой крови. Время достижения максимальной концентрации (О в исследуемой ткани составило 1 час, а ее величина — 2700,1 нг/г.

Бета-фаза определяется уровнем препарата в ткани (А2) равным 888,54 нг/г, и скоростью удаления бемитила из организма р = 0,1 час-1. Соответствующий период полувыведения = 6,93 час. Фаза всасывания также зависит от скорости всасывания бемитила из желудочно-кишечного тракта в плазму крови ка = 1,81 час-1. Соответствующий период полувсасывания 11/2ка = 0,3821 час. В то же время следует отметить, что относительная биодоступность бемитила из крови в мозг при пероральном приеме составляет F= 1,61 или 160,67 %. Относительная биодоступность — это отношение средней концентрации в мозге к средней концентрации в плазме крови, которая рассчитывается как отношение соответственно АиС в мозге к АИС в плазме крови. При этом соответствующая площадь под кривой (АИС;) в исследуемой ткани составляет 13908,5 нгчас/г. Среднее время удержания (МЯТ;) в исследуемой ткани составило 7,18час.

Таблица 1

Фармакокинетические параметры бемитила в мозге после перорального введения крысам

Показатель Значение Ед. изм. Показатель Значение Ед. изм.

Доза 100 мг/кг *1/2ка 0,3821 час

А, 5852,8 нг/г С 4530,6 нг/мл

А2 888,54 нг/гл ке 0,32574 1/час

а 0,6699 1/час к21 0,20558 1/час

р 0,1 1/час к12 0,23851 1/час

ка 1,8136 1/час Аз = (А1 +Аг) -6741,3 нг/г

*1/2а 1,0345 час АиС, 13908,5 нг*час/мл

*1/20 6,9322 час МРТ1 7,18304 час

Таким образом, в результате фармакокинетического моделирования установлено, что фармакокинетика бемитила в мозге после перорального введения имеет двухфазный характер, причем гибридная константа скорости распределения препарата в мозг (а =0,67) час-1 незначительно отличается от таковой в плазме крови (0,72 час-1). Однако следует отметить, что терминальная константа скорости элиминации р немного возросла с 6,02 в плазме крови до 6,93 часа в мозге. По нашему мнению, это связано с процессами замедления перераспределения препарата в мозг за счет наличий гистогематического барьера при переходе из плазмы крови в ткани мозга. Константа скорости переноса бемитила из центральной камеры модели к12 = 0,241 час-1. Константа скорости переноса в обратном направлении несколько ниже (к21 = 0,206 час-1), что, по-видимому, и увеличивает период полувы-ведения препарата из мозга. В то же время следует отметить, что относительная биодоступность бемитила из крови в мозг при пероральном приеме составляет более

160%. На первый взгляд, это кажется парадоксальным, однако здесь следует учесть более высокое сродство препарата к тканям мозга, в связи с чем и получается более высокая концентрация препарата в тканях мозга, чем в плазме крови.

Среднее время удержания препарата, характеризующее среднюю длительность пребывания в мозге МЯТ; =7,18 часа, несколько больше, чем в плазме крови (6,49 часа).

Все сказанное позволяет утверждать, что процессы перераспределения бемити-ла из плазмы крови в мозг после перо-рального приема достаточно активны и обеспечивают насыщение тканей мозга более высокими концентрациями препарата, чем их величины в плазме крови.

Результаты исследования характера циркуляторно-метаболического обеспечения нейронного модуля показали, что исходная клеточная активность в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга у крыс, увеличивается, что показано, в табл. 2. В результате установлено, что однократное введение бемитила вызывало достоверное увеличение локального мозгово-

Таблица 2

Характеристики локального мозгового кровотока, кислородного обеспечения и фоновой импульсной активности нейронов в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс в контрольной и экспериментальной

Время

Контроль Эксперимент Контроль Эксперимент Контроль Эксперимент

1 24±0,4 61,1±0,4** 15,2±0,3 47,2±4,3* 4,02±0,7 5,4±0,8**

1,5 24,4±0,5 61,8±1,07** 15,4±0,4 47,9±4,3* 4,4±0,4 6,3±0,6**

2 24,6±0,7 62,2±0,4** 16±0,3 48±4,3* 4,9±0,6 6,1±1,1**

2,5 24,6±0,7 62,5±0,4** 16,4±0,2 47,9±4,9* 5,3±0,7 6,2±0,9**

Достоверность различий между экспериментом и контролем: * - Р < 0,005, ** - Р < 0,001

го кровотока, парциального напряжения кислорода в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга. Одновременно с оценкой функционирования микроциркуляторного модуля коры головного мозга крыс проведенный анализ биоэлектрической активности нервных клеток характеризовался увеличением частоты генерации спайков нервными клетками.

Следующим этапом исследования с целью оценки адекватности перестройки

циркуляторного и метаболического обеспечения нейронного модуля при изменении функциональной активности нервных клеток в условиях однократного введения бемитила проведено изучение направленности и величины изменений локального мозгового кровотока, напряжения кислорода и импульсной активности нейронов у контрольных и опытных крыс при механостимуляции вибриссы С3. Результаты исследования приведены в таблицах 3, 4.

Таблица 3

Характеристики функциональной гиперемии в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс при сенсорной стимуляции.

Время

контроль эксперимент контроль эксперимент

1 6,2±1,2 3,5±0,7* 26,6±0,6 27,6±0,5**

1,5 6,1±1,1 3,2±0,6* 27,5±0,85 27,5±0,6**

2 6,4±1,4 3,4±0,5* 27,6±0,3 27,8±0,8**

2,5 6,2±1,2 3,3±0,6* 27,6±0,3 27,6±0,7**

Достоверность различий между экспериментом и контролем: * - Р < 0,005, ** - Р < 0,05

Таблица 4

Характеристики реакции повышения парциального напряжения кислорода в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс при сенсорной стимуляции в контрольной и экспериментальной

Время

контроль эксперимент контроль эксперимент

1 5,41,2 8,42,2* 10,50,5 3,80,1**

1,5 5,21,1 8,52,5* 10,30,2 4,90,6**

2 5,21,1 8,42,2* 12,51,1 5,10,9**

2,5 5,31,3 8,72,8* 13,41,9 4,80,7**

Достоверность различий между экспериментом и контролем: * - Р < 0,005, ** - Р < 0,05

На основании анализа локального мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода и импульсной активности нейронов модуля коры головного мозга после однократного введения бе-митила можно сделать заключение о том, что при сенсорной стимуляции увеличение кровотока связано с возрастанием функциональной активности нервных клеток, а увеличение локального мозгового кровотока в проекционной зоне коры головного мозга при афферентном раздражении повлекло за собой повышение парциального напряжения кислорода в нервной ткани.

Таким образом, бемитил в условиях его однократного введения повышает интенсивность локального мозгового кровотока и способствует увеличению потребления кислорода нервной тканью.

Данные, полученные при фармакокинетическом исследовании процессов распределения и элиминации бемитила, позволили оценить динамику развития эффекта и изменения локального мозгового кровотока области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс в зависимости от времени. Однако наличие информации об изменениях содержания бемитила в мозге экспериментальных животных позволило провести и сопоставление концентраций этого препарата с фармакодинами-ческой реакцией организма животных и получить корреляционные оценки и регрессионный анализ.

На рисунке 1 изображена зависимость локального мозгового кровотока в области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс от величины концентраций бемитила в мозге. Проведенный корреляционный анализ показал высокую степень связи между величинами локального мозгового кровотока после однократного и многократного введения бемитила и кон-

62,800 1 62,600 5 62,400 ^ 62,200 о 62,000 ^ 61,800 Ц 61,600

61,400 2 61,200 ^ 61,000

1500 2000 2500 3000

Концентрация бемитила в мозге

Рис. 1. Зависимость локального мозгового кровотока от величины концентраций бемитила в мозге.

центраций (Я=-0,9951), а линия регрессии, проведенная по экспериментальным данным, создает, возможность прогнозировать изменения локального мозгового кровотока в пределах изученного диапазона концентраций. Параметры регрессионного уравнения имели следующие значения:

а= 0,0014; Ь= 58,79

Таким образом, возникает возможность проведения расчетов с использованием следующей зависимости:

ЛМК= 0,0014хС+58,79,

где С — это концентрация бемитила в мозге;

ЛМК — локальный мозговой кровоток области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс.

На рисунке 2 изображена зависимость парциального напряжения кислорода области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс от величины концентраций беми-тила в мозге. Проведенный корреляци-

1500.0 2000.0 2500.0 3000.0

Концентрация бемитила в мозге

Рис.2. Зависимость парциального напряжения кислорода от величины концентраций бемитила в мозге

Рис.3. Зависимость импульсной активности нейронов от величины концентраций бемитила в мозге.

онный анализ показал высокую степень связи между показателями парциального напряжения кислорода в соматосенсорной коре головного мозга и концентраций (Я=0,990), а линия регрессии, проведенная по экспериментальным данным, создает возможность прогнозировать изменения парциального напряжения кислорода в пределах изученного диапазона концентраций. Параметры регрессионного уравнения имели следующие значения: а= 0,001; Ь= 49,098

Таким образом, возникает возможность проведения расчетов парциального напряжения кислорода с использованием следующей зависимости:

рО2= -0,001хС+49,098, где:

С — это концентрация бемитила в мозге, рО2 — парциальное напряжение кислорода области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс.

На рисунке 3 изображена зависимость импульсной активности нейронов от величины концентраций бемитила в мозге. Проведенный корреляционный анализ показал высокую степень связи между величинами импульсной актив-

ности нейронного модуля в области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс и концентраций (Я=-0,995), а линия регрессии, проведенная по экспериментальным данным, создает возможность прогнозировать изменения импульсной активности в пределах изученного диапазона концентраций. Параметры регрессионного уравнения имели следующие значения: а= -0,001, Ь= 4,55

Таким образом, возникает возможность проведения расчетов с использованием следующей зависимости:

ИАН = -0,001хС+4,55, где:

С — это концентрация бемитила в мозге, ИАН — импульсная активность нейронов области проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга крыс.

Выводы

Все сказанное позволяет утверждать:

1. Процессы перераспределения бемитила из плазмы крови в мозг обеспечивают насыщение тканей мозга более высокими концентрациями препарата, чем их

величины в плазме крови, что объясняется высокой липофильностью препарата.

2. Однократное введение бемитила вызывало достоверное увеличение локального мозгового кровотока, парциального напряжения кислорода в зоне проекции вибриссы С3 соматосенсорной коры головного мозга. Одновременно с оценкой активности микро-циркуляторного модуля коры головного мозга крыс анализ биоэлектрической активности нервных клеток показал увеличение частоты генерации спайков нервными клетками.

3. Сенсорная стимуляция привела к увеличению кровотока, что связано с возрастанием функциональной активности нервных клеток, а увеличение локального мозгового кровотока в проекционной зоне коры головного мозга при афферентном раздражении повлекло за собой повышение парциального напряжения кислорода в нервной ткани.

4. Установлены высокие корреляции между уровнем бемитила в мозге и величинами локального мозгового кровотока, парциальным напряжением кислорода и импульсной активностью нейронов в соматосенсорной коре головного мозга крыс. Корреляции имеют положительную величину, что позволяет говорить о бемитиле, как об ак-топротекторе улучшающем циркуляторно-метаболическое обеспечение нейронного модуля соматосенсорной коры головного мозга.

Литература

1. Бобков ЮГ, Виноградов В.М, Катков В.Ф. и др. Фармакологическая коррекция утомления. — М.: Медицина. С.208, 1984.

2. Бугаева Л.И, Спасов А.А, Веровский И.Н и др. Исследование острой токсичности бемитила и бромитила // Экспериментальная и клиническая фармакология. Т. 63. № 6. С.53-57. 2000.

3. Каркищенко Н.Н., Хоронько В.В., Сергеева С.А., Каркищенко В.Н. Фармакокинетика. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.

4. Крапивин С.В., Романова В.Е., Воронина Т.А., ЛукьяноваЛ.Д.//Физиологический журнал СССР. - Т. 77, № 7. С. 1-6. 1991.

5. Морозов И.С., Барчуков В.Г., Быков Н.П. и др. Необходимость и возможности фармакологической коррекции профессиональной работоспособности в экстремальных условиях. // Тезисы 1-го Съезда Российского научного общества фармакологов 9-13 октября 1995г. «Фундаментальные исследования как основа создания ле-карственнъх средств». С.-291. 1995.

6. Морозов И.С., Александровский Ю.А., Серебрякова Т.В. и др. Применение бе-митила в психиатрической практике: Метод. рекомендации — М., 1987.

7. Сухов А.Г. Нейронная организация тактильного анализатора крысы. — Ростов-на-Дону, 1992.

8. ФирсовА.А., ЖердевВ.П., БармановаЕ.Ю. и др. Методические рекомендации по доклиническому изучению фармакокинетики лекарственных средств. — М., 2000.

PHARMACOKINETICS COMPARATIVE STUDIES OF BEMITILE AND ITS INFLUENCE ON THE CIRCULATORIC-METABOLIC SUPPORT SO-MATOSENSORIC CORTEX NEURONAL MODULES Yu.S. Makljakov, V.V. Khoronko, A.A. Stepanov, S.A. Sergeeva, I.M. Mjakota

Rostov State Medical University, Rostov-on-Don The Research Center for Biomedical Technologies of RAMS, Moscow

Key words: actoprotector, bemitile, PK-drug distribution.

Bemitile pharmacokinetic and its influence on the local brain blood flow (LBB), partial oxygen pressure (pO2) and neuronal impulse activity (NIA) in the ratXs somatosensoric cortex has been studied. For studying of pharmacokinetics features the method of a gas chromatography was used. For research of circulatory-metabolic support of the neural module synchronously registered a LBB, pO2 and NIA in the place of a projection vibrissae ‘3 ratXs somatosensoric cortex. It is established, that provides saturation of a brain tissues by higher concentration of a drug, than their level in blood plasma; simultaneous bemitile administration causes reliable increase of LBB, pO2 and NIA in the place of a projection vibrissae ‘3 ratXs somatosensoric cortex. Simultaneously with an estimation of microcirculatory activity the rats somatosensoric cortex module the analysis of bioelectric activity of nervous cells has shown increase in frequency of spikes generation by nervous cells. High correlation between a level bemitile in a brain and sizes of LBB, pO2 and NIA in ratXs somatosensoric cortex is established.