УДК 616-003.725:615.015.3

ПУТИ ИЗУЧЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ДЕЙСТВИЯ СВЕРХМАЛЫХ ДОЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

И.Н. Шевченко, кандидат мед. наук

Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И. Медведя МЗ Украины, г. Киев

SUMMARY. As of now, there are no universal scientifically proved theories of mechanisms of ultra-small concentrations (10^-12—10^-17 M) of biologically active and medicinal substances, that have effects similar to their large concentrations. The issue — related findings of the last decade are undoubtedly of great interest.
The author reviews some hypotheses that explain high sensitivity of organisms to micro- doses as well as gives the results of the researches of various types of complex substances done in different experimental models.
The works reviewed deal, to some extent, with a problem of sanitary standardization of poisons, biologically-active substances, biologically-active supplements and drugs that should be done with knowledge of their safe concentrations.

В последнее десятилетие опубликовано много работ о чувствительности человека и животных к сверхмалым концентрациям биологически активных веществ (БАВ). Условно такую чувствительность назвали пико- (х10^-12 М) и фемто- (х10^-15 М) граммовой чувствительностью.

Высокая биологическая активность ультрамалых концентраций химических веществ была установлена еще в XIX веке С. Ганеманом — основоположником отрасли медицины-гомеопатии. Идеология гомеопатии "микродозы по принципу подобия" подкреплена огромным количеством наблюдений и положительных результатов лечения, что дает возможность активного ее сосуществования с официальной медициной [1]. Однако в период формирования гомеопатии еще не было столь поразительных достижений науки (молекулярная биология и генетика, генная инженерия) и инструментальных методов исследования (электронная микроскопия и электронный парамагнитный резонанс — ЭПР, ультрацентрифугирование, спектрометрия и др.), и наука базировалась, в основном, на феноменальных способностях врачей-гомеопатов, досконально знавших симптоматику и патофизиологию заболеваний.

Научные и технические достижения последнего времени вызвали всплеск попыток объяснения эффекта воздействия супернизких концентраций веществ, совпадения с эффектом применения этих же соединений в больших дозах. Появилась необходимость интерпретировать это чрезмерно сложное явление.

Концентрирование работ, посвященных этой проблеме, представлено на III Международном симпозиуме "Механизмы действия сверхмалых доз" (Москва, 3—6 декабря 2002 г.).

Сверхмалыми дозами биологически активных веществ (БАВ) называют такие, концентрация которых на несколько порядков ниже равновесной константы взаимодействия БАВ с эффектором.

В настоящей работе материал систематизирован по следующим направлениям:
1. Гипотезы, объясняющие механизмы действия сверхмалых доз БАВ.
2. Кинетические закономерности действия малых доз БАВ и выбор моделей для их изучения.
3. Результаты исследований механизма действия сверхмалых концентраций БАВ:
- антиоксидантов;
- гормонов;
- психотропных веществ;
- лекарственных препаратов;
- токсикантов.
4. Биологическая активность трансгенных растений.

1. Гипотезы, с помощью которых исследователи пытаются объяснить механизмы действия сверхмалых доз БАВ

состояние, заключающееся в том, что в "перевозбужденных" тканях органов наблюдается стойкое нераспространяющееся возбуждение. Такое состояние воспринимается как угнетение и торможение функций органа. Это изменение физиологической лабильности тканей и органов можно рассматривать как "фон" болезни, при которой сильные раздражители усугубляют "перевозбуждение", а слабые (сверхмалые дозы БАВ) могут вызвать ответ [1].

"Возвращение действия" при снижениии концентрации применяемых БАВ наблюдали на примере свинца, ртути, радия, телура, этиленамина и др [2]. Многофазное повторение эффекта авторы (Е. Бурлакова, И. Саноцкий) объясняют вариациями трехфазного реагирования систем антагонистов, имеющих разный порог возбуждения (торможения). Интерференция зависимостей "доза-эффект" дает многофазную кривую. Донорно-рецепторные взаимоотношения при этом имеют существенное значение в проявлении эффекта. При регистрации эффекта от применения ничтожных концентраций веществ (<1 молекулы на клетку) объясняется взаимодействием не материй, как таковых, а их энергетических микрополей. Можно провести некую аналогию с "эффектом Кирлиан": при изображении листа растения между пластинами конденсатора удаленный сегмент листа также показывал "схему строения".

Действие низких концентраций БАВ в литературе интерпретируется также как "голографический принцип" организации веществ. Динамическая структура БАВ, гомеопатических препаратов (ГП) определяют специфическую структуру протонных потенциалов, что создает спектр процессов, построенных в высокочастотных областях внутримолекулярных колебаний и низкочастотных областях ассоциирования. Гипотеза построена на основе регистрации спектров излучения сверхнизкой интенсивности молекулярного флуктуационного светорассеяния и электронной перезаписи ГП без переноса веществ [3].

Существует также концепция о механизме биологического действия сверхмалых доз с помощью канала передачи регулярного сигнала в живых системах, состоящего из малого матрикса: воды и адгезивных белков в диапазоне концентраций 10^-8—10^-14 М. Именно вода представляет собой матрицу для переноса регуляторного сигнала [4].

Необыкновенно высокая чувствительность системы (10^-3…10^-15 г в пробе) требует своего объяснения. Предположены возможные механизмы обеспечения столь высокой чувствительности при обонянии [5]:
- физические — массоперенос и адсорбция одорантов из воздуха в плоскость рецепторного слоя;
- химические — образование молекулярных комплексов со смещением равновесия процесса и возможным участием цепных реакций, включающих активные формы кислорода и металлов переменной валентности;
- биохимические, в том числе клеточные, — участие ферментов слизи (оксидаз, фосфатаз, эстераз и др.) в первичных преобразованиях одорантов с последующим смещением равновесия в водно-магнитной среде и клеточным усилением за счет медиаторов (цАМФ, цГМФ, Са⁺⁺ и др.);
- физико-математические — обонятельная клетка представлена как усилитель, на мембране которой имеется молекулярный рецептор — датчик-преобразователь. При взаимодействии с летучими веществами происходит деполяризация мембраны и электрический ответ по аксону клетки передается в обонятельные клетки мозга. Каскад ферментативных реакций внутри клетки открывает ионные каналы. Поток ионов на несколько порядков превышает количество исходного стимула, что и обеспечивает высокую чувствительность обонятельных клеток.

Представленные разными авторами трактовки механизмов действия сверхмалых количеств БАВ, по-видимому, правомерны в своей совокупности, однако не всегда доказуемы и универсальны. Специфика строения и функций различных органов и систем организма требуют отработки особых моделей для изучения механизмов действия БАВ применительно к ожидаемым результатам.

2. Кинетические закономерности действия малых доз БАВ и выбор моделей для их изучения

К сверхмалым дозам относят те, концентрации которых на один или несколько порядков ниже равновесной константы взаимодействия вещества с эффектором. Для обратимых химических реакций отношение среднеквадратичного отклонения числа образующихся в результате реакций молекул и их математическому ожиданию значительно больше, взаимодействие БАВ с эффектором становится стохастическим и использование закона действующих масс приводит к существенным ошибкам.

При низких концентрациях БАВ, но больших или равных их равновесной константе диссоциации с эффекторными молекулами для описания взаимодействия БАВ с эффектором применим закон действующих масс. При этом величина среднеквадратичного отклонения образующихся молекул ничтожно мала по сравнению с математическим ожиданием [6].

Авторы предлагают описывать эффекты, вызываемые действием малых доз БАВ, с помощью уравнений "традиционной" химической кинетики, фармакокинетики, фермент-субстратного и лиганд-рецепторного взаимодействия. Однако применять кинетические уравнения при концентрациях БАВ ниже 10^-19 М при вероятности нахождения молекулы в 1 мл, близкой к нулю, нецелесообразно.

При исследовании действия БАВ либо при назначении с лечебной целью следует учитывать фактор времени. Используя токсикокинетическую модель, исследователь С.А. Куценко [7] показал, что назначение препаратов в сверхмалой дозе приводит к продлению времени их действия. Так, при остром воздействии веществ в "обычной" дозе эффект может развиться в течение нескольких минут, а при употреблении "сверхмалых доз" время действия растягивается на несколько суток.

Для скрининга веществ, действующих в сверхмалых концентрациях, авторы предлагают следующие модели и очередность их использования:

1 этап. Использовать простейшие спиростомы, применяя концентрации БАВ в пределах от 10^-9 до 10^-13 М (регистрируют двигательную активность, форму тела, поведение и сроки гибели животных).

2 этап. При наличии действия препаратов на спиростомах эффекты обнаруживаются на целом ряде животных. При этом фиксируют внимание на психическом состоянии животных, их физической трудоспособности (часто с применением условных рефлексов), а также на репродуктивной функции [8].

3. Результаты исследований механизма действия сверхмалых концентраций БАВ. Методы изучения механизмов действия БАВ, к сожалению, не отличаются разнообразием, поэтому и полученные результаты несколько однотипны. Ниже приведены некоторые наиболее показательные примеры изучения действия на организм разных классов БАВ.

Наиболее часто исследователи прибегают к изучению молекулярных механизмов действия БАВ, используя метод ЭПР (спектрометр "Brucker-200D" и др.) при помощи спиновых зондов. Для изучения жесткости поверхностных областей (~8 А) липидного бислоя мембран применяется стабильный нитроксильный радикал — 5-доксилстеариновая кислота (С₅); 16-доксилстеариновая кислота (С¹⁶) применяется для изучения микровязкости термоиндуцированных структурных переходов и их эффективной энергии активации в глубоколежащих областях (~20 А).

Антиоксиданты

Изучение механизмов действия альфа-токоферола in vitro на мембранах эндоплазматического ретикулума клеток печени мышей проводили именно методом ЭПР, описанным выше. Показано увеличение количества и эффективной энергии активации структурных переходов в глубоколежащих областях липидного бислоя, а также жесткости поверхностных слоев мембран при добавлении альфа-токоферола в концентрациях от 10^-3 М до 10^-25 М с полимодальным характером пиков [9].

Величина перокисдного окисления липидов (ПОЛ) клеток и их органелл является показателем их чувствительности к ионизирующему излучению. Поэтому на моделях спонтанного и индуцированного ПОЛ мембран эндоплазматического ретикулума клеток изучали влияние альфа-токоферола и синтетического фенозана калия. Оба антиоксиданта обладают антиокислительными свойствами при высоких (10^-6 М) и низких (10^-8—10^-18 М) концентрациях: бимольный эффект с "молчащей зоной" в промежутке [10].

На препаратах изолированных нейронов в проточную камеру однократно вводили БАВ различного действия (ацетилхолин, серотонин и др.), в том числе синтетические антиоксиданты в концентрации 10^-15-10^-17 М (0,35 мм). По мнению авторов [11], ультранизкие концентрации различных БАВ унифицируют ответ нейронов, что весьма существенно для регуляции процессов жизнедеятельности.

Гормоны

Изучению нейропептида тиролиберина или тиреотропина-рилизинг гормона (ТРГ) посвящено значительное количество исследований. Методом ЭПР показана его активность в концентрации 10^-10—10^-16 М. В экспериментах на крысах ТРГ (10^-9—10^-12 М) купировал судорожные припадки при интраназальной аппликации [12, 13].

На изолированных брыжейках лабораторных животных показана также способность ТРГ влиять на сокращение лимфатических сосудов (10^-10—10^-16 М) [14].

Психотропные вещества

В эксперименте методом условных рефлексов были изучены эффекты транквилизаторов бензодиазепинового ряда (феназепам, флюнитрозепам), антидепрессантов (амитриптилин, имипрамин) и ноотропа пирацетама при введении их в дозах от 10^-12 до 10^-14 М/кг. Все эти вещества сохраняют свое специфическое действие в указанных дозах, но перестают оказывать побочное действие, наблюдаемое при введении в дозах терапевтических [15]. Феназепам обладает способностью влиять на диффузию веществ через диализную мембрану, вызывая тем самым усиление проводимости биологических мембран для хлорид-ионов в концентрации 10^-10—10^-11 М/кг. Авторы [16] полагают, что в основе физиологического действия феназепама лежит его способность изменять структуру воды. Воду рассматривают как структурно-динамический сенсор при изучении действия БАВ.

Лекарственные препараты

На пяти экспериментальных тест-системах (карцинома легких Льюиса и карцинома 755, меланома В₁₆, асцитная форма опухоли Эрлиха, опухоль Л₁₂₁₀) показано ингибирование развития опухолей применением доксорубицина в дозах 10^-5 и 10^-20 М, а также увеличение продолжительности жизни животных по сравнению с контролем [17]. Совместное применение низкоинтенсивного электромагнитного поля КВЧ диапазона и доксорубицина (10^-5—10^-20 М) усилил противоопухолевый эффект до 84% у мышей с карциномой легких Льюиса [18].

Установлен также факт усиления действия цитостатиков (адриамицин, цис-платина) при добавлении сверхмалых доз антиоксидантов, иммуномодуляторов и хемосенсибилизаторов у экспериментальных животных с трансплантируемыми опухолями [19].

В качестве лекарственных препаратов предложены также антитела в сверхмалых дозах. Сотрудники НПФ "Материя Медика Холдинг" (Москва, Россия) освоили гомеопатическую технологию получения сверхмалых доз антител к белкам-антигенам и физиологически активным эндогенным веществам (гистамин, серотонин, морфин и др.) и предлагают их в качестве нового класса лекарственнных препаратов [20, 21].

Так, из мозга быка выделили многоспецифический белок S-100, к которому получены поликлональные антитела иммунизацией кроликов, названные "пропротен-100". Взаимодействуя с антигеном — белком S-100 мозга "пропротен-100" купирует абстинентный синдром и рекомендуется в качестве антиалкогольного и антинаркотического препарата. "Пропротен-100" поступил в аптеки городов Москвы и Киева. При употреблении препарата наблюдается снижение памяти и выработки условных рефлексов в эксперименте.

Токсиканты

Прогноз действия токсических веществ на организм может быть выработан на основании их воздействия при различных уровнях интенсивности. После однократного введения per os гексан-эфирных экстрактов воды с разным соотношением бенз(а)пирена и полихлорбифенилов в концентрации от 5,3 до 5,3х10^-5 мг/кг веса были выявлены изменения состояния регуляции ПОЛ в печени и эритроцитах крови, не нормализующиеся в течение месяца. Однако линейной зависимости от концентрации экстрактов и целого ряда показателей выявлено не было, что создает трудности прогнозирования биологических последствий воздействия [22].

Пути введения токсикантов в организм имеют большое значение для проявления их свойств. Так, при энтеральном введении крысам в течение 30 дней н-бутанол (от 0,54 до 67,5 мкМ/кг) оказался в 6,8 раз токсичнее, чем при ингаляционном (от 6 до 197 мкМ/м³) [23].

Основным звеном механизма действия токсикантов авторы [24] считают "отчуждение" части собственной микрофлоры, что приводит к дисбактериозу, функциональным нарушениям респираторного и желудочно-кишечного тракта, вторичным локальным иммунодефицитам.

Комбинированное воздействие микродоз токсикантов, в частности хлорофоса и триоксикрезилфосфата на фоне ингибирования ферментов крови и печени, увеличивает их токсичность. Авторы [25] рекомендуют использование пробит-метода на уровне 5%-х откликов биоответа при количественной оценке эффектов комбинированного действия ксенобиотиков при низких уровнях воздействия.

При исследовании действия генотоксикантов "действующими мутагенами" являются дозы 10^-3—10^-4 М. Однако молекулярно-генетические исследования, например, индукция экспрессии генов (при отсутствии проявлений мутаций) требуют снижения доз токсикантов до 10^-7—10^-9 М. Именно применение таких доз позволило получить ответы на ряд вопросов "классической генетики". В частности, установлены генотоксические свойства противоопухолевых препаратов (антрациклины и олеомицин) в дозах 10^-17 М, а также показатели резистентности микроорганизмов к антибиотикам [26].

4. Биологическая активность трансгенных растений

Искусственное изменение генных цепочек растений методами генной инженерии позволяет получить продукты с новыми свойствами (например, устойчивость к колорадскому жуку для картофеля). В США и странах ЕС существует жесткий запрет на реализацию и импорт трансгенного продовольствия. Россия и страны СНГ ввозят трансгенные продукты кукурузы, сои, цитрусовых, риса, пшеницы, ячменя и др., а также семена трансгенных растений.

Трансгенные продукты представляют огромную опасность для населения [27]. Участки трансформированных генов растений внедряются в генную цепочку человека (подобно вирусу), вызывая соответствующие изменения обмена веществ. Например, замена атомов одного химического элемента другим — антагонистом: сера заменяется селеном при поедании трансгенных томатов, а селен утончает стенки кровеносных сосудов мозга, что приводит к инсультам.

Особую опасность представляют геномодифицированные белки (до 80%) — трансгенные компоненты детского питания Российского производства. В 2002 г. была введена обязательная маркировка трансгенных продуктов, в которых геномодифицированных компонентов более 5%, однако, такой маркировки практически нет.

Консерванты, красители, стабилизаторы, обозначаемые буквой Е с соответствующими номерами, также часто не указаны на упаковках. Так, лецитин Е-322, входящий в состав шоколада "Альпен Голд", может вызвать заболевания печени и почек.

Геномодифицированные продукты питания должны быть запрещены для употребления человеком [27].

Заключение

Унифицированных научно-аргументированных теорий о механизмах действия сверхмалых концентраций биологически активных и лекарственных веществ не существует. В связи с этим представляют несомненный интерес данные последнего десятилетия, полученные с использованием новейшей техники и современных разработок. Исследователи полагают, что именно эксперименты с применением ультранизких концентраций веществ позволят сделать достоверные выводы об их свойствах на молекулярном и генетическом уровнях. Так, по мнению ряда авторов, достижения в области "классической генетики" (без фенотипического проявления мутаций) могут быть получены при действии генотоксикантов в дозах до 1,10^-17 М [26].

В обзоре приведены гипотезы, объясняющие высокую чувствительность организма к столь малым дозам (пико- и фемто- граммовая чувствительность), а также результаты исследований разных классов соединений на различных экспериментальных моделях.

Следует учесть также и социально-экономическую сторону проблемы. В связи с неуклонным ухудшением экологии, ростом заболеваемости населения и ухудшением его благосостояния лекарственное обеспечение граждан, особенно малоимущих, является недостаточным. С другой стороны, при иммунодефиците и хронических заболеваниях длительное применение лекарств вызывает так называемые "лекарственные болезни", исход которых непредсказуем.

Согласно новым представлениям лекарственные и биологически активные вещества, применяемые в малых дозах, повторяют свойственное им действие в дозах больших. Для снижения дозировок и сроков применения лекарственных веществ необходимо переосмысливание механизмов их действия на организм человека.

Все перечисленные выше работы в большей или меньшей степени затрагивают вопрос о санитарной стандартизации внешних факторов, а именно — лекарственных препаратов, ядохимикатов, БАВ и БАД. Санитарная стандартизация должна базироваться на данных о безопасных уровнях воздействия, о так называемых "зонах оптимальной жизнедеятельности". Гигиеническое нормирование с учетом "зон оптимальной жизнедеятельности" — это та задача, которую необходимо решать всесторонне и коллективно.

Литература
1. Попова Т.Д. Очерки о гомеопатии. К.: "Наукова думка". —1988. —192 с.
2. Саноцкий И.В. "Возвращение действия" химических соединений при уменьшении их дозы, введенной в организм. //Тез.докл. III Междунар. симпозиума "Механизмы действия сверхмалых доз" (3—6.12.2002). —Москва, 2002. —С. 32.
3. Черников Ф.Р. Фрактальная структура гомеопатических препаратов. Там же. —С. 235.
4. Ямскова В.П., Ямсков И.А. //Рос. хим. журн. —1999. —XLIII, №2. —С. 74—79.
5. Зинкевич Э.П., Ганшин В.М. Возможные механизмы чувствительности малых доз в обонятельной рецепции позвоночных //Тез. докл. III Междунар. симпозиума "Механизмы действия сверхмалых доз" (3—6.12.2002). —Москва, 2002. —С. 10.
6. Подколзин А.А., Гуревич К.Г. Кинетические закономерности действия малых доз биологически активных веществ. —Там же. —С. 29.
7. Куценко С.А. Проблема "сверхмалых доз" с позиций токсикокинетики. —Там же. —С. 17.
8. Лебедева Н.Е., Горбатова Е.Н. Головкина Т.В., Бурлакова Е.Б. Метод скрининга веществ, действующих в сверхмалых концентрациях. —Там же. —С. 19.
9. Белов В.В., Мальцева Е.Л., Пальмина Н.П. Влияние альфа-токоферола в широком спектре концентраций на структурные характеристики липидного бислоя мембран эндоплазматического ретикулума клеток печени мышей in vitro. —Там же. —С. 7.
10. Пальмина Н.П., Кледова Л.В., Панкова Т.В. Природные (альфа-токоферол) и синтетические (фенозан калия) антиоксиданты в диапазоне концентраций (10^-18—10^-3 М) модифицируют перекисное окисление липидов в биологических мембранах in vitro. —Там же. —С. 27.
11. Терехова С.Ф., Греченко Т.Н. Регуляция функционального состояния нейрона сверхмалыми дозами различных биологически активных веществ. —Там же. —С. 35.
12. Торчинский А.А., Пальмина Н.П. Изменение структурного состояния различных слоев липидов биологических мембран под действием тиролиберина in vitro. —Там же. —С. 36.
13. Ашмарин И.Н., Асанова Л.М., Аббасова К.Р. и др. Нейропептид тиролиберин — эндогенная противосудорожная защита мозга в ультрамалых дозах. —Там же. —С. 6.
14. Санжиева Л.Ц., Лелекова Т.В., Ашмарин И.Н. Прямое и отдаленное действие сверхмалых доз (СМД) тиролиберина на сократительную активность лимфатических сосудов брыжейки белой крысы. —Там же. —С. 31.
15. Молодавкин Г.М., Воронина Т.А., Чернявская Л.И., Бурлакова Е.Б. — Эффекты психотропных веществ разных классов при введении в сверхмалых дозах. —Там же. —С. 23.
16. Алимов Н.И., Павлов А.Ю., Кузнецов П.Е. и др. Оценка влияния фенозепама на молекулярный транспорт через диализную мембрану. —Там же. —С. 5.
17. Островская Л.А., Биохтарова Н.И, Бурлакова Е.Б. Чувствительность экспериментальных опухолевых моделей к сверхмалым дозам доксорубицина. —Там же. —С. 26.
18. Островская Л.А., Будник М.И., Корман Д.Б. и др. Противоопухолевая эффективность совместного воздействия низкоинтенсивного магнитного поля и сверхмалых доз доксорубицина. —Там же. —С. 25.
19. Коновалова Н.П. Эффекты сверхмалых доз лекарственных препаратов в химиотерапии экспериментальных опухолей. —Там же. —С. 14.
20. Штарк М.Б., Береговой Н.А., Старостина М.В. и др. Сверхмалые дозы антител к физически активным эндогенным веществам — новый класс лекарственных препаратов. —Там же. —С. 261.
21. Ковалева В.Л., Зак М.С., Мартюшев А.В. и др. Противокашлевая активность сверхмалых доз антител. —Там же. —С. 254.
22. Урнышева В.В., Смотряева М.А., Шишкина Л.Н. Влияние химических токсикантов на состояние регуляторных систем в тканях мышей. —Там же. —С. 39.
23. Синицина О.О. Особенности энтерального и ингаляционного воздействия н-бутанола на организм в сверхмалых дозах. —Там же. —С. 34.
24. Хохлов Т.Х, Кондракова О.А., Лось С.П. и др. О возможном механизме реализации эффектов малых доз некоторых классов токсических веществ. —Там же. —С. 38.
25. Лошадкин Н.А., Гладких В.Д., Колосова Н.А. и др. Использование пробит-метода при оценке токсических эффектов комбинированного действия токсикантов на низких уровнях воздействия. —Там же. —С. 20.
26. Васильева С.В., Махова Е.В., Мошковская Е.Ю. Низкие дозы генотоксикантов в фундаментальных генетических исследованиях. —Там же. —С. 8.
27. Ильин О.В. Трансгенные продукты, экология и выживание человечества // Материалы XII Междунар. симпозиума "Нетрадиционное растениеводство. Этиология. Экология и здоровье" (7—14 сентября 2003, г. Алушта). —Симферополь, 2003. —С. 402—403.