УДК 615.9;632.95;616.8

СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПИРЕТРОИДЫ: МЕХАНИЗМ НЕЙРОТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, ПОИСК СРЕДСТВ ЛЕЧЕНИЯ ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЙ (обзор)

Н.В. Кокшарева, д.б.н., С.В. Вековшинина, к.б.н.,
Н.А. Шушурина, к.м.н., В.Е. Кривенчук д.фарм.н.

Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И. Медведя, Киев

Синтетические пиретроиды (СП) относятся к инсектицидным препаратам с достаточно выраженным нейротоксическим эффектом. Низкие нормы их расхода и способность к быстрой биодеградации позволили значительно увеличить объем использования СП в сельском хозяйстве и быту (одна треть от общего количества применяемых в мире инсектицидов). Однако одновременно возросла опасность возникновения отравлений людей данными препаратами в результате нарушений правил их применения, а также в случае использования СП в суицидальных целях, о чем свидетельствуют данные литературы [1, 2].

Несмотря на то, что пиретроиды обладают избирательной инсектицидной активностью, нельзя забывать, что они являются нейротропными препаратами и для человека.

Большой клинический материал (573 случая) отравления людей пиретроидами (дельтаметрин, фенвалерат, циперметрин) проанализирован китайскими исследователями [2].

Целью настоящей работы являлось на основании представлений о механизме нейротоксического действия СП (по данным литературы и собственных экспериментальных исследований) провести скрининг различных фармакологических препаратов в качестве возможных средств коррекции данной патологии.

По химической структуре СП представляют собой замещенные эфиры циклопропанкарбоновых кислот или замещенные фенилацетаты. По характеру острой токсичности для млекопитающих все пиретроиды делятся на 2 типа. Пиретроиды I типа, не содержащие CN группу (пиретрины, аллетрин, перметрин и др.), вызывают гиперактивность, агрессивное поведение и тремор животных (Т-синдром). Характерными особенностями нейротоксического действия СП II типа — цианопиретроидов (дельтаметрин, циперметрин, суми-альфа и др.) являются саливация, судорожные припадки, хореатетозы. Таким образом, интоксикации, вызванные пиретроидами, характеризуются, в первую очередь, нарушениями функции нервной системы, как наиболее чувствительной к их воздействию. Ряд симптомов (лицевые парастезии у людей, гиперчувствительность, атаксия) свидетельствуют о вовлечении в патологический процесс периферических аксонов, что находит свое подтверждение в ряде экспериментальных данных. Так, при воздействии фенвалерата и перметрина в токсических дозах наблюдали аксональное набухание и дегенерацию, а также фрагментацию седалищного нерва крыс [3]. Вместе с тем, морфологические изменения в нервах при воздействии СП (дельтаметрин, циперметрин) на крыс были слабо выраженными и не носили дозозависимого характера [4]. Большинство исследователей считают, что пиретроиды не вызывают серьезных структурных нарушений нервного волокна. Наши собственные исследования, проведенные на самом чувствительном к возникновению нейропатий виде животных — курах, показали что СП не вызывают дегенерации нервного волокна и развитие парезов и параличей в отдаленные сроки [4].

Одним из важнейших показателей функционального состояния нервной системы является активность холинэстераз, воздействие которых направлено на расщепление ацетилхолина. Известно, что между токсичностью пиретроидов и их антихолинэстеразными свойствами корреляционная связь почти не прослеживается, в связи с чем нет достаточных оснований рассматривать в качестве механизма их нейротоксического действия ингибирование холинэстеразы. В наших исследованиях только один пиретроид — суми-альфа в высокой дозе (ЛД₅₀) обладал антихолинэстеразной активностью, что говорит о неспецифичности этого эффекта для нейротоксического действия пиретроидов. В то же время результаты электрофизиологических исследований (методом фиксации напряжения на мембране) на нейронах улитки показали, что пиретроиды вызывают дозо-зависимое блокирование ацетилхолиновых рецепторов [5]. Полученные данные подтверждают способность СП вызывать функциональные изменения постсинаптической нейрональной мембраны. Неспецифический и некооперативный характер связывания СП с ацетилхолиновыми рецепторами является доказательством воздействия данных препаратов на хемовозбудимые ионные каналы. Высокое сродство пиретроидов к никотиновым ацетилхолиновым рецепторам наблюдали и другие авторы [3].

Важные открытия в механизме действия СП были сделаны Narahashi [6], который показал, что их нейротоксический эффект обусловлен нарушением процесса генерации и распространения возбуждения по нерву. Он установил три эффекта при воздействии пиретроидов на нервную систему беспозвоночных: усиление отрицательного следового потенциала действия нерва на одиночный стимул; множественные разряды нерва на одиночный стимул; блокирование нервно-мышечной передачи. В дальнейшем было подтверждено аналогичное действие пиретроидных соединений на млекопитающих. Так, нами было показано, что децис, суми-альфа и цимбуш в дозе ЛД₅₀ вызывают резкое удлинение абсолютной и относительной рефрактерной фазы как седалищного, так и хвостового нерва крыс и нарушение мионевральной лабильности (снижение амплитуды потенциалов действия скелетных мышц). В некоторых случаях наблюдалось снижение скорости распространения возбуждения по нерву, возникновение множественных разрядов мышцы на одиночное раздражение нерва [7]. Влияние СП на функциональное состояние периферической нервной системы объясняется способностью этих соединений взаимодействовать с натриевыми каналами нейрональной мембраны и таким образом усиливать активацию входящего натриевого тока в период генерации потенциала действия нейронов, вследствие чего повышается период невозбудимости (рефрактерности) нервного волокна, нарушается генерация импульса в перехватах Ранвье, снижается скорость распространения возбуждения.

Вместе с тем, СП могут оказывать влияние на ионофорные каналы рецепторов различных нейротрансмиттеров. Так, в исследованиях in vitro было показано, что цианосодержащие СП могут взаимодействовать с рецепторами гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в синаптосомах мозга кролика [7].

Так как ГАМК-эргические системы расположены в основном в ЦНС млекопитающих, то был сделан вывод о том, что цианопиретроиды обладают более выраженным центральным действием по сравнению с СП I типа. Как оказалось, механизм токсического действия СП действительно связан с нарушением процессов возбуждения и торможения не только в периферической, но и центральной нервной системе.

Изучение поведенческих реакций в опытах на млекопитающих подтвердило, что СП снижают уровень общей неспецифической активности ЦНС, проявляющийся в угнетении условных и безусловных рефлексов. Нами, например, при изучении влияния СП на поведенческую активность крыс в открытом поле было установлено, что такой пиретроид как суми-альфа в дозе 0,2 ЛД₅₀ способен вызывать нарушение ориентировочно-исследовательской активности как на стадии неспецифической ориентировки, так и на стадии исследовательской деятельности. Полученные данные свидетельствуют о том, что наряду с экстрапирамидной системой, мозжечком, нейронами спинного мозга [8] в патогенезе отравления СП могут участвовать также структуры мозгового ствола, таламус и гиппокамп.

Таким образом, способность СП оказывать влияние на трансмембранные ионные процессы, а также их взаимодействие с ГАМК-рецепторами приводит к существенным нарушениям баланса тормозных и возбудительных процессов как в периферической, так и центральной нервной системе.

Исходя из приведенных данных о механизме токсического действия пиретроидов в организме млекопитающих, поиск средств лечения проводился в 2 направлениях: противосудорожные средства и вещества, участвующие в детоксикации пиретроидов.

Учитывая способность СП взаимодействовать с ГАМК-рецепторами, основное внимание при поиске средств лечения было уделено веществам, усиливающим процессы торможения в ЦНС, действующим как ГАМК-ергисты и синергисты ГАМК-ергической системы, а также как антагонисты возбуждающих глутамат- и аспартатергических систем.

Как известно, сродство ГАМК к связывающим ее участкам рецептора регулируется не только эндогенными молекулами, но и лекарственными веществами, такими как бензодиазепины и некоторые барбитураты [9]. Кроме того, на динамику связывания ГАМК с рецепторным комплексом могут оказать влияние вещества, хорошо проникающие через гематоэнцефалический барьер и увеличивающие содержание ГАМК в ткани ЦНС. Определенный интерес в плане лечения отравлений СП представляют аминокислоты — таурин и глицин [10], которые участвуют в детоксикации пиретроидов как субстраты для конъюгации, а также фенобарбитал — индуктор МОГС печени и стимулятор процессов детоксикации.

Исходя из вышеприведенного, в эксперименте были испытаны, прежде всего, ГАМК-ергисты и синергисты ГАМК-ергической системы: ряд известных фармацевтических препаратов, а также нефармакопейные вещества, синтезированные в Институте экогигиены и токсикологии. Был изучен лечебный эффект гамма-аминомасляной кислоты (гаммалон), натрия оксибутирата (предшественник ГАМК); бензодиазепиновых препаратов — диазепама (реланиум) и нозепама; пирацетама (ноотропил), фенобарбитала. Из других противосудорожных препаратов — магния сульфат и амизил. Также исследовали действие ганглиоблокатора бензогексония и кортизона ацетата.

Из синтезированных веществ использовали: производные ГАМК — N-ацетилГАМК и Са²⁺, Na⁺, К⁺, Mg²⁺, Li⁺-евые соли N-ацетилГАМК; гидрохлорид ГАМК, гидрохлорид гидразида ГАМК, этиловый эфир гидрохлорида ГАМК, ГАМК-аскорбиновая кислота-Са, ГАМК-аскорбиновая кислота-Fe; глицин и его производные: N-ацетилглицин, Ca²⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Li⁺ -вые соли N-ацетилглицина, моно- и диэтаноламинные соли глицина, трис-(оксиметил)-аминометановая соль глицина; таурин и его производные: N-ацелтилтаурин, Ca²⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Li⁺-евые соли N-ацетилтаурина, 2-оксиэтансульфонат (изетионовая соль), 3-аминопропансульфоновая кислота (гомотаурин), 3-амино-2-оксипропансульфоновая кислота (таблица).

Для проведения фармакологического скрининга была разработана экспериментальная модель острого отравления крыс СN-содержащим пиретроидом суми-альфа (эсфенвалератом). Пиретроид вводили животным однократно перорально в дозах ЛД₅₀ и более.

Клиническая картина острого отравления крыс суми-альфа в дозе ЛД₅₀ развивалась через 3 ч после введения пиретроида и характеризовалась развитием судорог, саливацией, диареей. Гибель животных наступала в течение 1-х, 2-х суток.

Лечебные препараты вводили через 10—15 мин после пиретроида, а также через 2—3 и 7—8 ч в том случае, если после первого введения лекарства клиническая картина отравления суми-альфа все же имела место.

ГАМК (100 мг/кг), нозепам (2 мг/кг), ноотропил (100 мг/кг) и другие производные ГАМК вводили внутрижелудочно; диазепам (1,5—5 мг/кг), атропин (1,0—5,0 мг/кг), амизил (1,0 мг/кг), бензогексоний (12,5 мг/кг), кортизона ацетат (20 мг/кг), соли N-ацетилглицина(100 мг/кг), соли N-ацетилтаурина (100 мг/кг) — внутримышечно; глицин (3000 мг/кг), оксибутират натрия (100 мг/кг), аминазин (5—10 мг/кг), фенобарбитал (65 мг/кг), изетионовая кислота и гомотаурин (1000 мг/кг), моно- и диэтаноламинные соли N-ацетилглицина (100 мг/кг) — внутрибрюшинно.

Эффективность фармакологических средств в скрининге определялась по критериям выживаемости животных, времени появления судорог и гибели животных.

Результаты исследования показали, что использование холинолитических препаратов (атропин, амизил) и реактиваторов ХЭ (дипироксим, диэтиксим) в терапевтических дозах не оказывало существенного влияния на течение острой интоксикации и выживаемость крыс. Кроме того, при использовании меньших доз суми-альфа указанные препараты даже усугубляли исход интоксикации, т.е. проявлялась их собственная токсичность.

Такие противосудорожные препараты как натрия тиопентал и диазепам статистически достоверно увеличивали выживаемость подопытных животных, когда их применяли по клиническим показаниям (при появлении признаков возбуждения ЦНС). После введения этих препаратов животные засыпали, судороги ослабевали, однако мышечные фибрилляции сохранялись.

После введения фенобарбитала, диазепама и ГАМК на фоне отравления суми-альфа наблюдалась малоподвижность и сонливость животных. Отмечалось более позднее (на 0,5—1,5 ч) наступление судорог по сравнению с животными контрольной группы (суми-альфа 70 мг/кг), увеличение времени наступления гибели. Указанные препараты существенно не изменяли выживаемость крыс при остром отравлении суми-альфа.

Наиболее эффективным оказалось профилактическое использование фенобарбитала (65 мг/кг ежедневно на протяжении 3 дней до введения пиретроида); комплексное использование диазепама (3 мг/кг) и, кортизона ацетата (20 мг/кг, диазепам продолжали вводить в дозе 1,5 мг/кг 2—3 раза на протяжении первого дня), диазепама (3 мг/кг) и атропина-сульфата (0,2 мг/кг). Если судороги возобновлялись, введение диазепама в дозе 1,5 мг/кг повторяли (1—3 раза через 30 мин и 2—4 ч после острого отравления). Защитный индекс при этом составлял 1,43. Таким образом, величина ЛД₅₀ суми-альфа при лечении диазепамом и атропина-сульфатом увеличилась в 1,43 раза.

Лечебная эффективность диазепама, очевидно, связана с его свойствами ГАМК-миметика, что позволяет уменьшить перевозбуждение ЦНС, вызванное пиретроидом.

Повышение выживаемости крыс с острым отравлением пиретроидом фенвалератом при лечении их атропином, диазепамом, фенобарбиталом и пентабарбиталом наблюдали также японские ученые. При этом отмечалось, что небольшие дозы атропина (0,5—10 мг) в тяжелых случаях отравления СП у людей приводили к уменьшению саливации и отека легких [9].

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что при тяжелых отравлениях сумми-альфа и, по-видимому, другими СП, лечение должно включать применение ГАМК-миметика диазепама (реланиум, седуксен, валиум). При появлении признаков перевозбуждения ЦНС препарат можно вводить внутривенно (10—40 мг) или внутримышечно (10 мг, 2 мл 0,5 % р-ра). При сохранении судорог введение диазепама следует повторять. При отравлениях, сопровождающихся антихолинэстеразными эффектами (миоз, гиперсаливация, отек легких), целесообразно внутримышечное введение 0,1 % атропина-сульфата.

В группе ГАМК-производных наиболее эффективными были ГАМК и гидрохлорид гидразида ГАМК; в группе глицина — глицин, моноэтаноламинная соль и диэтаноламинная соль; в группе таурина — кальциевая и натриевая соли N -ацетилтаурина, натриевые и кальциевые соли N-ацетилглицина, изетионовая соль и гомотаурин (таблица).

Таким образом, в результате проведенного скрининга было установлено, что среди фармакопейных препаратов наиболее эффективными при введении крысам суми-альфа являются диазепам в комбинации с кортизоном, использование которых приводило к увеличению выживаемости животных. Ряд препаратов — ГАМК, гидрохлорид гидразида ГАМК, глицин, натриевые и кальциевые соли N-ацетилглицина и N-ацетилтаурина, моно- и диэтаноламинная соли N-ацетилглицина изетионовая соль и гомотаурин обладали меньшей лечебной активностью — отдаляли сроки развития судорог и гибели животных.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что малая эффективность синтезированных препаратов — производных ГАМК и ГАМК-ергических соединений (таурин, глицин) обусловлена тем, что в механизме нейротоксического действия синтетических пиретроидов, наряду с их влиянием на указанные системы, имеют место и другие механизмы.

ЛИТЕРАТУРА
1. He F., Sun J., Hak K. et al. Effect of pyrethroid insecticides on subjects engaged in packaging pyrethroids//Brit. J. Indust. Med. —1988. —45. —P. 548—551.
2. He F., Wang S., Liu L. et al. Clinical manifistations and diagnosis of acute pyrethroid poisoning//Arch. toxicol. —1989. —V 64. —P. 54—58.
3. Gray A.J., Soderlund D.M. Mammalian toxicology of pyrethroids//Insecticides/Ed. by D.H. Huston, N.R. Roberts. —Chichester: John Wiley and Sons, 1985. —N 5. —P. 207.
4. Aldridge W.N. Toxicology of pyrethroids//Pestic. chem: Hum. Welfare and Environ. Pros.: 5th intern kongr. —Kioto 29 Aug. —4 Sept., 1982. —N 3. —P. 485—490.
5. Tkachenko I.I., Kokshareva N.V., Vekovshinina S.V. et al. Delayed neurotoxic effects of combinations of organophosphorus and pyrethroid pesticides//Health, safety and ergonomic aspects in use of chemicals in agriculture and forestry/Ed. by Y. Kundiev, Kiev: Institute for occupational health. —P. 180—183.
6. Вековшинина С.В. Функциональное состояние ацетилхолин-зависимых ионнных каналов при раздельном и комбинированном воздействии дециса и белофоса на нейроны Helix pomatia L.//Совр. пробл. токсикол. —1999. —N 1. —С. 43—46.
7. Narahashi T. Nerve membrane ionic channels as the primary target of pyrethroids//Neurotoxicology. —1985. —V. 2, N 6. —P. 3—22.
8. Вековшиніна С.В. Комбінована дія фосфорорганічних пестицидів та синтетичних піретроїдів на функціональний стан периферичної нервової системи//Журн. АМН України. —1995. —T. 1, N 2. —С. 373—378.
9. Ray D.E., Cremer J.E. The action of decamethrin (a synthetic pyrethroid) on the rat//Pestic. Biochem. Physiol. —1979. —N 10. —P. 333—340.
10. Gammon D.W., Lawrence L.J., Casida J.E. Pyrethroid toxicology: protective effects of diazepam and phenobarbital in the mouse and the cockroach//Toxicol. Appl. Pharmacol. —1982. —V 66. —P. 290—296.