УДК 615.856; 616-089.811; 616.45-001

КОМПЛЕКСОУТВОРЕННЯ ЯК СПОСІБ ПІДВИЩЕННЯ НЕШКІДЛИВОСТІ СПОЛУК МІКРОЕЛЕМЕНТІВ

Григор’єва Г.С., д.х.н., Киричок Л.М.,к.м.н., Конахович Н.Ф., к.х.н., Мисливець С.О., Мохорт М.А., д.м.н., професор

Інститут фармакологіїї та токсикології АМН України

Застосування сполук металів в медицині має тривалий емпіричний досвід. Лише в останні десятиріччя достеменно встановлено незамінність т.з. біометалів в механізмах нормального функціонування систем організму й "дискомфорт" гомеостаза, який супроводжується чи викликається аномаліями вмісту необхідних металів [1—3]. Дослідження діапазону фізіологічних функцій останніх ще далекі від завершенності. Між тим, перехідні або d-метали (які за ендогенним вмістом відносять до мікроелементів) вважаються головними факторами структуроутворення та функціонування активних центрів більшості ферментів [3, 4]. Для кожного біометалу за діаграмою Бертрана [5] (залежність "доза елементу - фізіологічна дія") існує діапазон оптимальних концентрацій in vivo, вихід за межі яких обумовлює порушення ферментного статусу організму (дефіцит елементу) чи токсичний вплив (перевищення депоутворюючої потреби в елементі).

Багато соматичних, психічних та інфекційних захворювань супроводжуються статистично достовірними порушеннями загальної картини оптимальних концентрацій різних мікроелементів на субклітинному, клітинному й органному рівні. Так, при атеросклерозі, цукровому діабеті, туберкульозі, виразковій хворобі, канцерогенезі та деяких інших патологічних станах супровідні зсуви ендогенного фону металів є настільки спе-цифічними [1—4], що можуть стати основою ранньої діагностики захворювань. "Мікроелементний анамнез" може бути з успіхом використаний для визначення стратегії відповідної фармакотерапії шляхом екзогенної корекції, наприклад, вмісту не тільки традиційного заліза, але й міді, цинку та кобальту при аномаліях кровотворення, цинку — при імунодефіцитних станах, міді — при запаленнях [5—8]. Аналіз наукової літератури, міжнародних фармакопей та реєстрів лікарських засобів засвідчує підвищення уваги до дослідження металвміщуючих агентів, в т.ч. — полімікроелементної природи. Разом с тим, компонентний склад таких препаратів майже традиційно обмежується йонними сполуками мікроелементів — простими солями та оксидами [9, 10]. Така якісна монотонність об’єктивно пов’язана із проблемою обмеженості вибору фармакологічних металвміщуючих сполук, яка не дозволяє врахувати закономірності впливу стану металів на механізмі їх дії та відповідні клінічні наслідки.

Ендогенні мікроелементи перебувають виключно у вигляді координаційних сполук з органічними лігандами - простими та складними компонентами тканин і рідин організму [3]. Термодинамічна та кінетична рівноваги між такими комплексами підтримують своєрідний гомеостаз мікроелементів. На відміну від цього, введені йонні сполуки нестійкі щодо градієнту рН, йонної сили та гідрофільно-гідрофобної регіональності, а тому легко трансформуються в гідроксосистеми з низькою біодоступністю. Все це призводить до утворення "баластного" надлишку мікроелементів з відповідним зниженням специфічної активності та токсичними наслідками.

Шляхом до підвищення біодоступності та нешкідливості металвміщуючих препаратів може бути заміна йонних сполук мікроелементів їх комплексами з органічними лігандами [2, 11]. Передбачувані токсикологічні переваги екзогенних координаційних сполук обумовлені їх тотожністю стану металів in vivo, тобто відповідністю фізико-хімічних властивостей критеріям реалізації фізиологічної активності: оптимально термодинамічна стабільність та гідро-ліпофільний баланс при біологічних рН для забезпечення мембранопроникливості; дозволеність кінетичних обмінів металу з апоферментами чи можливість зв’язування металу з активного центру металоферменту з утворенням ферментімітуючих низькомолекулярних систем. На підтвердження плідності такого шляху в цій роботі наведено результати порівняльного дослідження змін токсичних властивостей металів, відповідно до стану та природи зв’язку в сполуках, що їх містять, а саме: йонні солі, комплекси з органічними лігандами, композиція комплексів.

Конкретними об’єктами дослід ження обрано низку d-металів-мікроелементів (Fe (III), Zn (II), Mn (II), Cu (II), Cr (III)), їх комплекси з N-2,3-діметилфенілантраніловою кислотою (HL) та сумішеву композицію таких комплексів.

Використана як ліганд амінокарбонова кислота HL є субстанцією відомого нестероїдного протизапального засобу "мефенамінова кислота". За умов свідомого вибору цього фармакологічно значущого ліганда, можливо було оцінити зміни його токсикологічних характеристик внаслідок комплексоутворення.

Звертання до композиції комплексів є виправданим, оскільки співіснування сполук металів у певному співвідношенні є запорукою нормального метаболізму кожного з них в ланцюгу "депо-ферментні системи-гомеостаз". На користь останнього свідчить взаємний вплив металів в активному центрі одного ферменту (наприклад, міді, заліза та цинку в супероксиддиcмутазі) чи суттєва необхідність їх сполучення в ферментних системах (наприклад, міді та заліза в системі церулоплазмін-трансферин) [3, 12].

Синтез використаних комплексних сполук здійснено за методом [13], який априорно виключає координацію органічного розчинника, що може негативно вплинути на токсичность продукта. Така схема передбачає взаємодію йону відповідного металу у вигляді водного розчину його солі з водним розчином еквімолярної суміші {HL+NaOH}. Композицію комплексів мікроелементів (надалі — МЕК) створювали на основі суміші індивідуальних координаційних сполук в присутності допоміжної речовини - крохмалю картопляного. Мольне співвідношення комплексів Fe (III), Zn (II), Mn (II), Cu (II), Co (II) та Cr (III) в МЕК складало 50:50:15:10:1:1, а їх сума — 40,3 %.

Досліджені комплекси з простішою загальною формулою ML_nH₂O (n=2 для комплексів Zn, Mn, Cu, Co; n=3 для комплексів Fe та Cr) [14-16]:
— термодинамічно стабільні при фізіологічних рН (lgb 6-9) й ліпідозорозчинні;
— мають кластерну будову (структурні мотиви {M₂} або {M₃O})в гідрофобному оточенні ліганду;
— функціонально імітують деякі ферменти в каталазних, оксидазних та аміноксидазних реакціях на молекулярному рівні;B — здатні утворюватись при взаємодії ліганду HL з металом активного центру ендогенних металоферментів, при-чому внаслідок цієї реакції каталітична активність всієї системи зростає завдяки ферментімітуючим проявам комплексів.

Токсикологічні параметри визначено на статево-зрілих білих щурах масою 160—180 г і білих мишах масою 20—22 г, які знаходились на звичайному раціоні віварію. За основний інтегральний показник нешкідливості слугувала гостра токсичность, а саме — величина дози, яка спричиняє загибель 50 % дослідних тварин — ЛД₅₀ [17]. Препарати вводили внутрішньо в дозах 200—3000 мг/кг у вигляді завису в крохмальному клейстері. Спостереження за піддослідними тваринами проводили протягом 14 діб. Основним крітерієм токсичної дії була загибель тварин; одночасно з показником виживання визначали клінічну картину інтоксикації, спостерігали за станом та поведінковими реакціями тварин, здатністю поглинати корми та воду, шлунково-кишковими проявами, диханням, станом шерстяного покриву та ін.

В таблиці наведено одержані експериментально та вирахувані показники гострої токсичності досліджених об’єктів.

Одержані результати свідчать, що для досліджених координаційних сполук є характерним суттєве зниження гострої токсичності порівняно з обома суб’єктами комплексоутворення: йоном металу та органічним лігандом (відзначимо, що для самої мефенамінової кислоти, HL, ЛД₅₀ становить для щурів 515 мг/кг, для мишей — 600 мг/кг).

В свою чергу, ЛД₅₀ для створеної МЕК — 2820 мг/кг для щурів (для білих мишей — 3420 мг/кг), що менше гострої токсичності індивідуальних комплексів будь-якого з металів, які входять до складу композиції. Ще більш значним є зменшення токсичності металів у складі МЕК в порівнянні с простими солями, найбільш вражаюче на прикладі сполук цинку. Середньолетальна доза становить для солянокислої солі цього металу, яка є абсолютним джерелом його катіонної форми, — 6,5 мг/кг, для комплексу ZnL₂ — 1290 мг/кг, а для ККММ — 2820 мг/кг. Суттєво відмінною є клініка інтоксикації при виході від простої солі до комплексів та їх композиції.

Так, при введенні мінімально смертельних доз йонних форм (солей) мікроелементів симптоми інтоксикації з’являються вже на 1—3 хвилині й характеризуються первісним підвищенням тонусу холінореактивних структур: салівацією, фасцикуляцією, переривчастим бронхоспазмом, тремором. На 30—40-у хвилину з’являються тоніко-клонічні судоми, переривчасте дихання, адинамія, атонія, асфіксія. Тварини гинуть від паралічу дихання через 1—2 години.

При введенні досліджених координаційних сполук мікроелементів симптоми інтоксикації з’являються пізніше разом із симптомами збудження не лише холіно-, а й адренорецепторів (звуження судин шкіри, скорочення радіального м’язу радужної оболонки та ін.) Характерним є порушення функції дихання (його прискорення, поверхневість, зміна ритму), діяльності серцево-судинної системи (зміна ЧСС, показників ЕКГ), функції ЦНС (збудження, тремор, судоми, парез кінцівок, коматозний стан та ін). Загибель тварин відбувається протягом 2—3 годин на тлі різкого порушення дихання до повної його зупинки. Серед всіх індивідуальних комплексів Mln клінічна картина, яка описана вище, є найбільш радикальною для ZnL₂.

Для МЕК, поруч із обговореними вище позитивними змінами показника ЛД₅₀, характерне віддалене появлення симптомів інтоксикації, що свідчить про зміни фармакокінетики композиційної системи комплексів металів в порівнянні з йонними формами останніх. Токсикодинамічні характеристики інтоксикації МЕК схожі на такі для індивідуальних координаційних сполук. Першими проявами отруєння є фасцикуляція, салівація, дефекація, задуха. Далі спостерігається підвищення тонусу скелетної мускулатури, тремор, судоми, частковий парез передніх й задніх кінцівок, адинамія, атонія. Як правило, тварини гинуть в коматозному стані через 48 годин після отруєння.

Таким чином, на підставі проведених в порівняльному аспекті досліджень, встановлено зменшення гострої токсичності в ряду сполук d-металів: йонні прості солі — комплекси металів з амінокарбоновою кислотою — композиція комплексів металів при відповідному пролонгуванні та пом’ягшенні клінічної картини інтоксикації. Цей висновок не слід вважати таким, що обмежується дослідженими координаційними сполуками з конкретним лігандом. Токсикологічні переваги, наприклад, амінокислотних комплексів перехідних металів (а також комплексів з деякими іншими органічними кислотами — лимонною, фумаровою, молочною) обумовили поширення свідомого звертання до них як до фармакологічних агентів [10,18], хоча такі дослідження ще не набули завершеного характеру.

Це дозволяє розцінювати комплексоутворення як перспективний системний шлях до підвищення нешкідливості мікроелементів та обумовлює фармакотерапевтичні переваги їх застосування у вигляді координаційних сполук та їх композицій.

ЛІТЕРАТУРА
1. Микроэлементы в медицине /Сборники под ред. Г.Ф.Бабенко// Киев: Здоров’я. —1968—1977. —N 1—7.
2. Координационные соединения металлов в медицине /Е.Е.Крисс, И.И.Волченскова, А.С.Григорьева, К.Б.Яцимирский, Л.И.Бударин // Киев: Наукова думка, —1986. —216 с.
3. Metal ions in biological systems: In 23 vols /Ed. H.Sigel. -N.-Y.; Basel: Dekker. —1975—1994.
4. Trace elements in human and animal nutrition, 5th ed./Ed.W.Mertz.-San Diego, California: Academic Press. —1987.
5. Попова И.Ю., Лазарева Д.Н., Зарудный Ф.С. /Экспер. клинич. фармакология. —1996, T. 59, N 3, с. 72—77.
6. Thunus L., Dauphin J.F., Moiny G. et al/Pap. 5th Nord. symp. Trace elem. Health and Dis., 1994 // Analyst. —1995. —V. 120, N 3-C.
7. Schitt Y., Haug M., Kruse-Jarres J.D. / J.Trace Elem. Electrolytes Health Dis. —1993. —N 2. —P. 223—238.
8. Sorenson J.R.I. / J.Appl. Nutr. —1980. —V. 32, N 1/2. —P. 4—29.
9. Державний реєстр лікарських засобів України / Київ: РС World Ukraine. 1996. —363 C.
10. Лекарственные препараты в России /Справочник Видаль// М.: Астра Фарм Сервис. —1997. —1044 с.
11. Kemp J.D. /J.Clin.Immunol.-1993. —V. 13, N 2. —Р. 81—89.
12. Гуляева Н.В., Левшина Л.П., Обидин А.Ф. и др./Бюлл. эксп. биол. и медицины. —1988. —N 8. —С. 149—160.
13. Григорьева А.С., Конахович Н.Ф., Зеленцов В.В. //Координ. химия. —1990. —Т.16, N 5. —С. 646—649.
14. Григорьева А.С., Конахович Н.Ф, //Ж.неорг. химии. —1982. —Т. 27, N 5. —С.1209—1216.
15. Grigorieva F.S., Konakchovich N.F., Budarin L.I.// Injgr. Chim.Acta (Bionorg.Chem.). —1983. —V.79. —P.297.
16. Григорьева А.С., Конахович Н.Ф., Крисс Е.Е., Малетин Ю.А. /Координ. химия. —1985. —T.II. —N 12. —C. 1620—1625.
17. Прозоровский В.Б., Прозоровская Н.П., Демченко В.М. /Фарм. и токс. —1978. —N 4. —C. 497—501.
18. Falus F., Beres J. /Biolog. Trace Elements Res. —1996. —V. 51. —P. 293—301.