Введение к работе
Актуальность исследования.
Промышленные выбросы, сельскохозяйственная и бытовая химия, загрязняющие окружающую среду, оказывают негативное воздействие на жизненно важные системы организма. На экологически неблагоприятных территориях абиотические и техногенные факторы приводят к увеличению частоты различных патологий. Среди наиболее опасных загрязнителей выделяют тяжелые металлы (ТМ) и их соединения (Веротченко М.А., 2006; ЛубяновА.А.,2009).
Соединения кадмия, ртути и свинца вызывают как выраженные специфические, так и хронические неспецифические реакции. Однако у всех ТМ есть общие направления влияния на организм. Все они обладают высоким сродством к важным органическим соединениям (белкам, в том числе ферментам, и нуклеиновым кислотам), инактивируя их. Кроме того, ТМ индуцируют перекисное окисление липидов (ПОЛ) посредством инициирования образования активных форм кислорода (АФК) (Меньшикова Е.В., 2006) или блокирования ферментов антиоксидантной защиты (Красовский Н.Г., 1979; Надеенко В.Г., 1992; Lyn Р., 2003; ДмитрухаН.М., 2004). Известно, что целый ряд патологических процессов является следствием свободно-радикального окисления липидов биологических мембран, индуцированного воздействием внешних факторов среды (фармакологические агенты, яды, токсины, аллергены, ионизирующее и УФ-излучение и др.). Повышенная генерация активных форм кислорода вызывает повреждение клеток и может способствовать развитию атеросклероза, инфаркта миокарда, инсульта, злокачественных процессов, бронхолегочных и других заболеваний (Cutler R.G.,1995; Новиков B.C., 1996; AraomaOL, 1998; ЗенковН.К.,2001).
Одним из важных антиоксидантов организма человека является ультрамикроэлемент селен. Он входит в состав активного центра одного из важнейших ферментов, поддерживающих перекисный гомеостаз -глутатионпероксидазы (Гмошинский И.В., 2000; Теселкин Ю.О, 2003; Ивахненко В.И., 2009; Скрыпник Л.Н., 2009). Недостаток селена в рационе питания или присутствие ТМ приводит к уменьшению активности этого фермента, что способствует снижению устойчивости организма к окислительному стрессу, нарушению функционального состояния внутренних органов и развитию различных заболеваний (Гмошинский И.В., 2000; Кирова Ю.И., 2004).
Кроме того, известно, что воздействие человека на окружающую среду привело к дефициту селена в продуктах питания (Гигиенические критерии..., 1989).
Таким образом, в связи с широким распространением соединений ТМ в биосфере в результате естественных природных процессов и антропогенной деятельности актуален поиск средств, уменьшающих их негативное влияние на организм человека.
Перспективным направлением в решении этой проблемы является использование препаратов селена, поскольку известно о положительном действии селенсодержащих соединений на организм человека и животных (Авцын А.П., 1991; Burk R.F., 1993; Biswas S., 1999; Анисимов В.Н., 2000; Гмошинский И.В., 2000; Lyn P., 2003; Кирова Ю.И., 2004; Мазо В.К., 2004). Однако использование для профилактики и лечения селенодефицитных состояний неорганических форм селена (селенит и селенат натрия) является проблематичным по причине их высокой токсичности. Интенсивное развитие химии халькогенсодержащих соединений дало возможность получать новые препараты селена. В настоящее время идет поиск менее токсичных селеноорганических соединений на основе гетероциклов (Древко Б.И., 1996; Блинохватов А.Ф., 1998).
Цель и задачи исследования.
Целью данной работы явилось изучение биологической активности селеноорганических соединений на основе гетероциклов селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана при интоксикации организма животных солями тяжелых металлов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-провести компьютерный анализ биологической активности ацетата
2,4,6-три-(п-метоксифенил)-селенопирилия, формиата 2,4,6-три-(п-
метоксифенил)-селенопирилия, салицилата 2,4,6-три-(п-метоксифенил)-
селенопирилия, трифторацетата 2,4,6-три-(п-метоксифенил)-селенопирилия,
2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопирана, 2,4,6-трифенилселена-
циклогексана при помощи системы PASS С&Т;
-изучить влияние солей селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана на интенсивность перекисного окисления липидов и активность супероксиддисмутазы и каталазы эритроцитов белых беспородных мышей при интоксикации солями тяжелых металлов;
-установить влияние солей селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана на отдельные стороны обмена углеводов и липидов на фоне интоксикации организма солями тяжелых металлов;
- оценить влияние солей селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана на отдельные стороны обмена белков при интоксикации организма солями тяжелых металлов;
-исследовать влияние солей селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана на функциональную активность некоторых органов и тканей мышей при интоксикации солями тяжелых металлов;
-изучить влияние солей селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана на микрофлору кишечника белых беспородных мышей при пероральном введении.
Научная новизна.
Впервые показана антиоксидантная активность и мембранопротекторный
эффект 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопирана и 2,4,6-трифенилселенациклогексана, а также выявлено коррегирующее влияние этих соединений в регуляции гомеостаза на показатели обмена углеводов, липидов и белков у мышей при интоксикации солями ТМ.
Впервые обнаружены гепато-, кардио- и панкреопротекторный эффекты
для 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопирана и 2,4,6-
трифенилселенациклогексана, соли селенопирилия при введении с ТМ не способствовали нормализации гомеостаза, что негативно отражалось на функциональной активности печени, сердца и поджелудочной железы. Экспериментальные данные подтверждают результаты компьютерного прогнозирования биологической активности селеноорганических соединений на основе гетероциклов полученные с помощью программы PASS С&Т.
Впервые показан антибактериальный эффект производных селенопирилия, селенопирана и селенациклогексана по интенсивности роста клинического штамма Escherichia coli (Е. coli) (патент № 2377240 от 30.07.07 г.).
Основные положения, выносимые на защиту.
На основании экспериментального исследования и компьютерного моделирования показано, что соединения 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопиран и 2,4,6-трифенилселенациклогексан обладают высокой биологической активностью. Их регулирующий эффект обусловлен антиоксидантным и мембранопротекторным действием.
Изменения гомеостаза в организме подопытных животных, вызванные солями тяжелых металлов, могут корректироваться введением соединений 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопирана и 2,4,6-трифенилселенациклогексана, что выражается в нормализации углеводного, липидного и белкового обменов, а также в снижении активности сывороточных ферментов, отражающих функциональное состояние некоторых органов и тканей белых беспородных мышей.
Соединения 2,4,6-трифенилселенациклогексан, трифторацетат 2,4,6-три-(п-метоксифенил)-селенопирилия и 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопиран обладают дозозависимой антибактериальной активностью по отношению к клиническому штамму Е. coli.
Теоретическая и практическая значимость.
Результаты исследования расширяют существующие представления о биологической активности селеноорганических соединений на основе гетероциклов. Экспериментально показано, что более высокой биологической активностью обладают соединения 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопиран, 2,4,6-трифенилселенациклогексан, что можно связать с наличием в их структуре селенопирана и селенациклогексана фенильных радикалов. Полученные результаты позволяют рекомендовать 2,6-дифенил-4-(п-метоксифенил)-4Н-селенопиран и 2,4,6-трифенил-селенациклогексан для
дальнейших исследований с перспективой использования в качестве протекторов для предотвращения отравления тяжелыми металлами на производстве, а также в качестве средств, повышающих окислительную резистентность организма. Трифторацетат 2,4,6-три-(п-метоксифенил)-селенопирилия может применяться в качестве антисептика для использования в ветеринарии и медицинской практике при госпитальных инфекциях, либо в качестве бактериостатического средства. Материалы работы используются в учебном процессе на кафедре биохимии ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздравсоцразвития России.
Апробация результатов исследования.
Материалы диссертации доложены на научно-практических конференциях студентов и молодых ученых Саратовского государственного медицинского университета «Молодые ученые - здравоохранению региона» (2006-2010); межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием Саратовского государственного медицинского университета «Молодежь и наука: итоги и перспективы» (2007-2008); VII межвузовской конференции с международным участием Ростовского государственного медицинского университета «Дни медицинской лабораторной диагностики» (2008); Российской конференции «Актуальные проблемы теоретической и прикладной биохимии», посвященной 80-летию со дня рождения Р.И. Лифшица, приуроченной к 65-летию Челябинской государственной медицинской академии (2009); 2-ой международной телеконференции «Фундаментальные науки и практика. Раздел I. Актуальные проблемы состояния окружающей среды и экология» (2010); 5-ой международной телеконференции «Фундаментальные науки и практика. Актуальные проблемы состояния окружающей среды и экология» (2011).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 35 работ, 5 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в том числе один патент на изобретение № 2377240 от 30.07.07 г. Общий объем публикаций 2,94 п.л., личный вклад - 75%.
Структура и объем диссертации.
Диссертация изложена на 147 страницах, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследования и их обсуждения и выводов. Работа иллюстрирована 16 таблицами и 20 рисунками. Список литературы включает 208 источников, из них 160 отечественной и 48 зарубежной литературы.
