В предыдущей статье мы, используя математическое моделирование (взаимодействие множества Мандельброта и множество Жюлиа), выяснили, что воздействие Диклофенака в разных концентрациях может менять физико – химические свойства (ФХС) мембран в зависимости от дозы и, в частотности, его применения.
Однако, ответ на очень важный вопрос – может ли препарат, даже в разных итерациях (применение препарата в данной дозе – в нашем случае, второй и третий раз применения) изменять структуру мембраны (жидко – кристаллическое на гелеподобное и наоборот)? Даже фармакологический эффект за один день (как известно [3], стандартное использование Диклофенака – 3 раза в день (т.е. итерация 1,2,3) не меняет состояние течения воспаления.
Как известно, воспалительные процессы протекают на всех уровнях организма: от тканевых до клеточных. При этом, и защитные процессы организма, а вместе с этим и терапия воспаления также происходят на всех уровнях. Но при этом, начальное и основное действие противовоспалительных препаратов начинается с клеточных мембран соединительной ткани. т.к. именно на мембранах находится фермент, синтезирующий наиболее важных провоспалительных агентов – простагландинов. Этот фермент – циклооксигеназа имеет две формы ЦОГ-1 и ЦОГ-2. Последняя форма синтезируется в ответ на воздействие воспалительных агентов. Кроме того, на мембранах много и других рецепторов, реагирующих на воспаление, активирующих как про – или противовоспалительных реакций организма (например, цитокины) .
Однако изучение реакций самих мембран на воспаление, а тем более, на действие нестероидных противовоспалительных лекарственных препаратов (НПВП) довольно редкие и несистемные.
Основными формами молекулярного движения в биологических мембранах (БМ) является латеральная миграция (перемещение молекул в плоскости мембран, т.е. в пределах одной стороны биомолекулярного слоя) и вращение вокруг собственной оси (перпендикулярной плоскости мембраны). Скорости обоих процессов примерно такие же, как скорость свободной диффузии в вязкой среде [4, 5].
Большой свободой движения обладают липиды, среднее пребывания фосфолипидной молекулы в данном пункте мембраны не более 10-7 секунды. Следовательно, мембранные липиды за счет латеральной миграции беспрестанно меняются местами, причем, каждая молекула меняет соседей миллион раз в секунду, передвигаясь со скоростью 5 – 10 мкм*сек-1. В жидкокристаллической структуре молекулярные перемещения совершаются скачками.
Кроме того, передвижение молекул из одного слоя в другой (флип - флоп передвижение) совершаются значительно реже, чем латеральная миграция. Разница в вероятности этих видов молекулярного передвижения в клеточных мембранах обеспечивают постоянное поддержание их ассиметрии, которая состоит в неодинаковом липидном и белковом составе их внутренней и наружной сторон. В результате таких воздействий может измениться кривизна клеточной мембраны. Еще более выражена ассиметрия в распределении мембранных протеинов и углеводов
Биологическим мембранам присущи свойства, такие как значительная прочность на разрыв (эластичность), поверхностное натяжение, вязкость, электрострикция и флексоэлектрический эффект (способность генерации электрических потенциалов на мембранах при их деформации). Эти характеристики говорят о наличии поверхностного заряда на биологические мембраны (БМ) [1,4]. Сомнительно, что за одну итерацию такие изменения крайне нереальны. Однако тенденция все – таки есть. И встает вопрос: какие физико – химические изменения могут провоцировать изменения в структуре мембраны? Мы предполагаем, что это латеральная миграция фосфолипидов внутри слоёв мембраны.
Наиболее удобной моделью изучения физико – химических свойств мембран является использование искусственных бислойных мембран (ИМ) [5,6]. Известно, что ИМ обладают всеми свойствами биологических мембран, поэтому, влияя фармакологическими препаратами на ИМ можно понять, как препараты меняют физико-химические свойства ИМ.
Цель работы. Используя численный эксперимент, проверить возможность влияния Диклофенака, в разных концентрациях, влиять на скорость миграции липидов искусственных мембран.
Для проведения численного эксперимента мы выбрали семь разных концентраций препаратов от самых минимальных (25 мг) до максимально приближенных к летальной концентрации (LD50), равной 500 мг, а также 86% от LD50 (430 мг), а также используя модель стандартного приема Диклофенака (3 раза в день, названного в нашем эксперименте итерациями 1,2,3) и формулу, отражающую константную скорость миграции липидов мембран к плотности самой мембраны, получать величину изменения скорости миграции липидов мембран (СМЛ). Результаты расчетов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Влияние скорости ламинарной миграции липидов мембраны под действием Диклофенака в действительных величинах
|
N |
Вид дозирования |
Численные соответствия |
Итерация 1 |
Итерация 2 |
Итерация 3 |
|
1 |
Без Препарата |
(7,5 мкм/сек)* 0,01** |
(7,5 мкм/сек.) 0,01 |
(7,5 мкм/сек.) 0,01 |
(7,5 мкм/сек.) 0,01 |
|
2 |
СТД – 1 |
0,025 (25 мг) |
0,025 |
0,029 |
0,034 |
|
3 |
СТД – 2 |
0,04 (40 мг) |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
|
4 |
СТД – 3 |
0,05 (50 мг) |
0,05 |
0,058 |
0,07 |
|
5 |
СТД - 4 |
0,07 (70 мг) |
0,07 |
0,082 |
0,1 |
|
6 |
СТД – 5 |
0,1 (100 мг) |
0,1 |
0,12 |
0,14 |
|
7 |
Токсическая доза 86% от LD50 |
0,43 (430 мг)
|
0,43 |
0,5 |
0,6 |
|
8 |
LD50 |
0,5 (500 мг)
|
0,5 |
0,6 |
0,7 |
*- константная скорость миграции липидов
**- величина изменения СМЛ после проведения константной СМЛ
Обсуждение полученных результатов.
Как видно из таблицы 1, введение Диклофенака во всех итерациях вызывает изменение скорости миграции липидов искусственных мембран. При этом, при итерации 1 наблюдается прямо-пропорциональная зависимость: чем выше концентрация препарата, тем больше изменение СМЛ. При этом, данная закономерность касается и групп «86% LD50 и группы LD50, но изменение СМЛ значительно выше, чем изменение СМЛ предыдущих групп. И эта тенденция распространяется на все три итерации.
Обращает на себя тот факт, что при концентрации Диклофенака «СТД-4» происходит скачок в изменении СМЛ. Таким образом, можно сделать два предварительных вывода: первый – что Диклофенак, кроме основного фармакологического эффекта, влияет на скорость миграции липидов мембран, а второй вывод, что в концентрации «70 мг» происходит скачкообразное увеличение СМЛ, что подтверждает ранние исследования, показавшие, что миграция липидов в одном слое мембран происходит скачкообразно.
Но более интересными получились результаты в группах 7,8. Во всех трех итерациях изменение СМЛ, по отношению к 1- 6 группам, был выше на 1 – 1,5 порядка. То есть, токсическая доза и LD50 значительно увеличивают изменение скорости миграции липидов. Встает вопрос: «а какой фармакологический и физиологический смысл несет такое значительное увеличение миграции липидов?»
В физиологических условиях СМЛ увеличивает активность мембран, диффузию электролитов и молекул воды в оба направления мембран. С этих позиций такое резкое увеличение СМЛ должно пропорционально увеличить активность, но СМЛ настолько увеличивается, сто СМЛ переходит в хаотическое передвижение липидных молекул, в том числе и фосфолипиды, связанные с ферментами и рецепторами. Это может привести к перфорации мембраны и, как следствие, к цитолизу.
Возможно, при развитии такой ситуации, клетка отвечает единственным вариантом защиты – переводом мембраны из жидко - кристаллической структуры мембраны в твердо – кристаллическое состояние.
Безусловно, результаты численного эксперимента требуют проведения экспериментального подтверждения.
Заключение
Численный эксперимент показал, что Диклофенак влияет на изменение скорости миграции липидов в искусственной мембране и при этом, влияет дозозависимо. Но наиболее интересным является изменение СМЛ при воздействии токсической и LD50 на изменение СМЛ. Перевод таких доз в хаотичную миграцию липидов мембраны, по нашим расчетам, может приводить к цитолизу клетки, что в доступной литературе не описывалось.
Численный эксперимент приводит к главному выводу – полученные результаты требуют экспериментального подтверждения (или отрицания полученных выводов).