Научный журнал
Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования

СОПРЯЖЕННОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ С ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ РЕЛИЗ – АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Денисов Ю.Д. 1 Джайнакбаев Н.Т. 2
1 Казахстанско-Российский медицинский университет
2 Казахстанско-Российский медицинский университет
Использование препаратов в сверхмалых дозах (СМД - с декабря 2017 года – у данных соединений новое название: релиз - активных соединений) затруднено отсутствием возможности достоверного изучения фармакокинетических характеристик данного класса соединений в биологических жидкостях и тканях организма человека и животных. К настоящему времени появились новые физико-химические методы, описывающие свойства релиз – активных соединений в водных растворах. Однако, с позиции биологов и медиков, возникают много вопросов и противоречий при использовании этих методов в биологических исследованиях. Преодоление этих противоречий позволит стандартизовать свойства препаратов в сверхмалых дозах и использовать физико – химические методы в биологических исследованиях и клинической практике релиз – активных соединений. Кроме того, понимание фармакокинетических характеристик может дать возможность получить инструменты для объяснение некоторых фармакодинамических характеристик, в частности, механизм действия релиз – активных соединений (РАС). Только понимая особенности физико-химических свойств РАС в тканях и клетках организма можно объяснить влияние препаратов в СМД на межклеточное вещество, а через него и влияние РАС на рецепторы мембран клеток. Данный вопрос обсуждается в данной статье на примере полученных результатов одним из авторов и описанном в предыдущих публикациях. Целью данной работы был анализ работ, посвященных поведению высоко-разбавленных водных растворов и возможности воспользоваться данной информацией для обоснования биологических эффектов ксенобиотиков в СМД как в норме, так и при модельной патологии.
сверхмалые дозы
релиз – активные соединения
физико-химические свойства
биологические объекты
1. Бурлакова Е.Б., Кондратов А.А., Худяков И.В.- Известия Академии АН СССР.- сер. Биология. – 1990.- № 2. – С.184 – 190.
2. URL: http://con-med.ru/news/novomu-lekarstvennykh-preparatov-byt/ Портал Consilium Modicum (Дата обращения 21.07.2019)
3. Коновалов А.И. Образование наноразмерных молекулярных ансамблей в высокоразбавленных водных растворах».- Вестн. Росс..Акад.наук.-2013.- Т. 83.- N 12.-1076-1082.
4. Денисов Ю.Д. «межклеточное вещество - кампартмент реализации механизма действия сверхмалых доз ксенобиотиков. – Успехи современного естествознания.-2015.-N 5.- 114 – 120.
5. Рыжкина И.С., Муртазина Л.И., Киселева Ю.В., Коновалов А.И. Свойства супрамолекулярных наноассоциатов, образующихся в водных растворах низких и сверхнизких концентраций биологически активных веществ.- доклады академии наук. – 2009.- т. 428.- № 4.- С.487 – 491.
6. Коновалов А.И., Рыжкина И.С. Образование наноассоциатов – ключ к пониманию физико – химических и биологических свойств высокоразбавленных водных растворов.- Известия Академии наук. Серия химическая.- 2014.- № 1.- С.1 – 14.
7. URL: http//www.medline.com (Обращение:21.07.2019)
8. Бурлакова Е.Б., Кондратов А.А., Мальцева Е.Л..- Хим.физика.-2003.- т.22.-№2.- С.21 – 26.
9. Галль Л. В мире сверхмалых. Нелинейная квантовая биоэнергетика: новый взгляд на природу жизни.-2009.- 307 С.
10. Денисов Ю.Д. Влияние диклофенака в разных сверхмалых концентрациях на количественный состав жирных кислот фосфолипидов мембран при экспериментальном миокардите у крыс// Материалы 6-го Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». Санкт-Петербург.-2012.- С 72.
11. Денисов Ю.Д., Северова Е.А., Поминова Н.М. Сравнительный анализ влияния цитокинов и нестероидных противовоспалительных препаратов в сверхмалых дозах на уровень жирных кислот фосфолипидов мембран клеток крыс при экспериментальном миокардите// Материалы 6-го Международного конгресса «Слабые и сверхмалые поля и излучения в биологии и медицине». Санкт-Петербург.-2012.С -73.
12. Денисов Ю.Д., Влияние диклофенака в разных сверхмалых концентрациях сверхмалых концентрациях на количественный состав фосфолипидов мембран при экспериментальном миокардите у крыс // www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p72.htm - ISBN 5-86456-007-3
13. Денисов Ю.Д..- Влияние фуллеренов с60-80 в сверхмалых дозах на уровень жирных кислот фосфолипидов мембран при экспериментальном миокардите.- VII Международный конгресс Слабые и сверхслабые излучения в биологии и медицине. Санкт – Петербург, 07-09. 2015г - Научные труды. С.141.

История интереса к феномену сверхмалых доз уже насчитывает более 30 лет. Ее начало было положено российскими исследователями во главе с Е.Б. Бурлаковой [1]. На конец 90-х годов в базе данных сайта Medline было опубликовано более 1200 источников [7]. При этом, были изучены основные классы фармакологических средств – от противовоспалительных препаратов до психотропных. Изучались также гормоны, вакцины и антиоксиданты. При, казалось бы, удачном старте исследований, в последнее время вновь снизился интерес к данной проблеме. По словам одних это, в лучшем случае, ятрогенное действие, в худшем – обман потребителя.  И главной проблемой в противодействия такому отношению к использованию препаратов в сверхмалых дозах (СМД)  является отсутствие возможности контроля за фармакокинетикой препаратов в СМД. И, конечно, отсутствие достаточно понятного  объяснения механизма действия. Можно напомнить, что к 2014 году было предложено 15 гипотез механизма действия. Но ни одна не объясняет полностью эффекты СМД.

И, тем не менее, исследования в этой области, как и создание новых препаратов в СМД (с декабря 2017 года они будут называться релиз – активными препаратами) были признаны актуальными и перспективными [2].

Целью данной работы был анализ работ, посвященных поведению высокоразбавленных водных растворов и возможности воспользоваться данной информацией для обоснования биологических эффектов ксенобиотиков в СМД.

Наиболее яркими и глубокими статьями, по нашему мнению, являются статьи А.И. Коновалова (3), а также его сотрудников и учеников (5,6). Авторами был проанализирован процесс высокого разбавления растворов 60 соединений, в концентрациях 10-2 – 10-20М. При этом, растворы исследовались на физико - химические показатели: поверхностное натяжение, электропроводность и электрокинетический потенциал (ξ – потенциал). Было доказано, что вещества в сверхмалых дозах (концентрациях) образуют наноассоциаты [3.5-6]. Этот скрининг дал возможность разделить все соединения на две неодинаковой группы – 25% соединений вели себя как классические растворы, а вторая группа – 75%, соединения которых не вписывались в классические характеристики растворов. Возникает вопрос: а не является классическое поведение растворов соединений, обозначенных как «классические» результатом химических свойств данных соединений, например, гидрофильными свойствами данных соединений, а группа соединений, обозначенных как соединения с «неклассическим поведением» обладает гидрофобными свойствами? Для понимания биологических эффектов этот вопрос не очень важен, а в ключе поведения высокоразбавленных растворов и их физико- химических свойств, видимо, играет важную роль. С точки зрения физиологических исследований влияния релиз – активных препаратов (в нашем случае, высокоразбавленных растворов), изучение растворения соединений в воде не столь важно: дело в том, что препараты вводятся в организм экспериментальных животных и человека в физиологическом растворе, а не в водном растворе. Кроме того, физико-химические свойства высокоразбавленных растворов проводились в дистиллированной воде, а в организме любого животного, как и человека, дистиллированной воды нет. Даже если предположить, что «структурированная вода» (9) очень похожа на дистиллированную, но и это нужно доказать. Все высказанные сомнения не являются косвенным отрицанием высокого уровня работы, а лишь желанием понять возможность использования, как результатов исследования, так и методов и аппаратуры в биологических исследованиях.

Еще один серьезный вопрос. Было доказано [1], что существует коридор доз (10-8 – 10-12М), в котором ни один препарат не обладает активностью. А в статье (3) приводится концентрация соединений 10-6М вещества – поверхностное натяжение и электропроводность – в этой концентрации стабильны и близки к таковым у воды. Следовательно, эффективность растворенного вещества равна активности воды. Таким образом, можно предположить, что «мертвая зона – «dead zone» - начинается при концентрации вещества 10-6М, а не при концентрации вещества 10-8М. Однако, экспериментальные данные, в том числе и наши [4], показали, что «мертвая зона» наблюдается при концентрации вещества 10-8 – 10-12 М. Таким образом, возможно, что поверхностное натяжение не принимает участия в формировании ответа биологического объекта на низкие концентрации ксенобиотиков.

Принципиально важный вопрос, поднятый автором – образование наноассоциатов при последовательном разведении веществ до сверхмалых концентраций. Но главное, доказанный инструментально, феномен! Но и здесь возникают вопросы для обдумывания и обсуждения. Согласно полученным данным [3,5-6] при последовательном разведении образуются наноассоциаты веществ, последовательно растворенных. При этом, в зависимости от структуры вещества, наноассоциаты не разрушаются от 1 до 15 месяцев [5]. Это качество можно соизмерить со сроком годности препаратов. Ведь только в этом периоде возможна биологическая активность соединений. Данная характеристика важна, когда речь идет о стандартизации лекарственных препаратов.

Однако, более важным свойством, обозначающим не только эффективность и отношения данного вещества к определенному классу фармакологических соединений, является механизм действия данного препарата. На данное время известно не менее 15 гипотез о механизме действия. К сожалению, ни одна из гипотез не объясняет всех свойств соединений в сверхмалых дозах. С другой стороны, из-за размеров наноассоциатов и сверхмалой концентрации вещества, вопрос о воздействии их на рецепторы мембран, как и рецепторов других органоидов клетки, по-видимому, исключается – молекула рецептора настолько велика, как и сайт взаимодействия рецептора и лиганда   несоизмерим по величине, что взаимодействие релиз - активных препаратов с ними невозможны. Следовательно, стандартная модель действия биологически – активных соединений и других лекарственных препаратов едва ли будет работать.

Все это говорит о том, что вектор действия релиз - активных препаратов возможен только в межклеточном веществе и цитоплазме органов – мишеней. Логика такого подхода в следующем: так как размеры наноассоциатов таковы, что они проникают без особых энергетических затрат (отсутствие активного транспорта вещества, отсутствие транспорта с помощью транспортных белков - например, альбуминов, транспортирующих жирные кислоты и, наконец, перенос через мембрану по типу К+-- Na+ - АТФаз – «К+-Na+- помпа») практически в любую точку клетки. Следовательно, воздействие релиз - активных препаратов через межклеточное вещество и цитоплазму должно иметь другую интерпретацию действия. При этом, скорее всего, поверхностное натяжение и электропроводность молекул не является основным фактором механизма действия через межклеточное вещество и цитоплазму. Возможно, эффект релиз – активных препаратов сводится к изменению энтальпических характеристик межклеточного вещества. И, как следствие, изменение пространственного строения мембранных рецепторов. А дальше их активация (ингибирование) и рецепторный ответ.

Вопрос о механизме действия вышеуказанных препаратов давно был в сфере наших интересов. Было проведено модельное исследование действие сапонина в разных малых и сверхмалых концентрациях [4]. Объектом исследования были эритроциты крови человека. Межклеточным веществом служила сыворотка той же крови. Кроме того, исследовано воздействие биологически-активных соединений в СМД на гемопоэтические стволовые клетки. Было доказано, что в отсутствии межклеточного вещества сапонины не действовали на клетки крови. Кроме того было подтверждено существование «мертвой зоны» в периоде концентраций 2,3*10-8 – 2,3*10-12М. Те же результаты были получены нами на гемопоэтических стволовых клетках.

Весь пафос статьи, анализ некоторых расхождений в понимании полученных данных академика А.И. Коновалова и его учеников, а также результатов фармакологов и биохимиков сводится к главной мысли – как использовать, а точнее, объединить полученные данные двух направлений в понимании как действуют релиз – активные препараты в разных сверхмалых концентрациях. И, как следствие, новое направление в фармакологии. Однако, это прекрасное будущее фармакологии – с высокой эффективностью, с синергизмом при совместном использовании СМД и обычными, средне – терапевтическими, дозами, но с полным отсутствием побочных эффектов от терапии. Для реализации этого будущего и нужны совместные исследования физико - химиков, фармакологов, токсикологов и т.д.

Что же может дать фармакологу знание таких характеристик как спектральные характеристики водных растворов биологически-активных веществ (БАВ), их электропроводность и ξ- потенциала, поверхностного натяжения молекул БАВ при высоком разведении растворов?

Во-первых, возможность образовывать наноассоциаты показывают, как и ξ- потенциал, так и электропроводность. Спектральные характеристики позволяют достоверно знать о чистоте фармакологического агента. Кроме того, знание других физико – химических характеристик позволяет промоделировать возможность взаимодействия БАВ (как и других препаратов) в СМД с самой мембраной клеток, как в контроле, так и при экспериментальной патологии. В наших предыдущих работах (10-12) мы показали, что нестероидные противовоспалительные препараты, интерлейкины и статины в СМД меняют количественный состав жирных кислот фосфолипидов мембран клеток сердца, печени и почек у крыс с экспериментальным миокардитом. Он также меняется и в межклеточном веществе и цитоплазме клеток, но иначе, чем в мембранах.

Эти результаты подтверждают, хотя и косвенно, что межклеточное вещество меняет количественный состав фосфолипидов мембран клеток, что приводит к изменению ответа клеток на действие лекарственных препаратов. Естественно, менялась и симптоматика экспериментального миокардита в сторону затухания воспалительного процесса.

Имея информацию о физико-химических характеристиках действующего вещества, можно обсуждать возможные механизмы действия препаратов в СМД. На наш взгляд, наиболее эффективным фактором, объясняющим эффективность релиз - активных веществ, является ξ- потенциал. А электропроводность, поверхностное натяжение может объяснить физико – химические свойства мембран.

Для стандартизации действия релиз - активных препаратов необходимо понять и правильно использовать термин «биоэффекты». Самым важным является понимание не самого эффекта (например, в статье [3] автор сравнивает биоэффекты с физико- химическими свойствами растворов. При этом не упоминаются, о каких конкретно биоэффектах идет речь, что именно меняется в ответ на воздействие растворов. А ведь очень важны количественные характеристики этих самых биоэффектов. Одно дело, если изучаются эффекты релиз – активных веществ на культуре клеток и совсем другое, когда они исследуются в организме животного! Один уровень значимости, когда мы говорим, что данное вещество сильнее действует на биообъект, а совсем другое, когда мы говорим, что оно эффективнее на Δ или n % (р ≤ 0,005). Безусловно, на каждое вещество необходима своя модель для определения биологической активности. Поэтому и необходимо стандартизовать объекты и методы определения биологической активности.

В своей статье А.И. Коновалов [3,6] поставил много вопросов для дальнейших исследований. Много загадок. Нам хотелось бы прибавить еще один вопрос, требующий изучения и разрешения. Мы изучали воздействие нанопрепаратов (фуллерены С60-80) в разных СМД на уровень жирных кислот в мембранах клеток разных органов – мишеней при экспериментальном миокардите [13]. Оказалось, что нанопрепараты активны в сверхмалых дозах и меняют количественный состав жирных кислот в фосфолипидах мембран. Вектор изменений подобен таковому при действии нестероидных противовоспалительных препаратов.

И возникают вопросы: действие нестероидных противовоспалительных препаратов в СМД и фуллеренов, в тех же концентрациях, имеют общий механизм действия? Как объяснить, что нанопрепараты действуют в сверхмалых дозах? Что является общим у этих, в общем-то, разных по химическому строению, ксенобиотиков, если в СМД они действуют по одному вектору? И возможен ли общий механизм действия у разных, по химическому строению, препаратов (и БАВ) при СМД после определенной концентрации (например, после 10-14М)?

Таким образом, анализ использования физико – химических методов для понимания как химических, так и биологических эффектов релиз – активных соединений приводит к следующим выводам

  1. Новые подходы в изучении релиз – активных соединений, используемые как в физико – химических, так и в биологических исследованиях требуют стандартизации - как по типу исследований, так и по биологической модели, используемой для конкретного типа соединений;
  2. Данные физико-химических исследований помогают в изучении не только механизма действия БАВ и лекарственных препаратов, но и в изучении поведения мембран при действии релиз - активных соединений.

Библиографическая ссылка

Денисов Ю.Д., Джайнакбаев Н.Т. СОПРЯЖЕННОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ С ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ РЕЛИЗ – АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ // Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования. – 2021. – № 1. ;
URL: https://scientificreview.ru/ru/article/view?id=93 (дата обращения: 29.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074