Автореферат и диссертация по медицине (14.00.25) на тему:Нарушение обмена микроэлементов при действии противоопухолевых препаратов из группы фторпроизводных пиримидина

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК ТОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР НАУЧНО-ИССЛЩОВАИУЬСКШ ИНСТИТУТ ФАРМАКОЛОГИИ

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ПРЕПАРАТОВ ИЗ ГРУППЫ «Г0РПР0ИЗВ0ДНЫХ ПИРИМИДИНА

14.00.25. - Фармакология

14.00.16. - Патологическая физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

ИВАНОВА

Елена васильевна

Томск - 1993

/

Работа выполнена в Центральной научно-исследовательской лаборатории Сибирского Медицинского Университета и НИИ фармакологии ТНЦ РАШ.

Научный руководитель: академик РАШ Е.Д. Гольдберг Официальные оппоненты: доктор ыедищшских наук, профессор В.В. Новицкий;

кандидат биологических наук, ст.н.с.

■ Т.В. Ветошкина Ведущее учревдение - Институт онкологии ТНЦ РАМН

Защита состоится_ 1993 г. в_ часов

на ¡заседании специализированного ученого совета К 001.33.01 при научно-исследовательском институте фармакологии Томского научного центра РАШ ( 634028, г. Томск, пр. Ленина, 3 ).

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке научно-исследовательского института фармакологии Томского научного центра РАМН.

Автореферат разослан "_"_ 1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

В.К.Горшкова

Актуальность проблемы. В современной химиотерапии злокачественных новообразований важное место занимают фторпгримиди-на 5-фторурацил и фторафур (Таннебергер С., Мюллер У., 1986; Quebbeman Е., Ausman R., Hansen R. et al.,1985; Sugarbaker P., Klecker R., Glanola F. et al., 1986). Несмотря на отсутствие принципиальных различий в механизмах действия этих препаратов и близость их химической структуры, они отличаются по степени и продолжительности токсических проявлений на нормальные органы и системы организма. Действие антиметаболитов на системы крови, иммунологическую реактивность, метаболические процессы организма изучены достаточно полно (Гольдберг Е.Д., Новицкий В.В., Сальник Б.Ю. и др., 1984; Михайлова Т.Н.; Зингер Г.В., Шубина Т.С. и др., 1974; Сальник É.D., Барковская Г.Е., Капустина В.Л. и др., 1974), однако вопрос о влиянии препаратов этого ряда на минеральный обмен остается открытым. Вместе с тем в литературе имеется достаточно сведений,' касакь щихся эссенциалыюсти микроэлементов для жизнедеятельности организма (Ноздрюхина Л.Р., 1977; Райцес B.C., 1965; Zlotkln S., 1990; Kruss-Jarres Y., 1990). Физиологическое значение минеральных веществ весьма разнообразно, а обнаружение биоэлементов в составе большого числа ферментов превратило учение о микроэлементах в важнейшую проблему медицины. Накоплено значительное количество эмпирических сведений о содержании отдельных микроэлементов в крови, органах и тканях ври различных заболеваниях (Costa M., 1989; Tumbull А., 1989; Удрис Г.А.,' Нейлвнд Я.А., 1990).. Однако использование этих данных в практике затруднено тем, что в большинстве случаев не ясны причины и патофизиологические механизмы, приводящие к нарушению метаболизма микроэлементов. Специфические изменения метаболизма какого-либо одного металла встречаются реке, чем комплексные изменения содержания нескольких микроэлементов. Такой комплексный подход позволяет перейти к патогенетической оценке тех изменений в концентрации металлов, которые выявляются в процессе развития заболевания. Изучение состояния обмена микроэлементов на уровне целого организма позволяет оценить способность организма удсрязгоать металлы при заболевании в целом. Не монео важным представляется переход от изучения распределения биоэлементов по органом и тканям к изучению на уровне внутриклеточных структур, сопоставление) с динамикой ь субклеточных структурах таких ключевых биологических соединений, как

нуклеиновые кислоты. Это позволяет связать метаболизм микроэлементов с «дущим регулирующим фактором - генетическим кодом (Бала Ю.М., Лифшиц В.М., 1973)..- Выявляется такой важный показатель, как оценка сопряженности количества атомов металла на молекулу нуклеиновых кислот в ядре, митохондриях, что связано о интенсивностью функционирования структур клетки. Анализ происходящих изменений обмена металлов становится Солее обоснованным и полноценным, особенно при патологии.

Изучение роли отдельных биоэлементов и механизмов их взаимодействия с нуклеиновыми кислотами и белками в процессе развития цитостатической болезни, будет способствовать получению принципиально новых данных, касающихся механизмов поддержания минерального обмена при экстремальных состояниях и в физиологических условиях, что необходимо для разработки новых эффективных методов лечения ыеталлодепрессивных состояний.

Цель исследования. Изучить закономерности и механизмы нарушения обмена микроэлементов на модели цитостатической болез • ни, вызванной введением 5-фторурацила и его аналога фторафура.

Задачи исследования. .1. Изучить изменения содержания микроэлементов, возникающие в целом организме животных после введения 5-фторурацила и фторафура в дозах ДЦ50 и 1/2 ДИ50.

2. Сравнить состояние обмена металлов в целом организме мышей при длительном введении указанных препаратов.

3. Исследовать распределение микроэлементов в крови, органах и тканях экспериментальных животных на фоне применения антиметаболитов в дозе 1/2 лд^

4. Оценить влияние 5-фторурацила и фторафура на содержание микроэлементов, нуклеиновых кислот и степень' сопряженности этих показателей в субклеточных структурах гепатоцитов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Развитие цитостатической болезни приводит к глубокому нарушению минерального обмона на всех уровнях организации: целого организма, тканевом и внутриклеточном.

2. Развитие дефицита абсолютного содержания микроэлементов в целом организме связано с падением массы тела и снижением насыщения организма этими металлами, что приводит к существенному нарушению нормального распределения биоэлемонтов б крови, органах и тканях животных.

3. Наруиекие обмена микроэлементов, регистрируемое на субкло-

точном уровне сопряжено с изменением содержания нуклеиновых кислот и белкового обмена.

Научная новизна и практическая ценность работы.

На модели цитостатической болезни, вызванной введением 5-фторурацила и фторафура, впервые изучены комплексные изменения содержания микроэлементов при действии металлодепрессан-тов. При этом показано, что возникающий дисбаланс металлов в крови, органах и субклеточных структурах протекает на фоне изменения содержания нуклеиновых кислот, белкового обмена и связан с изменениями в системе, регулирующей уровень биоэлементов в клетке. Глубина наблюдаемых нарушений зависит от дозы, структуры и продолжительности действия препаратов. •

Проведенные исследования позволяют глубже 'понять механизм подавления и восстановления минерального обмена, вызванного применением широко распространенными в онкологической практике препаратами - 5-фторурацилом и фторафуром, расширить пр'едставт ления о роли микроэлементов в организме, их взаимодействии о другими соединениями организма. Полученные данные могут быть использованы при разработке методов коррекции нарушений в организме, возникающих при химиотерапии злокачественных новообразований.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всесоюзной конференции "Синтез и механизм действия физиологически активных веществ" (Одесса, 1976), региональной научно-практической конференции "Молодые ученые и специалисты - народному хозяйству" (Томск, 1977), зональной научной конференции Приволжья и Приуралья "Эндемические болезни и микроэлементы (Казань, 1977).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Обьем и структура работы. Диссертационный материал изложен на 144 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Диссертация иллюстрирована 23 рисунками и 7 таблицами. Библиографический указатель включает 233 источника, из них 77 отечественных и 156 иностранных.

Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 540 беспородных мышах-самцах массой 18-20 г и 500 крысах-самцах массой 180-200 г (питомник "Рассвет", Томск).

Цитостатическая болезнь моделировалась • введением цитостатических препаратов , из группы антиметаболитов

5-фторурацила и фторафура, дозы которых определялись с помощью пробит-анализа (Семенов Н.В., Плотников В.М., Фомина Т.И., Иванова Е.В., 1973). Препараты вводились внутрибрюшинно либо однократно, либо в виде курса 10 дней. Контрольные животные получали внутрибрюшинно стерильный физиологический раствор.

В целом организме (шаи) и в тканях: кровь, печень, почки, селезенка, головной мозг, кишечник, мышца Зедра (крысы) определялось содержание железа, меди, марганца, цинка и никеля. В плазме крови, тканях селезенки, почек, мышц, печени определялось содержание общего бежа. В тканях селезенки, почек, печени - содержание ДНК и РНК. В ядрах клеток печени определялось содержание железа, меди, марганца, суммарного белка, ДНК, РНК, в митохондриях гепатоцитов - железо, медь, марганец. В плазме крови крыс определялось содержание дерулопоазмина.

Для определения содержания микроэлементов использовался метод эмиссионного спектрального анализа. Забор ткани для анализа производили обычным способом. Часть ткани массой 500 мг выдерживали • в 96% этиловом спирте в течение суток и высушивали в сушильном шкафу при температуре. 160° С. Сухой остаток помещали в фарфоровый тигель и озоляли в муфельной печи при температуре 450а С в парах азотной кислоты. Затем золу помещали в кварцевый стаканчик и проводили окончательную минерализацию концентрированной серной, азотной кислотами и перекисью водорода. Экстракцию микроэлементов производили хлороформом, используя очищенные растворы карбомате натрия и оксихинолина при скользящем рН=2,5-9,5 водной среда. Полученный' экстракт смешивали с 20 г основы, содержащей в качестве внутреннего стандарта германий. Эталоны готовили из спектрально чистых солей натрия, калия и' оксидов анализируемых веществ.

В качества источника света применялась дуга переменного тока 12 А между угольными электродами марки ОСЧ, которая получалась от высокочастотного генератора ДГ-2. Регистрация спектров осуществлялась на кварцевом спектрографе ИСП-28 с грехлинзоЕой системой освещения щели. Плотность почернения аналитических, линий, измеренная 'на микрофотометре МФ-2, переводилась в интенсивности по характеристической кривой. Использовались следующие аналитические линии: никель-3414,77 А, цинк-3345,02 А, марганец-2798,30 А, железо-3020,60 А,

медь-3273,90 Ä, германиЯ-2754,60 Ä.

В связи с тем, что зольность ядер и митохондрий гепатоцитов очень низка и возникает опастность потери микроэлементов, для анализа использовалась обугленная масса. Обугленная масса смешивалась с угольной основой и тщательно растиралась в агатовой ступке. 20 г подготовленной смеси помещали в угольный электрод. Дальнейший ход анализа представлен выше. Средняя ошибка определения для различных элементов при двух повторностях колебалась от 7,7% до 9,2%.

Для выделего!Я ядер гепатоцитов использовался метод Chauweau в модификации Steiner D., King J. (1966). Выделение митохондрий из клеток печени производили по методу,-предложенному Schneider С. (1948), содержание нуклеиновых кислот определяли по методу, разработанному Пановым Р.Г. и Марковым Г.Г. (1960), содержание общего белка определяли высокочувствительным колориметрическим методом, предложенным Lcwry 0. (1951) и описанным Покровским (1969).

Полученные результаты обрабатывались методом вариационной статистики с использованием корреляционного анализа (Беленький M.JT., 1963; Венчиков А.И., Венчиков В.А., 1974).

Результаты исследования и их обсуждение. Исследования последних лет убедительно свидетельствуют, что при разработке оптимальных схем лечения цитостатическими препаратами необходимо изучение тех изменений в организме, которыми сопровождается химиотерапия и которые часто становятся препятствием к ее дальнейшему применению. Важно знать степень кумуляции и обратимость токсического действия цитостатикор и их химической структурой. Различия в степэш! нарушений, возникающих на фоне развития цитостатической болезни, наблидаэтея даже среди препаратов, близких по структуре (Грижо В.А., Сыркш A.B., 1968; Кравецкий P.E., 1968). Удобной моделью для изучения миталлодопроссивного действия окткмэтаоолитов является цито-стэтичоская болезнь, создаваемая путем однократного и длительного введения 5-фторурацила п его аналога фторафурэ. Для выяснения механизма нарушения обмоиа микроэлементов под влиянием цитостатиков важно изучить динамику содержания металлов: 1) на уровне 'целого организма при применении высоких доз, когда побочный эффект проявляется особешо отчетливо; 2) на уровне органов и тканей организма; 3) на субклеточном уровне.

Анализ полученных дашшх показал наличие двух периодов

реакции организма на действие препаратов. Для первого периода (2-8-й дни эксперимента) характерна депрессия содержания микроэлементов и развитие абсолютного их дефицита в целом организме за счет падения массы тела животных и развития относительной недостаточности этих металлов (мг%). Критической точкой периода являются 5-8-й дни опыта. В это время отмечается наиболее выраженный абсолютный и относительный дефицит микроэлементов, глубина которого зависит от дозы препарата. Во втором периоде (8-14-й дни) происходят восстановительные процессы, отмечается постепенное накопление микроэлементов в организме животных за счет увеличения" их массы и насыщения тканей исследуемыми металлами..

Так, оценивая обмен железа в целом организме на фоне применения препаратов было установлено, что тенденция дефицита абсолютного к относительного содержания элемента имела общую нелрвленность, однако степень выраженности изменений была различна. Следует отметить, что после введения фторафура в дозе 1/2 ЛД50 депрессия насыщения организма ионами металла была более выражена, чем после инъекции 5-фторурацила (Рис. 1). В , группа животных, получавших препараты в дозе ЛД50, скорость насыщения организма исследуемым металлом замедлялось, что свидетельствует о.развитии-его глубокого дефицита.

Сравнивая действие препаратов на обмен меди на уровне целого организма можно отметить, что динамика абсолютного содержания элемента после воздействия 5-фторурацила была подобна такрвой при введении фторафура в адекватной дозе. Что касается относительного содержания металла, то наиболее выраженные изменения наблюдались на фоне применения фторафура в дозе ЛД50, когда к концу сроков исследования уровень меди оказался резко сниженным. •

Описывая состояние обмена марганца при воздействии препаратов в дозе ДД50 необходимо указать, что уменьшение общего~ количества этого элемента в организме.животных связано с развитием абсолютного дефицита металла ( 4,38 ±0,32 мкг/особь -

• 5-ФУ, 3,62 ± 0,22 мкг/особь - фторафур), депрессией насыщения ткани элементом (62$ - 5-ФУ, 60Ж - фторафур) и падением массы тела животных. Максимальное снижение уровня элемента после введения 5-фторурацила в дозе ЛД50 развивалось раньше (5-й

• день), чем после инъекции фторафура (8-й день) в адекватной дозе.

фон г 5 а о 14 дай г з а п (4 Анн опыта

Рис. 1. Динамика насыщения организма мышей ионами келеза (мг%) после однократного введения 5-фгорурацила (А) и фторафура (Б) в дозах 1/2 ЛД50 (1, 3) и ДЦ50 (2, 4). сравнительное действие препаратов, В - 1/2 ДД50, Г - ЛД50.

Изучение содержания цинка с целом организме животных на фоне развития цитостатической болезни позволило обнаружить дефицит этого элемента на протяжении всех сроков наблюдений. Степень сопряженности между абсолютным содержанием цинка, массой тела и насыщением организма ионами металла после введения Б-фторурацила в дозе ДД50 составляла 0,88±0,03 и 0,9510,01. Для фторафура эта связь имела прямую положительную зависимость с коэф^циентом корреляции 0,91±0,02 и 0,90±0,02, соответственно. Слабо протекающие восстановительные процессы в организме животных сопровождались отставанием возрастания и нормализации уровня биоэламента (Р<0,01). Подобная динамика изменений наблюдалась в группе кивотшх, получавших препараты в дозо 1/2 ЛД50. Однако нарушения, возникающие после введения 5-фторура-цила были менее выражены и содержание цинка к 14-му дню опыта достигало физиологической нормы.

Что касается обмена никеля, то развитие депрессии насыщения организма ионами металла после введения препаратов в дозе ЛД50 отмечалось, начиная со 2-го дня наблюдений. Критической точкой является• 8-й день, когда уровень элемента максимально ,сшк;ался, для Б-фгорурацила на 45%, фторафура - на 64%. В последующие сроки намечалось нарастание общего количества никеля в организме, однако окончательного восстановления содержания элемента до исходного уровня не происходило (Р<0,001). Сходные результаты получены и при изучении влияния препаратов в дозе 1/2 ДД50. Прй анализе полученных данных было обнаружено, что введение фторафура приводило к более глубоким нарушениям абсолютного содержания никеля; чем 5-фторурацил. Так, на 8-й день концентрация элемента для этого препарата составляла 2,99*0,13 мкг/особь, тогда как для б-фгорурацила - 3,15±0,12 мкг/особь. Вместе с тем, скорость нормализации изучаемого обмана после инъекции фторафура был выше, по сравнению с 5-фтор-урацилом, что приводило к полному восстановлению содержания элемента в организме экспериментальных животных (Р<0,05).

Таким образом, проведенные исследования на уровне целого организма кивотшх позволили выявить общие закономерности в нарушении обмена микроэлементов под влиянием препаратов. Так, снижение концентрации металлов наблюдалось уже на 2-й день опыта, достигая СЕоего максимума к 5-8-му дню наблюдений. В дальнейшем отмечается нарастание содержания элементов, скорость которого зависит от дозы и структуры препарата. Одной из

причин, вызывающей развитие дефицита микроэлементов является падение массы тела животных и угнетение насыщения организма атомами металлов. Сравнительный анализ показал, что фторафур в больших дозах оказывает более выраженное, влияние на обмен микроэлементов, чем 5-фторурацил.

Иная картина наблюдалась при курсовом введении этих препаратов. При дробном введении цитостатиков наибольшая депрессия содержания металлов наблюдалась после полного курса инъекций. Необходимо отметить, что на фоне длительного воздействия аналогичных доз препаратов на целый организм мышей, фторафур в значительно меньшей степени влиял на обмен микроэлементов по сравнению с 5-фторурацилом. Так, содержание железа, никеля^ цинка в организме на 10-й день применения 5-фторурацила снижалось на 41-48%, тогда как для фторафура эта величина составляла 26-31 Ж. Чрезвычайно выраженным оказалось угнетение насыщения организма ионами меда и марганца после введения 'Б-фтор^ урацила, когда депрессия этих показателей составляла 57£. В последующие сроки бурно протекающие восстановительные процессы способствовали увеличению массы животных и накоплению исследуемых элементов в организме, наблюдаемому уже через неделю после отмены препаратов. К концу эксперимента (24-й день) у животных, получавших фторафур, концентрация металлов достигала физиологической нормы, исключение составлял марганец, содержание которого оказалось ниже, чем у хивотннх контрольной группы (Р<0,001).

Важную роль в развитии микроэлементной недостаточности при действии цитостатиков играет как экзогенный фактор (угнетение аппетита и недостаточное поступление биоэлементов с пищей), так и эндогенный фактор, который связан с нарушением регуляции обмена металлов на уровне целого организма, что приводит к развитию отрицательного баланва микроэлементов (Тимакин Н.П., 1976; Тимакин Н.П.. Коновалова Л.М., 1876). Дополнительное введете минеральных веществ с пищевым рационом уменьшает глубину дефицита марганца и меди (Р<0,05-0,001), устраняет дефицит цинка (Р<0,05) и сокращает сроки восстановительных процессов (Тимакин Н.П., Иванова Е.В., 1974).

Выявленные нарушения подтверждаются исследованиями, проведенными на внутриорганном уровне. Установлено, что однократное введение препаратов в дозе 1/2 ДД50 вызывало существенное нарушение нормального распределения металлов в крови, органах

и тканях животных. Так, в плазме крови отмечалось снижение содержания железа, марганца, цинка (Р<0,001) и возрастание концентрации никеля и меди, наиболее выраженного после инъекции 5-фгорурацила (Рис. 2). Повышение уровня ионной формы меди в плазме ь результате мобилизации тканевых запасов микроэлемента можно считать компенсаторной реакцией в ответ на возникающее "медное голодание", направленную на обеспечение этим элементом костного мозга (Ноздрюхина Л. Р./ 1977). При изменении содержания меди в организме понижается абсорбция железа из желудочно-кишечного тракта, нарушается мобилизация его из тканей -депо и утилизация для синтеза гемоглобина, что в конечном счете влечет за собой развитие гипоферремии. В эритроцитах в 8то время отмечалась общая для препаратов тенденция к накоплению ионов марганца,- цинка, никеля за счет развития их дефицита в тканях организма. Это свидетельствует о том, что поражение тканей приводит к частичному выходу микроэлементов из клеток через поврежденные мембраны. Наблюдаемое снижение содержания меда в формешшх элементах крови объясняется тем, что в результате нарушения гемопоэза костный мозг продуцирует неполноценные эритроциты, обедненные этим элементом. В литературе опубликовано достаточно данных, подтверждающих значительные изменения показателей периферической крови и костномозгового кроветворения, вызванных введением б-фторурацила и фторафура (Гольдберг Е.Д., Новицкий В.В., Сальник Б.Ю. и др.,1984; Новицкий В.В.', 1971). Для созревания полноценных эритроцитов особенно важно сохранение оптимального уровня этого металла, необходимого для эритропоэза. '

Существенные изменения отмечались в таком иммунокомпетен-тном органе как селезенка. Одним из показателей состояния органа является изменение его массы. Оба препарата в одинаковой степени снижали массу селезенки у экспериментальных животных, максимум изменений приходился на 5-й день опыта (в 2,5 раза), а к концу сроков наблюдений масса органа не отличалась от таковой у животных контрольной группы (Р<0,1). Введение фторафур вызывало избыточное насыщение ткани селезенки ионами марганца, цинка, тогда как концентрация никеля возрастала значительно после инъекции 5-фторурацила. К 14-му дню опыта содержание ьтих элементов в обеих сериях нормализовалось (Р<0,02). Уровень железа снижался в исследуемой ткани на фоне применения 5-фторурацила в, течение всех сроков наблюдений (Р<0,001), в то

Рис. 2. Динамика содержания меди после однократного введения 5-фторурацила ( 1 ) и фторафура ( 2 ) в плазме крови ( А ), эритроцитах ( Б ), ткани селезенки ( В ), печени ( Г ).

время как после введения фторафура обнаруживался слабый дефицит элемента. Что касается содержания меди, то фторафур резко снижал величину этого показателя вплоть до 14-го дня опыта (Р<0,001), а введение Б-фторурацила не изменяло его (Р<0,02).

Влияние препаратов на иммунокомпетентные органы также подтверждалось изменением массы тимуса. Анализ полученных данных показал, что наиболее выраженное снижение массы тимуса отмечалось у животных, получавших 5-фторурацил. Так, к 8-му дню масса тимуса снижалась в 3,5 раза, не восстанавлмваясь до нормы и к 14-му дню опыта (контроль - 280 мг, 14-й день - 130 мг). После введения фторафура максимум изменений приходился на 5-й день (в 1,9 раза), а к концу сроков эксперимента наступала полная нормализация величины показателя (Р<0,2). Кроме того, важно отметить, что у этих животных препараты вызывали увеличение надпочечников (8-й день - на-158), вероятно, вследствии усиленной секреции АКТГ, и снижение массы гипофиза. После введения 5-фторурацила масса гипофиза уменьшалась на 51% (5-й день1, не достигая к 14-му дню исходных значений (Г<0,001). После инъекции фторафура изменения были выражены слабее (5-й день - 25%).

В процессе наблюдений было выявлено нарушение способности ткани печени удерживать биоэлементы. Так, отмечалось развитие глусокого дефицита никеля, цинка, марганца, наиболее выраженного после введения фторафура. Развитие дефицита этих элементов зарегистрировано и в ткани почек, головного мозга, мышц бедра крыс (Р<0,01-0,001). В то же время уровень меди в мышечной ткани возрастал на фоне применения 5-фторурацила (Р<0,001), тогда как фторафур слабо изменял этот показатель (Р<0,2). Следует отметить, что восстановление насыщения ткани кишечника, головного мозга, печени ионами меди после воздействия 5-фторурацила протекало интенсивнее, чем после инъекции фторафура и к 14-му дню наблюдений достигало контрольных значений (Р<0,2). Фторафур в большей степени, чем 5-фторурацил, влиял и на содержание марганца и никеля в печени, почках и головном мозге.

Вместе с тем известно, что исследуемые биоэлементы являются незаменимыми металлокомпонентами ферментов цитохромной системы и многих ферментов-оксидаз (Бабонко Г.А., 1965; Подильчак U.Д., 1967). Падение ниже критического уровня содержания микроэлементов неизбежно приводит к изменению активности

окислительных ферментов, что в свою очередь нарушает энергетический баланс в клетке и отражается на синтезо нуклеиновых кислот. Проведенный анализ показал, что по характеру, силе и продолжительности действие обоих препаратов на биосинтез ДНК в ткани печеш и селезенки очень близко, однако на синтез РНК влияние фторафура более выражено ), что согласуется с данными литературы (Мейрена Д.В., Урбанович Э.Л., Гилев А.П. и др., 1977; Wilkinson D.S., Crumley J., 1977; Mitchell K.G., Watson W.S., Lyon T.D. et al.,1985). Изменение содержания нуклеиновых-кислот находит свое отражение в величине отношения РНК/ДНК, которая является показателем функциональной активности клетей. После введения 5-фторурацила взличина РНК/ДНК в ткани печеш возрастает (с 2,3 до 3,1) за счет интенсивного снижения ДНК, тогда как после инъекции фторафура уменьшается (до 1,3) за счет резкого снижения уровня РНК. Следовательно, отношение РНК/ДНК позволяет определить и сравнить специфичность действия препаратов на содержание нуклеиновых кислот. Кромэ того, воздействие 5-фторурацила и фторафура угнетало синтез белков в печени и селезенке, увеличивая содержание общего белка в плазме крови, тканях почек п мышц бедра крыс. Сопоставление полученных данных позволило установить более выраженное влияние антиметаоолитов на биосинтез нуклеиновых кислот, чем- на синтез белков. На основании чего можно предположить, что влияние исследуемых препаратов на белковосинтезирущие системы является опосредованным.

Наряду с этим известно, что такие биоэлементы как железо и медь являются металлами-биотиками, взаимосвязанными в обмене веществ. С одной стороны, медь через металлобелковый комплекс церулоплазмина способствует вовлечению железа в клетки организма, а с другой - активизирует синтез гема. В связи о этим нарушение нормального насыщения тканей металлами отражается на активности церулоплазмина. Полученные данные показали, что развитие гиперкупремии на фоне применения цитостатиков сопровождалось нарастанием концентрации церулоплазмина в плазме крови крыс. Так, ко 2-му дню после введения б-фторурацила уровень церулоплазмина возрастал до 52,31±0,67 мгЖ (контрольная группа - 38,20±0,14 мг?), на 5-8-й дни его количество несколько уменьшалось (49,56±1,17 мгй), а в последувдие сроки существенно повышалось (73,38±2,12 мг%). Инъекция фторафура вызывала менее выраженные изменения, незначительный подъем уровня церу-

лоплазмина отмечался на 5-й день наблюдений (41,6411,93 мг$), а на 8-14-й дни содержание фермента колебалось в пределах 53,55-58,38*2,04 мгЖ, превышая фоновые значения (Р<0,001).

Глубокие нарушения обмена биоБлементов выявлены и на субклеточном уровне. Введение 5-фторурацила и фторафура приводило к раннему и значительному повреждению ядер гепатоцитов. Опосредованно о состоянии ядер можно судить по снижению сухой массы ядер клеток печени. На фоне применения 5-фторурацила масса ядер уменьшалась к 5-му дню опыта на 16%, тогда как после введения фторафура - на 21 Я. Через две недели от начала эксперимента нормализации данного показателя не наступало (Р<0,01-0,001). Выявленное снижение содержания железа в этой фракции отчетливо прослеживалось после введения 5-фторурацила (Р<0,001) и в меньшей степени фторафура (Р<0,01>0,2). Оба препарата в одинаковой степени способствовали развитию дефицита меди в ядрах гепатоцитов, а уровень марганца был более подвержен влиянию фторафура на протяжении всех сроков наблюдений <Р<0,01-0,001). Вместе с тем, важно было сопоставить содержание металлов и нуклеиновых кислот в ядерной фракции, соотношение которых дает информацию о функциональном состоянии ядра клетки . Наличие четких количественных корреляций между этими показателями в норме позволяет предположить, что в уело- виях развития цитостатической болезни возникает нарушения этих корреляций, связанные с изменениями в системе, регулирующей уровень микроэлементов в клетке. Установленное в результате исследований падение количества ДНК в ядерной фракции (в 3,2 раза - фгорафур) и РНК (в 1,6 раза - фторафур) указывает на снижение интенсивности функционирования структур ядра (табл. 1); этому соответствует снижение активаторов, то есть количества атомов металла на молекулу ДНК и РНК (Табл. 2). Изменяется и величина отношения РНД/ДНК с 2,20 (контроль) до 1,36 (5-фторурацил) и 1,10 (фторафур), вследствие более существен-, ного влияния фторафура.

Изучение содержания микроэлементов в митохондриях печени позволяет опосредованно судить об энергетических процессах, протекаадих в клетке. Анализ полученных данных показал, что если введение 5-фторурацила не влияло на уровень железа в митохондриях, то фторафур существенно снижал количество этого металла в течение всех сроков наблюдений (табл. 3). Содержание' меди в первую неделю опыта на. фоне применения 5-фтору-

Таблица 1

Динамика содержания ДНК, РНК, суммарного белка (мг/г гомогената) в ядрах гепатоцитов после введения 5-фторурацила и фторафура

Дни Характеризуемый показатель

исследований -

ДНК РНК Суммарный белок

Контроль 2,29±0,07 1,04*0,02 77,5010,11

2-й 1,8810,03* 0,97±0,02* 72,0010,13**

1,6810,04*** 0,8710,04** 58,4010,17***

5-й 1.1510,01*"* 0,7310,03*** 60,00±0,11 ***

1,2310,01*** 0,9810,03* 52,6010,09***

8-й 1,17+0,02*** 0,86±0,02** 50,2010,11***

0,73±0,02*** 0,6610,04*** 43.50t0.14***

11-й 1,44+0,01** 1 ,оо±о,оГ 56,0710,24***

1,0710,03*** 0,7210,02*** 68,3210,07***

14-й 1,5510,12** 1,0510,04* 51,17±0,15***

1,18±0,09*** 0,84±0,01** 63,40±0,05**

Примечание: В числителе - данные, полученные после введения 5-фторурацила, в знаменателе - фторафура. Достоверность различий показателей по сравнению о контролем: *** - Р<0,001; ** - Р<0,01; * - Р>0,05

рацила колебалось в пределах физиологической нормы, а на 1114-й дни резко снижалось (Р<0,01), тогда как фторафур вызывал избыточное накопление металла на 5-8-й дни наблюдений с последующей нормализацией (Р>0,2). Что касается концентрации марганца в исследуемой фракции, то влияние 5-фторурацила было оолее выражено по сравнению о фторафуром, депрессия насыщения митохондрий ионами марганца отмечалась начиная со 2-го дня опыта и прослеживалась на протяжении всех сроков эксперимента (Р<0,001-0,01). Введение фторафура достоверно снижало уровень элемента лишь на 5-й день от начала наблюдений, а к 11-14-му дню этот показатель значительно превышал контроль (Р<0,01).

Суммируя выше сказанное можно заключить, что введение ци-тостатических препаратов приводит к глубокому нарушению мине-

Таблица,2

Динамика содержания железа (мг%), меди и марганца (мкг%) в ядрах гепатоцитов после введения 5-фгорурацила и фторафура

Дни Характеризуемый показатель

исследований -

железо медь марганец

Контроль 2,37*0,17 89,76*3,25 49,93*2,40

2-й 1,53*0,11*** 73,15*2,60** 30,48*1,20***

1,6140,10*** 66,47*4,00*** 25,30*1,40***

5-й 1 ,19*0,11*" 63,87*1,86*** 25,16*2,12***

1,70±0,08*** 64,45*3,60*** ' 38,40*2,00**

8-й 0,88*0,Об*** 62,11*3,97*** 23,05*1,30***

2,38*0,18* 71,35*3,80*** 29,70*2,30'**

11-й 1,34*0,11*** 70,73*4,51** 48,40*3,91 *

1,68*0,11*** 65,38*3,00*** 27,11*1,20***

14-й 1,65*0,13**" 76,55*6,04** 52,10*3,62*

2,44*0,16* 73,31*4,00** 32,11*1,30***

Примечание: В числителе - данные, полученные после введения 5-фгорурацила, в знаменателе - фторафура. Достоверность различий показателей но сравнению с контролем: *** - Р<0,001; ** - Р<0,01; * - Р>0,1 рольного обмена на всех уровнях организации: целого организма, тканевом и внутриклеточном. Возникающее перераспределение био-алементов влечет за собой накопление их в одних органах и развитие дефицита в других. Эти изменения коррелируют с нарушением белкового обмена и функциональным состоянием нуклеиновых кислот. Возникающая в более поздние сроки компенсаторная реакция направлена на восстановление нарушенных функций нормального гемопоэза, дыхания, минерального обмена и т.д. Однако резерв микроэлементов ограничен и возникающая компенсаторная реакция неполноценна. Учитывая важное значение микроэлементов в физиологических процессах можно предположить, что микроэлементы наряду с другими факторами занимают определенное место в

патогенезе цитостатичэской болезни.

Таблица 3

Дииамика содержания железа (мгЖ), меди и марганца (мкг%) в митохондриях гепатоцитов после введения 5-фторурацила и фторафура

Дни Характеризуемый показатель

исследований --

железо медь марганец

Контроль 6,70+0,33 1331,80±91,70 299,31*12,00

2-Й 6,71±0,49* 1386,60*95,20* 192,10±9,50***

5,13*0,24** 1344,40±119,00* 265,60*11,93**

5-й 6,19*0,47* 1441 ,61*107,10* 194,83+7,12***

7,23+0,51* 1856,20+47,63** 205,70*8,48***

8-й 6,91+0,59* 1556,90*95,24** 204,69*9,53***

4,87+0,33** 1578,824119,13** 278,54*10,50*

11-й 6,12+0,39* 1065,10+71,50** 226,70*10.7***

5,35+0,37** 1508,21*83,30* 335,30*15,52**

14-й 7,79±0,35** 968,80+90,52*** 230,84*8,32**

5,70+0,35** 1323,40*113,11* 347,81*11,90**

Примечание: В числителе - данные, полученные после введения 5-фторурацила, в знаменателе - фторафура. Достоверность различий показателей по сравнению с контролем: *** - Р<0,001; ** - Р<0,01; * - Р>0,05

ВЫВОДЫ

1. Противоопухолевые препараты из группы фторпроизводных пиримидина обладают выраженным минералодепрессивным эффектом и вызывают нарушения обмена железа, марганца, меди, цинка и никеля в организме.

2. Антиметаболиты 5-фторурацил и фторафур в равных йо общетоксическому действию дозах (1/2 ДД50. ДД50) вызывают адекватные по срокам и степени выраженности нарушения содержания

железа, меди, цинка, марганца и никеля в целом организме животных.

3. Нарушения минерального обмена в условиях курсового введения 5-фторурацила и фторафура з терапевтических дозах характеризуются менее выраженными и более краткосрочными изменениями по сравнению с однократным применением препаратов в массивных дозах. Фторафур, на фоне длительного воздействия на целый организм мышей, слабее изменял содержание железа, меди, цинка и никеля, чем 5-фторурацил.

4. Механизм металлодепрессивного действия 5-фторурацила и фторафура включает:

а) нарушение распределения микроэлементов в крови, органах и тканях ( избыточное накопление в форменных элементах крови и ткани селезенки марганца, железа, цинка, никеля; развитие депрессии насыщения этими металлами плазмы крови, ткани печени, почек, головного мозга, кишечника, мышц бедра крыс),

0) снижение процессов биосинтеза нуклеиновых кислот уменьшение уровня ДНК, РНК в ткани печени и селезенки),

в) нарушение процессов протеосинтеза ( уменьшение количества общего бежа в плазме крови и увеличение концентрации белка в печени, селезенке, почках, мышцах), г) нарастание в плазме крови уровня медьсодержащего белка -церулоплазмина.

5. В субклеточных структурах гепатоцитов ( ядра, митохондрии) выявлено развитие дефицита содержания железа, меди, марганца, ДНК, РНК, суммарного белка, что подтверждает глубокое нарушение обмена металлов, связанное с изменениями в сис-име, регулирующей уровень микроэлементов в организме и дает информацию о функциональном состоянии клетки при цитостати-ческой болезни.

6. Минералодепрессивныв реакции, возникающие на фоне применения 5-фторурацила и фторафура в 1/2 ЛД50 и в терапевтических дозах, носят обратимый характер, тогда как после введения препаратов в дозе ЛД50 уровень изучаемых показателей не достигает физиологической нормы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО Ш ДИССЕРТАЦИИ

1. Некоторые показатели нарушения обмена никеля, марганца, молибдена, цинка, меди и коррекция его при курсоьом вве-

дении 5-фторурацила // В cö. Borrp. радиобиол. и биол. действия цитостатических препаратов. - Томск, 1974. - Т. 6.- С. 38-43 (совместно с Тимакиным Н.П.).

2. Влияние комбинированного воздействия 5-фторурацила с различными видами ионизирующего излучения на содержание и распределение микроэлементов между аденокарциномой НК и целым организмом // В сб. Вопр. радиобиол. и биол. действия цитостатических препаратов. - Томск, 1974. - Т. в. - С, 44-54.

3. Определение общей токсичности некоторых противоопухолевых препаратов // Материалы теоретической и клинической медицины. - Томск, 1975. - Вып. 5. (совместно с Семеновым Н.В., Плотниковым В.М., Фоминой Т.И.}.

4. Сравнительная характеристика действия 5-фторурацила и фторафура на содержание микроэлементов в целом организме экспериментальных животных // Синтез и механизм действия физиологически активных веществ. Тез. докл. Всесоюз. конф. - Одесса, 1976. - С. 260-262.

5. Сравнительная характеристика действия 5-фгорурацила и фторафура на динамику содержания микроэлементов в ткани печени и ядрах гепатоцитов в эксперименте // Материалы региональной научно-практической конференции "Молодые ученые и специалисты

- народному хозяйству. - Томск, 1977. - О. 7-8.

6. Определение содержания железа, меди, марганца и магния в некоторых внутриклеточных структурах методом эмиссионного спектрального анализа // Эндемические болезни и микроэлементы. Материалы 2-ой зональной научной конференции Приволжья и При-уралья. - Казань, 1977. - С. 137-139 (совместно с Тимакиным Н.П.).

7.Влияние 5-фторурацила и фторафура на динамику содержания железа в организме экспериментальных животных //Вопр. радиобиол. и биол. действия цитостатических препаратов.- Томск, 1978. - Т. 9. - С. 96-104.

8. Взаимоотношение металлов и нуклеиновых кислот // Эко-ген. - Томск, 1993. - С. 13.

9. Содержание микроэлементов в организме животных при цитостатической болезни // В сб. Актуальные проблемы фармакологии и поиска новых лекарственных препаратов. - Томск, 1993.

- Т. 6. - С. 37-40.

10. Особенности распределения микроэлементов в субклеточных структурах гепатоцитов // В сб. Актуальные проблемы фарма-

кологии и поиска новых лекарственных препаратов. - Томск, 1993. - Т. 6. - С. 40-43.

- с? Lie fiu Jp

Ьаказ 324 Тиртк- 100 Ротапринт ТИАСУРа