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

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЩЩШСКИХ НАУК ТОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФАРМАКОЛОГИИ

На правах рукописи

ИВАНОВА Елена васильевна

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ПРЕПАРАТОВ ИЗ ГРУППЫ ФТОРПРОИЗВОДНЫХ ПИРИМИДИНА

14.00.25. - Фармакология

14.00.16. - Патологическая физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

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 медицинских наук, профессор

В.В. Новицкий;

кандидат биологических наук, ст.н.с.

Т.В. Ветошшна Ведущее учрездениэ - Институт онкологии ТНЦ РАШ Защита состоится '¡Ч ¿ I99¡^r. 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 мозшо ознакомиться в библиотеке научно-исследовательского института фармакологии Томского научного центра РАШ. ^

• Автореферат разослан " J 1993 года.

■J

Учений секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

В.К.Горшкова

Актуальность проблемы. В современной химиотерыши злокачественных новообразований важное место занимают фторпкримиди-на 5-фторурацил и фторафур (Таннебергер С., Мюллер У., 1986; Quebbeman Е., Austrian R., Hansen R. et al.,1985; Sugarbaker P., Klecker R., Gianola P. 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 проявления 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., 1934; Михайлова Т.Н.; Бингер Г.В., Шубина Т.О. и др., 1974; Сальник Ё.Ю., 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,' касакн щихся эссенциальности 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 при различных заболеваниях (Costa M., 1989; Turnbull Л., 1989; Удрис Г.А.,' Нейланд Я.А., 1990).. Однако использование этих данных в практике затруднено тем, что в большинстве случаев на ясны причини 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 уровно целого организма позволяет оценить способность организма удерживать металлы при заболевании в целом. Не менее важным представляется переход от изучения распределения оиоэлементов по органам и тканям к изучению на уровне внутриклеточных структур, сопоставление с динамикой в субклеточных структурах таких ключевых биологических соединений, как

нуклеиновые кислоты. Это позволяет связать метаболизм микроэлементов с >здущим регулирующим фактором - генетическим кодом (Бала Ю.М., Лифшид 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 более обоснованным и полноценным, особенно при патологии.

Изучение роли отдельных Сиоэлементов и механизмов их взаимодействия с нуклеиновыми кислотами и белками в процессе развитая 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 металлодопрессивных состояний.

Цель исследования. Изучить закономнрности 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 ЛД50.

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 антимета-Солитов в дозе 1/2 ЛД60.

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 обмена на всех уровнях организации: целого организма, тканевом и внутриклеточном.

2. Развитие дефицита абсолютного содержания микроэлементов в цэлом организме связано с падением массы тела и снижением на-сищощая организма этими металлами, что приводит к существенному нарушению нормального распределения биоэлементов в крови, органах и тканях животных.

3. Нарушение 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 представления о роли микроэлементов в организме, их взаимодеЦотвии с 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. Диссертацирнный 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, доэы которых определялись с помощью пробит-анэлиза (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 (мыши) и в тканях: кровь, печень, почки, селезенка,. головной мозг, кишечник, мышца бедра (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 дерулогоазмина.

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 м озоляли в муфельной печи при температуре 450°- 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 карбомата 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 качестве 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 трехлинзовой 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 А, германий-2754,60 А.

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 уголъшй электрод. Дальнейший ход анализа представлен вше. Средняя ошибка определения для различных элементов при двух повторностях колебалась от 1,1% до 9,2%.

Для выделения ядер гепатоцитов использовался метод Chauweau в модификации Steiner D., King J. (1566). Выделение митохондрий из клеток печени производили по методу,-предложенному Schneider С. (1948), содержание нуклеиновых кислот определяли по методу, разработанному Цайевым Р.Г. и Марковым Г.Г. (1960), содержание общего белка определяли высокочувствительным колориметрическим методом, предложенным Lowry 0. (1951) и описанным Покровским (1969).

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

Результаты исследования и их обсукдение. 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 цитостатиков и их химической структурой. Различия в степени нарушений, возникающих на фоне развития цитостатической болезни, наблюдаются даже среда препаратов, близких по структуре (Гришко В.Л., Сыркин А.Б., 1968; Кравецкий P.E., 1968). Удобной моделью для изучения миталлодепрессивного действия актамэтаболитов является цито-стэтическая болезнь, создаваемая путем однократного и длительного введения 5-фторурацила и его аналога фторафура. Для выяснения механизма наруиения обмена микроэлементов под влиянием цитостатиков вакно изучить динамику содаркания металлов: 1) на уровне целого организма при. применении высоких доз, когда побочный эффект проявляется особенно 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 то" чкой периода являются 5-в-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 напрвленность, однако степень выраженности изменений была различна. Следует отметить, что после введения фторафура в дозе 1/2 ЛД50 депрессия насыщения организма ионами металла била болев выражена, чем после инъекции 5-фгорурацила (Рис. 1). В , груше животных, получавших препараты в дозе ДД50, 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 6-фторурацила была подобна таковой 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 ДЦ50 необходимо указать, что уменьшение общего количества этого элемента в организме животных связано с развитием абсолютного дефицита металла ( 4,38 ± 0,32 мкг/особь -• Б-ФУ, 3,62 * 0,22 мкг/особь - фторафур), депрессией насыщения ткани элементом (622 - 5-ФУ, 60% - фторафур) и падением массы тела животных. Максимальное снижение уровня элемента после введения 5-фгорурацила в дозе ЛД50 развивалось раньше (5-й . день), чем после инъекции фторафура (8-й день) в адекватной дозе.

Рис. 1. Динамика насыщения организма мышей ионами аелеза (мгЗ) после однократного введения 5-фгорурацила (А) и фторафура (Б) в дозах 1/2 ЛД50 (1, 3) и ЛД50 (2, 4), сравнительное действие препаратов, В - 1/2 ЛД50, Г - Щ0.

Изучение содержания цинка в целом организме животных на фоне развития цитостатической болезни позеолило 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-фгорурацила В дозе ДД50 составляла 0,88±0,03 и 0,95±0,01. Для фторафура эта связь имела прямую положительную зависимость с коэффициентом корреляции 0,91 ±0,02 и 0,90±0,02, соответственно. Слабо протекающие восстановительные процессы в организме животных сопровождались отставанием возрастания и нормализации уровня биоэлемента (Р<0,01). Подобная динамика изменений наблюдалась в группе животных, получавших препараты в дозе 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 обмана 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 денькогда уровень элемента максимально снижался,, для 5-фторурацила на 45%, фторафура - на 642. 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. При 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 2,99г0,13 мкг/особь, тогда как для 5-фторурацила - 3,15+0,12 мкг/особь. Вместе с тем, скорость нормализации изучаемого обмена 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 животных ■ 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 дьльнеЯием 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 снижа- ' лось на 41-48%, тогда как для фторафура эта величина составляла 26-31%. Чрезвычайно выраженным оказалось угнетение насыщения организма ионами меди 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 ужа 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 етвотных контрольной группы (Р<0,001).

Важную роль в развитии микрсэлементной 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.ГТ., Коновалова Л,М., 1976). Дополнительное введение 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 ДЦ50 вызывало существенное нарушение нормального распределения металлов в крови, органах

и тканях животных. Так, в плазме крови отмечалось снижение содержания железа, марганца, цикка (Р<0,001) и возрастание концентрации никеля и меди, наиболее выраженного после инъекции 5-фторурацила (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 меда 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 это 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 поврезденные мембраны. Наблюдаемое снижение содержания меди в форменных 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 5-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-фгорурацила. К 14-му дню опыта содержание етих элементов в обеих сериях нормализовалось (Р<0,02). Уровень железа снижался в исследуемой ткани на фоне применения б-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 егого показателя вплоть до (4-го дня опыта (Р<0,001), а введение 5-фторурацила не изменяло его (Р<0,02).

Влияние препаратов на иммунокомпетентныа органы также псдгверадалось 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 восстанавливаясь 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 15%), вероятно, вследствии усиленной секреции АКТГ, и снижение массы гипофиза. После введения Ь-фторурацила масса гипофиза уменьшалась на 51Ж (5-й день*, 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 биозлементы. Так, отмечалось развитие глубокого дефицита никеля, цинка, марганца, наиболее выраженного после введения фторафура. Развитие дефицита этих элементов зарегистрировано и в ткани почек, головного мозга, мышц бедра крыс (P<0,0t-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 (Бабенко Г.А., 1965; Подильчак М.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 синтезе нуклеиновых кислот. Проведенный анализ показал, что по характеру, силе и продолжительности действие обеих препаратов на биосинтез ДНК в ткани печени 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 P/.S., Lyon T.D. et al.,1985). Изменение содержания нуклеиновых-кислот находит свое отражение в величине отношения РНК/ДНК, которая является показателем функциональной активности клетки. После введения 5-фторурацила величина РНК/ДНК в ткани печени 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. Кроме того, воздействие 5-фторурацила и фторафура угнетало синтез белков в печени и селезенке, увеличивая содержание обцего белка в плазме крови, тканях почек и мышц бедра крыс. Сопоставление полученных данных позволило установить более выраженное влияние антиметаболитов 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 биоэлэменты как гелезо 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 с 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 5-фторурацила уровень церулоплазмина возрастал до 52,31±0,67 мгЖ (контрольная группа - 38,20±0,14 мгЖ), на 5-8-й дни его количество несколько уменьшалось (49,5в±1,17 мгЖ), а в последующие сроки существенно повышалось (73,38±2,12 мгй). Инъекция фторафура вызывала менее выраженные изменения, незначительный подаем уровня церу-

лоплазмина отмечался на б-й день наблюдений (4l.64i1.93 мгЖ), а на 8-14-й дни содержание фермента колебалось в пределах 63,55-68,38*2,04 мг%, превышая фоновые значения (Р<0,001).

Глубокие нарушения обмена биоелементов 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%. Через две недели от начала эксперимента нормализации данного показателя не наступало (Р<0,01-3,001). Выявленное снижение содержания железа в этой фракции отчетливо прослеживалось после введения б-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 фторвфура 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 - фторафур) 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, протекаыцих 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 опта 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 77,50±0,11

2-й 1,88±0,03* 0,97±0,02* 72,00±0,13**

1,68±0,04*** 0,87±0,04** 58,40±0,17***

5-й 1,15±0,01*** 0,73±0,03*** 60,00±0,11***

.1,23±0,01*** 0,98±0,03* 52,60*0,09***

8-Й 1,17±0,02*** 0,86±0,02** 50,2040,11***

0,73±0,02*** 0,66±0,04*** 43,50±0,14***

11-Й 1 ,44±0,0Г* 1,оо±о,оГ 56,07±0,24***

1,07±0,03*** о^^о.оз***1 68,32±0,07***

14-Й 1,55±0,12** 1,05±0,04* 51,17±0,15***

1,18+0,09*** 0,84*0,61** 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

ранила 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 более выражено по сравнению с 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-фторурацила и фторафура

Дни Характеризуемый показатель .

исследований -

железо медь марганец

Контроль 2,37±0,17 89,7613,25 49,93+2,40

2-Й 1,53±0,11*** 73,1512,60** 30,48+1,20***

1,61±0,10*** 66,47+4,00*** 25,30±1,40***

5-й 1 ,1920,11*** 63,87+1,86*** 25,16+2,12***

1,70±0,06*** 64,45±3,60*** 38,4012,00**

8-й 0,88*0,06*** 62,11+3,97*** 23,05+1,30***

2,3810,18* 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*** 65,3813,00*** 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-фторурацила, в знаменателе - фторафура. Достоверность различий показателей по сравнению с контролем: *** - Р<0,001; ** - Р<0,01; * - Р>0,1 ралыюго 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 ре-.зерв микроэлементов ограничен и возникающая компенсаторная реакция неполноценна. Учитывая'важное значение микроэлементов в физиологических процессах можно предполоамть, что микроэлементы наряду с другими факторами занимают определенное место в

патогенезе цитостатической болезни.

Таблица 3

Динамика содержания железа (мг%), меди и марганца (мкгЖ) 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 6,1910,47* 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* 1566,90+95,24** 204,69+9,53***

4,87+0,33** 1578,82*119,13** 278,54110,50*

11-Й 6,1210,39* 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 шшералодепрессивным эффектом, и вызывают нарушения обмена железа, марганца, меди, цинка и никеля в организме.

2. Лнтиметаболиты 5-фторурацил и фторафур в равных по 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 белка в плэзме крови и увеличение концентрации Оелка в печени, селезенке, почках, мышцах), г) нарастание е плазме крови уровня медьсодержащего Оелка -церулоплазмина.

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

6. Минералодепрессивные реакции, возникающие на фоне применения 5-фгорурацила и фтор8фура в 1/2 ЛД50 и в терапевтических дозах, носят обратимый характер, тогда как после введения препаратов в дозе ДД50 уровень изучаемых показателей не достигает физиологической нормы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕ® ДИССЕРТАЦИИ

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

дании 5-фторурацила // в сб. Вопр. радиобиол. и биол. действия цитостатических препаратов. - Томск, 1974. - Т. 6.- С. 38-43 (совместно с Тимакиным Н.П.).

2. Влияние комбинированного воздействия 5-фгорурацила с различными видами ионизирующего излучения на содержание и распределение микроэлементов мевду аденокарциномой НК и целым организмом // В сб. Вопр. радиобиол. и биол. действия цитостатических препаратов. - Томск, 1974. - Т. 6. - С, 44-54.

3. Определение общей токсичности некоторых противоопухо--левых 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-фторурацила и фторафура на динамику содержания микроэлементов в ткани печени и ядрах гепатоцитов в эксперименте // Материалы региональной научно-практической конференции "Молодце ученые и специалисты

- народному хозяйству. - Томск, 1977. - С. 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-

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

У /' ' I—

0

Заказ 324 Ткра-г 100 Ротапринт ТИАСУРа