Необходимым условием жизни любой биологической структуры является непрерывное потребление энергии. Эта энергия расходуется на пластические процессы, т. е. на сохранение и обновление элементов, входящих в состав данной структуры и на обеспечение ее функциональной активности. Однако клетки животных организмов не способны непосредственно использовать энергию питательных веществ. Они должны предварительно пройти многочисленные превращения, совокупность которых называется биологическим окислением. В результате биологического окисления энергия питательных веществ переходит в легко утилизируемую форму фосфатных связей макроэргических соединений, среди которых ключевое место занимает АТФ. Основная часть макроэргов образуется в митохондриях, в которых происходит сопряженное с фосфорилированием окисление субстратов. Следовательно, для нормального энергообеспечения жизненных процессов необходимо, чтобы в митохондрии поступало достаточное количество субстратов и кислорода. В митохондриях происходит эффективная их утилизация и непрерывное образование достаточного количества АТФ. Если потребность клетки в АТФ не удовлетворяется, возникает состояние энергетического дефицита, приводящая к закономерным метаболическим функциональным и морфологическим нарушениям, вплоть до гибели клеток. Совокупность этих процессов вызывает гипоксию. Гипоксия – типичный патологический процесс, развивающийся в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования кислорода тканями. Различают острую и хроническую гипоксию. Острая гипоксия развивается при всех видах шока, кровопотерях, физических перегрузках. Хроническая гипоксия наблюдается при ряде патологических состояний: заболеваниях органов дыхания, сердечно - сосудистой системы, заболеваниях крови, печени, почек, эндокринной системы.
В экспериментальной фармакологии эталонам сравнения антигипоксической активности является пирацетам. Пирацетам (2-Оксо-пирролидинацетамид) впервые был синтезирован в Бельгии в 1963 году, где выпускался под названием ноотропил. Пирацетам, являясь циклическим производным ГАМК, легко проникает через гематоэнцефалический барьер. Препарат, обладая высоким тропизмом к мозговой ткани, повышает устойчивость головного мозга к гипоксии. Его применение при гипоксических состояниях заключается в благоприятном действии на структуру нейронов, клеточную и ядерную мембраны, рибосомальный аппарат, структуру митохондрий и лизосом. Исключительно важно, что при этом восстанавливается дыхательная активность митохондрий, что обеспечивает адекватное энергоснабжение нейронов, повышается утилизация глюкозы, активизируется синтез фосфолипидов. В результате этого не происходит гибели нейронов. Кроме того, пирацетам оказывает отчетливое антигипоксическое действие на поврежденный миокард и поэтому с успехом используется в комплексном лечении больных с острым инфарктом миокарда. В экспериментальной фармакологии для выявления антигипоксических свойств новых химических веществ и заключения о том, что исследуемые вещества проявляют антигипоксичекое действие, используют не менее 2 экспериментальных моделей гипоксий различного генеза. Существует несколько моделей для изучения антигипоксической активности соединений. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ(1) рекомендует для изучения ноотропных свойств химических соединений использовать такие модели, как гипобарическая гипоксия, нормабарическая гипоксия, гемическая гипоксия и др. Каждая из методик предполагает фиксацию времени жизни животных, особенности поведения во время опыта.
Нормобарическая гипоксия с гиперкапнией является наиболее простой методикой оценки противогипоксической активности исследуемых соединений. Животных одинаковой массы помещают по одному в герметически закрывающиеся банки объемом 200 см3 (для мышей). После посадки животного в банку и закрытия крышки, отмечается время начало опыта. Нормобарическая гипоксия развивается при нормальном общем барометрическом давлении, но сниженном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе. Примером развития такого вида гипоксии может быть нахождение в небольших замкнутых помещениях, работа в шахтах, колодцах, при неисправности кислородного обеспечения в кабинах летательных аппаратов и подводных лодках. В организме животного возникает артериальная гипоксемия – уменьшение напряжения кислорода в плазме артериальной крови, приводящей к недостаточному насыщению гемоглобина кислородом и снижению его содержания в крови. На фоне острой недостаточности кислорода животное в опыте гибнет. Увеличение длительности жизни животного по сравнению с контролем, будет считаться положительной оценкой антигипоксического действия изучаемого вещества.
Гемическая гипоксия воспроизводится путем однократного введения мышам нитрита натрия в дозе 150 -250 мг/кг подкожно. Гемическая гипоксия возникает вследствие нарушений в системе крови, а именно – уменьшения её кислородной емкости. В организме образуется патологическая форма гемоглобина, называемая карбоксигемоглобином - соединения гемоглобина с окисью углерода. Нитрит натрия являясь производным азотной кислоты и в организме превращается в нитрат натрия, который окисляет двухвалентное железо гемоглобина до трехвалентного железа. Это приводит к образованию метгемоглобина, не способного обратимо связывать кислород. В результате этих процессов нарушается транспорт кислорода кровью и возникает гемическая гипоксия. Критерием оценки антигипоксического действия исследуемых веществ по данной методике, является увеличение времени наступления первых судорог, увеличение время жизни животного по сравнению с контролем.
Гипобарическая гипоксия (высотная) создается в проточно-вытяжной барокамере с поглотителем углекислого газа (СО2). Животных «поднимают на высоту» 11 км (198,7 – 185 мм рт. ст.) со скоростью 25 – 50 м/сек. Гипобарическая гипоксия возникает вследствие кислородного голодания организма и пониженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. В результате гипервентиляции в крови снижается содержание углекислого газа, развивается дыхательный алкалоз. Гибель организма происходит от остановки дыхания т. к. содержание углекислого газа в крови уменьшается, прекращается стимуляция дыхательного центра продолговатого мозга. Критерием оценки антигипоксического действия новых химических соединений по данной методике является увеличение длительности жизни животных по сравнению с контролем.
Таким образом, механизмы развития и процессы, протекающие при развитии экспериментальной гипоксии различны при применении различных методик. Методы экспериментальной гипоксии дают широкую возможность поиска антигипоксических средств в химических рядах различного строения.
Литература
1. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ/Под общей редакцией члена-корреспондента РАМН, профессора Р.У. Хабриева — 2-е издание, переработанное и дополненное ,2005, 832 с.: ил.
