Введение к работе
/. Актуальность темы диссертации. В отличие от других биоло-ічєски активных соединений, вызывающих зависимость, для этанола гизвестен специфический или ведущий механизм действия. В частно-ги, не выявлены специфическая медиаторная система и соответствующе рецепторы. Известно, что этанол действует в ЦІ 1С: 1) путем воздей-гвия на различные нейромедиаторные системы (Tabakoff, Hoffman, 1980; e\vari,Sytinsky,1983); 2) на метаболизм нейронов и образование энергии ittleton,Little, 1994; Airaksinen, Peura, 1987; Deitrich etal., 1989); 3) через ембранные эффекты (Goldstein, Chin, 1981). Это является причиной ногообразия биохимических маркеров алкогольной зависимости и ток-1ЧНОСТИ, обусловливает комплексный характер нарушений нейрональ-ых систем, затрудняет поиски ключевых реакций и/или факторов, регу-ирующих отношение к потреблению этанола и чувствительность к нему, также поиски средств коррекции биохимических и неврологических арушений, индуцированных этанолом.
С тех пор, как была установлена роль ГАМК как основного медиа-эра торможения в мозге, влияние этанола на ГАМК-проведение изуча-эсь достаточно подробно (И.А.Сытинский, 1980; Hunt, 1983; Kulonen, 983; Deitrich et al.. 1989). Была предложена гипотеза о том, что этанол отенцирует ГАМК-ергическое.проведение нервного импульса посредст-эм изменения активности компонентов ГАМК-бензодиазепин-хлор-онофорного комплекса. Однако попытки поиска антиалкогольных эедств среди препаратов, действующих на активность этого комплекса, собенно таких, которые были бы эффективны, но не токсичны в услови-к длительных курсов лечения, оказались мало результативными О.В.Буров, Н.В.Ведерникова, 1985; Myers, 1994; Kreek, Koob, 1998).
В то же время до настоящего времени мало изученным при алко-эльной интоксикации является собственно метаболизм ГАМК, хотя АМК-шунт метаболизма глутамата (составляющий в отдельных струк-урах мозга от 30 до 66% общего субстратного потока глутамата) ishchenko et al.,1998; Hassel et al.,1998) может служить дополнительным егулятором основного энергетического обмена в мозге и донором субгратов в цикл Кребса при экстремальных ситуациях, в том числе при ал-оголыгой интоксикации (В.А.Розанов,1989; Page et al.,1989: Waagepeter-гп et al., 1999). В регуляции активности ГАМК-шунта принимает уча-гие образование ГАМК в реакции декарбоксилирования глутамата и ее ыход из пресипаптичсских образований, а также доступность субстрата а последующих этапах ГАМК-шунта. Большое значение в механизмах
действия этанола также, очевидно, имеет ГОМК, которая образуется при восстановлении ЛІТА с помощью ЯПА-Р и играет важную роль в регуляции функциональной активности ЦНС (Cash, 1994; Mamelak, 1989).
В эффектах этанола на мембраны важны не столько изменения общей "текучести" мембран, сколько изменения чувствительности к агони-стам отдельных специфических белков и рецепторов в мембране (Goldstein, Chin, 1981; Suzdak et al., 1986; Kreek, Koob, 1998; Mehta, Ticku, 1989). Характерной особенностью мембранотропных эффектов этанола является их универсальный характер в отношении клеточных и субклеточных мембран - мембран нейронов, митохондриальных мембран, мембран нервных окончаний (Ю.В.Буров, Н.Н.Ведерникова, 1985). При этом необходимо отметить, что два основных фермента деградации ГАМК - ГАМК-Т и ЯПА-ДГ- локализуются в мембранах митохондрий, и их активность в значительной мере определяется их состоянием (Zhuk, Zinkovsky, 1999). Важной чертой мембранотропных эффектов этанола является то, что они проявляются в концентрациях, которые обнаруживаются в крови при алкогольной интоксикации(А.И.Успенский,1984; Littleton,Little, 1994).
Таким образом, изучение различных параметров ГАМК-системы в условиях алкогольной интоксикации является необходимым для выяснения механизмов действия этанола в мозге. Однако до настоящего времени вопросы воздействия этанола на такие мембраносвязанные процессы как активность ферментов метаболизма ГАМК, ее синаптический транспорт (захват), а также особенности этих процессов в структурах мозга изучены недостаточно. Мало данных о различиях транспорта ГАМК и ее метаболизме у животных с разным отношением к потреблению этанола и разной чувствительностью к нему.
Особую актуальность изучение изменений транспорта и метаболизма ГАМК при хронической алкогольной интоксикации (ХАИ) и алкогольной абстиненции приобретает в связи с тем, что в последние годы для лечения этих состояний успешно используются некоторые препараты, которые оказывают воздействие на ферменты метаболизма ГАМК, влияют на метаболизм родственных ей нейроактивных аминокислот (Б.Ф.Дорофеев и др., 1994; К.С.Раевский, В.П.Георгиев, 1986). С этой точки зрения поиск новых средств метаболической терапии для корреги-рования и предупреждения нарушений, вызываемых алкоголем, среди препаратов, влияющих на катаболизм ГАМК, представляется весьма перспективным.
2. Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась на протяжении 1981-98 годов в рамках научно иссле-
овательских тем "Изучение биохимических механизмов патогенеза ал-оголизма и последствий алкогольных интоксикаций. Создание новых ечебных и профилактических препаратов на основе природных соеди-ений"; "Нейрохимические и молекулярно-генетические исследования ндогенных факторов формирования зависимости от этанола"; "Роль аль-егадов, их продуктов и предшественников в регуляции метаболического омеостаза" (№ гос.регистрации 01.86.0022836); "Применение отдельных итаминов и их сочетаний для коррекции метаболических нарушений, ызываемых алкогольной интоксикацией" (№ гос.регистрации 1830066926); "Метаболические предпосылки и последствия потребле-,ия этанола" (№ гос.регистрации 0182.2042449) в соответствии с респуб-иканской комплексной программой "Фундаментальные исследования, ля медицины".
3. Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования за-лючалась в изучении роли системы ГАМК в реакции ЦНС на этанол как юлекулярной основы алкогольной болезни.
В соответствии с указанной целью определены следующие задачи:
исследовать транспорт ГАМК через синаптические мембраны, ак-нвность ферментов метаболизма ГАМК, ее содержание, содержание ругих нейроактивных аминокислот в структурах мозга при различных пособах и различной длительности воздействия этанола, а также при тмене этанола после хронической алкогольной интоксикации;
сравнить показатели транспорта и катаболизма ГАМК в структурах [озга крыс с разным отношением к потреблению этанола и с разной чув-твительностью к его снотворному эффекту до и после алкогольной на-рузки, однократной или длительной;
оценить ГАМК-ергические механизмы действия некоторых нейро-ктивных соединений на фоне этанола и изучить их влияние на нарушена катаболизма ГАМК при хронической алкогольной интоксикации и оследующей отмене этанола; выявить новые возможности их примене-ия как средств лечения алкогольной интоксикации и абстиненции.
-
Объект и предмет исследования. Объектом исследования были елые беспородные крысы-самцы, полученные из питомника РАМН Рос-ии или выведенные в виварии Института биохимии НАНБ. Предмет ис-ледования - показатели активности ферментов биосинтеза и катаболизма "АМК и ее транспорта через пресинаптические мембраны, а также со-.ержание аминокислот в структурах мозга крыс при действии этанола.
-
Гипотеза. Выдвинуто предположение, что изменения ГАМК-ргической системы и ее метаболизма являются одним из ведущим меха-[измов развития расстройств в ЦНС,' вызываемых введением этанола. К
числу биохимических маркеров алкогольных повреждений следует относить показатели активности ГАМК-медиаторной системы и активности ГАМК-шунта.
Активность метаболизма ГАМК лежит в основе отношения особей к потреблению этанола и чувствительности к его снотворному эффекту.
Наличие нарушений метаболизма ГЛМК при алкогольной интоксикации обосновывает новый подход к патогенетической (метаболической) терапии алкоголизма и абстиненции с помощью препаратов, оказывающих воздействие на ГАМК-шунт.
-
Методология и методы проведенного исследования. Для решения поставленных задач использован комплексный подход, основанный на одновременном изучении ряда показателей, характеризующих различные аспекты метаболизма ГАМК, а также функциональную активность пейромедиаторной ГАМК-системы в структурах мозга. С этой целью в отдельных структурах мозга были изучены показатели транспорта ГАМК через синаптические мембраны, активность ферментов ее синтеза и катаболизма и содержание ГАМК и других нейроактивных аминокислот.
-
Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые проведено исследование различных компонентов ГАМК-ергической системы в структурах мозга при всех экспериментальных способах алкогольной интоксикации, что позволило оценить и медиаторную активность ГАМК, и ее участие в регуляции метаболических процессов в мозге при действии этанола. Принципиально новым является сопряжение характеристики ГАМК-системы с поведенческими симптомами при алкогольной интоксикации.
Впервые определена роль ГАМК-шунта как необходимого компонента процессов развития толерантности и физической зависимости от этанола, его участие в проявлении синдрома отмены этанола.
Установлено, что ГАМК-система является составным элементом механизмов, определяющих чувствительность животных к снотворном) эффекту алкоголя, а также алкогольную мотивацию.
Впервые проведен сравнительный анализ эффектов этанола т ГАМК-систему в структурах мозга, что позволило выявить особенност: воздействия этанола в зависимости от функциональной роли ГАМК в отдельных структурах и вклад этих воздействий в формирование реакцш на этанол, в том числе и на поведенческом уровне.
Проведены доклинические испытания ряда препаратов, оказываю щих воздействие на метаболизм ГАМК, как средств лечения алкогольно* интоксикации. Часть препаратов - вальпроат, глутамин, пантогам, амино кислотные смеси - уже применяются в клинике, другие - пансульфогам
амма-бутиролактон, этаноламин, фосфоэтаноламин - находятся в стадии ксперлментальной разработки.
Установлены нейрохимические основы механизмов их действия и щны обоснования применения изученных препаратов как средств металлической терапии алкогольной интоксикации.
8. Практическая (экономическая, социальная) значимость Полу
ниных результатов.
-
Определены молекулярные основы метаболической терапии алкогольной болезни через воздействие на ГАМК-систему мозга, исходя из lero для коррекции этанол-индуцированных нарушений ГАМК-системы :ледует применять препараты, влияющие на метаболизм ГАМК: структурные аналоги ГАМК, производные ГАМК с витаминами и другие ве-цсства, близкие по структуре к эндогенным соединениям. Рекомендуется ірименение этих соединений в условиях длительной терапии алкоголизма и абстинентных состояний.
-
Описана гетерогенность популяции по отношению к активности "АМК-системы у животных с разной алкогольной мотивацией и чувствительностью к снотворному эффекту этанола. Показано сохранение этих зазличий после длительной алкогольной нагрузки, что свидетельствует )б устойчивости этого признака и необходимости дифференцированного годхода к прогнозированию последствий потребления алкоголя с учетом зеобенностей метаболизма ГАМК.
-
Обосновано проведение длительных поддерживающих курсов ле-іения алкогольной болезни с помощью препаратов, близких по структуре с естественным метаболитам ГАМК-системы' и оказывающих выражен-юе воздействие на активность ГАМК-шунта. Определена экономическая іелесообразность применения препаратов данной группы.
9. Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
В механизмах действия этанола в мозге необходимыми компонентами являются его воздействие на медиаторную активность ГАМК, а также на ГАМК-шунт путей образования энергии в мозге.
-
Механизмы функционирования ГАМК-системы при алкоголь-ной інтоксикации зависят от структуры мозга, длительности воздействия ал-соголя, чувствительности организма к его снотворному эффекту, наличия шкогольной мотивации.
-
Адаптация организма к этанолу сопровождается ослаблением степени воздействия алкоголя на метаболизм ГАМК и сокращением длительности этанол-индуцированного сна. При хронической алкогольной нггоксикации и физической зависимости от этанола происходит метабо-шческая адаптация ГАМК-системы к его присутствию, которая является
основой нейрохимических и поведенческих проявлений синдрома отмены этанола.
-
Активность ГАМК-шунта в определенных структурах мозга играет существенную роль в определении чувствительности животных к наркотическому эффекту этанола, тогда как в механизмах, определяющих алкогольную мотивацию, роль ГАМК-шунта менее значима.
-
Соединения, близкие к ГАМК по структуре (гамма-бутиролактон, глутамин. иантогам, пансульфогам), а также влияющие на ферменты ее метаболизма (вальпроат, этаноламин, фосфоэтаноламин), в условиях in vivo успешно устраняют нарушения катаболизма ГАМК, развивающиеся при воздействии этанола, что является обоснованием необходимости применения данных соединений для метаболической терапии алкогольной интоксикации.
-
Личный вклад соискателя. Результаты получены лично соискателем или под се руководством аспиранткой А.Г.Вшшцкой, или же совместно с сотрудниками Института биохимии Е.М.Дорошенко и Е.Г. Шалавиной. Их участие отражено в совместных публикациях. Вклад соискателя заключался в определении направления и постановке конкретных задач исследования, разработке методик эксперимента и условий моделирования экспериментальных ситуаций, непосредственном участии в выполнении измерений, проведении анализа, обобщении и трактовке полученных результатов.
-
Апробация основных результатов диссертации проведена на следующих научных конференциях и симпозиумах:
- Всесоюзном симпозиуме "Биохимия алкоголизма" (Гродно, Беларусь, 1980); Всесоюзном симпозиуме "Фармакология производных ГАМК" (Тарту, Эстония, 1983); 13-й конференции международной Ассоциации судебной медицины (Дюссельдорф, Германия, 1993); 39-м Конгрессе по предупреждению и лечению алкоголизма и лекарственной зависимости (Триест, Италия, 1995); 3-м Конгрессе Европейского общества по биомедицинским исследованиям алкоголизма (ESBRA) (Осло, Норвегия, 1991), 4-м Конгрессе ESBRA (Генуя, Италия, 1993); 5-м Конгрессе ESBRA (Штутгарт, Германия, 1995); 6-м Конгрессе ESBRA (Стокгольм, Швеция, 1997); Совместном западно-восточном симпозиуме ESBRA (Гродно, Беларусь, 1998); 7-м Конгрессе ISBRA (Квинсленд, Австралия, 1994); 9-м Конгрессе IS BRA (Копенгаген, Дания, 1998); Международной конференции "Аминокислоты и их производные" (Гродно, Беларусь. 1996); 12-й Общей конференции Европейского нейрохимического общества (Санкт-Петербург, 1998), Российской конференции "Пантогам. Ней-робутал" (Москва, Россия, 1998).
-
Ощбликованностъ результатов. По материалам диссертации опубликовано 60 работ, в том числе 1 глава в совместно написанной монографии и 27 статей ( из них 18 - в рецензируемых научных журналах, 6 - депонированных и 3 - в сборниках научных работ). Общий объем опубликованных материалов - 240 страниц.
-
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, 4 глав описания результатов собственных исследований, обобщения полученных результатов, заключения и библиографии (472 источника, в том числе ПО белорусско- и русскоязычных источника и 362 англоязычных источника). Работа изложена на 190 страницах машинописного текста, включая 37 страниц списка литературы. В тексте диссертации представлено 13 рисунков и 40 таблиц.