Фармако-биохимическое исследование некоторых производных глицерина

Актуальность проблемы. Использование в настоящее время синтетических лекарственных веществ перед практической медициной открывает большие возможности. Однако не все они полностью удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям: очень часто лекарственные средства обладают довольно значительной токсичностью, а многим из них присущи нежелательные побочные эффекты. На современном этапе практическая медицина ставит перед фармакологией и химией задачу создания новых препаратов путем синтеза и широкого испытания новых биологически активных соединений, которые отвечали бы требованиям и условиям каждого конкретного случая в отдельности.

Поиски таких веществ ведутся по нескольким направлениям:

1. Выделение биологически активных соединений из природных объектов, а также химическое и фармакологическое совершенствование используемых в настоящее время лекарственных веществ.

2. Химический синтез веществ, напоминающих структуру медиаторов и метаболитов.

3. Синтез различных функциональных производных органических соединений, имеющих биоактивную группу (NH2, ОН, СООН, SH, сложноэфирная, карбаматная, амидная, пептидная и т. д.).

Из перечисленных направлений наиболее перспективным является последний путь создания новых лекарственных средств, где во многих случаях удается выявить их определенную физиологическую активность и расширить арсенал используемых в медицине новых фармацевтических препаратов. Исследования последних нескольких десятков лет в области создания синтетических лекарственных средств убедительно показали, что не всегда целесообразно осуществлять полный синтез сложных по структуре природных физиологически активных соединений, а получение более простых по строению синтетических препаратов, которые превосходят значительно по активности природные соединения (И.Н. Назаров, 1955).

Этот путь важен еще потому, что достижения химии в настоящее время позволяют проводить целенаправленный синтез новых биологически активных веществ и получать средства с заранее определенными физиолого-биохимическими свойствами. Естественно, что среди синтезируемых новых химических соединенйй могут быть выявлены вещества с довольно интересным и полезным влиянием на ту или иную функцию организма, однако для их выявления необходимо первичное фармакологическое исследование всех новых продуктов синтеза того или иного класса органических соединений. Важность этого пути исследования подтверждается тем, что во многих развитых странах усилия большинства научных подразделений крупных научно-исследовательских институтов и лабораторий сосредоточены на проведении комплексных исследований в направлении получения новых синтетических продуктов с ярко выраженными физиологическими активностями, с последующим созданием на их основе лекарственных средств.

В лаборатории фармакологии Института химии им. В. И. Никитина АН Республики Таджикистан совместно с кафедрой высокомолекулярных соединений и химической технологии Таджикского Национального университета проводятся систематические исследования по синтезу и изучению фармакологической активности алифатических, полигетерофункциональных и циклических производных глицерина. В результате проведения этих исследований было выявлено, что подавляющее большинство из числа исследованных соединений этого класса являются малотоксичными или практически нетоксичными веществами. К ним относятся: ди-, триэфиры глицеринаэфироамины пропанола-2- несимметричные 1,3-диамино-2-пропанолаих цианэтиловые эфиры, а также гетероциклические соединения, полученные на основе алифатических полифункциональных производных глицерина: 1,3-диоксоланы, 1,35 оксазолидины, 1,3-тиазолидины, пиразолоны, 1,3,4-тиадиазолы и др. Многие из них являются физиологически активными и обладают гипотензивным, спазмолитическим, жаропонижающим, анальгетическим, антивирусным, противоопухолевым, курареподобным, желчегонным и другими эффектами, представляющими значительный интерес для практической медицины (Б. X. Кимсанов, 2003).

Синтезы довольно широкого ряда функциональных производных глицерина и изучение их фармакологической активности ведутся в многочисленных научных учреждениях мира, не связанных между собой. Эти исследования являются разрозненными и, несмотря на крупные достижения в этой области, из полученных результатов пока не выявлены определенные общие закономерности.

Поэтому назрела необходимость, используя имеющиеся литературные данные, обобщить и, по мере возможности, определить особо характерные черты действия веществ этого класса и увязать их с теми или иными особенностями строения их молекул.

Для реализации этой задачи нами проведено фармакологическое изучение некоторых эфиров глицерина, содержащих насыщенные и ненасыщенные радикалы и цианэтиловую группу, эфироамины пропанола-2, несимметричные 1,3-диамино-2-пропанолы, производные 1,3-диоксоланов, впервые синтезированных в лаборатории органического синтеза ТГНУ кандидатом химических наук, доцентом С. А. Расуловым.

Кроме того, проведение исследований в данном направлении оправдано еще и тем, что для получения аналогичного класса органических соединений, в качестве исходных веществ применяются относительно дешевые и малотоннажные продукты нефтехимической промышленности: эпихлоргидрин, глицидол, аллиловый спирт, глицерин и его различные хлоргидрины, акронитрил, спирты, фенолы, амины и т. д. Глицерин и его многочисленные производные являются весьма распространенными в природных объектах, где они выполняют важную роль в протекании сложных биохимических процессов. В частности к ним относятся жиры и масла, глицеролипиды, глицерофосфаты. Показано, что производные глицерина принимают участие в одном из сложнейших биохимических превращений, в реакциях окислительного фосфорилирования (Г.А.Серебренникова, 1974).

Исходя из вышесказанного, проведение целенаправленного синтеза и изучение физиолого-биохимических и фармакологических свойств новых производных глицерина является актуальной задачей.

Настоящая работа выполнена в рамках научных проблем по направлению темы лаборатории. Номер государственной регистрации 1 860 125 532.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы явилось проведение разностороннего изучения фармакологической и биохимической активности синтезированных новых органических соединений на основе глицерина и относящихся к ряду насыщенных, ненасыщенных и цианэтиловых его эфиров (эфироаминам пропанола-2, несимметричным 1,3-диамино-2-пропанолам, производным 1,3-диоксолана).

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. В соответствии с поставленной целью нами предусматривалось решение следующих задач:

1. Провести фармакологический скрининг алифатических и циклических функциональных производных глицерина, исследовать характер их физиолого-биохимического действия, определить наиболее биологически активные и наименее токсичные соединения.

Изучить гипотензивное, спазмолитическое, синергическое, курареподобное действие этих соединений и исследовать возможные механизмы их действия.

2. Выявить закономерности взаимосвязи «структура-действие» и установить зависимость биологической активности соединений от изменения химической структуры.

3. Определить перспективность практического использования исследованных рядов химических соединений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Экспериментально обосновано новое направление поиска фармакологически активных соединений среди алифатических и циклических производных глицерина с кислороди азотсодержащими функциональными группами.

Впервые проведены физиолого-биохимические исследования производных глицерина, сочетающих в молекуле простую эфирную связь, гидроксильную группу и остатки аминов.

Изучены биологические свойства алифатических и циклических производных глицерина. При этом впервые выявлено наличие заметной гипотензивной, спазмолитической, курареподобной активности у исследованных соединений и показаны сравнительные отличия их от известных лекарственных препаратов, широко применяемых в медицинской практике. Впервые изучена взаимосвязь между химической структурой и физиологической активностью среди испытанных производных глицерина, что в перспективе позволяет проводить целенаправленный синтез физиологически активных веществ в данном ряду органических соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Изыскание и выявление новых эффективных фармакологических средств, которые могут удовлетворить различные потребности клиники, продолжают оставаться, одной из основных проблем теоретической j медицины. Поиски веду-Гея как в отношении выявления новых ценных, а лекарственных препаратов растительного происхождения, так и среди продуктов химического синтеза. Нахождение среди синтезированных веществ активных агентов — это не единственная задача. Важно не только обнаружить вещество с полезными свойствами, но еще по мере возможности выявить ¦ зависимость этих свойств от особенностей химической структуры.

В настоящей работе мы поставили перед собой задачу — выявить перспективные в фармакологическом отношении вещества среди новых j синтетических производных глицерина и установить, по мере «возможности, зависимость между изменением химической структуры и физиологической активностью новых дериватов глицерина и их участие в метаболизме. .

Соединения на основе молекулы глицерина в целом малотоксичные, что установлено в настоящей работе. Присоединение функциональных групп к молекуле глицерина, таких как пептидная, карбаматная, арильная, гетерильная, аминная и ацильная, приводит к образованию фармакологически активных соединений, влияющих на различные.

•. j функциональные системы организма. Исследованию ¦ подлежали в соединения' общей формулы:

ROCH2-(^H2-CH2OR, OR где: R — алкил, кротил, цианэтил, арил, морфолил, амин и ацил.

Биотрансформация 'чужеродных соединений в организме может протекать либо по пути детоксикации, либо с образованием метаболитов, более токсичных, чем исходный продукт, что зависит от химического j строения, физико-химических свойств, спектра биологического действия веществ, чувствительности к ним органов и тканей. Из литературных источников известно, что токсичность препарата проявляется тогда, когда введенный препарат подвергается метаболизму, в результате чего образуются фрагменты, отравляющие организм.

В связи с этим, нами были проведены хронические опыты для токсикологической оценки препарата А-2, молекула которого сочетает в.

•, t j положениях С-1 и С-3 углеродного каркаса глицерина n-толильный и «морфолильный радикалы. В отношении кротиловых эфиров глицерина можно сказать следующее: наличие двойной связи в кротиловом радикале позволяет в определенных химических условиях присоединять биоактивные функциональные группы с прогнозируемыми физиологическими свойствами для новых соединений, которые в перспективе могут пополнить арсенал лекарственных препаратов.

Исследованные нами соединения, являясь липофильными, проникают через гемато-энцефалический барьер и временно депонируются в нервной «*» J системе.

Лекарственные вещества с более выраженными липофильными свойствами реабсорбируются в почечных канальцах. Если бы они не подвергались деструкции в процессе метаболизма, то после многократного введения лекарственного вещества они бы оставались в организме в течение многих недель. Ранее показано, что вещества аккумулируются в клетках печени эндоплазматической сетью, которая содержит большое число разнообразных обезвреживающих ферментов, которые химически изменяют их химические свойства, превращая в более 0 гидрофильные соединения, подлежащие выведению из организма с мочой.'-.*.

На основании этих данных и отметив липофильность исследованных нами соединений, мы считаем, что препараты не выводятся с мочой в неизмененном виде, а подвергаются в дальнейшем биохимическому превращению до гидрофильных метаболитов, обуславливая их выведение t j из организма.

МалЬтоксичность представленных препаратов в некоторой степени связана с отсутствием в структуре молекул атомов галогенов, вследствие чего полярность молекул исследованных соединений слабая и при введении в организм не ведет к ингибированию ферментных систем печени и почек.

Из всего вышеизложенного можно заключить, что соединения, содержащие такие радикалы, как алкильный, кротильный, фенильный, морфильный, аминный л ацильный являются низко токсичными по 0 отношению к природному алкалоиду папаверин. Низкая' токсичность. .. -в изученных соединении: связана, в первую очередь с присутствием углеродного каркаса глицерина, что еще раз доказывает о безвредности препаратов для животного организма.

Следует констатировать тот факт, что исследованные нами препараты синтезируются, как правило, из продуктов малотоннажной химии таких как эпихлоргидрин, монохлоргидрин глицерина, глицидол, бензиловый спирт, акрилонитрил й др., получение которых для производителей обходится гораздо дешевле, что несомненно оказывается более рентабельным для фармацевтической промышленности. В дальнейшем детальной' дополнительное изучение свойств препаратов на отдельные критерии функций организма (внутриглазное давление, влияние на матку, бронхоспазм, мозговое кровообращение) позволит применить препараты в клинической практике.

Острая токсичность кротиловых эфиров, изученных на белых мышах, т. е. LD50, составила 441−490 мг/кг (на массу тела животного), цианэтиловых эфиров 734−1700 мг/кг, для производных, содержащих ароматические и гетерофункциональные радикалы составила 534−775 мг/кг массы тела. У соединений с общим названием 1-диэтиламино-Зацилокси-2-пропанолы :LD50 в дозе до 2000 мг/кг отсутствует, для несимметричных диаминов пропанола-2 составила 203−355 мг/кг, 1,3-диоксоланов 501−1592 мг/кг массы тела животных. LD5o всех изученных препаратов в опытах in vivo, в сравнении с применяемым в клинике папаверином оказалась ниже эталона, LD5o которого составила в пределах ш.

283−288 мг/кг массы тела животного в исследовании. ¦ Это является доказательством того, что молекулы исследованных соединении являются субстратами для ферментной системы животного организма.

Гипотезивный эффект испытанных нами препаратов оказался выраженней, а эффективная доза оказалась ниже дозы природного эталона папаверина. Также длительность гипотензивного действия значительно дольше в сопоставлении с эталоном папаверина.

При изучении пролонгирования препаратами снотворного эффекта барбитуратов нами было, установлено, что препараты Б-1, Б-2, Б-3, И-1, И".

2, И-3,'И-4, И-5, А-1, А-2, К-1, К-2, К-3, Д-l', Д-2, Д-3 незначительно удлиняют' йх действие. Это связано с тем, что препараты в дозе 100 мг/кг вызывают некоторое депремирующее действие, оставляя при этом не нарушенную детоксицирующую функцию печени.

Удлинение алифатических радикалов в 1 и 3 положениях кротиловых эфиров не • устраняет гипотензивного эффекта изученных соединений.

Введение

во 2 положение цианэтилового радикала в 1,3-ди (алкокси) -2-пропанолов усиливает гипотензивный эффект, также наблюдается уменьшение токсичности по отношению к кротиловым эфирам.

При' введении ароматических и морфолильного радикалов в положениях 1,3 углеродного каркаса глицерина, гипотезивный эффект более усиливается и продолжительность его значительно удлиняется, а также присутствуют спазмолитические свойства, при этом токсичность по отношению к алифатическим производным глицерина незначительно увеличивается, но оказалась в сравнении с природным алкалоидом папаверином в 2 раза меньше.

У ряда изученных препаратов с шифрами С-1, С-2, С-3, С-4.

1-диэтиламино-3-ацило1 $си-2-пропанолы) токсичность в пределах 2000 мг/кг отсутствует. Это связано с тем, что введение ацильного радикала в молекулу глицерина • приближает структуру и свойства их к липидоподобным соединениям. Гипотезивный эффект данных соединений проявлялся слабо и кратковременно. Все исследованные препараты данного ряда в концентрации Ю-4 г/мл снимают спазмы гладкой 0 мускулатуры кишечника, вызванные ацетилхолином или хлористым барием,-' они" ' не потенцируют снотворный эффект барбитуратов. Структура этих соединений близка к структуре ацетилхолина и их спазмолитическая активность связана с тем, что при действии на изолированный отрезок кишки они ингибируют действие ацетилхолина в М-холинореактивных системах.

Введение

в положениях С-1 и С-3 молекулы глицерина различных аминов, в частности,' диэтиламина, этилендиамина, морфолина и этаноламина приводит к появлению у этих препаратов курареподобных свойств! При этом сохраняется слабый гипотензивный эффект, токсичность относительно" других: исследованных препаратов соответственно увеличивается, но все равно значительно ниже в сравнении с применяемым курареподобным препаратом дитилином.

Это доказывает, что кураре-эффект соединений сопровождается некоторой интоксикацией организма при их введении.

Влияния препаратов на температуру тела белых мышей в процессе скрининга не обнаружилось. Температура опытных и контрольных групп животных при введенных дозах колебалась в пределах.

37 °C, 37,1 ±-0,2°С, что доказывает отсутствие пирогённого действия у исследованных препаратов:' «л.

Проведенные исследования на диурез показали, что ни один из изученных нами препаратов не обладал мочегонным действием, т.к. введенные дозы препаратов не оказывали существенного влияния на объем выделяемой мочи’наркозированных кошек. А.

Исследование противосудорожной активности изучаемых соединений выявило, что препараты в дозах 5−10−15 мг/кг не предупреждали появления клоническихсудорог, вызываемых 0,01%-ным раствором нитрата стрихнина в дозе 0,75 мг/кг массы тела, т. е. препараты не обладают противосудорожной активностью.

При исследовании влияния препаратов на сахар в крови кроликов было установлено, что все изучаемые соединения не обладают гипои гипергликемическим действием.

1 J.

Исследования хронической токсичности препарата А-2 на белых крысах' в «течение 30 дней при подкожном и внутрибрюшинном введением в дозах 25 и 50 мг/кг показали, что массы опытных и контрольной групп крыс равномерно возрастали примерно в одинаковой степени. После забивания крыс опытных и контрольной групп при макроскопическом осмотре внутренних органов, цвета и размера печени, почек, селезенки опытных групп животных соответствовали контрольной. Критерии картины крови опытной и контрольной групп крыс не изменились. Параллельиц наблюдение вели за гиперчувствительностью организма к препарату А-2. Результатами показано, что сенсибилизация организма' к' данному препарату отсутствует, беспокойства в поведении не отмечалось, нарушений в аппетите животных в хронических опытах нами не обнаружено. .

При биохимическом анализе крови опытных групп белых крыс изменений в содержании общего белка, билирубина и холестерина нами не обнаружено, что свидетельствует об отсутствии дистрофических процессов в печени. Содержание креатинина в крови соответствовало норме, что говорит об отсутствии токсического влияния препарата А-2 на функциональное состояние почек.

На основании полученных результатов можно считать, что исследованные препараты в перспективе могут найти клиническое применение.

Данные, полученные, нами в хроническом эксперименте, указывают на то, что инактивация препарата А-2 в организме при дозах 25 и 50 мг/кг происходит'' без каких-либо отклонений, как в печени* так и в кроветворной системе, что является одним из важных, положительных критериев, объясняющих наличие нормального процесса биохимических превращений в организме.

Таким образом, проведенный фармакологический скрининг и дальнейшее более углубленное изучение производных глицерина показали, что исследованные соединения обладают высокой специфической активностью и могут представлять интерес для практической медицины.

Впервые дана всесторонняя фармакологическая и биохимическая характеристика производных глицерина, изучен характер и направленность их действия в биохимических процессах, а также выявить их влияние на различные функциональные системы организма. Полученные данные, существенно расширяют представления об исследованных соединениях, дополняют их спектр и механизмы действия и позволяют получить перспективные соединения для разработки на их основе новых малотоксичных препаратов.

1. Впервые проведено систематическое изучение фармако-биохимических свойств производных глицерина.

2. В результате разностороннего фармакобиохимического исследования 20-ти препаратов, у 11-ти выявлен гипотензивный эффект, у двух препаратов с шифрами И-5 и А-2 обнаружено гипотензивное и спазмолитическое действие, у 4-х препаратов с шифрами С-2, С-2, С-3 и С-4 присутствуют спазмолитические свойства, а для 3-Х' препаратов с шифрами К-1, К-2 и К-3 характерны курареподобные свойства.

3. Показатели биохимического анализа опытных групп крыс при хроническом введении препарата А-2 (общий белок, билирубин, холестерин, креатинин) свидетельствуют об отсутствии дистрофических процессов в печени, а также показывают отсутствие токсического влияния препарата А-2 на функциональное состояние почек.

4. Показаны возможные механизмы участия исследованных препаратов (производных глицерина) в углеводно-липидном обмене.

5. Установлено, что препарат А-2 (1-пара'-толилокси-3-морфолино-2-пропанол) по гипотензивному эффекту и широте фармакологического действия превосходит применяемый в клинике папаверин, что указывает наего перспективность как самостоятельно, так и в комбинации с другими гипотензивными препаратами.

6. Результаты подробного фармако-биохимического изучения препарата А-2 способствуют и позволяют химикам и фармакологам вести дальнейшие целенаправленные углубленные исследования этого соединения для выработки направления клинических испытаний.