Фармакологічні властивості амінопіридинів - фармакологічна регуляція психічних процесів
амінопіридином
В останні роки дослідники звернули увагу на особливі властивості 4-амінопіридину, описані в різний час і різними авторами. Огляд і аналіз цих експериментальних даних свідчать про те, що препарати типу 4-амінопіридину можуть вияви-
заться надзвичайно корисними в зв`язку з особливою стимуляцією процесів збудження в різних тканинах і органах, що, в свою чергу, підвищує функціональну активність цих органів.
Деякі фармакологічні ефекти амінопіридинів були вперше описані Dolirn в 1925 р Автор зазначив судорожне і вазопресорну дію 2-амінопіридину. Посмикування м`язів, викликані цією речовиною, тривали і після руйнування спинного мозку, а в препараті литкового м`яза вони зникали тільки після дегенерації нерва.
Однак лише через 30 років були проведені більш систематичні дослідження дії амінопіридинів на нервово-м`язовий синапс [Fastier, McDowell, 1958- Lemeignan, Lecliat, 1967]. Ці дослідження привели до висновку, що амінопіридином стимулюють вивільнення медіатора, причому не тільки в нервово-м`язовому синапсі, але і в інших типах синапсів.
Паралельно була виявлена здатність 4-амінопіридину п близьких з`єднанні (2-амінопіридину, 3-амінопіридину, 2,3-діамінопірідіна) вибірково блокувати калієві канали Електровозбудімость мембрани [Pelhate et al., 1974]. Саме це властивість і викликало інтерес до нього нейрофізіологів.
Незалежно від цього 4-амінопіридин під назвою «Авітрол» був описаний в 1965 р як засіб для відлякування птахів і захисту зернових культур, полів. Розпилення авітрола або згодовування в принадах викликало у птахів стан збудження, тривоги, яке супроводжувалося особливим криком, відлякує зграї птахів і змушує їх залишати «небезпечне» місце [De Grasio et al., 1971, 1972- Stickley, 1972].
Здатність 4-амінопіридину (4-АП) посилювати, стимулювати нервово-м`язову передачу, послаблювати ефекти похідних кураре і надавати збудливу дію на центральну нервову систему намагалися використовувати і в клініці, в основному в анестезіології.
Під назвою «Пімадін» 4-АП почали застосовувати в Болгарії в хірургічній практиці, в анестезіології для зняття надлишкових ефектів кураре. Його стимулююча дія на ЦНС також намагалися використовувати в анестезіології для ослаблення гнітючої дії барбітуратів, кетаміну, діазепаму [Пасков і ін, 1973, 1976- Stoyanov, Vulchev, 1975- Paskov et al, 1976].
Для зняття нервово-м`язової блокади, викликаної курареподібними миорелаксантами і антибіотиком лінкоміцином пропонували застосовувати поєднання 4-АП і неостигміну (прозерина), що дозволяло зменшити дозу останнього і послабити його побічна дія [Miller et al., 1979].
Також відзначалося деяке позитивне дію 4-АП при міастенії і міастенічних синдромах, ботулізм, коли він сприяв поліпшенню нервово-м`язової передачі [Ball et al-1979- Kim et al., 1980 Spyker et al, 1980 Thesleff, 1980 Loffel ` iiolz, Weide, 1982].
Описаний випадок отруєння трьох робочих в Вірджинії (США) в 1978 р, що вживали з кавою речовина, яке потім було ідентифіковано як 4-АП У них відзначалися збудження, судоми, крах свідомості [Spyker et al., 1980]. Це поряд з експериментальними даними підтверджувало стимулюючу дію 4-АП на центральну нервову систему.
Однак, незважаючи на спроби впровадити 4-АП в медичну практику, широкого застосування він і близькі з`єднання не знайшли, що до основному пов`язано і з недостатньою ефективністю при тих станах, де вони були випробувані, і з високою токсичністю. І все ж зіставлення клінічних, експериментальних даних дало важливу інформацію і дозволило зв`язати всі фармакологічні ефекти амінопіридинів з блокадою калієвих каналів. А в подальшому з`явилася можливість виявити всі ланки в дії цієї групи препаратів на процес збудження.
Вплив на калієві канали збудливою мембрани
Перш за все було показано, що 4-АП сильно збільшує амплітуду і тривалість потенціалу дії в нервових волокнах [Lemeignan et al., 1969]. У дослідах на аксоні таргана 4-АП давав повторні і продовжені ПД шляхом зменшення швидкості реполяризації. У дослідах з фіксацією напруги на мембрані було показано виборче дію 4-АП на струми калію (IK) [Pelhatc, Pichon, 1974- Kirsch, Narahashi, 1978- Gillespie, 1977- Wagner, Ulbricht, 1976- Wu el al., 1980] .
При порівнянні ефектів 4-АП та класичного блокатора калієвих каналів ТЕА виявлено, що дія 4-АП більш виражене, сильне і має суттєві відмінності [Yell et al., 1976].
- Амінопіридином блокують капав при введенні їх як в зовнішній розчин, так і всередину аксона- ТЕА пригнічує калієвий струм тільки при введенні в аксон. У міелінізірованних нервових волокнах ТЕА блокує калієвий струм при зовнішньому застосуванні.
- 4-АП деполяризує мембрану, внаслідок чого виникають повторні потенціали дії: ТЕА не впливає на потенціал спокою, але істотно збільшує тривалість потенціалів дії.
- Збільшення деполяризаціїмембрани підсилює блокування калієвих каналів ТЕА і зменшує блокування, викликане амінопіридином.
- ТЕА взаємодіє з відкритими калієвими каналами, в той час як блокуючу дію 4-АП при відкритті калієвих каналів усувається, а взаємодіє він з закритими каналами.
- Амінопіридином зменшують і вхідний і вихідний калієвий струм, а ТЕА - в основному виходить ток.
Вило виявлено також, що по вираженості блокуючого ефекту 4-АП перевершує ТЕА. В скелетної м`язі жаби 4-АП пригнічує 1к, в той час як цей об`єкт нечутливий до ТЕА.
У аксоні таргана 4-АН в 2000 разів активніший, ніж ТЕА.
Klee прийшов до висновку, що ТЕА і 4-АП блокують вихід К + в різних нервових волокнах.
Як уже підкреслювалося вище, згідно з даними Thompson [1977], 4-All блокує один тип калієвих каналів - тин А. Цей швидкий, короткочасний струм іонів калію (1КД) по-різному пригнічується низькими і високими концентраціями 4-АП. У відносно низьких концентраціях (1-2 мМ) 4-AII викликає як би розшарування А-струму- його падіння відбувається не по експоненті, як в нормальному фізіологічному розчині. Падіння струму А може бути представлено як сума двох експоненційних кривих, одна з константою часу, рівний tBa (V) в нормальному фізіологічному розчині, а друга - в кілька разів уповільнена. При підвищенні концентрації 4-АП до 3-4 мМ знову формується одна експоненціальна
Мал. 17. Вплив 4-амінонірідіна (4-АП) на А-струм в нейронах молюска А-А-струм, константа часу активації як функція потенціалу * дд (У) в фізіологічному розчині (1) і в 3 мМ розчині 4-АП (2 ).
Б - А-струм, константа часу інактивації tba (V) в фізіологічному розчині (1) і 3 мМ розчині 4-АП (2).
В - що встановилася активація А-струму Ea ^ aCV. lt; * gt;) в фізіологічному розчині (I) і в розчині 3 мМ 4-АП (2) - що встановилася інактивація А-струму, Ьд (Л7, «gt;) в фізіологічному розчині (3) і 3 мМ розчині 4-АП ( 4) - температура 10 ° С [Thompson, 1977]
Мал. 18. Вплив 3,4 діамінопірідіна (3,4 ДАП) на потенціали дії (А, В) і мембранні струми (В, Г) при деполяризації аксона кальмара
А, В - контрольні записи,
Б, г - після додавання 3,4-ДАП в нару / КНИЙ перфузійний раствор- помітна деполяризація мембрани (Б) - в присутності 3,4-ДАП ток (Л з-), реєстрований в кінці імпульсу, пригнічений, в той час як піковий струм не змінений [Kirsch, Naraba shi, 1978]
крива, причому залишається тільки процес повільної інактивації калієвих каналів А. 4-АП в концентрації 3-4 мМ дає збільшення константи часу ТВА в 4-8 разів при всіх значеннях потенціалу (рис. 17).
На цій підставі можна вважати, що 4-АП пов`язують із певними місцями поблизу А-калієвого каналу і модифікує швидкість його інактивації, а не блокує канал. При низьких концентраціях тільки частина місць зв`язування 4-АП зайнята, так що існують одночасно дві популяції А-каналів. Ті, що не зв`язалися з 4-АП, инактивируются експоненціально відповідно до величини потенціалу мембрани, а пов`язані з 4-АП инактивируются повільніше. При підвищенні концентрації 4-АП збільшується фракція пов`язаних A-каналів, інактивація 1кА досягає однієї кривої, але з модифікованою константою часу.
При дослідженні інших амінопіридинів (2-АП, З-АП, 3,4-ДАП) було показано, що вони мають усі ті ж ефектами, хоча в ряді експериментів і менш вираженими. В цілому препарати, що не містять аміно- або гідроксильної групи не виявляють описану активність, а 3,4-ДАП, що має дві аміногрупи, навпаки, виявляється більш активним за рахунок збільшеної можливості зв`язування кисню [Kirsch, Narahashi, 1978- Glover, 1982] ( рис. 18).
Вплив на нервово-м`язову передачу і скелетні м`язи
В ізольованих нервово-м`язових препаратах амінопіридином збільшують скоротливі відповіді м`язи на електричну стимуляцію нерва [Fastier, McDowell, 1958- Harvey, Marshall, 1977- Lundth et al., 1977]. Вони знімають ефекти недеполяризуючих міорелаксантів (d-тубокурарину) і не знімають ефектів деполяризующих препаратів (сукцинілхоліну, декаметоній). Більшість авторів вважають, що це пов`язано з впливом на вивільнення ацетилхоліну з пресинаптичного нервового закінчення. У той же час відзначається і прямий вплив амінопіридинів на скоротливі функції м`язи. При використанні високих концентрацій 4-АП виникає спонтанний (нестімуліруемий) викид медіатора. При цьому Shaw. Bentley [1953], а за ними й інші автори вказували на те, що амінопіридином не володіють антихолінестеразну активністю, що не відповідає результатам наших досліджень, про які буде сказано нижче.
Здатність 4-АП полегшувати нервово-м`язову передачу шляхом Посилення викиду ацетилхоліну було підтверджено щодо потенціалів кінцевої пластинки (ПКП). 4-АП в мікромолярних концентраціях оборотно збільшує амплітуду ПКП після часткової блокади рецепторів d-тубокурарину і зменшення викиду ацетилхоліну, шляхом застосування перфузійного розчину зі зниженим вмістом іонів Са2 + і збагаченого Mg2 +. Цей ефект не залежав від підвищення чутливості постсинаптичних рецепторів до медіатора, так як амплітуда мініатюрних потенціалів кінцевої пластинки (мінПКП) НЕ менялась- 4-АП не змінював кінетику реакції ацетилхоліну з рецепторами. Вимірювання квантового складу мінПКП показало, що 4-АП збільшує число активних місць викиду медіатора у відповідь на електростимуляцію.
У спеціальних морфологічних дослідженнях нервових закінчень шкіри жаби [Heuser, 1977] виявлено, що в присутності 4-АП 1-10-3 М число везикул в стані екзоцитозу обчислювалася 5500, в той час як без 4-АП відкриті везикули рідко були відни- відкриття везикул - процес швидкий і не може бути зафіксований. Це свідчить про здатність 4-АП збільшувати час відкриття везикул. Питання про здатність амінопіридинів викликати спонтанний викид медіатора вирішується неоднозначно. Bowman з співавт. [1977] показали, що для спонтанного викиду ацетилхоліну потрібні великі концентрації 4-АП, ніж ті, які збільшують стимульований викид медіатора. У всякому разі, наступає після впливу 4-АП скорочення м`язів посилюється прозерином, пригнічується d-тубокуріном- воно також блокується бета-булгаротоксіном, який пригнічує викид ацетилхоліну.
У той же час є дані про те, що амінопіридином не викликають спонтанного викиду медіатора [Kim et al., 1979- Molgo et al., 1980]. У роботі Marshall з співавт. [1979] показано, що високі концентрації 3,4-ДАП індукують інтенсивні фасцікуляціі в м`язах і повторні потенціали дії в нерві. Причому первинним є індукція повторних сплесків потенціалів дії, які вже вдруге призводять до додаткового викиду медіатора.
Механізм дії амінопіридинів на викид медіатора пов`язаний з концентрацією іонів кальцію в пресинаптическом закінчення. Показано, що продовження потенціалу дії призводить до збільшеного входу Са2 + в пресинаптичне закінчення. І тому вплив на викид медіатора має бути пов`язано з блокуванням калієвих каналів мембрани [Molgo et al., 1977- Glover, 1982- Loffelholz, Weide, 1982]. Цікаво, що і інші речовини, що викликають подовження потенціалу дії, - ТЕА, іони Cs +, уранила (U02) - також підсилюють викид медіатора.
Амінопіридином надають на скелетні м`язи таку ж дію, як на нервово-м`язовий препарат. 4-АП викликає скорочення волокон скелетного м`яза і підсилює ефект стимуляцій. Однак стимулюючу дію 4-АП не зовсім ідентично на різних м`язових об`єктах. У волокнах скелетних м`язів жаби і щури 4-АП вибірково блокує калієвий струм і продовжує потенціал дії [Horn et al., 1977- Lundh et al., 1977]. Продовження потенціалів дії призводить до збільшення кількості іонів Са2 +, які звільняються з саркоплазматичного ретикулума, а це супроводжується посиленням скоротливої активності м`язи. Таким чином, і в скелетних м`язах блокада каналів амінопіридином призводить до підвищення скоротливої активності і стимуляції проведення збудження.
Деякі дослідники висловлюють сумніви в тому, що стимулююча дія 4-АП пов`язано тільки з блокадою калієвих каналів. Є підстави вважати, що при цьому є також вплив на кальцієвий механізм. Так, 4-АП подовжує час релаксації в м`язі, що може залежати і від прямого впливу на вивільнення Са г + [Klian, Edman, 1979].
Стимулююча дія амінопіридинів на нервово-м`язову передачу і на скелетні м`язи виявляється також при вивченні їх взаємодії з різними речовинами, які блокують нервово-м`язову передачу. При цьому виявляється чіткий антагонізм амінопіридинів з усіма блокаторами.
Уже згадувалося про здатність амінопіридинів знімати блокаду нервово-м`язової передачі, викликану недеполяризуючими миорелаксантами. Крім останніх, цілий ряд речовин послаблює або повністю пригнічує проведення збудження в нервово-м`язових утвореннях. Так, попи Mg2 + пригнічують вивільнення ацетилхоліну за рахунок конкуренції з Са21- за активні місця в просінаптіческом закінчення. Ця дія іонів Mg2 + знімається амінопіридином [Пасков і ін., 1973- Molgo et al., 1977].
Багато антибіотики блокують нервово-м`язову передачу шляхом зменшення пресинаптического викиду ацетилхоліну і ослаблення чутливості постсинаптичної мембрани до цього медіатора. Антибіотики посилюють блокаду, викликану деполяризуючих і недеполяризуючими миорелаксантами. 4-АП знімає блокаду нервово-м`язової передачі, викликану різними антибіотиками - аміноглікозидами (неоміцином, стрептоміцином, гентаміцином, канаміцином), поліпептидними антибіотиками (полимиксином В, колістином), а також лінкоміцином і кліндаміцином. При цьому 4-АП не впливає на антибактеріальну активність антибіотиків [Sobek et al., 1968 Burkett et al., 1979- Boou et al., 1980].
Місцеві анестетики також послаблюють проведення в нервово-м`язових утвореннях і збільшують чутливість до d-тубокурарину. Вони зменшують викид ацетилхоліну і впливають на процес деполяризації постсинаптичної мембрани і проведення збудження в рухових нервах. Амінопіридином послаблюють блокуючу дію місцевих анестетиків, хоча і не у всіх випадках однаково ефективно [Sobek et al., 1968].
Амінопіридином також знімають нервово-м`язову блокаду, викликану дифенілгідантоїн, ботулінічний токсин, тетанус-токсином, при експериментальної аутоімунної міастенії (myasthenia gravis) н інших впливах [Wendon, 1980 Clover, 1982].
Вплив амінопіридинів на проведення збудження і викид медіатора в інших синапсах
Закономірності, виявлені при вивченні дії амінопіридинів на нервово-м`язових утвореннях і скелетних м`язах, зберігаються і в його ефекти стосовно інших синапсів в нейтральній і периферичної нервової системи.
Досліджено дію амінопіридинів на проведення збудження в парасимпатичної нервової системі-як об`єкти використані ізольовані клубова кишка і серце. І в етіx експериментах виявлено збільшення викиду ацетилхоліну більш, ніж в 2 рази в порівнянні з ефектом імпульсу [Loffelbolz, Weide, 1982]. Стимулююча дія препаратів і тут було пов`язано з впливом на процес деполяризації-реполяризації, а також на імпульс-залежний вхід Са2 +. Цей висновок підтверджується антагонізмом 4-АП з ефектом іонів Mg2 + н пентобарбіталу, які пригнічують викид ацетилхоліну, і ця дія також опосередковується Са2 +.
Амінопіридином збільшують викид медіатора і в мозку. Це продемонстровано і прямими вимірами виходу ацетилхоліну в зрізах мозку (рис. 19), і в електрофізіологічних дослідженнях активності нейронів різних областей мозку. Показано, наприклад, що 4-АП (1 * 10-4 М) в зрізах гіпокампу збільшує тривалість потенціалів в нервових волокнах, що супроводжується збільшенням п періоду рефрактерності. Причому насамперед ефект 4-All виявляється в нервових закінченнях і дендритах малого діаметра (Haas el al., 1983). Мабуть, це пов`язано з нерівномірним розподілом калієвих каналів в тілі і відростках клітини.
Мал. 19. Вплив 4-амінопірідшш (3 мг / кг, к / в) па вивільнення ацетилхоліну {ЛГ) в корі мозку
4-АП збільшує викид АХ на 144 ± 35% в порівнянні з контролем [Loffelholz, Wcide, 19821
Мал. 20. Вплив 4-амінопірнлнна на потенціали дії м`язових волокон шлуночків серця собаки
Горизонтальна лінія - 0-потенціач, 1 - контрольні
г - 1 мм-з - З мм-4 _ 10 мМ 4-ЛП
Цілою низкою досліджень показано, що амінопіридином стимулюють викид медіатора не тільки в холінергічних синапсах. Таку ж дію цієї групи речовин виявлено: а) в постгангліонарних адренергічних синапсах (досліди на препаратах сім`явивідної протоки різних тварин) - б) норадренергических синапсах (гладкі м`язи судин in vivo і in vitro) - в) збудливих глютаматергіческіх синапсах комах і рака- г) гальмівних ГАМК-ергічних синапсах в дослідах на ракоподібних [Glover, 1982- L5ffelholz, Weide, 1982]. Наслідком цього є стимулююча дія амінопіридинів на обмін нейромедіаторів в різних органах і тканинах. Так, виявлено, що амінопіридином збільшують обмін норадреналіну і дофаміну в головному і спинному мозку тварин [Laverty et al., 1979]. У зв`язку з цим стимулюються моно- і полісинаптичні рефлекси, причому залучаються як збудливі, так і гальмівні синапси спинного мозку. З зазначеним впливом на викид медіаторів пов`язують і цілий ряд серцево-судинних ефектів амінопіридинів. Вони надають судинозвужувальну дію, потенціюють судинні ефекти норадреналіну і іонів Са2 +, мають прямий позитивну інотропну і негативне хронотропного дію на м`яз серця, збільшують потенціали дії волокон серцевого м`яза, підвищують скоротливу активність м`язових елементів серця [Yanagisawa et al., 1979- Glover, 1982] (рис. 20).
Всі описані ефекти амінопіридинів пов`язані з їх блокуючим впливом на калієві канали Електровозбудімость мембрани. Блокада калієвого струму призводить до подовження потенціалу дії, його реполярізаціонной фази. Імпульс залежний вхід саг + в пресинаптичне закінчення триває в зв`язку з цим протягом більшого відрізка часу. Це, в свою чергу, призводить до збільшення викиду медіатора.
Описана ланцюг подій в результаті спрямована на поліпшення, стимуляцію проведення збудження в будь-яких синаптичних утвореннях і збудливих тканинах. Таким чином, блокада калієвих каналів виявляється більш ефективним методом стимуляції процесу збудження, ніж вплив на натрієвий механізм мембрани. Тому, мабуть, доцільно використовувати ці дані для пошуку засобів стимуляції збудливих процесів серед потенційних блокаторів калієвих каналів, а не в рядах препаратів, які відкривають натрієві канали.
