Scientific journal
International Journal of Experimental Education
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,425

COMPARATIVE ANALYSIS OF INFLUENCE FULLERENES C60-80 IN ULTRA-LOW DOSES ON THE LEVELS OF FATTY ACID MEMBRANES OF CARDIOMYOCYTES AND IN THE INTERCELLULAR SUBSTANCE AND CYTOPLASM IN EXPERIMENTAL INFARCTION IN RATS

Denisov Y.D. 1
1 Institute of Cardiology and Internal Diseases of the Ministry of Health and Social Development of the Republic of Kazakhstan
The article analyzes the comparative effects of fullerenes S60-80 in midget doses of 2.3 ⋅ 10-13–2.3⋅10-16M (ULD) in the inclusion of fatty acids in the membrane phospholipids of cardiomyocytes and the fatty acid content in the intercellular substance and the cytoplasms of cardiomyocytes in experimental infarction. It is show that the influence of fullerenes C 60-80 for activation the inclusion of fatty acids to membrane’s phospholipids and their content in intercellular substance and cytoplasm of cardiomyocytes dose-dependent manner. Greater activity had fullerenes C60-80 in ULD 2,3 ⋅ 10-16M.
fullerenes С60-80
ultra-low doses
fatty acids
experimental myocarditis

Более двадцати лет исследуется феномен сверхмалых доз (СМД) во всем мире. На настоящее время изучено действие гормонов, цитостатиков, нестероидных противовоспалительных, психотропных препаратов и вакцин в СМД [1]. Данный список можно было бы продолжить. Главное из достоинств действия препаратов в СМД – активность препаратов на том же уровне, что и в средне-терапевтических дозах, а второе, и на наш взгляд, очень серьезное свойство – отсутствие побочных явлений. Кроме того, препараты в СМД обладают синергическим эффектом – они потенциируют действие тех же препаратов в средне-терапевтических дозах.

В настоящее время в медицинской практике используется несколько препаратов в сверхмалых дозах. Видимо, их количество было бы значительно больше, если бы врачи знали механизм действия препаратов в СМД, а фармацевты могли бы проводить анализ качества лекарственных препаратов. Сложность, как первого, так и второго в количестве действующего вещества.

В наших предыдущих сообщениях [2,3,4] было показано, что для анализа активности препаратов в СМД (в нашем случае диклофенак, лепримар, беталейкин) мы использовали изучение уровня жирных кислот (ЖК) в мембранах и межклеточном веществе и цитоплазме сердца, печени и почек. Как показали исследования, данный метод эффективно показывает изменение концентрации ЖК при влиянии разных доз, в том числе и разных СМД.

Последнее десятилетие ознаменовалось активным исследованием и использованием нанопрепаратов в медицине и биологии. Была показана их значительная эффективность. Однако, как и в вопросе о действии препаратов в СМД, большая проблема обозначилась в контроле их действия и механизме действия нанопрепаратов. Кроме того, нанопрепараты обладают токсическим действием на биологические объекты. Именно в этой связи стало развиваться новое направление – нанотоксикология. И здесь, по аналогии с СМД, требуется адекватный метод изучения влияния нанопрепаратов на организм животных и человека.

Все эти факты подвели нас к исследованию влияния одного из наиболее популярных нанопрепаратов – фуллерен С60-80. Было исследовано влияние фуллеренов С60-80 в разных дозах от эквивалента средне-терапевтических доз до СМД.

Целью работы было изучение влияния фуллеренов С60-80 в сверхмалых дозах (СМД-1 – 2,3⋅10-13 М и СМД-2 – 2,3⋅10-16 М) на уровень жирных кислот фосфолипидов мембран и межклеточного вещества и цитоплазмы кардиомиоцитов при экспериментальном миокардите у крыс.

Материалы и методы исследования

В эксперименте использовались неимбредные крысы – самцы, весом 220-240 г. Экспериментальный миокардит моделировался «цитокиновым взрывом» – введением перикардиально бета-лейкина. Фуллерены С60-80 растворялись в растительном масле соответственно с необходимой концентрации. Эмульгатором служил ТВИН – 80. Полученная эмульсия вводилась энтерально с помощью желудочного зонда. Мембраны клеток исследуемых органов с последующим выделением фосфолипидов проводились по стандартной методике. После гидролиза ЖК подвергались метилированию. Качественный и количественный анализ ЖК проводился с помощью газового хроматографа «Agilent 8090». Статистическая обработка проводилась с помощью программного пакета «Statistica-8». В исследовании изучались фуллерены в СМД, равной 2,3⋅10-13 и 2,3⋅10-16 М.

Результаты исследования и их обсуждение

Как видно из таблицы, фуллерены С60-80 в СМД влияют на включение жирных кислот в фосфолипиды мембран кардиомиоцитов. При изучении количественных характеристик уровней ЖК, было показно, что фуллерены С60-80 в СМД – 1 уменьшают концентрацию Миристолеиновой, Пальмитолеиновой, Линолеадиковой, Докозагексаеновой и Нервоновой кислот по отношению к действию фуллеренов С60-80 в СМД – 2. Концентрация Линоленовой и Эйкозановой кислот статистически недостоверно различаются. Уровни Петроселиниковой, Вакцениковой, Олеиновой. Арахидоновой и Эруковой кислот под действием фуллеренов С60-80 в СМД -1 достоверно повышаются. Уровни Элаидиковой кислоты под действием фуллеренов С60-80 как в СМД-1, так и в СМД – 2 были в следовых концентрациях, а уровень Линолевой кислоты был в следовой концентрации только под действием СМД-1.

Таким образом, включение ЖК в фосфолипиды мембран кардиомиоцитов эффективнее контролируется фуллеренами С60-80 в СМД, равной 2,3·10-16 М.

Изменение уровня жирных кислот в мембранах и внеклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов под действием Фуллеренов С60-80

Жирные кислоты

Концентрация фуллеренов С60-80

Мембраны

Межклеточное вещество

2,3·10-13 М

2,3·10-16 М

2,3·10-13 М

2,3·10-16 М

Myristoleic acid

17,8±1,8

19,2±1,89

4,04±0,4

5,12±0,52

Methyl Palmitoleate

3.31±0,34

4,5±0,5

2,3±0,23

2,57±0,26

Linoleadic acid

2,01±0,2

3,48±0,35

18,14±1,81*

19,4±1,94*

Cis-6-Petroselenic acid

3,98±0,4

3,1±0,31

13,91±1,4

15,4±1,43

Elaidic acid

с/к

с/к

3,78±0,39

3,6±0,36

Methyl LenoleNate

2.98±0,29*

3,01±0,3*

с/к

с/к

Methyl Linoleate

с/к

1,9± 0,2

с/к

с/к

Cis – Vaccenic acid

2,38±0,24

1,63±0,16

с/к

с/к

Oleic Acid

2,25±0,22

1.15±0,12

0,94±0,09

0,6±0,07

Eicosatetraenoic

25,93±2.6

23,09 ±2,1

10,8±1,1

11,2± 1,2

Methyl Eicosenoate

14,1±1,5

13,94 ±1,39

6,11± 0,62*

5,9±0,62*

Docosahexaenoic

13,11±1,31

15,16 ±1,52

14,1±1,41

13,1±1,35

Methyl Erucate

12,66±1.27

9,14±0,91

10,78±1,1*

10,01±1,06*

Methyl Nervonate

0,11±0,01

0,7± 0,07

15,1±1,5

13,1±1,31

* – p ≥ 0.005.

Влияние фуллеренов С60-80 в СМД-1 и СМД-2 на концентрации жирных кислот в межклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов показано в таблице. Как и в мембранах, фуллерены С60-80 в СМД-2 повышают концентрацию Миристолеиновой, Пальмитолеиновой кислот. Кроме того, происходит еще и повышение Петроселиниковой, Арахидоновой кислот, Уровни Элаидиковой, Олеиновой, Докозагексаеновой и Нервоновой кислот по отношению к СМД-1. Концентрации Линолеадиковой, Эйкозановой и Эруковой кислот изменяются статистически недостоверно (р≥0,005). Интересен тот факт, что недостоверное различие Эйкозановой кислоты наблюдалось как в мембранах, так и в межклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов. Уровни Линоленовой, Линолевой, Элаидиковой и цис-Вакцениковой кислот были в следовых концентрациях. При этом, интересен факт, что Элаидиковая кислота в мембранах была в следовых концентрациях, а в межклеточном веществе и цитоплазме – достоверно не различались между СМД-1 и СМД-2. Это можно трактовать, что данная кислота является транс-изомером Олеиновой кислоты. Такая же ситуация складывается с Линолеадиковой кислотой, которая является трансизомером Линолевой кислоты. А транс-изомеры не активны в биохимических процессах.

Таким образом, можно констатировать, что сверхмалые дозы фуллеренов С60-80 паритетно повышают и понижают уровни ЖК в межклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов.

При сравнении воздействия фуллеренов на уровень жирных кислот в мембранах и в межклеточном веществе и цитоплазме (см. рис. 1, 2) также обращает на себя дозозависимый эффект. Фуллерены С60-80 в СМД 2,3·10-13М значительно активируют синтез и транспорт Линолеадиковой, Петроселиниковой, Нервоновой кислот в межклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов по сравнению с мембранами. То же зарегистрировано при действии данного препарата в СМД-2.Однако, концентрация Миристолеиновой, Пальмитолеиновой, Линоленовой, Олеиновой, Докозагексаеновой и, особенно, Арахидоновой кислот снижались как в мембранах, так и в межклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов. Кроме того, некоторые ЖК были в следовых концентрациях (см. табл., рис. 1,2).

Таким образом, результаты исследования показывают, что фуллерены С60-80 в сверхмалых дозах эффективно влияют на включение жирных кислот как в фосфолипиды мембран, так и в межклеточное вещество и цитоплазму кардиомиоцитов при экспериментальном миокардите. Если возможно говорить о логике включения ЖК в фосфолипиды и в межклеточное вещество, это довольно неблагодарное дело – например, концентрация Линолеадиковая кислота, являясь транс-изомером Олеиновой кислоты, выше была в межклеточном веществе и цитоплазме, чем в мембране кардиомиоцитов при воздействии как фуллеренов СМД-1, так и СМД-2, а сама Олеиновая кислота при тех же условиях, выше в мембранах. Но точно известно, что ЖК не синтезируются в мембранах. Другой пример: Арахидоновая кислота, менеджер воспалительных процессов, активнее включается в фосфолипиды мембран кардиомиоцитов, чем в межклеточное вещество и цитоплазму под действием фуллеренов как в СМД-1, так и в СМД-2. А Линолевая кислота, её предшественник, как в мембранах, так и в межклеточном веществе, обнаруживалась в следовых концентрациях при воздействии фуллеренов в СМД-1. В СМД-2 Линолевая кислота появляется в фосфолипидах мембран, но в межклеточном веществе и цитоплазме все также обнаруживалась в следовых концентрациях. Другой предшественник Арахидоновой кислоты – Линоленовая кислота под действием фуллеренов С60-80 как в СМД-1, так и в СМД-2 в мембранах обнаруживались, практически, в одинаковых концентрациях (2,98 и 3,01 %, соответственно), а в межклеточном веществе и цитоплазме – в следовых концентрациях как в СМД-1, так и в СМД-2.

Однако основным результатом данного исследования, на наш взгляд, является констатация факта, что фуллерены С60-80 в сверхмалых дозах влияют на тонкие механизмы регуляции синтезом и транспортом жирных кислот в мембраны и межклеточное вещество. А если сравнить их активность с влиянием лекарственных препаратов, например, с действием диклофенака (5), можно сделать вывод, что механизм действия ксенобиотиков в сверхмалых дозах един. Следовательно, воздействие веществ в сверхмалых дозах является общебиологическим и фундаментальным.

Выводы

Фуллерены С60-80 в сверхмалых дозах 2,3·10-13 и 2,3·10-16 М влияют на механизмы регуляции синтезом и транспортом жирных кислот в мембраны и межклеточное вещество и цитоплазму клеток

Фуллерены С60-80 в СМД, равных 2,3·10-16 М эффективнее контролирует включение ЖК в фосфолипиды мембран кардиомиоцитов.

Сверхмалые дозы фуллеренов С60-80 паритетно повышают и понижают уровни ЖК в межклеточном веществе и цитоплазме кардиомиоцитов.

den1.tiff

Рис. 1. Изменение концентрации жирных кислот под действием фуллеренов С60-80 в сверхмалой дозе 2,3·10-13 М

den2.tiff

Рис. 2. Изменение концентрации жирных кислот под действием фуллеренов С60-80 в сверхмалой дозе 2,3·10-16 М