ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
УДК 615.012
АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕДИЦИНА © 2012 г. Л. А. Пирузян*
Учреждение РАН Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, Москва
Механизмы многих заболеваний, в том числе нейродегенеративных, изучены недостаточно, что обусловило отсутствие достаточно эффективных средств терапии. Необходимы поиски новых подходов. Фундаментальная наука, определяющая новые направления в терапии различных патологических состояний, должна внести свой вклад в разработку инновационных лечебных подходов. В настоящей статье рассматриваются возможные подходы к поиску новых способов регуляции работы организма на основе современных подходов из области физики, в том числе рассматривается и влияние электромагнитных полей.
Ключевые слова: медицинская биофизика, магнитные поля, спиновые эффекты, фосфолипиды мембраны, свободные радикалы.
До того, как стать очевидной в своих проявлениях, патология должна вызывать начальную перестройку на сверхтонком уровне, что может явиться основой для диагностики перехода от нормы к патологии на атомно-молекулярном уровне. Не может переход от нормы к патологии осуществляться с морфологическими изменениями, не затронув изначально сверхтонкие внутримолекулярные переходы. По-видимому, диагностика должна быть обращена к изучению этих уровней изменений, а терапия направлена на создание взаимодействия с различными биофизическими факторами, которые будут препятствовать возникающим изменениям и могут быть прослежены на электронно-ядерном уровне.
Патогенетические механизмы многих заболеваний изучены недостаточно, чем обусловлено отсутствие достаточно эффективных средств терапии. Необходимы поиски новых подходов и вклад фундаментальной науки, определяющей новые направления в терапии различных патологических состояний и нетрадиционные лечебные подходы.
В этом плане представляет интерес возможность влияния на организм таких широко применяемых в практической медицине физических явлений как ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Изучение процессов, происходящих в организме при работе установок ЭПР и ЯМР и их влияния на биологические системы в норме и при патологии может помочь, по-видимому, в разработке новых способов профилактики и терапии многих заболеваний [1—4].
* Адрес для корреспонденции: 119991, Москва, ул. Косыгина, 4, тел.: +7 (495) 938-25-33, факс: +7 (495) 938-25-33, e-mail: rla2001@mail.ru.
В основе многих сложных мультифакторных заболеваний лежит образование свободных радикалов, которые являются токсичными. Разработанные в настоящее время устройства электронно-парамагнитного резонансного электродиализа и ядерного резонансного электродиализа являются лечебными приборами, т.е. "искусственной почкой" на атомно-молекулярном уровне, для выведения из организма анион- и катион-радикалов. Данные устройства могут применяться при терапии, в сочетанном варианте с фармакотерапией, для защиты клеток от токсического действия свободных радикалов, возникающих в процессе обмена веществ обезвреживания экзогенных токсических соединений, проникающих в организм.
Организм можно представить как сложную динамическую полилигандную (Лиганды — молекулы или ионы в комплексных соединениях, связанные с центральным атомом (комплексообразователем)) и полиметаллическую систему, для функционирования которой необходимо поддержание гомеостаза. Обмен, циркуляция, депонирование ионов металлов определяются их способностью участвовать в процессах комплексообразования с природными эндогенными лигандами (нуклеиновыми кислотами, углеводами, аминокислотами, пептидами, белками, витаминами, гормонами) и экзогенными (лекарственными препаратами, пищевыми продуктами и др.). Нарушение же гомеостаза вызывается превалированием или дефицитом ионов металлов (допустим, изменение геохимической среды обитания, заболевание), увеличением или снижением концентрации лигандов (длительное применение ряда лекарственных средств, определенная диета).
Выступая в качестве центрального атома, большинство микроэлементов образуют биокомплек-
171
6*
сы in vivo. Их устойчивость играет фундаментальную роль во внутри- и внеклеточной динамике, антагонизме, синергизме и фармакодинамике действия металлов. Большая их часть присутствует в организме в виде хелатов (Хелаты — комплексные соединения циклического строения, в которых лиганд соединен с центральным атомом металла посредством двух или большего числа связей) микроэлементов с биологически активными веществами [7].
При образовании комплекса атом металла оказывается присоединенным двумя или более координационными связями к молекулам органического соединения: именно в таких случаях принято говорить об образовании хелатного комплекса. Лигандами (или хелаторами) являются аминокислоты, белки, пуриновые и пиримидиновые основания, гормоны, нуклеиновые кислоты, витамины, стероиды, простагландины и др. Ионы металлов в организме человека и животных образуют многочисленные комплексы [7] с различными ли-гандами — органическими соединениями, содержащие доноры электронов — атомы азота, кислорода и серы (табл. 1—3).
Одной из важнейших задач фундаментальной науки является исследование течения патологических процессов в организме у человека при воздействии ЭПРЭД и ЯМРЭД при образовании комплексов. На вновь предлагаемом лечебном оборудовании необходимо провести исследование ЭПРЭД и ЯМРЭД с целью воздействия сочетан-ных факторов и извлечения из организма анион и катион радикалов. Данная концепция фундаментального исследования и диагностики патологии должна ответить на вопрос, действует ли ЭПРЭД и ЯМРЭД на рост и развитие опухолевого процесса, а также обосновать применение этих методов в геронтологии [1].
АПОПТОЗ: ПРИЧИНЫ СБОЕВ
И ВОЗМОЖНОСТЬ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Постоянство количества клеток в организме поддерживается за счет их размножения и апопто-за — запрограммированной гибели. Металлы способны нарушать эту регуляцию, что усиливает процесс мутации иможет усиливать пролиферацию клеток. Микроэлементы вовлечены в самосборку и синтез митохондриальных ферментов, следовательно, в работу комплексов дыхательной цепи. Соли свинца, никеля, кадмия, ртути, некоторые другие экопатогены, обладающие генотоксиче-ским действием и вызывающие дефекты ДНК, способны блокировать эти ферменты, что ведет к митохондриальной недостаточности. Усугубить эффект может как дефицит, так и избыток или дисбаланс ряда жизненно важных микроэлементов. В генной регуляции апоптоза важную роль играют его ингибиторы — белок bc1-2, обладающий анти-
оксидантными свойствами, действующий подобно ловушке для свободных радикалов и белок р53. Так, апоптоз, индуцированный агентами, вызывающими разрывы ДНК (металлы, радиация), зависит от транскрипции именно белка р53. Ионы ряда металлов — никеля (N12+), свинца (РЬ+), кадмия (Сё+) и других — могут вызывать мутации или повреждение гена ЯЬ (супрессор опухолевого роста), что приводит к нерегулируемому клонированию мутировавшей клетки [7].
Особенно ярко и отчетливо значение естественной генетической контролируемой гибели клеток в регуляции популяций животных клеток и в онтогенезе было продемонстрировано и подчеркнуто в одной из работ английских эмбриологов [9]. В статье детально описаны специфические морфологические черты клеток и тканей, вовлекаемых в этот активный наследственный процесс, названный апоптозом, и показано, что апоптоз как естественная генетически запрограммированная гибель клеток (ЗГК) является чрезвычайно распространенным феноменом [9].
Термин "апоптоз" в переводе с греческого означает опадение (подобное опадению лепестков и листьев у растений). Нужно отдавать отчет в том, что наряду с апоптозом как генетически запрограммированной терминальной фазой клеточной дифференцировки у растений, существуют и другие процессы ЗГК, которые происходят под влиянием факторов среды (патогены, химические и физические воздействия) в результате активации внутренних механизмов запрограммированного "самоубийства" клетки. Следовательно термин "запрограммированная гибель" выглядит гораздо шире, чем собственно апоптоз.
Ключевая роль в инициации определенных видов апоптоза принадлежит митохондриям: так же как и у животных, индуцированный выход из митохондрий цитохрома с и других белковых факторов запускает апоптоз в растительных клетках. Активные формы кислорода могут служить триггер-
1
ными молекулами апоптоза, а антиоксиданты ) подавляют апоптоз у растений [8].
Возникает правомерная задача: провести цикл исследований апоптоза в условиях ЭПРЭД и ЯМРЭД с растительным материалом и животными культуральными клетками для определения значимости действия магнитных полей на исследуемых образцах, что будет иметь биомедицинскую значимость.
1 Антиоксиданты (антиокислители), замедляют или предотвращают окислительные процессы, приводящие к старению полимеров, осмолению топлив, прогорканию жиров и др. Механизм действия основан на способности антиоксидан-тов обрывать цепную реакцию окисления в результате взаимодействия с образующимися активными радикалами или (и) промежуточными соединениями, например, гидропе-роксидами.
Таблица 1. Положение в периодической системе, биологическая роль и способность к комплексообразованию металлов, необходимых для организма человека (Уильяме Д., 1975)
Металл Положение в периодической системе и электронная структура Биологическая роль Локализация в организме Состояние окисления Предпочитаемые донорные атомы Прочность координационных связей Обмен между связанными и свободными ионами Содержание в 70 кг массы тела человека Концентрация в цельной крови, мкм
Na К Группа 1А, в1 Перенос заряда, осмотическое равновесие Мобильная 1 О Малая Очень быстрый 70 250 85 200 44500
Mg Ca Группа 11А, в2 Образование структур, "триггерные" (инициирующие) реакции Частично мобильная II О Довольно большая Умеренно быстрый 42 1700 1570 2420
Mn Fe Co Cu Mo Переходный ряд, с!1—с19 Катализ реакций окисле-ния-восстановления, образование активных центров ферментов Статическая II/III II/III II/III I/II V/TV О N, О N, О N, -S" -S" Большая Большая Боль
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.