Изучение роли бета-аланина в нервной системе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение роли бета-аланина в нервной системе

Список сокращений

Сокращения, принятые в тексте для обозначения радикальных продуктов, аминокислотных остатков и химических групп соответствуют рекомендациям комиссии по биохимической номенклатуре IUPAC.

Другие используемые сокращения приведены ниже:

АД - артериальное давление

ГАМК - ?-Аминомасляная кислота

ГСД - гистидинсодержащие дипептиды

ДОФА - 3,4- диоксифенилаланин

СД - сахарный диабет

СР - саркоплазматический ретикулум

ЦНС - центральная нервная система

ЭЭГ - электроэнцефалограмма

Введение

Актуальность темы. Аминокислоты - органические соединения, являющиеся основной составляющей частью протеинов (белков). Нарушение обмена аминокислот является причиной многих заболеваний (печени и почек). Из аминокислот строятся молекулы различных белков. В тканях и клетках человеческого организма насчитывается около 170-ти разнообразных аминокислот, но стандартными компонентами белков традиционно считаются только 20.

Аланин входит в состав многих белков, является строительным материалом, аминокислотой, которая используется для синтеза белковых молекул и вносит свой вклад в работу ферментов. Так же он имеет 2 производные: ? -, и ?-аланин.

? -аланин является заменимой аминокислотой, которая включена в процессы обмена углеводов и органических кислот. В человеческом организме может синтезироваться из пировиноградной кислоты. Принимает активное участие в детоксикации аммиака в случае повышенных физических нагрузок.

?-аланин входит в состав структуры коэнзима А и целого ряда пептидов, включая карнозин. ?-аланин регулирует секрецию, стимуляцию репродукции, или же наоборот, деактивацию женских гормонов - эстрогенов, является связующим звеном между нервной системой и работой мышц. Он регулирует, как сокращение, так и их расслабление, снижает мышечную утомляемость и повышает темпы развития различных разновидностей мускулатуры.

В свободном состоянии его можно обнаружить в тканях головного мозга.

?-аланин играет ключевые роли во множестве физиологических процессов организма, включая нейрорегуляцию. Ввиду этого, за последние 10 лет многие ученые стали все больше уделять внимания изучению его воздействия на нервную систему, его роли в возникновении и развития множества нейродегеративных патологий, как мозга, так и ЦНС в целом. Это объясняется так же тем, что к ряду данных заболеваний относят такие страшные и большинстве случаев заболевания, связанные с нервной системой, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, различные формы когнитивных расстройств, патологии коры головного мозга, вплоть до инсультов и т.д. Но, не смотря на высокие показатели важности роли в вышеупомянутых регуляторных и патогенных процессах ?- аланина, по сей день, ни медицина, ни наука не имеет конкретных описаний и трактовок их алгоритмов и механизмов.

Ввиду всего вышесказанного, необходимость детального исследования роли ?-аланина в работе и механизмах нервной системы требует повышенного внимания, что и определило актуальность данной выпускной квалификационной работы.

Объект исследования. Аминокислота ?-аланин, ее функции и особенности.

Предмет исследования: роль ?-аланина в нервной системе.

Целью исследования - выявление влияния ?-аланина на нейрорегуляцию и нервную систему организма. Для достижения поставленной цели, был сформирован ряд задач, так же требующих решения в данной работе:

1. Изложить механизм действия ?-аланина и карнозина на организм человека;

2. Проанализировать механизмы воздействия ?-аланина на различные системы и процессы, происходящие в человеческом теле;

3. Исследовать и проанализировать механизм нейрогеруляции работоспособности мышц ?-аланином;

4. Охарактеризовать нейропротективные лекарственные средства на основе аминокислот и перечислить препаратные и фармацевтические источники ?- аланина;

5. Изучить биологическую и фармакологическую роль пантотеновой кислоты;

6. Провести исследование влияния препарата Пантогама в лечении когнитивных расстройств у детей;

Материалы и методология исследования.

Исследование проводилось на базе Научно-Практического центра детской психоневрологии г. Москвы.

С целью оценки эффективности препарата «Пантогам» было обследовано 12 пациентов в возрасте 4 лет - 5 лет 11 месяцев. Пациенты проходили обследование и лечение во 2 психоневрологическом отделении с диагнозом: эпилепсия в сочетание с нарушениями когнитивных функций и с синдромом дефицита активного внимания с гиперактивностью.

аланин карнозин нейропротективный лекарственный

Глава 1. Общая характеристика ?-аланина

1.1 Механизм действия ?-аланина и карнозина на организм человека

Главные биологические функции аланина: поддержание азотистого баланса и постоянного уровня глюкозы. Участвует в продуцировании лимфоцитов.

Карнозин (Carnosine или beta-alanyl-L-histidine) - дипептид, состоящий из ?- аланина и гистидина. Наибольшая концентрация карнозина в организме определяется в мозге и мышцах.

Открытие в начале XX в. B.C. Гулевичем и сотрудниками его школы новых азотсодержащих соединений - карнозина, анзерина, карнитина и метилгуанидина - поставило вопрос об их функции. Исследования распространения этих экстрактивных веществ позволили определить карнозин и анзерин как постоянные (практически у всех позвоночных животных) и специфические составные части мышечной ткани (Овчинников, 1987).

рH-буферное действие карнозина.

Впервые на значение ГСД, как на физиологический буфер рН в тканях обратил внимание Bate-Smith (1938). Действительно, расчеты показывают, что количество дипептидов в активно гликолизирующих тканях (в основном рассматривались скелетные мышцы) может обеспечить до 60% всей буферной емкости клеток. Дипептиды оказываются предпочтительнее белков из-за малых размеров и высокой подвижности в условиях малого объема цитозоля, затрудняющего диффузию ионов водорода. Очень важно наличие подвижной Н- буферной системы в мышцах для оптимального функционирования митохондриального ретикулума - разветвленной трехмерной структуры, которая пронизывает все мышечное волокно и обеспечивает возможность для распостранения мембранного потенциала, создаваемого дыхательной цепью, по всей длине миоцита (Скулачев, 1992).

На основании вышеописанных представлений В. П. Скулачев подверг анализу взаимопревращения ГСД в онтогенезе (смена гистидина карнозином и затем - анзерином или офидином) в мозге- гомокарнозином, а в сердце-ацетилированными производными ГСД (Skulachev, 1978; 1989; Скулачев , 1992). Он высказал идею, что образование карнозина из гистидина и его превращение в другие ГСД в онтогенезе (и вероятно в эволюции) обеспечивает все более выраженную способность к поддержанию клеточного рН на физиологическом уровне. По представлениям В. П. Скулачева, завершающей стадией гликолиза должно быть связывание протона от молекулы образующегося в результате этого процесса лактата (Скулачев, 1989). Действительно, как показывает таблица ниже, рКа ГСД несколько изменяется в сторону, обеспечивающую увеличение буферной емкости при переходе от гистидина к карнозину и анзерину.

Таблица 1. Значения рКа родственных карнозину соединений (Abe,1995)

Из общебиологических представлений переход от пойкилотермных к гомойотермным животным, обеспечивающий большую скорость метаболизма и вызывающий увеличение степени диссоциации протонов, должен был бы увеличить роль внутриклеточных рН буферов и тем самым - количество ГСД в тканях. Однако фактически наиболее высокие концентрации дипептидов наблюдаются как у холоднокровных земноводных, так и у рыб, и у теплокровных млекопитающих (Suzuki et al., 1991).

Количественный расчет участия ГСД в поддержании буферной емкости по протону выполнил в своих исследованиях H. Abe (1985, 1995, 1996). В тканях активно плавающих рыб, содержащих много гистидина, он, безусловно, выполняет рН-буферную функцию. При этом необходимо отметить, что рК гистидина сдвинут в кислую область, так что при окислении среды буферная емкость гистидина увеличивается.

Однако, исследователи этой проблемы отмечают, во-первых, что не все дипептиды мышечного гомогената доступны для кислотного титрования: по крайней мере, часть их просто не в состоянии выполнять буферные функции, находясь в связанном состоянии (Abe et al., 1985). Во-вторых, исходя из температурной зависимости степени диссоциации имидазольного кольца следует ожидать, что повышение температуры должно приводить к уменьшению буферной емкости ГСД. Следовательно, при переходе от холоднокровных к теплокровным животным значение этих соединений как буфера протона должно уменьшаться.

У человека, в отличие от других живых существ, карнозин обладает ограниченной возможностью (в среднем 7% от общей буферной емкости мышцы) предотвращать снижение рН, наблюдаемое при интенсивной мышечной работе (Mannion et al., 1992). В целом не вызывает сомнения, что в клеточном метаболизме рН-буферные свойства ГСД играют существенную роль.

Депо биологически активных соединений

Помимо соображений, представленных выше, для понимания механизма действия ГСД важно учесть их возможную роль как депо биологически активных соединений (Aonuma rt al., 1970, Flancbaum et al., 1990). Действительно, карнозин служит источником срочного образования гистидина и ?- аланина. Первый представляет собой важную аминокислоту для синтеза белка и является источником гистамина, второй оказывается стимулятором образования коллагена, принимающего участие в репарации поврежденных тканей. Гидролиз гомокарнозина приводит к освобождению ГАМК, известной своими нейромедиаторными свойствами. То, что гомокарнозин локализован только в нервной ткани, может быть связано с его ролью депо ГАМК. Однако это так же не исчерпывает биологической роли гомокарнозина в тканях мозга.

В этой связи обращает на себя внимание высокая антиоксидантная активность ГСД и поскольку карнозину и анзерину свойственна антиоксидантная активность, накапливать в тканях полезнее именно их, а не гистидин, который проявляет прооксидантные свойства, стимулируя зависимое от ионов железа перекисное окисление липидов.

Описаны факты убыли карнозина в результате истощающей мышечной работы (Дупин, Стволинский, 1986; Tanaka,Yoshioka,1990), которая не сопровождалась появлением гистидина и ?-аланина (да и не могла сопровождаться вследствие низкой активности карнозиназы в мышечной ткани). При этом в ряде случаев в мышцах отмечалось увеличение содержания анзерина, в других - появление продукта декарбоксилирования карнозина, карцинина, а возможно и использование карнозина в каких-то неизвестных реакциях, сопряженных с мышечным утомлением. Возможно, что такой путь использования ГСД не исключен при ряде патологий, сопровождающихся снижением уровня карнозина и гомокарнозина.

Многочисленные данные указывают на то, что в случае нарастающей потребности в гистамине (например, при стрессе или травме), тканевой карнозин мобилизуется для синтеза свободного, обладающего высокой физиологической активностью гистамина вне тучных клеток показал, что почки беременных мышей синтезируют гистамин в присутствии карнозина, ионов марганца и пиридоксальфосфата. Интенсивность биосинтеза линейно нарастала с увеличением концентрации фермента и времени инкубации. Реакция катализировалась только двумя ферментами, которые локализуются в почках и действуют последовательно: карнозиназой, гидролизующей карнозин на две его составные части, и гистидиндекарбоксилазой, трансформирующей гистидин, продукт деградации карнозина, в гистамин. Биосинтез гистамина из карнозина нарастал с увеличением сроков беременности. У небеременных мышей такой синтез в почках не осуществлялся. Эти результаты свидетельствуют о том, что карнозин может использоваться для синтеза гистамина в тех случаях, когда активность гистидиндекарбоксилазы высокая, как это наблюдается в почках беременных мышей.

Связь между карнозином, свободным гистидином и синтезом гистамина, была показана при хирургической травме, инфекциях, при переломах бедра, ранах и фармакологическом стрессе в ряде лабораторий. Синтез гистамина разных тканей был детально исследован Green et al. (1984), а затем Fitzpatrick et al. (1990;1991) на модели шока, сходного с гиповолемическим и травматическим и вызываемого введением вещества 48/80-дегранулятора тучных клеток. Значительным источником гистамина в организме является в этом случае карнозин скелетных мышц, в котором его содержание относительно велико. Green et al. (1984) показали, что внутривенное введение крысам вещества 48/80 приводит к увеличению синтеза гистамина и активности гистидиндекарбоксилазы (на 120% в течение 15 мин), сопровождающемуся увеличением активности карнозиназы (на 80% в течение часа) и снижением концентрации карнозина в скелетных мышцах на 50% в течение 24 часов.

Точно так же при внутриперитонеальном введении вещества 48/80 в миокарде молодых и взрослых крыс снижается уровень карнозина, что связано с нарастанием концентрации гистамина (Fitzpatrick et al.,1990) .Роль карнозина как источника гистамина при нарастающей потребности в этом высокоактивном веществе подтверждена исследованиями на почках крыс (Fitzpatrick et al.,1991).

Не смотря на убедительные доказательства возможности использования дипептидов как запасной формы аминокислот и нейротрансмиттеров, существуют данные, противоречащие предположению, что это - основная их функция. Ферменты синтеза и гидролиза ГСД пространственно разделены, и в мышечной ткани, откуда они могли бы утилизироваться, очень низка карнозиназная активность. Напротив, в тканях с активной карнозиназой концентрация ГСД невысока. Валовые взаимные превращения дипептидов и составляющих аминокислот по этой причине затрудняются.

Регуляция энергетического обмена

Основанием для предположения об участии карнозина и анзерина в регуляции анаэробного гликолиза в скелетных мышцах путем хелатирования иона меди послужили работы, посвящение изучению связывания меди карнозином в мышечной ткани. В гомогенате белых скелетных мышц карнозин в концентрации 50мМ обращал ингибирование гликолиза, вызванное присутствием 47мкМ меди. Однако эта точка зрения никогда не пользовалась популярностью из-за экспериментальных данных, согласно которым гистидин и ЭДТА также препятствуют ингибированию анаэробного гликолиза ионами тяжелых металлов.

На основании современных представлений все же можно полагать, что оригинальные наблюдения Jencks, Hyatt и Davey были правильными, и карнозин можно считать специфическим хилатором ионов меди. Скелетные мышцы содержат приблизительно одну треть всей меди организма. Физиологические границы концентраций меди равны 20-60 мкмоль/кг влажного веса, причем для скелетных мышц они находятся на нижнем пределе концентраций. Таким образом, в норме концентрация меди в мышцах ненамного меньше той, которая ингибирует анаэробный гликолиз.

Точкой приложения дипептидов в гликолизе может быть фруктозо-1,6- дифосфатаза. Этот фермент принимает участие в превращении фруктозо-1,6- дифосфата во фруктозо-6-фосфат, которое сопровождается гидролизом АТФ.

В мышцах, где интенсивность утилизации энергии меняется в широких пределах от продолжительного покоя до максимальной активности, эта реакция необходима для поддержания связи между скоростью фосфорилирования фруктозо-6-фосфата и изменениями концентрации АТФ (Тюкавкина , 1991).

Активность фруктозо-1,6-дифосфатазы, выделенной из белых скелетных мышц, ингибируется ионами цинка (II) и меди (II) и восстанавливается в присутствии карнозина и анзерина. Функция дипептидов в мышце может не ограничиваться только регуляцией анаэробного гликолиза. Поскольку медь требуется также и цихохромоксидазе, можно полагать, что хелатирование меди карнозином и его метилированными аналогами имеет отношение к внутриклеточному транспорту меди в митохондриях и регуляции окислительного метаболизма.

Мембранопротекторное действие карнозина

С.Е. Северин и Юй- Шуюй (1958) впервые отметили мембранотропный эффект карнозина на митохондрии. При использовании карнозина было показано значительное удлинение срока хранения митохондрий из грудных мышц голубя при сохранении сопряженности между дыханием и фосфорилированием. Позднее было установлено благоприятное влияние карнозина на АТФ-зависимый транспорт Са2+ фрагментами саркоплазматического ретикулума, а также ионов Na+ и К+ - через плазматическую мембрану. Эти данные свидетельствуют о благоприятном действии карнозина на структуру мембран, сохраняющих способность осуществлять без утечки активный транспорт ионов Н+, Са2+, Na+, К+ (Boldyrev et al., 1987).

Мембранопротекторное действие карнозина показано на примере лимфоцитов человека, образующих розетки с эритроцитами барана благодаря мембранным Е-рецепторам. Инкубация крови с карнозином (10 мМ) в течение 1 ч не влияла на количество экспрессируемых лимфоцитами Е-рецепторов. Однако при последующем изменении осмотического давления среды мембраны лимфоцитов из крови, обработаннной карнозином, оказывались значительно более стабильными: в контроле (необработанная кровь) осмотический шок сокращал количество Е-розеткообразуюших лимфоцитов более чем на 40%, а после инкубации с карнозином лишь на 15-20% (Derave, 2007).

?-аланин и его влияние на различные системы организма.

Влияние приема аминокислот карнозина и ?-аланина на мышцы и их выносливость

Еще в начале XX-го века, такой ученый как В.С. Гулевич, предположил, что вышеупомянутые аминокислоты взаимосвязаны с механизмами мышечного сокращения и расслабления, а также к физико-химическим реакциям, свойственным мускулатуре тела. Данная гипотеза, в последствие, неоднократно подвергалась практическим экспериментам. До Гулевича, в 1911 году этого же столетия, Фурз и Шварц выявляли повышенные карнозиновые концентрации в бедренных мышцах, которые перенесли сильные и длительные физические нагрузки (на примере собак), имитируемые электростимуляцией сократительной активности мышечных волокон. Практические данные свидетельствовали о том, что после такого рода стимуляции, в мышцах концентрация карнозина на 10 процентов превосходила аналогичный показатель в стандартных миотических волокнах (Куташов, 2007).

Спустя несколько десятилетий, не только в полном объеме был описан механизм прямопропорционального возрастания концентрации карнозина от длительных физических нагрузок, но и доказан на практике. Первыми из практиков, доказавших эту закономерность, были Савроний и Номарк. Они, в 1932 году, экспериментально подтвердили и задокументировали тенденцию скопления данной аминокислоты в бедренной мышце, в сравнении с такой же мышечной структуру, не подвергавшейся стимуляции. В последствие, после них еще множество исследователей занимались совершенствованием данной теории и углублялись в ее природу.

Анализируя уже накопленные данные, свидетельствующие о неразрывности этих двух явлений, физиолог по фамилии Юдаев в 50-х годах XX-го века, доказал, что предельно высокие карнозиновые скачки, вызывающие его накопление, присущи именно тем мышцам, которые способны к длительным, по времени, и непрерывных сократительным активностям. Затем он так же предположил, что функция данной аминокислоты состоит в активации скорости ресинтезирующих мышечных реакций, которые, в свою очередь, являются первостепенными по значимости для мускулатурной активности, требующей затрат большого количества энергии.

Немного позже, внимание ученых сконцентрировалось на такой особенности связанной с мускулатурой тела и карнозином, как взаимосвязь окислительных процессов, нацеленных на фосфолирование. Из чего, собственно говоря, и родилась теория о значении дипептидных молекул для работы миотических структур организма.

Вследствие вышеупомянутых умозаключений, практические исследование значительно продвинулись вперед, что стало причиной открытие и фактического доказательства, что дипептидные молекулы аминокислот функционально симбиозируют и определяют степень выносливости миотических волокон. Во- первых, такая тенденция базируется на общеизвестном факте, что в активно сокращающейся мышце можно обнаружить высокие концентрации аминокислотных дипептидных молекул, во-вторых, подтвержденной является закономерность пропорционального роста концентрации карнозина от нагрузки, которой подвергается миотическая ткань или же структура.

Затем, перед учеными, остро стал вопрос о том, что же регулирует в организме карнозиновые концентрации, как в условиях повышенных, так и нормальных физических нагрузках. Исходя из факта, что данная аминокислота является подобием запасающего вещества, локализирующегося в миотических волокнах, его исходные содержательные показатели обязаны зависеть от концентрации предшествующих веществ и химических соединений. Так было разработано положение о зависимости отложений карнозиновых запасов и их функциональной роли с максимальными нагрузками работоспособности мышечного аппарата, при этом эти два обстоятельства должны коррелировать между собой.

Следующий этап эволюции познания о аминокислотах и мышечной работоспособности был отведен определению регуляторных механизмов карнозиновых концентраций в мышцах. Физиологические и функциональные состояния, характеризирующиеся нормой, проявляют показатели содержания в мышечных волокнах гистидина, которые вполне достаточны для их работы и течения синтеза карнозина. В случае, если же в организме имеется недостаток данного вещества, вызванный нарушением и несбалансированностью питания, то и аналогичным образом проявляет себя дефицит карнозиновых отложений в мышцах.

Далее, была проведена сравнительная характеристика, на предмет определения карозиновых концентраций в миотических волокнах, которые характеризуются различными степенями двигательной и сократительной активностей, а также различных по скоростям протекающих в них физико-химических реакций. Так, карнозин и анзерин обнаруживались в больших содержательных показателях в мышцах, которые относятся ко 2-ому типу, являются анаэробными, склонными к гликолизу и сократительные механизмы в них протекают с малой скоростью. Сравнивался данный тип миотических волокон с мышечными структурами, которые относятся к 1-ому типу, характеризуются активнопротекающими окислительными реакциями, и с быстрой и частой сократительной деятельностью. Последнее тратили для реализации своих физиологических функций в разы больше карнозина, чем волокна 2-го типа.

Таким образом, уже в XX-ом веке была сформулирована комплексная теория о влиянии карнозина на продуктивность и выносливость мышечной деятельности и ее качественных положениях. На этом же историческом этапе карнозиновые теории были подтверждены множеством практических исследований и их результатами. Одна из лидирующих теорий о положительном эффекте карнозина, была названа в честь ее автора - Северина, и по сей день, эффект повышения силовых мышечных показателей под влиянием высоких карнозиновых аминокислотных концентраций, позволяющий переутомленным миотическим волокнам в течение длительного временного периода реализовать свои непосредственные физиологические и сократительные функции, именуется, феномен Северина.

Механизм нейрорегуляции работоспособности мышц ?- аланином/

Возможна реализация нескольких путей при мышечном сокращении, по которым дипептиды способны повышать работоспособность мышц. Благоприятно влияют дипептиды на сократительные структуры мышечной ткани, точнее на сократительную, и на ферментативную активность миофибриллярных белков (Бочарникова, Петушкова,1965; Bowen,1965). В присутствии карнозина формируется более отчетливая сократительная реакция глицеринированных мышечных волокон (Bowen,1965) и фосфокреатина (Brown et al., 1963). Карнозин значительно уменьшал пластифицирующее действие АТФ на пленочные актомиозиновые нити (Бочарникова, Петушкова,1967) и значительно снижал влияние расслабляющего фактора (фрагментов саркоплазматического ретикулума). Таким образом, первые исследования в механизме нейрорегуляции работоспособности мышц ?- аланином выявили влияние дипептидов непосредственно на регуляцию ферментативной и сократительной и активности миофибриллярных белков.

С другой стороны, была продемонстирована возможность участия дипептида в самом акте сокращения. Так, Yun, Parker (1965)показали, что имидазол, гистидин и карнозин активируют акто-миозиновую АТФазу. Более того, Parker, Ring в 1970 г. сообщили об активирующем влиянии карнозина на Mg-активируемую АТФазу миофибрилл. По данным этих авторов, карнозин в концентрации 10 мМ вдвое повышал активность АТФазы цыпленка и кролика, но в то же время не оказывал влияния на АТФазу миофибрилл омара, двустворчатого моллюска и земляного червя. Позже Avena, Bowen (1969) сообщили о том, что карнозин активирует и миозиновую АТФазу, и его действие проявляется при различных условиях. Ученые также наблюдали активирующее влияние анзерина, гистидина, метилгистидина и ?-аланина (по сравнению с трис-буфером) .

Цитозоль содержит вещества, как усиливающие, так и ослабляющие влияние карнозина на окислительное фосфорилирование. Стимулирующим действием обладает высокомолекулярная (белковая) фракция.

Вещества, ингибирующие действие карнозина, имеют низкую молекулярную массу. Они удаляются при диализе цитозоля, а при ультрафильтрации попадают в низкомолекулярную фракцию (Большая…, 1974).

Процесс сокращения мышц различных типов регулируется путем изменения концентрации Са2 в миоплазме, находящегося под контролем Са-каналов и Са- насосов. Изучение свойств Са-насоса и регуляции его функции являлось важной задачей на пути к пониманию особенностей сократительного цикла различных мышц в норме и при развитии патологических процессов. Большая часть внутриклеточного Са2+ в мышце сосредоточена во внутренних полостях саркоплазматического ретикулума (CP) - сети мембран, оплетающих миофибриллы и являющихся основным компонентом электромеханического сопряжения (Hill, 2007).

Нервный импульс, приходящий к мышечной клетке, распространяется от синапса по сарколемме вдоль волокна и по Т-системе - внутрь его и, достигнув полости CP, вызывает выброс соответствующей порции ионов Са2+. Эти ионы диффундируют к миофибриллам, взаимодействуют с регуляторными белками, контролирующими образование актомиозина. В результате этих процессов развивается сократительный ответ.

Расслабление мышцы обеспечивается аккумуляцией выброшенного кальция Са-насосом СР. Природные ГСД, являющиеся биологическими регуляторами во многих системах, в скелетной мускулатуре оказывают регулирующее влияние на процессы сокращения и возбуждения. Их действие находится на уровне электромеханического сопряжения. Дипептиды карнозин и анзерин ускоряют создание Са-градиента фрагментами CP кролика. Этот процесс происходит за счет увеличения эффективности аккумуляции Са2+, а скорость гидролиза АТФ Са-зависимой АТФазой изменяется незначительно (Abebe, 2003).

С помощью кинетических методов показано, что дипептиды влияют на Са- аккумулирующую функцию CP, изменяя соотношение между входом и выходом Са2+ из везикул в сторону уменьшения выхода: они увеличивают значение константы для Са2+, характеризующей скорость пассивного выхода кальция из CP. Влияние дипептидов на транспорт Са2+ в CP довольно специфично, т.к не объясняется буферным действием этих соединений. В присутствии оптического изомера природного карнозина - D-карнозина (бета-аланил-О-гистидина) увеличения скорости аккумуляции по сравнению с синтетическим (трис-HCl) буфером не наблюдалось.

После денервации быстрой скелетной мышцы влияние дипептидов на транспорт Са2+ в CP исчезает. Это действие можно рассматривать как иллюстрацию мембранопротекторного эффекта. Наибольшее значение Са / АТФ при аккумуляции Са2+ фрагментами CP из мышц лягушки наблюдается в присутствии карнозина, тогда как при использовании CP из мышц кролика значения Са / АТР в среде с карнозином или анзерином были почти одинаковыми (Lockwood, 2013).

Интересно напомнить, что скелетные мышцы лягушки содержат только карнозин, тогда как мышцы кролика - оба дипептида. В присутствии карнозина константа для выхода кальция увеличивалась почти в 2 раза. С одной стороны, это приводило к увеличению скорости аккумуляции Са2+ за счет увеличения эффективности транспорта и должно было обещать в условиях in situ ускорение стадии расслабления мышцы. С другой стороны, этот факт приводил к повышению градиента кальция и сбережению его в полостях СР.

В некоторых отдельных случаях, например, при утомлении, когда запасы Са2+ в клетке перераспределяются так, что часть его оказывается в митохондриях, то снижение градиента кальция в CP может привести к замедлению стадии сокращения мышцы (Hill, 2007).

В этом случае дипептиды могут ускорять и стадию сокращения, и стадию расслабления работающей мышцы. Именно так влияют дипептиды на процесс одиночного мышечного сокращения: они укорачивают как фазу сокращения, так и фазу расслабления утомленной скелетной мышцы лягушки.

Характеристика нейропротективных лекарственных средств на основе аминокислот.

Учитывая важную роль, которую выполняют аминокислоты в мозге, ученые интенсивно работают над созданием препаратов на основе аминокислот, которые носят название нейропротекторных.

Ноотропные средства, широко применяемые в медицине, по своей химической структуре преимущественно являются производными гамма- аминомасляной кислоты (ГАМК): фенибут ,пирацетам (ноотропил) и др. Наиболее эффективны ноотропные препараты при ограниченных корковых очагах ишемии, которые клинически проявляются двигательным дефицитом и расстройствами высших психических функций. Так, производные ГАМК активируют энергетический метаболизм и окислительно-восстановительные процессы в мозге (Derave, 2007).

Эффекты нейротропных препаратов на основе ГАМК реализованы при помощи специфических рецепторов, причем ГАМКд рецепторы контролируют проводимость СГ каналов. Общее состояние торможения (относительный физиологический покой), соответствующее нервной ткани в норме и обусловленное влиянием ГАМК, необходимо для тонкого регулирования раздражителей, поступающих из вне, проявления на этом фоне возбуждения и сохранения для нового возбуждения энергетического баланса [Hill, 2007]. ГАМК-ергические препараты обладают выраженным анксиолитическим,противогипоксическим,противосудорожным, седативным, ноотропным и миорелаксантным эффектами. Стресс-лимитирующая терапия с использованием активаторов ГАМК-ергической системы повышает устойчивость к ишемическим повреждениям ЦНС, оказывает модулирующие влияние на метаболизм, гемодинамику и электрофизиологические свойства головного мозга (Акопян, 2003; Мирзоян и др., 1989; Погорелый, 1995).

При церебральной патологии более выраженное влияние проявляют на мозговой кровоток ГАМК и ее производные («Пирацетам» («Ноотропил»), «Фенибут», «Аминалон» («Гаммалон», «Ганеврин») и др.). Они стимулируют коллатеральное кровообращение, улучшают микроциркуляцию в коре головного мозга, и этим способствуют развитию в нем компенсации нарушенного кровообращения. Так же обнаружена способность этих веществ уменьшать постишемические цереброваскулярные нарушения и увеличивать выживаемость животных после гравитационных перегрузок (Акопян, 2003; Трошин, 1999). Есть лекарства и другой природы: так препарат «Пантогам» является видоизмененной молекулой пантотеновой кислоты (витамина В5), которая включает остаток ГАМК, а «Пикамилон» - это сочетание никотиновой кислоты (витамина В3) и молекулы ГАМК

У некоторых ноотропов обнаружены еще дополнительные фармакологические эффекты. Так, «Фенибут», «Пантогам» и «Пикамилон» способны проявлять транквилизирующие свойства, «Аминалон» - активирующие.

«Пантогам» также эффективен при некоторых формах эпилептических припадков, треморе и гиперкинезах. Учитывая наличие специфического эффекта, этим препараты применяют только в особых случаях. Например, у больного с повышенной судорожной активностью применяют «Фенибут», при затруднении контакта медперсонала с пациентом выбирают «Аминалон», при страхах у пациента - «Пикамилон» или «Фенибут» и т.д. Также широко используют ноотропные препараты для купирования абстинентных состояний при алкоголизме и наркоманиях, а так же при лечении последствий острых отравлений (этанолом, барбитуратами, морфином) (Акопян, 2003; Мирзоян и др., 1989; Гусев, 1995; Кертис, 1989).

Достаточно широко в последнее время в медицине из препаратов ГАМК применяется «Пикамилон», молекула которого состоит из двух биогенных компонентов: никотиновой кислоты и ГАМК. Хорошему проникновению ГАМК через гематоэнцефалический барьер способствует витаминная часть препарата. Т. к препарат не обладает побочными эффектами никотиновой кислоты, он показал преимущества перед «Ноотропилом» при мигренях, при ишемических инсультах, хронической алкогольной зависимостью и других состояниях, связанных с психоэмоциональной лабильностью. «Пикамилон» одновременно может улучшать функциональное состояние и кровоснабжение мозга, именно поэтому его рекомендуют при комплексной терапии цереброваскулярных заболеваний, при хронической недостаточности мозгового кровоснабжения, а также без миорелаксирующей и седативной активности в качестве транквилизатора. Положительное воздействие «Пикамилона» более отчетливо можно наблюдать в острой стадии инсульта. Защитное действие препарата при церебральной патологии связано с нормализующим влиянием на биоэнергетические процессы и выраженное активирующие влияние на антиоксидантную систему. В механизме действия «Пикамилона» важным компонентом является его влияние на гемостаз: снижение агрегационных свойств эритроцитов и тромбоцитов, а также удлинение начальных фаз свертывания крови.

Таким образом, аминокислоты и их производные широко используются в неврологии. Большие перспективы открываются при синтезировании и исследовании свойств их новых производных. Эффективность применения аминокислот и препаратов на их основе в качестве церебропротекторов позволяет рекомендовать расширить поиск новых соединений среди производных тормозных аминокислот в качестве потенциальных корректоров ишемической и гипоксической патологии ЦНС. Отмечу, что среди препаратов, созданных на основе аминокислот, наиболее широкое применение нашли препараты ГАМК. Изучены и используются далеко не все свойства нейромедиаторных аминокислот. Потенциал ?-аланина задействован не полностью, что открывает новые перспективы по созданию новых лекарственных средств на основе данных аминокислот.

Препаратные и фармацевтические источники ?-аланина и его производных.

Предпринимались неоднократные попытки получения и последующего изучения различных производных ?-аланина (Степанюк, 1973; Трофимов, 1995). Так, Степанюк Л.И. изучала влияние 28 амид- и гидразид- производных ?- аланина на центральную нервную систему и сердечно-сосудистую систему.

Воздействие на ЦНС изучалось в опытах на мышах с использованием фармакологических анализаторов: ареколин, гармин и никотин (возбуждающий тип действия), эфир, нембутал (угнетающий тип действия). Изучаемые хорошо растворимые соединения вводились животным внутрибрюшинно за 20-30 мин. или трудно растворимые перорально за 40-50 мин. до введения анализаторов. Большинство исследованных соединений удлиняет наркотическое действие диэтилового эфира и все потенцируют снотворный эффект нембутала. Отмечено отчетливое удлинение и усиление большинством соединений никотинового и ареколинового гиперкинезов, а также выраженное потенцирование гарминового тремора.

Для разграничения нейролептического действия от антидепрессантного проведена серия опытов на крысах с использованием апоморфиновой и фенаминовой стереотипии. Установлена коррелятивная связь между усилением действия гармина и никотина с одной стороны и антидепрессантным действием

- с другой, у ряда соединений. Наоборот, нейролептическое действие, выявленное у некоторых препаратов, коррелируется с удлинением наркотического эффекта эфира и нембутала. Для большинства гидразидов ?- аланина характерно антидепрессантное действие, вероятно, в основе которого лежит антимоноаминооксидазное или адренопозитивное действие (Степанюк, 1973).

В острых опытах на кроликах с использованием ЭЭГ было установлено, что соединения с антидепрессантным типом действия (амид-производные ?-аланина) повышают спонтанную биоэлектрическую активность лобного и затылочного отделов коры головного мозга и еще в большей степени - подкорковых образований (таламус, гипоталамус, ретикулярная формация среднего мозга) (Степанюк, 1973).

Хорошо растворимые соединения из числа исследуемых с целью выявления у них коронарорасширяющих свойств изучены Л.И. Степанюк. Все соединения повышали объемную скорость коронарного кровотока в опытах на кошках. При введении амида N-фенил-?-аланина (5-10 мг/кг) был выявлен наиболее выраженный эффект (на 20-15%). Изменения артериального давления были не постоянными: отмечалось как его незначительное повышение ,так и снижение. Кроме того, применение амида N-фенил-?-аланина у крыс предупреждало и купировало нарушения ритма, вызванные аконитином и кальция хлоридом, а у морских свинок - строфантиновую аритмию (Степанюк, 1973).

Также в начале 70-х гг. XX века было проведено исследование двадцати производных ?-аланина Фурманом Ю.Н. и у некоторых из них выявлена высокая биологическая активность. Ученый выявил, что соединения с лабораторными шифрами VII, XII и XIII (формулы не опубликованы) оказывают положительное действие на кровоснабжение миокарда. Кроме того, соединение VII обладает противоаритмическим действием в отношении аритмии, вызванной строфантином и кратковременной бета-адреноблокирующей активностью. У соединений XVI и XVIII обнаружен транквилизирующий эффект (Фурман, 1973).

Гипоксия-наиболее универсальное патологическое состояние, возникающее при нарушениях периферического или мозгового кровообращения. Поэтому данные о влиянии производных ?-аланина на кислородный обмен и о воздействии на ЦНС представляют особый интерес. По данным Трофимова и соавторами (1995), амид L-пироглутамил-D-аланина (1 мг/кг/день), вводимый подкожно с 8-го по 20-й день жизни, предотвращал двигательную гиперактивность в «открытом поле», нарушение памяти и обучаемости в альтернативном исследовательском тесте и в тестах активного и пассивного избегания и нормализовывал поведение в тесте экстраполяционного избавления у половозрелых самцов крыс, подвергшихся на 15-й день внутриутробного развития 2-часовой гипобарической гипоксии (разрежение воздуха соответствовало высоте 8500 м). Пренатальная гипобарическая гипоксия замедляла рост крыс, нарушала поведение, память, обучаемость у половозрелых животных, тогда как амид L-пироглутамил-D-аланина, который обладает ноотропной активностью и примененяется в раннем постнатальном периоде развития, предотвращал разные проявления этих нарушений (Трофимов, 1995).

Не обладая при этом антигистаминной активностью (не блокирует H1- гистаминовые рецепторы), ?-аланин препятствует резкому выбросу гистамина. Он оказывает прямое действие на кожную периферическую вазодилатацию, обусловливающую такие вегетативные реакции, как ощущение жара, головную боль. Применяется ?-аланин при вегетативных нарушениях в период менопаузы. Противопоказания - гиперчувствительность (аллергические реакции) (Государственный реестр…, 2009).

Хотя аланин является глюкогенной аминокислотой и уровни глюкозы плазмы повышаются во время выполнения физических упражнений, однако никаких данных о том, что добавочный аланин оказывает щадящее действие на мышцы, не имеется.

Пищевые добавки, содержащие ?-аланин

В сегодняшние дни существует новейшая и пользующаяся большим спросом добавка, которая носит название «Бета-аланина». Она природный и натуральный заменитель ?-аланина. Как известно, ?-аланин является незаменимой аминокислотой составляющей для течения ряда синтезирующих реакций с белками и ферментами, но и плюс ко всему, он так же активизирует продуцирование карнозина в организме.

Содержание и поддержание оптимального уровня последнего для гомеостаза прямо пропорционально зависит от концентраций доступного ?- аланина в организме. Ввиду всего вышесказанного, данная пищевая добавка и ее применение приводит к значительному росту содержания карнозина в мышцах тела. Этот процесс для сравнения, является абсолютным, по сути, аналогом употребления синтетических форм креатина, вызывающих рост концентраций креатинфосфата. Карнозин характерен двухпептидной структурой, которая подразумевает связку 2-х аминокислот: ?-аланин и гистидина.

В случаях, когда в организме природным путем возрастает уровень ?- аланина это значит, что карнозин, имеющийся в теле находится в процессе активного распада. Преимущественно, его отложения локализируются в мышечной ткани, и именно поэтому, такие пищевые продукты, как белое птичье мясо, различное красное мясо, а также рыба являются наилучшими источниками вышеупомянутых аминокислот. При этом стоит акцентировать особенность, что индивидуальный прием исключительно ?-аланина не способен повысить работоспособность мышц, для желаемого эффекта рациональнее использовать его комплекс, включающий карнозин (Mori, 2002).

Многие люди, перед употреблением той или иной добавки задаются вопросами, связанными с безопасностью данного препарата. Что же касается

«Бета-аланина», то ему присущи несколько ключевых аспектов, касательно влияния на организм и происходящих в нем процессов. Первый - механизм его воздействия основан на активации синтеза карнозина, который, в свою очередь, подразумевает выброс гистидинов. Внешним проявлением этого процесса может быть появление парестезии, иначе говоря «гусиной кожи». Этот же механизм активируется при активном течении аллергической реакции, но в случае данной пищевой добавки, явная внешняя симптоматика сходит на нет в течение четверти часа.

Данная проблематика, на фоне второго аспекта, является практически не существенной. Второй же нюанс заключается в том, что, как известно, аминокислота ?-аланин и таурин, имеющий аналогичною аминокислотную природу, разве что характеризующуюся второстепенностью, в организме транспортируются при помощи одних и тех же путей. А именно, их конкуренция направлена на специфические рецепторы, и чем сильнее раздражитель (аминокислота или же ее концентрация), тем больше «агрессор» будет транспортироваться, а проигравший, будет оставаться в местах своего синтеза.

Это большой недостаток, так как обе эти аминокислоты продуцируются и накапливаются в мозговых, сердечных и мышечно-скелетных тканях, а нарушение их транспорта вызывает застои и скачки концентраций, а также отсутствие усвоения и получения таурина (при использовании добавки) иными тканями тела. Но, во время практических исследований данной пищевой добавки, была выявлена особенность, что во время ее приема уровень содержания таурина в плазме крови значительно повышается, но почками и через мочу, из организма он не выводится.

Предполагается, так же, что для категории спортсменов, которая вместе с едой ежедневно получает большие объемы протеинов и использующих данную пищевую добавку, проблем с таурином возникать не должно, но для всех основных потребительских категорий, прием таурина в комплексе с «Бета- аланином» настоятельно рекомендуется (Bate-Smith, 1938).

Биологическая и фармакологическая роль пантотеновой кислоты.

Пантотеновая кислота [D(+)a,g-диокси-b, b-диметилбутирил-b-аланин] широко распространена в природе. В организме человека она входит в состав кофермента А, который играет важную роль в процессах ацетилирования, окисления; стимулирует образование кортикостероидов; участвует в углеводном и жировом обмене, в синтезе ацетилхолина. В значительных количествах пантотеновая кислота вырабатывается кишечной палочкой, поэтому у человека не наблюдается авитаминоза, связанного с отсутствием пантотеновой кислоты (Николаев, 1989). Кроме того, наиболее богатыми пищевыми источниками ее являются почки, печень, яичный желток, икра рыб, дрожжи, горох.

В 70-х гг. XX века наблюдался огромный интерес ученых к изучению пантотеновой кислоты. Итоги разносторонней и длительной исследовательской деятельности были подведены на Межреспубликанском симпозиуме по химии, биохимическим функциям и применению пантотеновой кислоты, состоявшемся в Гродно в 1977 г. (Мойсеенок, 1979). Так же уделялось большое внимание и производным пантотеновой кислоты, которые оказывают разнообразные свойства в зависимости от вводимого радикала (Кумерова, 1992). В частности, на реперфузии изолированного сердца-модели экспериментальной ишемии, показано, что некоторые производные пантотеновой кислоты, в том числе пантотенат кальция, в постишемическом периоде оказывали кардиопротекторное действие (Мойсеенок, 1979). Ноотропной активностью по данным ряда авторов обладает «Пантогам» (кальциевая соль гомопантотеновой кислоты, отличающейся от пантотеновой кислоты заменой ?-аланина на молекулу ГАМК).

Пантогам в лечении когнитивных расстройств у детей.

Когнитивные функции - это наиболее сложные функции головного мозга, которые необходимы для осуществления процесса рационального познания мира. К ним относятся восприятие информации, ее анализ, обработка, хранение и передача.

О когнитивных расстройствах говорят в тех случаях, когда отмечается ухудшение в одной или более из вышеуказанных сфер по сравнению с относительно индивидуальной нормой для данного пациента.

Проблема когнитивных расстройств у детей в настоящее время является очень актуальной и значимой. Часто встречаются когнитивные расстройства у детей вследствие перенесенных заболеваний с поражением нервной системы в перинатальном периоде, дегенеративных заболеваниях, дискинезиях головного мозга, врожденных обменных нарушениях с поражением нервной системы. Когнитивные расстройства наблюдаются не менее чем у 20% детей и подростков (Куташов, 2015).

Все большее значение в лечении когнитивных расстройств у детей, приобретают препараты, которые воздействуют на обмен центральных медиаторов, особенно влияющие на метаболизм тормозного нейромедиатора гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Один из таких препаратов «Пантогам».

В последние годы растет число количества детей, имеющих сложности в обучении. Когнитивные расстройства у детей вызывают обеспокоенность и со стороны родителей, преподавателей, врачей- психиатров. Действительно, так называемые высшие когнитивные функции: память, восприятие, внимание, аналитико - синтетические процессы, сенсомоторная деятельность- являются основой психосоциального развития ребенка, его адекватной адаптации к окружающим условиям и становления как полноценного члена общества. Вместе с тем психофизиологические особенности детей школьного возраста на фоне отягощённого перинатального анамнеза, резидуально-органических изменений ЦНС, астении в зимний и весенний периоды обучения и высоких психических нагрузок часто приводят к неусидчивости, нарушению восприятия предъявляемого материала, вегетативным расстройствам, что затрудняет усвоение школьной программы (Маслова, 2000)

«Пантогам»- это высокоэффективный отечественный препарат. Он появился более 30 лет назад и занял прочное место в отечественной психоневрологии. По химической структуре он близок к природным соединениям, представляет собой R (D) 4 - (2,4-дигидрокси-3,3-диме- тилбутирил-амино) бутират кальция и является высшим гомологом R (D) (+) пантотеновой кислоты, в которой ?-аланин замещён на гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК).

Пантотеновая (от греческого слова «пантотен» -- повсюду, везде) кислота, часто обозначаемая как витамин В5, широко распространена в природе. Её богатыми пищевыми источниками являются печень, почки, яичные желтки, икра рыб, горох, дрожжи. В организме пантотеновая кислота входит в состав кофермента А, который играет важную роль в процессах ацилирования и окисления, участвует в углеводном и жировом обмене и синтезе ацетилхолина.

В современных условиях стресс, гиподинамия, высокие интеллектуальные нагрузки, психоэмоциональное напряжение на фоне резидуально-органических изменений в центральной нервной системе приводят к быстрому утомлению, которое, по сути, являясь физиологическим, нередко вызывает истощение высшей нервной деятельности. Впервые в 60-х годах XX века новый класс лекарственных средств, применяющихся для улучшения деятельности головного мозга, назван ноотропными препаратами (Куташов, 2000).

Препарату «Пантогам» присущ спектр своеобразных медикаментозных и индивидуальных фармацевтических особенностей:

1) Данный препарат - это природный метаболит ГАМК нервных волокон, что и отличает его от иных существующих препаратных форм данного класса, оказывающих ноотропный эффект;

2) Особенностью данного лекарственного средства является наличие в его молекулярной структуре пентоильного радикала, благодаря чему, они способны преодолевать границу гематоэнцефалического барьера и влиять на активацию функций центральной нервной системы;

3) Введение его дозировки не проявляет метаболической активности и по истечению 2-ух суток природным путем выводится из тела в 95% концентрации от первоначальной дозы препарата;

4) Терапевтические и физиологические механизмы воздействия препарата базируются на комплексе, именуемом ГАМК-рецепторноканальный;

5) «Пантогам» стимулирует выработку ацетилхолинов;

6) Препарат нормализирует и балансирует метаболитические процессы ГАМК, при наличии широкого спектра разновидностей патогенной активности и заболеваемости, повышает проценты разложения глюкозы, оказывает положительное влияние на стимуляцию мозгового кровообращения, делает мозговые ткани и структуры более устойчивыми к негативным последствиям кислородной гипоксии и нейтрализует токсические вещества, а также активизирует механизмы, анаболической природы;

7) Это лекарство используется в случаях, когда пациент страдает от психических и неврологических расстройств различной тяжести, так же может применяться, как индивидуально, так и в симбиозе с другими ЛС, разрешен для назначения в детском возрасте;

8) В процессе воздействия на организм, этот препарат сочетает в себе легкий седативный, успокаивающий эффект и мягкий психостимулирующий, что оказывает стимулирующее действие на участки мозга отвечающие за когнитивные функции, особенно в детском возрасте. При этом стоит отметить, что другие ноотропные ЛС такими особенностями не обладают. «Пантогам» же понижает уровни тревожности и волнения, приводит в норму состояние сна, что дает возможность детскому организму, и его мозгу в частности получать комплексный и необходимый отдых;