Специфический и обратимый блокатор натриевых каналов возбудимой мембраны нервных волокон

Предложено использование углекислого газа (CO₂) в экспериментальной нейрофизиологии в качестве обратимого, избирательно действующего (т.е. специфического) блокатора натриевых каналов возбудимой мембраны нервных волокон. Газовая смесь с 25% или 50% содержанием CO₂ снижала амплитуду потенциала действия вплоть до полного его устранения. Эффект не менялся при де- и гиперполяризации мембраны постоянным током. Изобретение может быть использовано в экспериментальной нейрофизиологии при изучении ионно-мембранных механизмов генерации и распространения возбуждения (потенциала действия) и может быть положено в основу инновационного подхода при создании нового класса быстро и обратимо действующих анестетиков, а также разработке некоторых других лекарственных форм локального действия.

 

Изобретение относится к области биологии и может быть использовано в экспериментальной нейрофизиологии и биомембранологии при изучении ионно-мембранных механизмов генерации возбуждения (потенциала действия) и может быть положено в основу инновационного подхода при создании нового класса быстро и обратимо действующих анестетиков, а также разработке некоторых других лекарственных форм локального действия.

Известно множество веществ, в частности анестетиков, которые воздействуют на натриевые и калиевые каналы, вызывая значительное снижение максимальной величины и изменение кинетики ионных токов, переносимых через эти каналы (См. Hille В. Pharmacological modifications of the sodium channels of frog nerve J. Gen. Pysiology, v.51, 199-219; Можаева, Наумов. Влияние поверхностного заряда мембраны на стационарную калиевую проводимость мембраны перехвата Ранвье. Изменение рН внешнего раствора. 1972, Биофизика, 17, с.412-442; Б.И.Ходоров «Физиология возбудимых мембран». Серия «Руководство по физиологии», М.: Наука, 1975, с.176, 330-338).

В настоящее время в качестве избирательно действующего блокатора натриевых каналов применяется тетродотоксин - сильнейший паралитический яд. Он был обнаружен в яичниках некоторых глубоководных видов рыба-шар и яйцах калифорнийских саламандр. Тетродотоксин находит широкое применение в экспериментальной нейрофизиологии для избирательного блокирования натриевых каналов возбудимых мембран, а следовательно, и натриевого тока, обусловливающего генерацию возбуждения (См. Б.И.Ходоров «Физиология возбудимых мембран». Серии «Руководство по физиологии», М.: Наука, 1975, с.18, 64).

Известны еще два токсина - сакситоксин и макулотоксин (Gage at all. An octopus toxin, maculotoxin, selectively block sodium current in squid axon, J. Physiology. (London), 259, 427-443, 1976; Sheumack D.D. at all, Science Maculotoxin: f neurotoxin from the venom glands of the octopus Hapalochlaena maculosa indeficed as tetrodotoxin, 1978, v.199, с.188-189, 199; Алмерс В. Мембраны: ионные каналы. М.: Мир, 1981, с.188), избирательно блокирующие натриевые каналы мембран. Однако в экспериментальной работе они используются крайне редко.

Недостатки тетродотоксина и других известных блокаторов натриевых каналов:

- дефицит и дороговизна;

- высокая токсичность (паралитические яды);

- адресная дозированная доставка их к органам и клеткам живого организма весьма проблематична, поэтому использование их в медицине до настоящего времени не нашло сколько-нибудь заметного применения;

- медленное или неполное отмывание блокатора (в эксперименте на изолированных одиночных миелинизированных нервных волокнах диффузия тетродотоксина из нервного волокна в омывающий физиологический раствор происходит медленно и отмывание практически не бывает полным);

- метаболизм их в организме животных и человека не изучен.

Технический результат - возможность использования углекислого газа (CO₂) в экспериментальной нейрофизиологии в качестве эффективного, легко доступного и дешевого избирательно действующего блокатора натриевых каналов возбудимой мембраны нервных волокон.

Технический результат достигается тем, что в качестве специфического и обратимого блокатора натриевых каналов возбудимой мембраны нервных волокон применяют углекислый газ (CO₂).

Изучение влияние углекислого газа (CO₂) на нервные волокна производилось неоднократно. Были выявлены выраженные эффекты СО₂ на следовые потенциалы (следовую деполяризацию и посттетаническую гиперполяризацию). Однако его способность полного и избирательного блокирования натриевых каналов возбудимой мембраны установлена впервые.

Углекислый газ (CO₂) легко доступен, его стоимость минимальна (намного порядков ниже, чем у тетродотоксина и сакситоксина). Технологии его получения, хранения, транспортировки и применения отработаны. Действие СО₂ в эксперименте на одиночных перехватах нервных волокон развивается быстро (в течение 1-2 мин) и столь же быстро (в течение 1-3 мин) устраняется при прекращении его подачи в камеру с препаратом.

Применение CO₂ в качестве специфического и обратимого блокатора натриевых каналов обогащает экспериментальную нейрофизиологию новым легко доступным средством управляемого воздействия на натриевые каналы. Это освобождает от необходимости приобретения очень дефицитных, дорогих и токсичных препаратов тетродотоксина и сакситоксина. Кроме того, использование СО₂ резко облегчает проведение экспериментальных работ по избирательному блокированию натриевых каналов, поскольку эффект CO₂ развивается очень быстро и столь же быстро полностью устраняется после прекращения подачи к препарату СО₂. Это позволяет в одном и том же опыте производить произвольное количество повторных воздействий СО₂ на один и тот же препарат и через несколько минут с достаточной уверенностью использовать препарат для проведения на нем других серий опытов.

Все многочисленные анестетики тоже в той или иной мере снижают проводимость натриевых каналов нервных волокон. Однако эффект их значительно слабее, чем CO₂, и, самое главное, действие их не является специфичным, поскольку они изменяют не один, а многие параметры нервного волокна.

Пример. Изолированный из тела лягушки седалищный нерв выдерживали в течение 40-60 мин в растворе Рингера. Затем из него под бинокулярным микроскопом МБС-2 выделяли нервное волокно с одиночным перехватом Ранвье. Раздражение перехвата Ранвье производили стимулами надпороговой интенсивности длительностью 1 мс. Отведение потенциалов действия осуществляли от того же перехвата Ранвье в месте его стимуляции. После регистрации исходного потенциала действия одиночного перехвата Ранвье камеру с препаратом заполняли газовой смесью кислорода с 5, или 25, или 50% содержанием СО₂. В другой серии опытов для предотвращения сдвига рН омывающего раствора в него добавляли эквивалентное количество NaHCO₃. При 5% содержании CO₂ в газовой смеси потенциал действия оставался без видимых изменений, зато значительно возрастали следовые потенциалы (следовая деполяризация и посттетаническая гиперполяризация). Через 1-2 минуты после введения в камеру газовой смеси с 25 или 50% содержанием СО₂ происходило снижение амплитуды потенциала действия вплоть до полного его устранения. Этот эффект CO₂ связан с избирательным блокированием натриевых каналов и не зависит от мембранного потенциала, поскольку не изменялся при де- и гиперполяризации мембраны перехвата Ранвье постоянным током. Калиевый ток перехвата Ранвье и связанные с ним феномены (следовая и посттетаническая гиперполяризация) при этом сохранялись. Блокирующий эффект СО₂ в течение 1-3 мин устранялся после прекращения подачи в камеру с препаратом СО₂. За это время генерация возбуждения восстанавливалась полностью - потенциал действия достигал исходной величины.

Таким образом, СО₂ в высоких концентрациях является избирательным и обратимым блокатором натриевых каналов. Время развития полного блокирования натриевых каналов под влиянием СО₂ составляет 1-2 мин. Устранения блока натриевых каналов при замене газовой смеси с повышенным содержанием СО₂ на обычный воздух происходит в течение 1-3 мин.

Совершенно очевидно, что установление избирательного блокирующего эффекта СО₂ на натриевые каналы открывает перспективу инновационного подхода по созданию нового класса эффективных анестетиков локального действия.

Применение углекислого газа (СО₂) в качестве специфического и обратимого блокатора натриевых каналов возбудимой мембраны нервных волокон.