6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / IZBRANNYE_TEKhNOLOGII_NE_MEDIKAMENTOZNOGO_VOZDEJSTVIYa_V_REABIL

Таким образом, микроциркуляторная (кровяная и лимфатическая) сосудистая сеть играет важную роль в формировании различных физиологических и патологических процессов, происходящих в макросистеме – человеческом организме. Это положение нашло подтверждение в наших исследованиях, основанных на прямом и косвенном определении состояния микроциркуляции в норме и патологии. С этой целью применялись различные способы визуализации состояния микроциркуляторной системы в условиях клиники (тепловидение, газоразрядная визуализация и др.).

Достижения различных наук в последние десятилетия не только объемны, но и не всегда легко воспринимаемы, особенно биологами и медиками, не знакомыми профессионально с математикой, физикой, химией, другими науками. Работа ученых на стыке нескольких специальностей становится востребованной. Новые подходы, новые направления требуют притока новых (молодых) исследователей.

3. Компьютерный анализ биологически активных веществ

Исследованы дипольные моменты биологически активных соединений, в том числе – группы стероидных соединений (производных циклопентанпергидрофенантрена), отличающихся многообразием геометрических и оптических изомеров и широким спектром биологической активности. При изучении 66 стероидных соединений, широко используемых в медицинской практике (Каррер П., 1960; Negwer M., 1978), обращено внимание на отрицательное значение дипольного момента по оси Y (μY). Исключение составили лишь продукты химической модификации и синтеза, содержащие в своем составе атомы азота, фтора, хлора, сложноэфирные группировки, α-окиси и три или четыре сопряженные связи. Это дало основание предположить, что активность природных стероидных гормонов связана с отрицательным значением μY их молекул. Отрицательные значения дипольного момента по оси Х (μX) давали основание полагать, что некоторые из них могут обладать канцерогенной или цитостатической активностью (Кудрин А.Н., 1977).

30

При изучении веществ основное внимание нами обращалось на дипольные моменты μХ, μY,ΣXY, визуализацию молекул в трехмерном пространстве, конфигурацию, проводилось построение модельных соединений, оптических и конформационных изомеров и сопоставление их дипольных моментов. Объектами исследований явились также β-бис-хлордиэтиламинопроизвод- ные эстрадиола с прогнозируемой противоопухолевой активностью в отношении гормонозависимых опухолей.

Построение трехмерных моделей молекул и расчет их характеристик в стационарном состоянии проводили на персональном компьютере IBM PC с процессором Pentium. Построение моделей молекул и их геометрическую оптимизацию осуществляли методом молекулярной механики ММ+. Расчет электронных свойств − энергии связей, дипольных моментов (в дебаях) проводили при помощи метода квантовой механики CNDO (Сomplete Neglect of Differential Overlap − метод полного исключения дифференциального перекрытия). В работе использовались программы, разработанные под руководством А.В. Юдаева (1995).

Простейший эстрон, составляющий скелет всех эстрогенов (Беликов В.Г., 1985), не содержит полярных заместителей, имеет ничтожный дипольный момент и не обладает ни эстрогенной, ни канцерогенной активностью. Введение в его молекулу гидроксильных групп повышает ее полярность и дипольные моменты.

Нахождение гидроксильной группы в положении С3 (II) (табл. 2), вызывает увеличение дипольного момента μХ до 1,5 и μY до –0,6. При наличии ее в положении С11 (III) возникают отрицательные значения μХ= -1,4 и μY= -1,2, а нахождение ее при

С17 способствует еще большему росту μХ и снижению μY. На дипольный момент влияют гидроксильные группы, находящиеся не только при С3 и С17, но и в других положениях. При одновременном присутствии в молекуле двух гидроксильных групп дипольный момент изменяется в зависимости от их комбинации.

Из этих данных, наиболее высокие отрицательные значения μY проявляются при сочетаниях гидроксильных групп в С3-С4 (V) -

1,9; С1-С3 (VII) -1,8; С3- С11 (VIII) -1,6; С3- С17 (IX) -1,3 и С3- С8

(XVI) -1,7. Только при этих сочетаниях можно было бы ожидать, что вещества будут являться эстрогенами. Однако сочета-

31

ние С3- С17, характерное для природных соединений, не выделяется своими параметрами среди других. Можно предположить, что именно оно было отобрано природой в процессе эволюции применительно к рецепторам живых организмов и с учетом расстояния между гидроксильными группами.

Влияние двух гидроксильных групп на дипольные моменты можно проследить на примере 3-гидроксиэстрона (II). Появление у него второго гидроксила при С11 (VIII) вызывает сдвиг значений дипольных моментов в сторону отрицательных значе-

ний μХ с 1,5 на 0,1, μY с -0,6 на -1,6, ΣXY с 0,4 на -1,5. При нали-

чии второго гидроксила при С17 (IX) наблюдался подобный, но

менее выраженный сдвиг -μХ, ΣXY. Последнее, вероятно, можно объяснить тем, что в случае С3-С17 гидроксильные группы более удалены друг от друга.

В случае 17-гидроксиэстрона (IV) появление второй гидроксильной группы при С11 (XIX) сопровождалось ростом -μХ и

снижением μY и ΣXY. Появление этой группы при С3 (VIII) сопровождалось снижением отрицательных значений всех трех

параметров -μХ, μY и ΣXY. Наиболее перспективными в ряду диолов эстрона в качестве потенциального цитостатика является

11,17 дигидроксиэстрон XIX (μХ-3,2), а эстрогена – 3,11 дигид-

роксиэстрон (μY-1,6) (VIII).

Дипольный момент природных эстрогенов определяется различием электронной плотности на атомах. На него можно влиять, блокируя полярные группы. Мы рассмотрели традиционные изомеры монозамещенного эстрадиола, содержащего бис-β-хлорди- этиламинную группу (Cl CH2 CH2)2N, условно обозначенную символом ОCyt в положениях С3,С11 и С17. При этом выяснилось (табл. 2), что наибольшее отрицательное значение (ΣXY= -8,00) имеет 3(ОCyt), 11β, 17β − дигидрокси-эстриол (XX), ему уступает

3,11β-дигидрокси-17β (ОCyt) − эстриол (XXI) (ΣXY= -2,7) и на по-

следнем месте находится 3,17β-дигидрокси-11β (ОCyt) − эстриол (ХXII) (ΣXY= -1,7). Отсюда вытекает, что наиболее перспективными в качестве эстрогенов и цитостатиков являются 3-OСyt-производ- ные.

32

Таблица 2

Дипольные моменты гидроксиэстронов

Примечание: OCyt = (Cl - CH2 - CH2)2 - N - O

С целью выявления путей повышения значения дипольных моментов μX и μY и связанной с этим перспективой получения высокоэффективных эстрогенов и цитостатиков, мы рассмотрели производные эстрона, содержащие электронодонорные и электроноакцепторные заместители – диметиламиногруппы, фтор, перхлорат и др. При этом выяснилось, что присутствие атома фтора в положении С3 (XXVII) повышает значения дипольных моментов μХ до -1,6 и μY до -2,7, тогда как наличие его при С17 (XXVIII) на дипольные моменты существенно не влияет. Аналогичная картина проявляется и в случае эстриола, где введение его в положение С3 (ХХ) обуславливает значения μХ= -

4,0 и μY= -4,0, в положении С11 (ХХII) – μХ= -0,4, μY= -1,3, а в положении С17 (ХХI) μХ= -1,9, μY= -0,7 (Никонов Г.К., Юдаев

А.В., Хадарцев А.А., Пятницкий Я.С., 1999). Диметиламиногруппа в положениях С3 (XXX) и С17 (XXIX)

не вызывает существенных изменений диполя, значение μХ при-

нимает небольшую положительную, а μY – небольшую отрицательную величину. При одновременном присутствии фтора при

С3 и диметиламинной группы при С17 (XXXI), в сравнении с 17β- эстрадиолом (IX), наблюдается повышение отрицательных значе-

ний μХ и μY, и они находятся на более высоком уровне, чем в присутствии диметиламинного заместителя. При нахождении атома фтора при С17 и диметиламинной группы при С3 (XXXII)

происходит смена отрицательных значений μХ и μY на положительные.

34

Присутствие остатка перхлорной кислоты при С3 (XXXIII) вызывает рекордно высокое отрицательное значение μY= -11,2

при сравнительно невысоком положительном значении μХ. При положении этой группы С17 (XXXIV) дипольные моменты по всем осям значительно возрастают, но приобретают положительные значения. Приведенные данные показывают исключительно высокое влияние электроноакцепторных заместителей

при С3 на значение μY и, вероятно, на эстрогенные свойства веществ с такими структурами.

Как правило, оптические изомеры соединений обладают различной биологической активностью. Эстрогены не являют-

ся здесь исключением. Для 17-β-эстрадиола (III) μХ и μY составляют -0,2 и -1,3 соответственно, тогда как для α-эстра-диола (V)

соответственно +2,0 и -1,5. Известно, что 17-β-эс-традиол является самым активным природным эстрогеном и должен бы иметь

более высокое отрицательное значение μY. Это расхождение, с нашей точки зрения, объясняется тем, что биологическая активность должна выражаться не абсолютным значением величины

μY, а алгебраической суммой μX и μY (ΣXY = μX + μY). При этом отрицательное значение μX соответствует противоопухолевой, а

μY – эстрогенной активности, которые антагонистичны (Машковский Н.Д., 1987); одно и то же вещество может быть носителем

как тех, так и других свойств. Исходя из этого 17-β-эстрадиол имеет ΣXY =1,5, а его α-изомер, который почти не активен – +0,5.

Абсолютное значение величины ΣXY не всегда соответствует степени биологической активности, поскольку в живом организме действие препарата может обуславливаться не исходным соединением, а его метаболитами, липотропностью, присутствием антиэстрогенов. Последние могут связываться, как конкуренты, с рецепторами в гипоталамусе и яичниках более прочно и при малых концентрациях проявлять эстрогенные, а при высоких – антиэстрогенные свойства. Следует также учитывать и пути введе-

ния вещества. Различные значения μХ, μY, μZ, ΣXY наблюдаются также у 11α (LV)- и 11β (LVI)-эстрадиолов.

Мы исследовали производные 17α- и 17β-эстрадиолов, содержащих в положении С3 вышеназванную цитостатическую группу, и в положениях С11 и С17 – ацильные остатки, карбонильную и этиминовую группы. В подавляющем большинстве случа-

35

ев производные α- и β-изомеров сохраняют одинаковые значения дипольных моментов и энергии связи (табл. 3 XXXVI-LIV). Небольшие расхождения параметров следует скорее отнести за счет несовершенства программы, а не какой-либо закономерности.

Наиболее перспективными, как потенциальные эстрогены,

следует назвать вещества 715 (XXXIX, XL), 725 (XLIII, XLIV),

мастард (XLVII, XLVIII – в конформации ванны), 731 (LI), а

также модельные соединения XX, XXIII, XXVI, XXVII, XXXI, XXXIII. К заслуживающим внимания как потенциальные цито-

статики, следует отнести 715 (XXXIX, XL), 725 (XLIII, XLIV),

мастард (XLVII, XLVIII – в конформации кресла) и модельные соединения XIX, ХХ, XXI.

Следует отметить обнаруженную нами у производных эстрадиола конверсию кресловидной конформации кольца С в конформацию ванны. Это наглядно проявляется при визуализации некоторых молекул на компьютере. Такое явление в ряду стероидов ранее не отмечалось и заслуживает особого внимания, поскольку связано с изменением дипольного момента, а следовательно, и с биологической активностью. Наиболее она выражена у производных эстрона (Каррер П., 1960), содержащих карбонильную группу в положении 17 (Р0-728 (XLIX), 729 (L), 731 (LI), 732 (LII)).

Построить молекулу для них с кресловидной конформацией не представилось возможным. Без химических исследований и экспериментальной проверки невозможно определить, соответствуют ли эти конформеры реальности или являются следствием недостатка компьютерной программы. Поскольку конформеры различаются между собой по дипольным моментам, мы провели построение всех исследуемых нами веществ и расчет дипольных моментов обоих конформеров, результаты которых приводимв табл. 3.

Как видно из приведенных данных, конформеры большинства эстрадиолов имеют положительные значения μХ и μY, а

нередко и μZ. Это указывает, что вещества с конформацией ванны, за немногими исключениями (например, мастард, производные эстрона), не представляют особой ценности как цитостатики и малоперспективны как эстрогены. Энергии их связи на 3,5– 5,5 ккал/моль выше, что соответствует теоретическим данным (Каррер П., 1960) и указывает на достаточную их стабильность и возможность выделения в индивидуальном состоянии.

36

Таблица 3

Дипольные моменты производных и изомеров эстрадиолов (в дебаях)

Таким образом, в ходе изучения эстрогенов (34 модельных соединений, 18 синтетических веществ и 20 конформеров по кольцу С) выявлены структурные фрагменты, определяющие параметры дипольных моментов молекул, характеризующие их как потенциальные эстрогены и цитостатики. Проведенные исследования демонстрируют возможности компьютерного анали-

39