Сверхмалые дозы - большая загадка природы (стр. 2 из 3)

Ферменты и дозы

Опыты, в которых исследовалось влияние СМД БАВ на активность ферментов, проводились как с изолированными ферментами, так и в клетках или организмах. На изолированный фермент (протеинкиназу-С), выделенный из сердца животных, действовали антиоксидантом токоферолом, в обычных дозах (10–4–10–5 М) подавляющим активность фермента.
Мы исследовали значительно более широкий диапазон концентраций (10–18–10–5 М). Оказалось, что токоферол подавляет активность фермента в интервалах 10–16–10–12 М и 10–4–10–5 М, а в промежутке почти не влияет на нее.
В другой серии экспериментов, выполненных сотрудниками Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, изучалось действие препарата изобруфена на активность фермента простагландинсинтазы. Обнаружилось, что в концентрациях 10–11–10–14 М он повышает активность фермента, а в концентрации 10–6 М заметно уменьшает ее. Правда, в СМД изобруфен действовал только на клетки и не оказывал никакого влияния на изолированный фермент. Максимальный эффект наблюдался при концентрации 10–12 М. Интересно, что в диапазоне 10–9–10–6 М, т. е. при переходе от стимуляции к подавлению, эффект пропадал — это была «мертвая зона».
Все эти результаты не объяснимы в классической биохимии. Похоже, для БАВ в дозах 10–11–10–18 М необходимо пересмотреть механизмы действия на ферменты, например, учитывая возможность изменения структуры воды.

Примеры зависимостей "доза - эффект" для разных объектов.

Возможные механизмы действия

Чтобы понять, как СМД БАВ влияют на биологические объекты, надо прежде всего выяснить, как их молекулы взаимодействуют с клетками-мишенями. При концентрациях 10–15 М и ниже неприменим закон действующих масс (основа химической кинетики) и теряет смысл само понятие «концентрация». Определяющими становятся флуктуации, особенно для биологических структур размером 102–103 А.
По мнению известного российского биофизика Л.А. Блюменфельда, механизм действия СМД на клеточном и субклеточном уровнях представляет собой параметрический резонанс, т. е. совпадение временных параметров запускаемых действующим веществом внутриклеточных процессов и характерного времени взаимодействия этого вещества с клеткой-мишенью. Сравниваются характерные времена подхода (путем диффузии) к поверхности клеточной мембраны (1), время протекания реакции на поверхности и в объеме мембраны (2) и время возникновения клеточной реакции (3) . При высоких концентрациях БАВ, когда время (1) мало, а сами взаимодействия происходят часто, клеточный фермент (рецептор) находится в состоянии, характеризуемом малой активностью. При очень малых концентрациях, когда время взаимодействия (2) весьма велико, почти весь фермент (рецептор) остается в исходном равновесном состоянии, в котором его активность также оказывается невысокой. И только для доз, при которых время взаимодействия БАВ со своей мишенью (2) и временные параметры запускаемых им внутриклеточных процессов (3) совпадают, можно ожидать повышения активности. Расчеты показывают, что ее пик приходится на дозы от 10–11до10–15 М.
Но имеют право на жизнь и другие объяснения парадоксов СМД. В частности, может рассматриваться «игра», в которой фермент (рецептор) может содержать несколько центров с разной активностью. При низких дозах БАВ его молекулы «предпочитают» более активный центр. С ростом дозы в «игру» вступает второй центр. Он взаимодействует с первым так, что все молекулы, связанные с первым центром, покидают его. Во всяком случае, подобным образом объясняют сложную реакцию обонятельного рецептора на изменение дозы субстрата.
Главное же в действии СМД — как влияют молекулы БАВ на мишени. Как взаимодействует БАВ с белком или липидом мембраны, если молекул БАВ в 106–109 раз меньше, чем молекул белка?
Есть две точки зрения. Согласно первой, сходство зависимостей «доза — эффект», изменение чувствительности биологических объектов к разным факторам (внутренним и внешним) свидетельствуют лишь о внешнем сходстве явлений. В каждом случае существует свой механизм. Сторонники другой (в том числе, автор), не отрицая специфики конкретных реакций, настаивают на общем характере отклика биологических объектов на СМД БАВ, на системном изменении метаболизма под их влиянием.
В первую очередь возникает желание объяснить наблюдаемые закономерности влиянием СМД на структурные характеристики воды. Выводы многочисленных (главным образом, теоретических) исследований роли структуры воды в ее биологической активности можно разделить на две группы. К первой относятся заключения о том, что долгоживущие структурные кластеры присутствуют в самой воде изначально или индуцируются вводимыми БАВ. По мнению других исследователей, СМД не порождают новые стабильные структуры в воде, а лишь влияют на ее взаимодействие с биополимерами (клеточными мембранами и др.), меняя, таким образом, их активность.

Внимание: структура воды!

В ряде работ выделены возможные типы иерархических структур связанной воды, совпадающих с морфологическими структурами, наиболее часто встречающимися в живой природе, и способствующих образованию пространственных структур в биологических объектах, подвергающихся воздействию СМД БАВ. При этом непосредственное взаимодействие лигандов с биологическими мишенями может смениться их взаимодействием по направленным водородным связям, напоминающим по форме спирали. Иными словами, СМД БАВ воздействуют на своеобразный каркас из спиралей связанной воды.
Интересные результаты получены при изучении люминесценции дистиллированной воды. Ее спектр возбуждения имеет максимумы при 280 и 310 нм, спектр излучения — при 360 и 410 нм. Интенсивность люминесценции зависит от времени хранения воды, а также от малых примесей, подчас обладающих собственной люминесценцией. Судя по спектрам люминесценции, структура воды только через несколько суток после приготовления растворов становится равновесной. Ее изменение в течение этого времени может быть монотонным или колебательным. Интенсивность люминесценции оказалась чувствительной к действию слабых электромагнитных полей. Реакция водных растворов на внешнее поле зависит от состояния раствора в момент включения поля и максимальна, когда система далека от равновесия.
По мнению автора, структура воды и водных растворов — основной объект воздействия СМД БАВ и слабых полей. В свою очередь, ее изменение меняет свойства биологических мембран, а стало быть, и активность клеток.
Некоторые исследователи вообще полагают, что вода — единая структура (наподобие кристалла), и при растворении любого вещества в ней возникают своеобразные «дефекты», которые долго сохраняются в растворах сколь угодно малой концентрации. Другие специалисты основным звеном механизма воздействия СМД считают гидратацию белков и изменение водно-белковых взаимодействий, меняющее структуру белков и их активность. По мнению третьих, при воздействии на биологические объекты в растворах БАВ или электромагнитными полями в воде возникают активные формы кислорода, и именно они оказывают такое влияние.
Итак, существует много моделей, пытающихся объяснить реакцию биологических объектов на СМД БАВ изменением структуры воды. Однако экспериментальных доказательств пока недостаточно (главное же в этих доказательствах — убедиться в том, что структурные кластеры в растворах сколь угодно малой концентрации могут сохраняться достаточно долго).
Сейчас наступило время активного изучения структуры воды и ее роли в объяснении эффектов СМД. Определенные надежды связаны с исследованием веществ, близких по структуре и одинаково активных в «нормальных» дозах (10–5–10–4 М), но ведущих себя по-разному в СМД. Квантово-химический анализ этих веществ позволяет обнаружить различие между ними, но имеет ли оно определяющее значение в эффектах СМД, можно ли его связать с особенностями влияния этих веществ на структуру воды — еще не ясно.

Применение эффекта малых доз

В специальной литературе уже появляются сообщения о лекарственных веществах в СМД, которые разрешены для медицинского применения (адгелон) или переданы на утверждение в Фармакологический комитет (феназепам в СМД).
О преимуществах таких лекарств кратко говорилось выше. Особенно нужны они онкологам. Не секрет, что основная проблема химиотерапии злокачественных новообразований — токсичность противоопухолевых препаратов. Поэтому подлинной революцией в химиотерапии стало бы создание средств, «избирательно» действующих на опухоль и не повреждающих другие органы и ткани.
Исследования показали, что цитостатики, в частности адриамицин в СМД (10–10–10–20 М), обладают противоопухолевой активностью, близкой к той, что характерна для этих препаратов в обычных терапевтических дозах (10–2–10–3 М). В перспективе — клинические испытания адриамицина в СМД при лечении рака. Есть также данные об антиметастатическом действии ряда лекарственных препаратов в СМД.
Таким образом, уже сегодня можно говорить о применении результатов этих исследований. Что же касается механизмов действия СМД, то над этой загадкой природы ученым еще предстоит поломать голову.