Со времени открытия бензилпенициллина А. Флемингом антибиотики являются одним из наиболее эффективных средств борьбы с жизненно опасными инфекционными заболеваниями. Однако, весьма часто встречается ситуация, в которой патологический орган-мишень является труднодоступным для попадания в него молекул антибиотика и/или имеет развитые защитные биологические барьеры, эффективно препятствующие этому попаданию. В качестве примеров таких органов можно назвать глаза, предстательную железу, пародонтальные ткани, плаценту и т.д. Поэтому имеются трудности для получения необходимой локальной концентрации антибиотика в патологическом очаге, и при инъекциях или пероральном приеме часто в нужное место попадает не более общей дозы. Лечащему врачу приходится увеличивать прием антибиотиков, что может привести к различным побочным эффектам и осложнениям антибиотиковой химиотерапии.

Вопросами транспорта лекарств в организме занимается сравнительно молодая и бурно развивающаяся отрасль медицины - фармакокинетика, ко­торая использует формальные аналогии таких процессов как всасывание лекарств; их распределение по тканям и органам, метаболизм, экскреция с тем или иным разделом химической кинетики.

Вместе с тем, на наш взгляд, традиционный фармакокинетический подход не учитывает некоторых важных электрохимических особенностей, присущих как лекарствам-антибиотикам, так и тканям организма, в которые они вводятся. Действительно, почти все широко распространенные в химиотерапии антибиотики либо присутствуют в форме солей, либо являются диссоциирующими в плазме крови на гидратированные протоны и сложные органические анионы.

Поэтому представляется достаточно очевидной необходимость учета взаимодействия анионов антибиотиков с распределенным зарядом тканей организма при описании химиотерапевтического транспорта. Фармакокинетика не рассматривает также и влияние различных физических полей на транспорт лекарств, которое широко известно из практики физиотерапии с применением электрических, магнитных, радиочастотных, СВЧ и лазерных электромагнитных полей, ультразвука и т.п. Все эти малоамплитудные полевые воздействия на организм обладают форетическими эффектами по отношению к лекарственным препаратам, наиболее широко известным из которых является электрофорез.

Все вышеизложенное позволяет отнести тему нашей работы по исследованию механизма проницаемости плацентарных мембран по анионам антибиотиков в малоамплитудных физических полях к новому актуальному научному направлению – электрохимической кинетике.

Цель работы

На основании теоретических и экспериментальных исследований определить особенности электрохимического механизма и кинетики переноса анионов антибиотиков (бензилпенициллина, оксациллина, левомицетина) в физиологическом растворе через препарированные плацентарные мембраны ускоряющем влиянии электрического, магнитного, радиочастотного, СВЧ, лазерного, злектромагнитных полей и ультразвука. Рассмотреть возможность синергетических эффектов стимулирования переноса антибиотиков с определением оптимального числа смешанных малоамплитудных полевых воздействий как основы приборов физиотерапии нового поколения. Провести анализ клинической эффективности применения этих приборов в стомaтoлoгии.

Научная новизна

впервые фармакокинетические характеристики молекул лекарств-антибиотиков через ткани организма связаны как с их электролитической анионной диссоциацией, так и с наличием стохастических мембранно-связанных модифицированной с учетом этих электрохимических аспектов модели «рыхлого квазикристалла».

впервые сформулированы теоретические математические модели ускоряющего влияния малоамплитудных физических полей на электрохимическую кинетику переноса анионов антибиотиков в тканях организма («рыхлых квазикристаллов») по механизмам изменения симметрии распределения зарядов на границах биологических мембран с межклеточной жидкостью (электрические и магнитные поля), дополнительной внутритканевой генерации тепла (электромагнитные и ВЧ-ультразвуковые поля) и дополнительной механической стимуляции направленным потоком колебаний биосреды распространения (НЧ-ультразвуковые поля);

в экспериментах с препарированными плацентарными мембранами впервые была доказана адекватность вышеупомянутой модифицированной модели «рыхлого квазикристалла» как для собственного, так и для физически стимулированного плацентарного переноса анионов левомицетина, бензилпенициллина и оксациллина, начиная со времен, много меньших периодов полураспада этих антибиотиков по липидным «кинковым» каналам проводимости с коэффициентами диффузии 2,6-1(Г8-2,6-1(Г7 см2/с, с энергией активации 7,9-13,4 кДж/моль, удельной электропроводностью плацент 2,04-10»7 См/см при ускоряющем сдвиге их потенциалов асимметрии порядка нескольких десятков милливольт; при экспериментальных исследованиях влияния магнитных полей на электрохимическую кинетику переноса аниона левомицетина впервые были обнаружены артефакты в виде преобладания ускоряющего действия постоянного поля с «северной» ориентацией и магнитомеханических резонансов левомицетиновой проницаемости плацент при частотах вращения синусоидальных и пульсирующих полей 0,6 и 10 Гц;

на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований впервые была построена математическая модель смешанных синергетических полевых воздействий в малоамплитудном приближении, согласно которой результирующий коэффициент ускорения трансмембранного переноса ионов представляет собой произведение частных коэффициентов ускорения - «электрического», термического и механического;

расчеты по синергетической модели и экспериментальным коэффициентам ускорения плацентарного переноса анионов левомицетина, бензилпенициллина и оксациллина в индивидуальных физических полях впервые показали, что результирующий коэффициент ускорения нарастает с числом смешения полей по экспоненциальному закону. Суммарный фактор системных реакций организма (биопараметричность) увеличивается пропорционально числу смешения, а энергетическая сенситивность тканей (плацент) изменяется немонотонно, и ее максимум приходится на число смешения, равное двум;

с помощью комплексного индекса оптимизации (КИО) по трем вы­ходным параметрам - результирующему коэффициенту ускорения, суммарной биопараметричности и безразмерному коэффициенту сенситивности впервые были определены оптимальные числа смеше­ния полей от 2 до 4, обеспечивающие плато одинаковых максималь­ных значений КИО и оптимальность конструкции аппарата антибиотиковой физиотерапии на сочетанных полевых эффектах.

Практическая ценность

Результаты работы учитывались при конструировании физиотерапевтической аппаратуры типа «Атос», «Атос-А», «Атос-МнДЭП», «Интрамаг», «Интратерм», «Ласт-1», «Ласт-2» и т.д., выпускаемой ООО «ТРИМА» в г. Саратове, а также использовались практикующими соответствующие антибиотиковые физиотерапевтические процедуры врачами-урологами, стомато­логами, офтальмологами. Конкретные данные по стимулированной антибиотиковой проницаемости плацент представляют интерес для врачей-гинекологов.