Квантово-фармакологический прогноз биологических свойств мелатонина как обоснование рациональности его использования в спорте

Современные здоровьесберегающие технологии №03 2016 - Квантово-фармакологический прогноз биологических свойств мелатонина как обоснование рациональности его использования в спорте

Номера страниц в выпуске:24-33
Для цитированияСкрыть список
Л.М. Гунина 1, Т.Ю. Небесная 2, Р.В. Головащенко 3, В.К. Сладкевич 3, О.В. Азаров 3. Квантово-фармакологический прогноз биологических свойств мелатонина как обоснование рациональности его использования в спорте . Современные здоровьесберегающие технологии. 2016; 03: 24-33
Постановка проблемы. В связи с осознанием необходимости и важности изучения и внедрения в практику спортивной подготовки медико-биологических эргогенных средств не прекращаются поиски новых нетоксичных фармакологических субстанций. Для этого в спортивную науку необходимо внедрять достижения современной науки и научно-обоснованные методы доказательной медицины и фармакологии. Одной из самых современных технологий прогнозирования фармакологических свойств биологически активных веществ, предлагаемых для использования у спортсменов, является квантово-фармакологический анализ. Его использование не только дает достаточно точные результаты относительно биологической активности вещества, но и позволяет существенно экономить финансовые ресурсы и время на проведение экспериментальных исследований. Одной из таких субстанций является гормон эпифиза мелатонин, применяемый в спорте в течение последнего десятилетия, однако, его возможности с целью стимуляции эргогенных свойств организма и поддержания здоровья спортсмена, далеко не окончательно исследованы.
Анализ последних публикаций по исследуемой проблеме. Мелатонин был выделен и описан в 1958 году дерматологом А.Б. Лернером, который исследовал эпифизы крупного рогатого скота. Синтетический мелатонин впервые стал доступным в США только в 90-х годах минувшего столетия как пищевая добавка, то есть это вещество имеет короткую фармакологическую историю, и его биологические эффекты окончательно не раскрыты [3]. В практику спортивной подготовки мелатонин пришел еще на 10 лет позднее [2, 5, 8].
В организме человека в течение суток синтезируется 30 мкг мелатонина; при этом его концентрация в сыворотке крови ночью в 30 раз больше, чем днем, а самая высокая активность наблюдается в два часа ночи [5]. Источником мелатонина является триптофан, который участвует в синтезе серотонина, а серотонин под влиянием N-ацетилтрансферазы превращается в мелатонин [1]. Секреторные клетки эпифиза ‒ пинеалоцитов - ночью производят мелатонин, а днем – серотонин. Мелатонин также образуется в энтерохромафинных клетках желудочно-кишечного тракта, относящихся к диффузной нейроэндокринной системе, которая принимает участие в процессах адаптации и поддержки гомеостатического равновесия, в частности, при физических нагрузках [8].
В фармакологических программах поддержки тренировочного процесса спортсменов мелатонин периодически используется с целью адаптации при смене климато-часовых поясов [12], однако, его возможности как субстанции с многогранными биологическими свойствами и в этом аспекте далеко не исчерпаны. В современной фармакологии существенно расширить спектр поиска новых биологически активных субстанций, а также сэкономить время и ресурсы, позволяет использование компьютерных технологий, основанных на анализе структуры молекулы.
Цель – обоснование целесообразности использования мелатонина в спорте на основе результатов квантово-фармакологического прогнозирования видов активности данной субстанции. К задачам исследования было отнесено:
1. изучение информативности квантово-фармакологических технологий при a priori прогнозировании новых характеристик такой давно известной субстанции, как мелатонин, с целью расширения сферы его применения на этапах подготовки спортсменов и в спортивной медицине;
2. сопоставление полученных в ходе квантово-фармакологического анализа результатов относительно биологической активности мелатонина с данными современной научной литературы по изучаемому вопросу.
Методы и организация исследования. В исследовании использовали квантово-фармакологическое прогнозирование с помощью компьютерной программы PASS Inet (Prediction of Activity Spectra for Substances), которая прогнозирует 3500 видов биологической активности, включая фармакологические эффекты, мутагенность, канцерогенность, тератогенность и эмбриотоксичность [9]. Точность прогноза в 85 % достаточна для практического использования системы PASS с целью изучения возможного спектра биологической активности новых веществ. Результаты прогноза выводятся программой в виде списка названий возможных видов активности с рассчитанными оценками вероятности наличия (Ра) и отсутствии (Рi) каждого вида активности, имеющих значение от 0 до 1. Чем больше для конкретной активности величина Pa и чем меньше значение Pi, тем больше шанс подтвердить данную активность в эксперименте. Если при анализе прогнозируемого списка активностей для исследования выбираются те виды активности, для которых Pa> 90 %, то существует риск пропустить около 90 % действительно активных соединений, но вероятность ложноположительные прогнозов при этом очень низкая; для Pa> 80 % ‒ пропущено будет 80 % активных соединений, но и вероятность ложноположительные прогнозов повысится; для условия Pa> Pi вероятности ошибок первого и второго рода одинаковы. Поскольку в данной работе прогнозировали активность соединения с очень широким спектром фармакологической активности, учитывали также критерий новизны. Поэтому для более полного выявления видов активности, характерных для мелатонина устанавливали критерий Pa> 30% (0,3).
Результаты исследования и их обсуждение. Полученные результаты прогнозирования фармакологической активности мелатонина представлены в виде 44 возможных проявлений активности его молекулы со значением Pa> 0,3 (таблица 1). Следует отметить, что прогнозируемые виды активности мелатонина в основном совпадают с описанными в литературе [10, 11, 14]. По значению величины показателя Pa можно условно разделить полученные виды активности на 3 группы:
1) если Pa> 0,7, вещество очень вероятно проявляет такой вид активности в эксперименте, но почти наверняка является аналогом хорошо известных фармацевтических препаратов;
2016-08-31_17-25_PDF.jpg

2) если Pa в диапазоне от 0,5 до 0,7, то вещество с меньшей вероятностью проявляет эту активность в эксперименте, но может не иметь аналогов среди известных фармацевтических препаратов;
3) если Pa <0,5, вероятность проявления активности в эксперименте низкая, но вещество может быть оригинальной химическим соединением.
Современными показаниями к применению мелатонина в спорте высших достижений является профилактика и лечение нарушений циркадного ритма при смене часовых поясов, лечение расстройств сна, повышение умственной и физической работоспособности, уменьшение выраженности стрессовых и депрессивных состояний [5].
Согласно полученным при квантово-фармакологическом анализе результатам, спектр показаний для применения мелатонина может быть расширен при проведении дополнительной экспериментальной оценке его эффективности при комбинированном лечении сердечно-сосудистых заболеваний (антиангинальный, кардиопротекторный и вазодилататорный эффекты, ингибитор циклооксигеназы-1) и профилактике дисфункции миокарда (гипертрофическая кардиомиопатия как одно из проявлений "спортивного сердца"), патологии нервной системы (противопаркинсонический, ноотропный, нейровазодилататорный, нейропротекторный эффекты), патологических состояний, ассоциированных с воспалительными процессами (ненаркотический анальгетик, антагонист фактора некроза опухолей-α), нарушений обмена веществ (анорексигенный, предупреждение увеличения массы жировой ткани, стимулятор синтеза инсулина, участвующего в процессах образования энергетических субстратов).
Долгое время мелатонину не уделяли должного внимания, что связано с различиями его концентрации в крови и спинномозговой жидкости. Представление о физиологических концентрациях мелатонина было основано на его содержании в крови, которое даже в ночное время не выходит из наномолярных диапазонов, в то время как концентрации мелатонина в спинномозговой жидкости и митохондриях приближаются к фармакологическим [7].
Мелатонин имеет чрезвычайно широкий спектр проявлений фармакологической активности, полезных для обеспечения нормального функционирования организма спортсмена. Прежде всего, мелатонин ‒ основной компонент пейсмейкерных систем организма и обязательный компонент формирования циркадных ритмов. Он изменяет уровень секреции других гормонов и биологически активных веществ, концентрация которых зависит от времени суток. Под влиянием мелатонина повышается содержание тормозного медиатора γ-аминомасляной кислоты в центральной нервной системе и серотонина в среднем мозге и гипоталамусе. Благодаря этому мелатонин восстанавливает ритм сна, облегчает засыпание, восстанавливает естественный циркадный цикл, устраняет дневную сонливость. Нарушение же ритма секреции мелатонина происходит при перелете через часовые пояса, вызывая развитие десинхроноза [1] и дезадаптации спортсменов [5, 12].
Очень важным для формирования адекватного психологического состояния как одного из важнейших компонентов высокого спортивного результата является выраженность стресса. Антистрессорный эффект мелатонина реализуется через улучшение настроения и психического состояния. В случае длительной стрессовой ситуации происходит первичный спад эпифизарной активности в резистентной фазе стресса с последующим резким ее подъемом. В экспериментах на животных было показано, что мелатонин способен менять отрицательное эмоциональное состояние, уменьшать тревожность, которая провоцируется различными стрессорами. Гормон стабилизирует деятельность различных эндокринных систем, дезорганизованных стрессом, в том числе ликвидируя избыточный стрессовый адреналовый гиперкортицизм [13, 14]. Мелатонин также является иммуномодулятором, поскольку участвует в регуляции функции тимуса и щитовидной железы, повышая активность Т-лимфоцитов и фагоцитов [13], что является чрезвычайно важным для спортсменов, у которых часты вторичные иммунодефициты [2], которые не только снижают резистентность к вирусным и бактериальным инфекциям, но и приводят к возникновению дезадаптационного синдрома [5].
Еще один чрезвычайно полезный для интенсивных физических нагрузок эффект мелатонина ‒ актопротекторный (актопротекторы ‒ это стимуляторы физической работоспособности, препятствующие развитию утомления без увеличения потребления кислорода) [5]. Актопротекторы предупреждают появление негативных последствий гипоксии, возникающей при интенсивных физических нагрузках, а также при недостаточном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе (тренировки в среднегорье) и адаптации к новым условиям внешней среды (в том числе, в ходе климато-часовой адаптации) [3]. Мелатонин снижает выраженность проявлений оксидативного стресса после тренировочных занятий и в ходе соревнований, улучшает сон и ускоряет восстановление, что имеет важное значение в силовых видах спорта [8].
Мелатонин ‒ самый сильный из известных эндогенных поглотителей свободных радикалов. Он замедляет процессы апоптоза путем протекции ДНК и дезактивации радикалов, а также увеличивает продолжительность жизни [11]. Мелатонин как антиоксидант эффективен в отношении обезвреживания активных форм кислорода. Гормон повышает эффективность переноса электронов через митохондриальную дыхательную цепь, тем самым снижая отток электронов и свободных радикалов. Мелатонин также стимулирует активность ферментов, участвующих в антиоксидантной защите, способствует синтезу глутатиона, ингибирует синтазу оксида азота, снижая продукцию радикалов пероксинитрита. Кроме косвенного антиоксидантного действия мелатонин непосредственно нейтрализует свободные радикалы, а также образует активные нетоксичные метаболиты (цикло-гидроксимелатонин, N1-ацетил-N2-формил-5-метоксикинурамин, N1-ацетил-5-метоксикинурамин). Некоторые из механизмов действия мелатонина, например, стимуляция активности ферментов антиоксидантной защиты, являются опосредованными через рецепторы, другие же не связаны с воздействием на рецепторы [9]. Антиоксидантные свойства мелатонина делают его эффективным компонентом программы предотвращения гибели клеток в результате некроза или апоптоза под влиянием различных ксенобиотиков [6, 7].
Мелатонин обладает выраженным нейропротекторным действием, которое также реализуется через его антиоксидантные способности. Количество свободных радикалов, которые образуются в центральной нервной системе, выше, чем в других органах, что связано с повышенным потреблением кислорода клетками головного мозга, а также относительным локальным дефицитом ферментов антирадикальной защиты [1, 12]. Проблема усугубляется ограниченной способностью нервных клеток к митоза. Мелатонин не только защищает нейроны от гибели во время оксидативного стресса, но и способствует замене клеток путем стимуляции предшественников клеточной пролиферации нейронов [7]. Эти качества крайне необходимы для спортсменов, специфика тренировочного и соревновательного процесса которых связана с широким спектром проявления ментальных способностей (игровые и сложно-координационные виды, единоборства) [5].
Выводы. Таким образом, широкий спектр фармакологической активности и низкая токсичность позволяют внедрять мелатонин в спортивно-медицинскую и спортивно-фармакологическую практику в виде препаратов и биологически активных добавок. Компьютерное прогнозирование спектра фармакологической активности мелатонина на основе структурной формулы его молекулы свидетельствует, что перспективными направлениями таких исследований является изучение антиоксидантных, нейропротекторных, противовоспалительных свойств и возможности применения мелатонина в спорте как средства профилактики и коррекции перенапряжения сердечно-сосудистой, центральной нервной и иммунной систем. Это открывает путь не только к формированию качеств, связанных со спортивным результатом, но и улучшением качества жизни спортсменов.

QUANTUM-PHARMACOLOGICAL FORECAST BIOLOGICAL PROPERTIES OF MELATONIN AS THE VALIDITY OF ITS RATIONAL USE IN SPORTS
L. M. Gunina1, T. Y. Nebesnaya 2, R. V. Golovaschenko3, V. K. Sladkevich3, O. V. Azarov3
1National university of physical education and sport of Ukraine
2A.A. Bogomolets national medical university
3National university of the state fiscal service of Ukraine

Abstract. On the basis of the results of quantum-pharmacological prediction using the program Pass Inet and scientific literature analysis proved the usefulness of melatonin in the sport in article was described. On the results of the prediction activity of the compound on the basis of structural formula using the computer program PASS Inet as well as an analysis described in the literature species pharmacological activity of melatonin biochemical mechanisms justifying usefulness of melatonin in the sphere of sports is showed. A further areas of experimental and clinical studies of pharmacological activity of melatonin are determined. The wide range of pharmacological activity and low toxicity make it possible to introduce melatonin in sports-medical and pharmacological practice of sports in the form of medicines and dietary supplements antioxidant, neuro- and cardioprotective, antiinflammatory and immunomodulatory orientation.
Keywords: melatonin, sports training, sports medicine, pharmacology, the quantum-pharmacological analysis.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Гунина Лариса Михайловна – доктор биологических наук, старший научный сотрудник; заведующая лабораторией стимуляции работоспособности и адаптационных реакций в спорте высших достижений Научно-исследовательского института Национального университета физического воспитания и спорта Украины, г. Киев, Украина. E-mail: gunina-sport@yandex.ru
Gunina Larisa Mykhaylovna – doctor in biological sciences, senior researcher; head of the laboratory of capacity's stimulation and adaptive reactions in sport of the highest achievements of the Research institute of National university of physical education and sports of Ukraine, Kiev, Ukraine. E-mail: gunina-sport@yandex.ru

Небесная Татьяна Юрьевна ‒ кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры фармакологии и клинической фармакологии Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина. E-mail: nebesnat@gmail.com
Nebesnaya Tatiana Yuryevna ‒ candidate in pharmaceutical sciences, associate professor, department of pharmacology and clinical pharmacology of A.A. Bogomolets National medical university, Kiev, Ukraine. E-mail: nebesnat@gmail.com

Головащенко Роман Владимирович – кандидат наук по физическому воспитанию и спорту, доцент кафедры физического воспитания и спорта Научно-учебного института специальной физической и боевой подготовки и реабилитации Национального университета государственной фискальной службы Украины, г. Ирпень Киевской области, Украина. E-mail: romchik.atlet@mail.ru
Golovaschenko Roman Vladimirovich – candidate in physical education and sport, associate professor of department of physical education and sport of research and training institute of the special physical and combat training and rehabilitation of National university of the state fiscal service of Ukraine, Irpen', Kiеv region, Ukraine. E-mail: romchik.atlet@mail.ru

Сладкевич Виктор Константинович ‒ старший преподаватель кафедры физического воспитания и спорта Научно-учебного института специальной физической и боевой подготовки и реабилитации Национального университета государственной фискальной службы Украины, г. Ирпень Киевской области, Украина. E-mail: gunina-sport@yandex.ru
Sladkevich Viktor Konstantinovich ‒ senior lecturer, of department of physical education and sport of research and training institute of the special physical and combat training and rehabilitation of National university of the state fiscal service of Ukraine, Irpen', Kiеv region, Ukraine. E-mail: gunina-sport@yandex.ru

Азаров Олег Викторович ‒ преподаватель кафедры физического воспитания и спорта Научно-учебного института специальной физической и боевой подготовки и реабилитации Национального университета государственной фискальной службы Украины, г. Ирпень Киевской области, Украина. E-mail: gunina-sport@yandex.ru
Azarov Oleg Vіktorovich ‒ lecturer, of department of physical education and sport of research and training institute of the special physical and combat training and rehabilitation of National university of the state fiscal service of Ukraine, Irpen', Kiеv region, Ukraine. E-mail: gunina-sport@yandex.ru
Список исп. литературыСкрыть список
1. Бакишев В.И. Мелатонин – место в системе нейрогуморальной регуляции у челове-
ка / В.И. Бакишев, Н.М. Коломоец // Клиническая медицина. ‒ 2011. ‒ Т. 89, № 2. ‒ С. 8–13.
2. Гаврилова Е.А. Стрессорный иммунодефицит у спортсменов / Е.А. Гаврилова. ‒ М.:
Сов. спорт, 2009. ‒ 192 с.
31
3. Машковский М.Д. Лекарственные средства / М.Д. Машковский. ‒ М.: Новая волна;
2006. ‒ 1200 с.
4. Попович И.Г. 50 лет мелатонину: итоги и перспективы исследований
/ И.Г. Попович // Успехи геронтологии. ‒ 2008. ‒ Т. 21, № 2. ‒ С. 342–344.
5. Фармакология спорта; коллектив авторов / С.А. Олейник, Л.М. Гунина (ред.). ‒ К.:
Олимп. лит-ра, 2010. ‒ 640 с.
6. Bicer M. Interactive effects of melatonin, exercise and diabetes on liver glycogen levels
/ M. Bicer, M. Akil, M.C. Avunduk / Endokrynol. Pol. ‒ 2011. ‒ Vol. 62, N 3. ‒ P. 252–256.
7. Bonnefont-Rousselot D. Melatonin: action as antioxidant and potential applications in
human disease and aging / D. Bonnefont-Rousselot, F. Collin // Toxicology. ‒ 2010. ‒ Vol. 278, N
1. ‒ P. 55–67.
8. Dumont M. Melatonin production and light exposure of rotating night workers
/ M. Dumont, V. Lanctôt, R. Cadieux-Viau, J. Paquet // Chronobiol. Int. ‒ 2012. ‒ Vol. 29, N 2. ‒ P.
203‒210.
9. Karakaş A. The effects of the intraamygdalar melatonin injections on the anxiety like behavior
and the spatial memory performance in male Wistar rats / A. Karakaş, H. Coşkun, A. Kaya,
A. Kücük // Gündüz. Behav. Brain Res. ‒ 2011. ‒ Vol. 222, N 1. ‒ P. 141–150.
10. Lagunin A. Multi-targeted natural products evaluation based on biological activity prediction
with PASS / A. Lagunin, D. Filimonov, V. Poroikov // Curr. Pharm. Des. ‒ 2010. ‒ Vol. 16,
Vol. 15. ‒ P. 1703–1717.
11. Lee H. Effects of exercise with or without light exposure on sleep quality and hormone
reponses / H. Lee, S. Kim, D. Kim // J. Exerc. Nutrition Biochem. ‒ 2014. ‒ Vol. 18, N 3. ‒
P. 293‒299.
12. Ochoa J.J. Melatonin supplementation ameliorates oxidative stress and inflammatory
signaling induced by strenuous exercise in adult human males / J.J. Ochoa, J. Díaz-Castro,
N. Kajarabille, C. García, I.M. Guisado, C. De Teresa, R. Guisado // J. Pineal. Res. 2011. ‒ Vol. 51,
N 4. ‒ P. 373–380.
13. Reiter R.J. Neurotoxins: free radical mechanisms and melatonin protection / R.J. Reiter,
L.C. Manchester, D.X. Tan // Curr. Neuropharmacol. ‒ 2010. ‒ Vol. 8, N 3. ‒ P. 194–210.
14. Vigoré L. Psychoneuroendocrine modulation of regulatory T-lymphocyte system: in
vivo and in vitro effects of the pineal immunomodulating hormone melatonin / L. Vigoré,
G. Messina, F. Brivio, L. Fumagalli, F. Rovelli, G. Di Fede, P. Lissoni / In Vivo. ‒ 2010. ‒ Vol. 24,
N 5. ‒ P. 787–89.
В избранное 0
Количество просмотров: 202
Предыдущая статьяАлгоритм проведения физической реабилитации при нарушениях мозгового кровообращения в детском возрасте
Следующая статьяЭргогенный вклад регуляции антиоксидантных процессов в создание здоровьесберегающей технологии улучшения работоспособности тяжелоатлетов