2.4.1. Оккупационные теории

Самая первая из предложенных теорий принадлежала Кларку (1926), который предположил, что выраженность наблюдаемого эффекта линейно связана с количеством рецепторов, оккупированных токсикантом ([RP]/[R]).

Как следует из уравнения (4)

[RA]/[R]_T = [A]/([A] + K_A) = E_A/E_M (6)

где Е_А - выраженность эффекта от действия агониста в примененной концентрации;

Е_М - максимально возможный эффект со стороны исследуемой биологической системы;

К_А - константа диссоциации комплекса «агонист-рецептор».

Согласно теории Кларка 50% выраженности эффект развивается при такой дозе агониста, при которой оккупировано 50% рецепторов ([А]₅₀). Эта доза вещества называется среднеэффективной (ЕД₅₀).

Аналогично, в соответствии с законом действия масс, с рецептором взаимодействует и антагонист, не вызывая при этом эффекта

К_В = [В][R]/[ВR] (8)

где К_В - константа диссоциации комплекса «рецептор-антагонист».

Если агонист и антагонист действуют на рецептор одновременно, то, естественно, количество рецепторов, способных связаться с агонистом понижается. Общее количество рецепторов в биообъекте может быть обозначено как

[R]_T = [R] + [RA] + [RB] (9)

В соответствии с рассматриваемой теорией токсикант может быть либо агонистом, либо антагонистом. Однако результаты многочисленных исследований указывают на то, что подобная классификация веществ оказывается недостаточной для описания наблюдаемых эффектов. Так установлено, что максимальный эффект, вызываемый различными агонистами, действующими на одну и туже рецепторную систему, не одинаков.

Для преодоления этого противоречия Стефенсоном (1956) были предложены три допущения:

- максимальный эффект может быть вызван агонистом даже в том случае, если оккупирована лишь незначительная часть рецепторов;

- развивающийся эффект не линейно связан с количеством оккупированных рецепторов;

- токсиканты обладают неодинаковой эффективностью (относительной возбуждающей активностью), т.е. способностью вызывать эффект, взаимодействуя с рецептором. Следовательно вещества с различной эффективностью для того, чтобы вызвать одинаковый по выраженности эффект, должны оккупировать различное количество рецепторов.

В соответствии с этими представлениями сила эффекта зависит не только от числа занятых рецепторов, но и от величины некоего стимула «S», формирующегося при образовании комплекса «токсикант-ркцептор»:

Е_А/Е_М = ¦(S) = ¦(e[RA]/[R]_T) = ¦(ey_A) (10)

где е - безразмерная величина, характеризующая эффективность агониста. По Стефенсону - это мера способности токсиканта вызывать эффект, при образовании комплекса с рецептором. Количественно Стефенсон определил е = 1, при условии, что максимальный эффект от действия вещества на биосистему составляет 50% от теоретически возможной ответной реакции этой биосистемы на возбуждающий стимул.

Фурхготт (1964) предположил, что значение «е» прямо зависит от общей концентрации рецепторов в биологической системе [R]_Т, и ввел дополнительное понятие «внутренняя эффективность» вещества (e), величина которой обратно пропорциональна концентрации рецепторов в системе

e = е/[R]_Т (11)

Как следует из уравнения (10)

Е_А/Е_М = ¦(e[R]_Ту_А) (12)

Подстановка выражения (6) в уравнение (12) приводит к

Е_А/Е_М = ¦(е[А]/([А] + К)) (13)

Если концентрация готовых к взаимодействию с агонистом рецепторов уменьшается в q раз (при необратимой блокаде рецепторов антагонистом), то реальная эффективность изучаемого вещества становится равной qе, тогда уравнение (13) принимает вид

Е_А^*/Е_М^* = ¦(qe[A^*]/([A^*] + K)) (14)

Данная закономерность графически представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Действие гистамина на препарат тонкой кишки морской свинки в условиях возрастающей блокады рецепторов дибенамином (ЕД₅₀ = 0,24мкМ; К_А = 10мкМ; е = 21) (R.F. Furchgott, 1966)

Еще одна концепция, позволяющая описать зависимость между действующей концентрацией вещества и выраженностью развивающегося эффекта, предложена Ариенсом (1954). Автор предлагает характеризовать исследуемое вещество величиной, обозначаемой как «внутренняя активность» (a^Е)

(a^Е) = Е_А.MAX/E_M (15)

Поскольку теоретически возможный максимальный эффект можно определить в эксперименте лишь при использовании сильного агониста, обычно значение a^Е для большинства веществ лежит в интервале 0< a^Е <1. Для полного агониста a^Е = 1, a^Е антагониста равна 0.

Таким образом, максимально возможный биологический эффект может развиться при оккупации токсикантом части рецепторов. В этом случае необратимое связывание некоторого количества рецепторов должно приводить лишь к смещению кривой «доза-эффект» вправо, без снижения величины максимального эффекта. Только при переходе определенной границы связывания рецепторов с антагонистом начинает снижаться и величина максимального эффекта.

Обычно в ходе исследований зависимости «доза-эффект» с позиций оккупационных теорий для характеристики токсикантов определяют следующие параметры:

1. К_А - константу ассоциации комплекса «агонист-рецептор» (рК_А = -lgК_А). Так как значение этой величины часто оценивают непрямым методом (т.е не по количеству образовавшегося комплекса токсикант-рецептор, а по величине развившегося эффекта при добавлении в среду определенного количества токсиканта) на основании концепции «стимулов», лучше говорить о «кажущейся» константе ассоциации.

2. ЕС₅₀ или ЕД₅₀ - такие концентрации или дозы токсиканта, при действии которых формируется ответная реакция биологического объекта равная по интенсивности 50% от максимально возможной (рД₂ = -lgЕД₅₀).

3. К_В - константу диссоциации комплекса «рецептор-антагонист». Сила действия конкурентного антагониста может быть выражена лишь с помощью одного параметра - сродства к рецептору. Этот параметр оценивается при обязательном внесении в инкубационную среду агониста.

2.4.2. Теория «скорости взаимодействия»

Для объяснения данных, выявляемых в процессе изучения зависимости «доза-эффект», которые не могут быть поняты с позиций оккупационной теории, Пэтоном (1961) была предложена теория «скорости взаимодействия».

Пэтон предположил, что постепенное развитие эффекта при действии агониста, существование зависимости между скоростью развития эффекта и силой действия токсиканта могут быть объяснены, если допустить, что выраженность ответной реакции биологической системы определяется не только числом оккупированных рецепторов, но и скоростью, с которой вещество вступает во взаимодействие с рецептором и затем отсоединяется от него. Автором было использовано такое сравнение: рецептор, это не клавиша органа, на которую чем дольше нажимаешь, тем дольше извлекаешь звук, но это клавиша фортепиано - здесь звук извлекается в момент удара, а затем, даже если долго держишь клавишу нажатой, звук все равно затухает.

В соответствии с теорией Пэтона сильные агонисты это вещества, быстро оккупирующие и быстро покидающие рецептор; антагонисты - это вещества на долго связывающие рецептор.