I Bevezetés A humán gyógyászati, az állatkísérleti, az állatorvosi valamint az állattenyésztési gyakorlatban egyaránt nagy jelentősséggel bírnak a gerincesek (vertebrata) központi idegrendszerére erős gátló hatást kifejtő, stresszoldó, agresszivitást csökkentő trankvillánsok, szorongást oldó anxiolitikumok, szedatívumok. Humán gyógyászatban a schizophreniák terápiájának legfontosabb gyógyszerei. A pszichotikus betegek izgatottsága, zavartsága csökken, a hallucináció és a téveszmék mérséklődnek vagy megszűnnek a neuroleptikus (antipszichotikus) gyógyszerekkel történő kezelés hatására. A vad, agresszív állatokat már kis adagok beadása megnyugtatja, könnyen kezelhetővé teszi, a természetes és a mesterségesen kiváltott dühösségi reakciókat, verekedő - támadó aktivitást kikapcsolják. Így kísérleti beavatkozások elvégezhetősége érdekében használják laborállatoknál (rágcsálók, nyúl, majom stb.). Széles körben alkalmazzák az állatgyógyászat és az állattenyésztés területén is. Kisebb, fájdalom nélküli de kellemetlen állatorvosi beavatkozások során az állatokat kezelhetővé teszik, vagy analgetikumokkal kombinálva fájdalmasabb beavatkozások is elvégezhetőek (neuroleptanalgesia). Használatukkal elkerülhetőek a kockázatosabb hypnoticumok és narkotikumok alkalmazása. Az állattenyésztésben főként a stressz (szállítás, mérlegelés, jelölés, karikázás, szarvtalanítás, körmözés stb.) negatív következményeinek csökkentésére, illetve az értékes példányok megóvása érdekében, valamint a gyógyszeres megfékezés eszközeként alkalmazzák. A stressz ugyanis súlyos negatív hatást gyakorolhat a homeosztázisra, így a szaporodásra, növekedésre, ellenálló képességre és egyéb termelési és tenyésztési paraméterekre. A trankvillánsoknak tehát komoly gazdasági jelentősége és létjogosultsága van az állattenyésztés területén is. Azonban a trankvillánsok −különösen a neuroleptikumok− jelentős számú kellemetlen és olykor veszélyes mellékhatással rendelkeznek (dyskinesiák, parkinsonismus, akatizia, agresszivitás, endokrin-, cardiovascularis-, antikolinerg-, haematológiai mellékhatások, szexuális funkciózavarok stb.). Ez hosszabb távon kihathat a test zsír és izom arány megváltozására, viselkedési zavarokat okozhat, csökkentheti a szaporodási mutatókat, stb. Használatuk lehetőségeit tovább szűkíti, hogy a haszonállatokban maradó szermaradványok mennyiségét fogyasztóvédelmi megfontolásból szigorúan korlátozzák. Az egészségügyi miniszter 2/1999. (II.5) EüM. rendelete valamint az Európai Parlament és a Tanács 2377/90/EGK rendelete szabályozza az állati eredetű élelmiszerekben az állatgyógyszer-maradványok maximális mennyiségét, beleértve a trankvilláns gyógyszerekét is. A kívánt biológia hatás eléréséhez bejuttatott gyógyszerek, −így az általam vizsgált vegyületek is−, testidegen anyagok (xenobiotikumok), amelyeknek a szervezetből való eltávolítására specifikus metabolizáló enzimek és transzportáló mechanizmusok alakultak ki a filogenézis során. A fokozott metabolizáció különböző mértékben megterheli az egyes szervek detoxifikációs mechanizmusait. Ezáltal kevesebb kapacitás jut az egyéb ártalmas tényezők elleni védekezésre. Csökkenti az állatok immunvédekezési teljesítményét ami kihathat a hasznos produkció minőségére és mennyiségére egyaránt. Az antipszichotikus és trankvilláns gyógyszereknek jelentős számú metabolitját azonosították. Nem ismert azonban minden intermedier illetve az sem, hogy ezek az intermedierek milyen biológiai hatással rendelkeznek vagy szerepet játszhatnak-e a majdnem mindig megfigyelhető mellékhatások kialakulásában, az egyéni tűrőképesség és toxikus hatások kifejlődésében. (DAHL and STRANDJORD, 1977; DOLLERY, 1991; YEUNG et al., 1993; JAVAID, 1994). Feltételeztem, hogy a fenti gyógyszerek némelyike (elsősorban a halogén szubsztituált vegyületek) glutation-S-transzferáz enzim (GST) segítségével, a glutation-S konjugáció útján is metabolizálódhatnak, illetve ürülhetnek ki a szervezetből. Amennyiben ez bekövetkezik, akkor azt is feltételezhetjük, hogy a vegyületek maguk is indukciós hatással bírhatnak a metabolizmusukban szerepet játszó enzimek szintézisére. Tehát a GST enzim szintézise is fokozódhat, ezáltal fokozott mértékben képződhetnek az egyes szervekben a trankvilláns vegyületek glutation konjugátumai, így pl. az agyszövetben is. Feltételezhető az is, hogy a glutation konjugátumok is kölcsönhathatnak a központi idegrendszerben a trankvillánsok hatásmechanizmusában szerepet játszó fehérjékkel, receptorokkal. Másrészt a glutation-konjugátumok, más -glutamil peptidekhez és glutation analógokhoz hasonlóan, befolyásolhatják a központi idegrendszer glutamáterg neurotranszmissziós folyamatait is (VARGA és mtsai, 1988; MCMOHAN et al., 2000; JANÁKY és mtsai, 2000; HERMANN és mtsai, 2004). Ezek a vegyületek így egy másik útvonalon, a serkentő mechanizmus gátlása révén is kifejthetik hatásukat a központi idegrendszerben (KIR). Így hozzájárulhatnak a mellékhatások kialakulásához is. A trankvillánsok egyik fő támadáspontja az agytörzsi formatio reticularis és elsősorban a retikuláris aktiváló rendszer (RAS) összetett pályarendszereinek idegsejtjei. Elsősorban EEG (elektroenkefalográfia) vizsgálatok alapján úgy tűnik, hogy a trankvillánsok jellegzetes szinkrontüzelési jelenséget váltanak ki a kéregben, ami feltételezhetően kapcsolatban áll a központi idegrendszerre gyakorolt nyugtató hatással. A szinkronizáció kialakulásának mechanizmusa nem ismeretes, de tudjuk, hogy szabályozásában esszenciális szerepe van a RAS-nak. Az EEG meglehetősen indirekt információt nyújt az idegrendszer működéséről, ezért a KIR egyes régióinak és az abban szerepet játszó idegsejteknek, idegpályáknak a behatóbb vizsgálata számos értékes információt rejt magában. Ezért elektorfiziológiai mérőtechnikák felhasználásával neuroinformatikai analizáló módszerekre van szükség. Ennek segítségével vizsgálható az egyes idegsejtek tüzelése, azaz depolarizációs frekvenciája, az idegsejtek aktivitásának következtében kialakuló területi, regionális potenciál (field potential) változása vagy az egyes idegpályák által vezetett ingerületi folyamatok (akciós potenciálok) regisztrációja, elemzése. Kevéssé ismert a szinkron tüzelési mintázatok természete és kapcsolata a trankvillánsok és glutation konjugátumainak hatékonyságával, az egyes vegyületek hatásmechanizmusával. Nem ismert, hogy milyen tüzelési mintaváltozásokat okoznak ezek a vegyületek a formatio reticularis területén. A tüzelési mintázat értékelése akkor lehet hatékony, ha egy időben minél több elektródával valamint magas időfelbontással vagyunk képesek regisztrálni (jelen méréseim során 128 elemű elektróda tömbbel és multiprocesszoros párhuzamos feldolgozással). További vizsgálati lehetőségek sokaságát nyújtja ha egyben stimulációra is képes egy ilyen rendszer, tehát kétirányú kommunikációt képes megvalósítani a központi idegrendszer egy célzott területével. Ilyen nagy mennyiségű adatfolyam feldolgozására mesterséges neuronhálózat lehet alkalmas, amely felületes analógiát mutat a hozzá kapcsolt élő idegrendszer struktúrájához. A digitális technika robbanásszerű fejlődése lehetővé tette a nagy teljesítményű mikrokontrollerek neurobiológiai, gyakorlati hasznosítását, de a mai napig csak igen kevés ilyen irányú felhasználás, alkalmazás született. Nem lelhető fel olyan publikáció, amelyben mikrokontroller alapú mesterséges neuronhálózattal, multielektróda tömbön keresztül kétirányú kommunikációt valósítottak volna meg a hozzákapcsolt központi idegrendszeri területtel. Ezért célul tűztem ki egy olyan, új elven felépülő neuroinformatikai rendszer kiépítését és algoritmusainak kidolgozását, amelynek segítségével vizsgálni lehet az agytörzsi tüzelési mintázatokat vagyis az idegrendszer működését, az egyes területek kommunikációját más távolabbi területekkel, továbbá vizsgálható a trankvillánsok valamint metabolitjaik hatása az agytörzsi formáció reticularis elektromos aktivitására. A jelentős számú mellékhatás csökkentése és újabb, hatékonyabb vegyületek szintetizálása érdekében intenzív kutatás folyik, aminek következtében időről-időre cserélődnek a szerek a gyógyszertörzskönyvi nyilvántartásban. Fontos feladat tehát, hogy megismerjük ezeknek a kémiailag változatos gyógyszereknek a metabolizmusát és eliminációját az állati szervezetben/ből. A központi idegrendszeri bioelektromos tevékenység pontosabb megismerése és az arra kifejtett trankvilláns hatások elemzése hozzásegíthet a gyógyszerek hatásmechanizmusának pontosabb feltárásához. Vizsgálataim segíthetnek az újabb, hatékonyabb vegyületek teszteléséhez, biológiai hatásának felderítéséhez. A különböző állatfajokon végzett összehasonlító vizsgálatok pedig adatokat szolgáltathatnak arra vonatkozóan, hogy mely gyógyszerek milyen állatfajoknál alkalmazhatók megbízhatóan, illetve nagymértékben segíthetik az eltérő biometabolikus utak feltárását. A disszertációmban néhány a humán- és állatgyógyászatban (csak részben) alkalmazott trankvilláns gyógyszer hatását vizsgáltam a GST indukcióra, három állatfaj különböző szerveiben. A GSH-gyógyszer konjugátumok képződésének lehetőségét és azok biológiai hatását teszteltem. Bioinformatikai módszereket dolgoztam ki és alkalmaztam a GST enzimkinetikai analíziséhez. Újszerű, analóg és digitális jellemzőket integráló, mikrokontroller alapú, multiprocesszoros mesterséges neuronhálózatot és algoritmusait fejlesztettem, mellyel a gyógyszerek és konjugátumainak hatását vizsgáltam az agytörzs tüzelési mintázatára. Vizsgálataim eredményei interdiszciplináris jellegűek, a neurobiológia és a neuroinformatika területeiről. II Célkitűzések A trankvilláns hatású vegyületek közül néhány kiemelt gyógyszer vizsgálatát tűztem ki célul. A választási szempont a heterogén kémiai szerkezet hasonló hatásprofil mellett, a hagyományos és új generációs besorolás, valamint a humán, állat és mindkettőnél történő gyakorlati alkalmazás elterjedtsége. Disszertációmban az alábbi felvetett kérdésekre keresem a válaszokat, illetve dolgoztam ki megoldásokat:

1. Olyan új, a jelenleginél precízebb és hatékonyabb mikrokontroller alapú mérési rendszer, hardver és szoftver kidolgozása, amely lehetővé teszi nagyszámú biológia minta enzimaktivitásának gyors, megbízható mérését, az enzimkinetikai mérések során nyert adatok monitorozását, elemzését és értékelését.
2. A vizsgált vegyületek in vitro szubsztrátjai-e a GST enzimnek? Az 1-kloro-2,4-dinitrobenzén (CDNB) mint toxikus xenobiotikum a GST enzim szubsztrátja és fotometriásan mérhető általa az enzim aktivitása. A vizsgált gyógyszerek tehát kompetitíven gátolják-e a GSH – CDNB konjugátumok létrejöttét?
3. Az egyes trankvilláns hatású vegyületek mely szervekben és milyen mértékben váltanak ki GST enzimindukciót, azaz új enzimfehérje szintézisét, a gén expresszióját?
4. Van-e különbség a laboratóriumi gyakorlatban széles körben alkalmazott laboratóriumi patkány (Rattus norvegicus); az emlős gazdasági állataink modelljeként használatos, szintén emlős házinyúl (Orictolagus cuniculus) és a halak közül az állattenyésztési jelentőséggel bíró ezüstkárász (Carassius auratus) GST indukciójában az egyes szervek esetében?
5. Gazdasági haszonállatoknál (modellként házinyulat és az ezüstkárászt vizsgálva) milyen az egyes gyógyszerek alkalmazhatósága és hatékonysága, összevetve a humán és az állatgyógyászat gyakorlatában elterjedt vegyületeket. Különös tekintettel az első illetve második generációs neuroleptikumok helyére.
6. A GSH konjugátumoknak van-e hatékonysága a fenti fajok esetében, illetve szerepet játszhatnak-e egyes mellékhatások megjelenésében?
7. Olyan újszerű multielektródás elvezetési rendszer, multielektróda tömb és csúcstechnológiát alkalmazó analóg erősítő rendszer kidolgozása és kiépítése amellyel vizsgálni lehet az egyes vegyületek hatását az agytörzs célzott területeinek tüzelési mintázatára.
8. Olyan új multiprocesszoros mesterséges neuronhálózat és a hozzá tartozó algoritmusok kidolgozása, amely alkalmas a multielektródás tüzelési mintamátrixok valósidejű digitális feldolgozására és az idegrendszerrel való kétirányú, analóg kommunikáció megvalósítására.
9. A fenti rendszerrel vizsgálva, okoznak-e −és ha igen, milyen− tüzelési mintaváltozásokat a vizsgált trankvilláns vegyületek az agytörzs formatio reticularis pályarendszereiben és van-e különbség ugyanezen vegyületek GSH konjugátumai által kiváltott tüzelési mintaváltozásaiban.

A munkámat 1998 – 2007 közötti időszakban az alábbi intézetekben végeztem (kronológiai sorrendben): • Debreceni Orvostudományi Egyetem, Élettani Intézet • Kossuth Lajos Tudományegyetem, Természet Tudományi Kar, Állatanatómiai és Élettani Tanszék • Debreceni Egyetem, Műszaki Főiskolai Kar, Villamosmérnöki Tanszék • Debreceni Egyetem, Agrár –és Műszaki Tudományok Centruma, Műszaki Tudományi Kar, Környezet –és Vegyészmérnöki Tanszék. Elektorfiziológia – Bioinformatika Laboratórium. III Eredmények A disszertációmban néhány a humán- és állatgyógyászatban (csak részben) alkalmazott trankvilláns gyógyszerek hatását vizsgáltam a GST indukciójára, három állatfaj különböző szerveiben. A GSH-gyógyszer konjugátumok képződésének lehetőségét és azok biológiai hatását teszteltem. Bioinformatikai módszereket alkalmaztam és dolgoztam ki a GST enzim aktivitás mérésére. Újszerű, analóg és digitális jellemzőket integráló, mikrokontroller alapú, multiprocesszoros mesterséges neuronhálózatot és algoritmusait fejlesztettem, mellyel a gyógyszerek és konjugátumainak hatását vizsgáltam az agytörzs tüzelési mintázatára. Vizsgálataim eredményei interdiszciplináris jellegűek, a neurobiológia és neuroinformatika területeiről. A gyógyszerválasztási szempont a heterogén kémiai szerkezet hasonló hatásprofil mellett, a hagyományos és új generációs besorolás, valamint a humán, állat és mindkettőnél történő gyakorlati alkalmazás elterjedtsége. Vizsgáltam a szedatívumok közül a Xylazint, az anxiolyticumok közül a Diazepamot, a második generációs neuroleptikumok közül a Tiapridumot és a Risperidonumot valamint a hagyományos neuroleptikumok közül a Chlorpromazinumot, Acepromazinumot, Thioridazinumot és a Haloperidolumot. A kísérleti fajok közül első körben laboratóriumi patkányon vizsgáltam, csak a humán gyógyászatban alkalmazott neuroleptikumokat. A patkány kísérletek sikerességének tükrében később gazdasági haszonállatok modelljeként, kiterjesztett kísérleteket végeztem házinyúlon és ezüstkárászon.

A GST enzim egyik szubsztrátja a CDNB (1-kloro-2,4-dinitrobenzén). A GSH-val történő konjugáció következtében színes komplex képződik. A standard körülmények között képződött termék mennyisége egyenes arányban áll a GST enzim aktivitásával, ami fotometriás úton mérhető. A három faj egyedei nyolc napon keresztül kaptak kezelést a gyógyszerekből, az irodalmi adatok –illetve annak hiányában– kalkulált, testtömeg arányos dózisban. A kezelés ideje alatt a fizikális paraméterek, mint a testhőmérséklet, testtömeg, valamint szedációs és analgézia tesztek mint a hot-plate teszt és a motilitás mérés, folyamatos regisztrálásra kerültek. A méréseket a megszintetizált GSH-gyógyszer konjugátumokkal is elvégeztem. Az enzimkinetikai mérésekhez az állatok feláldozása után a szerveikből standard eljárás szerint homogenizátumot készítettem és GSH valamint CDNB hozzáadásával a GST enzimaktivitást mértem. A nagyszámú minta (több mint 5 ezer enzimkinetikai mérés, ugyan ennyi fehérje tartalom meghatározás, azaz több mint 110 ezer adatsor) komplex enzimkinetikai analíziséhez mikrokontroller alapú feldolgozó rendszert fejlesztettem és algoritmusait dolgoztam ki. A 14 valamint a második verzió 24 bites soros A/D konvertere jelentősen megnövelt pontossággal kvantálta a detektor analóg jeleit. Az enzimkinetikai méréseknél gyakori pontatlanságot okozó hibák kiküszöbölésére hibajavító algoritmust dolgoztam ki, teszteltem és alkalmaztam. A kinetikai görbék analízisére a lineáris szakaszkeresését és a legnagyobb nettó termékképződési szakaszkereső algoritmust dolgoztam ki BS2/SX mikrokontrollerre. A rendszer a nagyszámú adatfeldolgozás során sikeresen bizonyított.

A vizsgált gyógyszerek in vitro körülmények között mind kompetitíven gátolták GST jelenlétében a CDNB – GSH konjugátumok létrejöttét. Mindegyik vegyület, különböző affinitással az enzim szubsztrátjának bizonyult. Így valószínűsíthető a GSH-gyógyszer komplex képződésének lehetősége. Kezelési dózisban a Thioridazinum mutatta a legjelentősebb gátlást, majd a Tiapridum, a Xylazin etc. A szervezetben hasonló arányú kezdeti koncentráció alakulhat ki a kezelések során is. A laboratóriumi patkány valamennyi kezelt csoportjában megnövekedett a máj GST aktivitása. Hasonló tendenciát tapasztaltam az agytörzsi homogenizátumban is, bár ott a GST aktivitása 20-30-ada volt mint a májban. A több mellékhatással rendelkező hagyományos neuroleptikumok általában kisebb GST indukciót okoztak, mint a kevesebb mellékhatást okozó új típusú gyógyszerek. Az agyban a Haloperidolum és a Chlorpromazinum okozta a legnagyobb GST indukciót. Így ezek konjugátumainak megjelenése a legvalószínűbb. Az enzimaktivitás növekedése a GSH detoxifikációs rendszer aktiválódását jelzi. Minél nagyobb mértékű, annál inkább megterheli a szer az adott szerv sejtjeinek védekező kapacitását. A negatív érték azt jelezheti, hogy a vegyület maga kapcsolódhat az enzimhez, vagy a vegyület metabolizmusa során keletkező intermedierek allosztérikusan gátolhatják az enzimet, vagy az intermedierek befolyásolják az enzim expresszióját. Az sem kizárt, hogy más detoxifikációs mechanizmusok kerülhettek előtérbe az adott szervben, tehát a GST gén expressziója csökkenhetett, amelyre feltételezhetően ezekben az esetekben nem volt olyan mértékben szükség. A házinyúl motilitás változását a kezelések hatására több szempontból értékeltem. A legaktívabb mérés és az utolsó kezelési nap differenciája alapján a Diazepam a Thioridazinum és a Tiapridum bizonyult a leghatékonyabbnak. A Tiapridum mint csekély mellékhatású új típusú neuroleptikum a patkány agyban sem okozott jelentős GST indukciót ellentétben a Thioridazinummal. A Hot-Plate teszten csak a Risperidonum a Haloperidolum és a Diazepam szerepelt gyengébben. A kezelések általában a 3.-4. napon okoztak hibernációt, amelyet a szervezet a további napokon minden esetben kompenzált. A testtömeg gyarapodás elmaradása mindegyik kezelés során megfigyelhető volt. A Risperidonum a Thioridazinum és a Chlorpromazinum esetében pedig fogyás volt tapasztalható. A Thioridazinum és a Chlorpromazinum nagy hatásfokú hagyományos neuroleptikumok, amelyeknél az eredmény nem meglepő. A Risperidonum azonban második generációs, amelynél elvárható lenne a pozitívabb mellékhatás profil (humán vonatkozásban ez tapasztalható). A Tiapridum és a Haloperidolum okozta a legkisebb tömeggyarapodás elmaradást. Az egyes szervekben általában a Haloperidolum és a Thioridazinum mutatta a legnagyobb GST indukciót és a Tiapridum az alacsonyabbakat. A máj mint a detoxifikációs mechanizmusok legfontosabb helyszíne, a Risperidonum kivételével minden kezelésre jelentős GST indukcióval reagált. A vese, hasonlóan a májhoz és a szívhez jelentős GST indukciót mutatott, a Tiapridum illetve a szívnél a Diazepam kivételével. Ez a szer csak a májban váltott ki jelentősebb emelkedést. Az egyes szervek detoxifikációs terhelésén kívül külön figyelmet érdemel az agy, ahol a glutation konjugátumok befolyásolhatják a neurotranszmisszió folyamatát. Az agytörzsi mintákban az Acepromazinum, a Tiapridum és a Risperidonum kivételével minden vizsgált vegyület GST indukciót idézett elő, ami GSH konjugátumainak megjelenését okozhatta az agyszövetben. Ez befolyásolhatja a glutamáterg neurotranszmisszió folyamatát, ahogyan azt számos -glutamil peptidnél és glutation analógnál leírták. A két új típusú neuroleptikum —amelyeket egyenlőre nem alkalmaznak állatgyógyászatban—, nem emelte a GST indukcióját. Elképzelhető, hogy a GSH konjugátumok felhalmozódásának hiánya lehet az egyik oka ezen szerek jelentősen kevesebb mellékhatásának. A házinyúl agytörzsben a Chlorpromazinum és a Xylazin okozta a legnagyobb GST indukciót. A gyógyszerek megszintetizált glutation konjugátumaival is elvégeztem ugyanazon hatékonysági vizsgálatokat mint az alapvegyületekkel. A konjugátumok közül a Risperidonum és a Chlorpromazinum bizonyult a leggyengébb míg a Thioridazinum és a Xylazin a legerősebb hatásúnak. A sorrend szinte teljesen megegyezik a májban mért GST indukció mértékének sorrendjével. A hot-plate teszten azonban a Xylazin a Chlorpromazinum és a Tiapridum mutatott kisebb értéket. Ez azonban az analgézia kisebb mértékével is összefüggésbe hozható, mert a teszt fájdalom ingeren alapul. A testhőmérsékletet a kezelés után egy órával a Chlorpromazinum és az Acepromazinum csökkentette a legjelentősebben. Míg az alapvegyületeknél a Haloperidolum és a Diazepam. Az új típusú szerek közül a Risperidonum konjugátuma csekélyebb a Tiparidumé jelentősebb hibernációt idézett elő az alapvegyületnél. A házinyúl GST aktivitása jelentősen nagyobbnak mutatkozott mint a laboratóriumi patkányé. Ez feltételezhetően annak tudható be, hogy az SPF Wistar patkány vonalat nemzedékek sora óta laboratóriumi körülmények között tenyésztik, jóval kisebb környezeti terhelés éri, mint a házinyulat. Így a detoxifikációs rendszere sem olyan aktív. Az ezüstkárász esetében a légzésszámot az Acepromazinum és a Thioridazinum csökkentette a legjelentősebben és a GSH konjugtumai is hasonlóan hatásosak voltak. A Risperidonum és a Haloperidolum nem csökkentette a légzésszámot de a glutation konjugátumai jelentősen, tehát a konjugátumok hatékonyabbnak mutatkoztak. A Diazepam konjugátum azonban emelte a légzésszámot az alapvegyülethez képest. A GST indukciót általában az Acepromazinum váltotta ki jelentősen. Az agyban emellett a Diazepam és a Thioridazinum. Az új típusú neuroleptikumok alacsony indukciót mutattak, a Risperidonum pedig jellemzően negatív értéket. Feltehetően az ezüstkárászban nem a GSH a fő metabolikus útvonal első lépcsője. A GST indukciós adatokat vegyületenkénti csoportosításban is összehasonlítottam. Vizsgáltam továbbá a gyógyszerek és glutation konjugátumainak hatását az agytörzs bioelektromos tevékenységre. Ehhez egy olyan új elvű, analóg és digitális tulajdonságokat egyesítő multiprocesszoros mesterséges neuronhálózatot (ADNC : Analog Digital Neural Computer) fejlesztettem és algoritmusait dolgoztam ki, amellyel 128 egységes mikroelektródatömbön keresztül kétirányú kommunikációt valósíthattam meg az élő idegrendszer egy célzott területével. A rendszer újszerűen közelíti meg a neuronhálózat és az idegrendszer interakcióját, azt ismeretlen kapcsolású analóg részeként kezeli. Az ADNC analóg és digitális felülete a legkorszerűbb mikroelektronikai hardvereket integrál. A digitális felület 9 nagyteljesítményű BS2/SX mikrokontrollerből épül fel. A tüzelési mátrixok detektálásán kívül algoritmusok alapján műveleteket képes végezni azokon és eredményeit visszastimulálva kommunikálni képes az idegrendszerrel. A kezelések hatására a tüzelési gyakoriság csökkenésével növekedett a szinkrontüzelés aránya, tehát mérséklődött de egyben rendezettebbé vált az agytörzs bioelektromos tónusa. Az egyes gyógyszerek tüzelési ráta csökkentése, azaz az alapvegyület és GSH konjugátuma közötti arány szoros összefüggést mutatott a hatékonyságtesztekkel, nyúl esetében a motilitási eredményekkel, hal esetében pedig a légzésdepresszió mértékével. Megalapozottnak tűnik az a feltételezés, hogy a trankvilláns vegyületek, hasonlóan a narkotikumokhoz a RAS-ban a vezetés depressziója révén okozhatják a hatékonyságukat. A RAS-aktivitás tiszta hatása a „jel/zaj viszony” arányának megváltozása lehet, az abszolút ingerlékenység valamelyes csökkenése árán. A tüzelési ráta csökkenése mellett ugyanis bizonyos mértékig növekedett a rendezett tüzelési aktivitás. Vizsgálataim rávilágítanak arra is, hogy a pszichofarmakonok hatásának központi idegrendszeri tüzelési mátrix elemzésében még rendkívül széleskörű, új lehetőségek rejlenek. Tovább lehetne vizsgálni a szinkron tüzelés természetét és viszonyát a tüzelési aktivitással. Célszerű lenne vizsgálni az ingerlésre adott válaszmintázatok jellegét, összehasonlítva az egyes kezelések hatását. Valamint számos szempontból és új algoritmussal lehetne elemezni a mintázatokat, amely közelebb vihet minket a trankvillánsok központi idegrendszerre gyakorolt hatásának jobb megértéséhez. Sajnos jelen értekezés terjedelmi korlátai ezt nem teszik lehetővé, így ez további célkitűzéseimként szerepel.

Eredményeim arra utalnak, hogy a vizsgált pszichoaktív vegyületek GST-enziminduktív hatással is rendelkeznek. Mindamellett az agyszöveti GST aktivitás révén a vegyületek glutation konjugátumai képződhetnek az agyszövetben és más szervekben egyaránt. A glutation konjugátumok, más -glutamil peptidhez és glutation analógokhoz hasonlóan, befolyásolhatják a központi idegrendszeri glutamáterg neurotranszmissziót, így hozzájárulhatnak egyes mellékhatások kialakulásához is. Egyes pszichofarmakonok a GST gátlását idézték elő. Ebben feltehetőleg más metabolikus mechanizmusok játszanak szerepet. A gyógyszerek által előidézett specifkus szöveti hatásokért feltehetően az egyes szervekben található izoenzimek tehetők felelőssé. Az eredményekben sorra megmutatkozik a különbség az új típusú és a hagyományos vegyületek között. Az ismert mellékhatások feltételezhetően szoros összefüggésben állnak a képződött glutation komplexek megjelenésével is. Az eredményeim tükrében célszerű lenne egyes, a humán gyógyászatban már hosszabb ideje bevált gyógyszerek bevezethetőségét tovább vizsgálni az állatgyógyászat egyes területein. Az új generációs neuroleptikumok jóval kedvezőbb mellékhatás profil mellett kevésbé terhelik meg a szervezetet. Mérsékeltebbek lehetnek a krónikus kezelések negatív hatásai az értékmérő tulajdonságokra az állattenyésztés területén is. Miközben hatékonyságuk nem marad el jelentősen a hagyományosan bevált szerekétől. Indokolt lehet tehát, a jelentős GST indukciót kiváltó gyógyszerek GSH konjugátumainak további vizsgálata, a konjugátumok hatékonyságának részletesebb elemzése, szerepének vizsgálata a mellékhatások kialakulásában egyes szervek szintjén és esetleges interakcióinak felderítése a glutamáterg neurotranszmisszió folyamatával is. IV Az értekezés új és újszerű eredményei

Vizsgálataim során eredményeimmel több tudományterületet érintettem. Az alábbiakban a diszciplínák jellege szerint foglalom össze az eredményeimet.

Nagyszámú minta hatékonyabb GST enzimkinetikai analíziséhez újszerű, mikrokontroller alapú hardver és algoritmusainak kidolgozását végeztem el. A hibatűrő rendszer segítségével nagyobb pontossággal detektálható és elemezhető a trankvillánsok hatása a GST indukcióra.

Bizonyítottam, hogy az Acepromazinum, Chlorpromazinum, Diazepam, Haloperidolum, Risperidonum, Thioridazinum, Tiapridum és Xylazine trankvilláns hatású gyógyszerek mindegyike különböző mértékben, gátolja a CDNB-GSH konjugátumok GST indukált in vitro kialakulását. A Haloperidolum és a Chlorpromazinum halogén szubsztituált neuroleptikumok szubsztrátjai lehetnek in vivo körülmények között is a GST enzimnek, azaz lejátszódhat a glutation-S-konjugációja, illetve ezen intermedierek képződhetnek in vivo az állati szervezetben is.

A fenti vegyületek tekintetében a házinyúl és ezüstkárász fajoknál hatékonysági sorrendeket állapítottam meg, motilitás, hot-plate, testhőmérséklet és testtömeg illetve légzésszám paraméterek értékelésével.

Kimutattam és összehasonlítottam, hogy az Acepromazinum, Chlorpromazinum, Diazepam, Haloperidolum, Risperidonum, Thioridazinum, Tiapridum és Xylazine vegyületek a laboratóriumi patkány, a házinyúl és az ezüstkárász egyes szerveiben (máj, agy, vese, lép, tüdő, szív, harántcsíkolt izom) különböző mértékű GST enzimaktivitás változást okoztak.

Megállapítottam és összehasonlítottam a fenti vegyületek GSH konjugátumainak hatékonyságát a házinyúl és ezüstkárász fajoknál a motilitás, hot-plate, testhőmérséklet és testtömeg illetve légzésszám paraméterek függvényében.

Olyan új elvű, analóg és digitális tulajdonságokat egyesítő multiprocesszoros mesterséges neuronhálózatot fejlesztettem és algoritmusait dolgoztam ki, amellyel 128 elemű mikroelektródatömbön keresztül kétirányú kommunikáció valósítható meg az élő idegrendszer egy célzott területével. A rendszer újszerűen közelíti meg a neuronhálózat és az idegrendszer interakcióját, azt ismeretlen kapcsolású analóg részeként kezeli. Segítségével –jelen vizsgálataimban– pszichofarmakonok központi idegrendszeri hatékonysága és hatásmechanizmusa tanulmányozható.

Megállapítottam és fizikális hatékonysági teszt eredményeivel összehasonlítottam a vizsgált gyógyszerek hatását az agytörzs tüzelési mintázatára a házinyúl és az ezüstkárász esetében.

Megállapítottam és fizikális hatékonysági teszt eredményeivel összehasonlítottam a vizsgált gyógyszerek megszintetizált GSH konjugátumainak hatását az agytörzs tüzelési mintázatára a házinyúl és az ezüstkárász esetében.

Megállapítottam, hogy megalapozott az a feltételezés, miszerint a trankvilláns vegyületek a tüzelési mintázat jel/zaj arányának megváltozását okozzák az agytörzs felső régiójában. A tüzelési ráta csökkenése mellett arányosan növekszik a szinkronizált aktivitás. V A gyakorlatnak átadható eredmények

Az Acepromazinum, Chlorpromazinum, Diazepam, Haloperidolum, Risperidonum, Thioridazinum, Tiapridum és Xylazine vegyületek mindegyike fajonként -és az egyes szervekben eltérő mértékben módosította a GST enzim aktivitását. Figyelembe véve hogy más -glutamil peptidek és glutation analógok csakúgy mint a glutation konjugált trankvillánsok befolyásolhatják a glutamáterg neurotranszmissziót, indokolt lenne ezen vegyületek konjugátumainak további hatásait részletesen vizsgálni a mellékhatások csökkenthetőségének reményében.

Eredményeim tükrében indokolt lenne megvizsgálni egyes, állatoknál nem alkalmazott vegyületek bevezethetőségét az állatgyógyászati és állattenyésztési gyakorlatba. A jó hatékonyság és kevesebb mellékhatás tekintetében elsősorban a második generációs Tiapridum és Risperidonum gyógyszerek jöhetnek szóba. Figyelembe vehető, a munkám során feltárt, glutation konjugált méregtelenítési rendszer megterhelése az egyes gyógyszerek és szervek estében. A modellállatként alkalmazott házinyúl eredményeiből kiindulva más állatfajok esetében is indokolt lenne az összehasonlító vizsgálat. Az új típusú neuroleptikumokon túl a házinyúl esetében elsősorban a Thioridazinum és a Haloperidolum, ezüstkárász esetében az Acepromazinum, Thioridazinum és a Chlorpromazinum további lehetőségeinek vizsgálatát javaslom.

A mikrokontrolleres enzimkinetikai analizáló rendszer architektúrája és algoritmusai felhasználásával továbbfejleszthetőek a jelenlegi laboratóriumi mérőrendszerek.

A neuronhálózat hardver architektúrája és alap algoritmusai alapján hasonló elvű neuronhálózatok építhetők, más idegrendszeri tevékenységek vizsgálatára is. Az architektúra alapján javaslom a neuronhálózat továbbfejlesztését, a processzorok számának jelentős emelésével. Eredményeim alapján célszerűnek tűnik a hardveres neuronhálózatokat nagyteljesítményű mikrokontrollerek felhasználásával fejleszteni.

I. Introduction

Tranquilizers that have a strong blocking effect on the central nervous system of vertebrata, reduce stress and aggression, anxiolytics and sedatives that decrease anxiety have a very significant role in human therapeutics, veterinary practice, animal experiments as well as in stock-raising. They are the most important medicines used for the treatment of schizophrenia in human therapeutics. The anxiety and excitement of psychotic patients decrease, hallucinations and delusions remit or cease as the effect of the treatment with neuroleptic (antipsychotic) medicine. The application of a small dose sedates wild and aggressive animals and makes them treatable. It turns off the natural or artificially evoked anger reactions and fighting, aggressive behavior. Therefore, they are used in the case of laboratory animals (rodents, rabbits, monkeys, etc.) in order to be able to perform various operations. They are also widely used in both veterinary science and breeding. In the case of smaller, pain-free but unpleasant surgery it makes animals treatable, or – combined with analgetics – even painful operations can be carried out (neurolepanalgesia). With their use, the application of the more dangerous hypnotics or narcotics can be avoided. In the case of livestock breeding they are used mainly to reduce the negative effects of transportation stress, to protect valuable animals and as a tool in medical taming. Stress can have a serious negative effect on homeostasis, therefore on reproduction, growth, capability of resistance and various other breeding parameters. Therefore, tranquilizers have economic significance and a raison d’étre in the field of livestock breeding as well. At the same time, tranquilizers – and neuroleptics in particular- have a significant number of, sometimes dangerous, side effects (dyskinesia, Parkinsonism, akatisia, aggressiveness, endocrine-, cardiovascular-, anticholinergic- or haematologic side effects, etc.). On the long run, this can result in the alteration of the fat and muscle ratio, may cause behavioral problems, may decrease the index of reproduction, etc. Their application is also limited because the quantity of chemical agents remaining in livestock is strictly controlled by the considerations of consumer protection. Statutes of the Ministry of Health (2/1999. (II.5) EüM.) and the European Parliament and Council (2377/90/EGK) regulate the maximum quantity of animal medicament remains in food, including that of tranquilizers. The applied medicaments used to achieve various biological effects – including the compounds that I have examined – are xenobiotics (are not present in the body normally.) For their removal from the organism special metabolism enzymes and transporting mechanisms developed during phylogenesis. Increased metabolism encumbers the detoxification mechanisms of particular organs to a varying degree. As a result of this, there is a decreased capacity for protection against other harmful phenomena. It reduces the immune protection performance of animals which may influence the quality and quantity of useful production. A significant number of metabolites of antipsychotic and tranquilizing medicaments have been identified. However, not all the intermediers are known and it is not known either what kind of biological effect they have or whether they play a role in the almost always observable development of side effects or in the evolution of individual capacity for endurance and toxic effects (DAHL and STRANDJORD, 1977; DOLLERY, 1991; YEUNG et al., 1993; JAVAID, 1994). I have supposed that some of the above mentioned medicaments (primarily halogen substituent compounds) with the help of Glutathione-S-Transferase enzyme (GST), through Glutathione S- Conjugation can metabolize, or rather can be removed from the organism. If this happens, we can also suppose that the compounds themselves can have an induction effect on the synthesis of enzymes that are involved in their metabolism. Therefore, the synthesis of the GST enzyme can also intensify. This way the glutathione conjugates of tranquillant compounds can be generated in an increased degree (e.g. in the brain tissue as well). It may also be supposed that the glutathione conjugates can interact in the central nervous system with proteins and receptors that have a role in the effect mechanism of tranquilizers. At the same time, glutathione conjugates, similarly to other -glutamine peptides and glutathione analogues, can influence the glutamatergic neurotransmission of the central nervous system. (VARGA et al., 1988; MCMOHAN et al., 2000; JANÁKYet al., 2000; HERMANN et al., 2004). Thus, these compounds can take effect in the central nervous system in another route, through the blocking of the stimulating mechanism as well. This way they can also influence the development of side effects. One of the main targets of tranquilizers is the formatio reticularis of the brain stem and the neurons of the reticular activating system (RAS). Based mainly on EEG (Electroencephalography) examinations it seems that tranquilizers evoke a typical synchronous firing phenomenon in the cortex which is probably related to the sedative effect on the central nervous system. The mechanism for the development of the synchronization is not known, but we know that the RAS has a crucial role in its regulation. The EEG examination provides rather indirect information about the operation of the nervous system, therefore the investigation of various regions of the central nervous system and the neurons having a role in it is absolutely necessary. To carry this out we need neuroinformatic methods of investigation. With the help of this the firing of particular neurons - that is their depolarization frequency -, the alteration of field potential (developed as a result of the activity of neurons) or the registration or analysis of action potentials can be examined. Little is known about the nature of firing patterns and their relation with tranquilizers and their glutathione conjugates’ efficiency, the effect mechanism of certain compounds. It is not known what kind of firing pattern changes do these compounds cause in the formatio reticularis. The evaluation of the firing pattern can be efficient if we can register with as many electrodes as possible in real time (with an array of 128 electrodes in my investigations.) It provides a number of other possibilities for examination, if a system like this is also capable of stimulation, i.e. it is capable of establishing two directional communication with a targeted part of the central nervous system. An artificial neural network, that shows a surface analogy with the structure of the living nervous system connected to it, can be capable of processing such a large amount of data. The amazing development of digital technology made the practical, neurobiological use of high performance microcontrollers possible, however, up to the present only very few such applications were created. There is no bibliographical data that would show that a microcontroller based artificial neural network would be able to establish two-directional communication through a multielectrode array with the central nervous system connected to it. Therefore, I aimed at developing a neuroinformatic system based on new principles and at writing its algorithms. With the help of this system we can examine the firing patterns in the brain stem, the operation of the nervous system, the communication of particular areas with other, distant regions and the effects of tranquilizers and their metabolites on the electronic activity of the brain stem’s formatio reticularis. Intensive research is being carried out in order to reduce the significant number of side effects and to synthesize new, more efficient compounds; therefore the medicaments are changing from time to time in the medicaments register. It is an important task to understand the metabolism of this chemically diverse group of medicaments and its elimination in animals. The more precise knowledge of the bioelectric activity of the nervous system and the analysis of the tranquillizer effects on it can help us understand their effect mechanism better. My investigations can help in testing the new and more efficient compounds, and in the examination of their biological effects. Experiments on various animals can provide data regarding which medicaments can be used trustworthily with which animals and can largely contribute to the exploration of biometabolic ways. In my dissertation I have examined the effects of some of the tranquilizers (only partially) used in human and animal therapeutics on GST induction, in different organs of three animal species. I have tested the possibility of formation of GSH-medicine conjugates and their biological effects. I have used and developed bioinformatic methods for measuring GST enzyme activity. I have developed an original, microcontroller based multiprocessor artificial neural network that integrates both digital and analog characteristics, as well as its algorithms with which I have examined the effect of medicaments and their metabolites on the firing pattern of the brain stem. The results of my investigation are interdisciplinary, from the area of neurobiology and neuroinformatics.

II. Objectives

I examine certain significant medicaments from the compounds with tranquilizing effect. The selection is based on heterogeneous chemical structure with a similar effect-profile, on the traditional and new generational classification, and the extent of practical use in human and animal therapeutics (or in both.) In my dissertation I am looking for answers and have developed solutions for the following questions:

1. The development of a new, microcontroller-based measuring system, its hardware and software that enables the fast and precise measurement of the enzyme activity of a large number of biological samples, alongside with the monitoring, analyzing and evaluating data gained during enzyme kinetic measurements.
2. Are the examined compounds in vitro substrates of GST enzymes? The 1-chloro-2, 4-dinitrobenzene (CDNB) as a toxic xenobiotic is the substrate of the GST enzyme and the enzyme activity can be measured photometrically by it. Do the examined medicaments block competitively the development of GSH-CDNB conjugates?
3. In which organs and to what extent do some compounds with a tranquilizing effect generate GST enzyme induction, i.e. the protein synthesis of the new enzyme, gene expression?
4. Is there a difference between the GST induction in particular organs Whatof laboratory rats (Rattus Norvegicus) widely used in laboratory practice; in rabbits (Orictolagus Cuniculus) that are used as the model for mammal farm animals and in the case of fish, silver crucian (Carassius Auratus) that holds significance in animal breeding?
5. What is the efficiency and applicability of certain medicaments on farm animals (using rabbits and the silver crucian as models) compared to widespread compounds used in human and animal therapeutics? Special emphasis is put on the role of first- and second-generation neuroleptics.
6. Are the GSH conjugates effective in the case of the above mentioned species? Can they have a role in the appearance of side effects?
7. Developing and working out an original multi-electrode diversion system, a multi-electrode array and an amplifier system based on the newest technology that enables the examination of the effect of various compounds on the firing pattern of the neurons in the brain stem.
8. The development of a new multiprocessor artificial neural network (and related algorithms) that is able to process in real time the multi-electrode firing sample matrixes and to establish two-directional communication with the nervous system.
9. Using the above described system, do the examined tranquilizing compounds cause firing pattern changes -and if yes, what kind – in the brain stem’s formatio reticularis? Is there a difference in the case of the firing pattern changes caused by the GSH conjugates of the same compounds?

Between 1998 and 2007 I have worked in the following institutions: (in chronological order)

 University of Debrecen Medical School, Institute of Physiology  Kossuth Lajos University, Faculty of Sciences, Department of Animal Anatomy and Physiology  University of Debrecen, Faculty of Engineering, Department of Electrical Engineering  University of Debrecen, Centre of Agricultural Sciences, Faculty of Engineering, Department of Environmental- and Chemical Engineering. Laboratory of Electrophysiology and Bioinformatics.

III. Results

For the complex enzyme kinetic analysis of the huge amount of data (more than 5,000 enzyme kinetic measurements, the same amount of protein content determinations, that is more than 110,000 data lines) I have developed a microcontroller based processing system with its algorithms. The 14 (or in the 2nd version 24 bit) A/D converter quantized the detector’s analog signals with an increased precision. In order to correct the problems causing inaccuracy I have developed a correcting algorithm, I have tested it and applied it. For the analysis of kinetic curves I have developed various algorithms (linear section search, biggest netto product formation section search) for the BS2/SX microcontroller. The system proved to be successful during processing the great amount of data and during comparative examinations. Under In Vitro circumstances all the examined drugs competitively hindered the formation of the CDNB-GSH conjugates in the presence of GST. All compounds proved to be the substrates of the enzyme with different affinity and catalyzed the formation of the GSH drug complex. Thioridazin showed the most significant blocking in treatment dose, followed by tiapridum, xylazin, etc. During the treatment, a concentration of similar ratio develops in the organism, which implies the possibility of the formation of the conjugates. In all the treated groups of the laboratory rats the GST activity in the liver increased. The same tendency was observable in the brain stem’s homogenizate as well, although GST activity was only one-20th or one-30th of that of in the liver. Traditional neuroleptics – with more side effects – caused less GST induction in general, than new generational medicaments – causing fewer side effects. In the brain, haloperidol and chlorpromazine caused the biggest GST induction. Therefore, the appearance of their conjugates is the most likely.

The compounds, except for the new generational risperidone, caused significant increase in the kidney as well. In the spleen, GST activity typically decreased compared to the control. The increase of enzyme activity signals activation of the GSH detoxification system. The larger scale it is, the more the substance burdens the defense capacity of the cells in the given organ. The negative value may show that other detoxification mechanisms came to the foreground, which distracted the capacity from the GST gene expression, for which there was no need to a large scale in these cases. For the decrease of motility in rabbits the diazepam, the thioridazine, and tiapridum were the most effective. The tiapridum, as a new generational neuroleptic with few side effects did not cause significant GST induction in brains of rats either (as opposed to thioridazin.) In the case of Hot Plate Tests, only risperidon, haloperidol and diazepam performed badly. The treatments caused hibernation usually on the 3rd or 4th day; for these the body compensated the following days. There was no body weight gain observable during treatments. In the case of risperidonum, thioridazin and chlorpromazine weight loss was observed. Thioridazin and chlorpromazine are high efficiency, traditional neuroleptics, so in these cases this result is not surprising. However, risperidonum is second generational, so a more positive side effect profile would be expected (this is the case regarding humans.) Tiapridum and haloperidol caused the least body weight gain leeway. Usually, haloperidol and thioridazin caused the biggest GST induction in organs and tiapridum the lowest. The liver, as the most important place of detoxification mechanisms, reacted with significant GST induction in the case of all treatment, except for risperidon. The kidney, similarly to the liver and heart showed strong GST induction, except for tiapridum, or in the case of the heart for diazepam. This substance caused significant increase only in the liver. Apart from the organs’ detoxification load, the brain deserves special attention, where glutathione conjugates can influence neurotransmission the most.

In the brain stem samples all examined compounds with the exception of acepromazin, tiapridum and risperidonum caused GST induction, which could cause the appearance of GSH conjugates in the brain tissue. This can influence the process of glutamatergic neurotransmission, as it has been seen in the case of various -glutamine peptides and glutathione analogs (VARGA et al., 1988; MCMOHAN et al., 2000). The two new generational neuroleptics- that are not used in animal therapeutics so far – did not increase GST induction. It is possible that the lack of accumulation of GSH conjugates can be one of the reasons for the fewer side effects of these substances. In the brain stem of rabbits chloropromazine and xylazin caused the biggest GST induction. I have carried out the same efficiency tests on the synthesized glutathione conjugates of the medicaments as well. From among the conjugates risperidonum and chlorpromazine proved to have the weakest, while xylazin and thioridazin the strongest effect. The order is almost the same as in the case of the scale of GST induction in the liver. In the hot plate test, however, xylazin, chlorpromazine and tiapridum showed smaller values. This, however, can be connected to the smaller degree of analgesia as the test is based on pain stimulus. Body temperature one hour after the treatment was decreased most significantly by chlorpromazine and acepromazin. While in the case of base compounds it was the haloperidol and diazepam. From the new type of substances, the conjugate of risperidon caused less, that of tiparidum more significant hibernation than the base compound. It is interesting that the GST activity of rabbits was significantly (sometimes 10 times) larger than that of laboratory rats. This is probably the result of the fact that SPF Wistar rats have been bred in laboratory circumstances for several generations; therefore they are less affected by the environment than rabbits are. Therefore, their detoxification system is less active too.

In the case of silver crucian carp breathing was slowed down most significantly by acepromazin and thioridazin and their GSH conjugates were similarly effective. Risperidonum and haloperidol did not slow down breathing but their glutathione conjugates did so significantly. The diazepam conjugate increased breathing compared to the based compound. GST induction was evoked significantly by acepromazine; in the brain also by diazepam and thioridazin. New type neuroleptics showed low induction, and risperidon a negative value. Supposedly in the case of silver crucian carp it is not the GSH that is the main metabolic path’s first step.

GST induction data have been compared in compound grouping as well. I also examined the effect of medicaments and their glutathione conjugates on the bioelectric activity of the brain stem. To achieve this I have developed an original multiprocessor artificial neural network incorporating analog and digital features (ADNC: Analog Digital Neural Computer) and its related algorithms, with the help of which we can establish two-directional communication with a targeted section of the living nervous system through a 128 multi electrode array (MEA). The system offers a new approach towards the interaction of the neural network and the nervous system; it treats it as its analog part connected to it in an unknown way.

The analog and digital surface of the ADNC integrates microelectronic hardware of the newest technology. The digital surface consists of 9 high performance BS2/SX microcontrollers. Apart from detecting firing matrixes it can also perform algorithmic operations on them and by re-stimulating its result it can communicate with the nervous system.

As a result of treatments, with the decrease of firing frequency, the ratio of synchronous firing grew; therefore the bioelectric tone of the brain stem moderated and became more ordered at the same time. The decrease of the firing rate by certain medicaments, that is the ratio between the base compound and its GSH conjugate revealed a close connection with efficiency tests, in the case of rabbits with motility results, and in the case of fish with the scale of breathing depression.

It seems valid that tranquilizing compounds, similarly to narcotics may be effective in the RAS as a result of the depression of conduction. The RAS activity’s effect can be the change of the ratio of the “sign-noise relation”, with the decrease of absolute irritability. Next to the decrease in the firing rate, the ordered firing activity increased to a certain degree. My investigations also show that the effects of psychopharmacons in the central nervous system’s firing matrix still provide new possibilities for analysis. The nature of synchronous firing and its relation with firing activity should be examined in more detail. The nature of response patterns for stimulation could be investigated, comparing the effects of various treatments. Patterns could be analyzed from numerous, new point-of-views and with new algorithms that would bring us closer to the better understanding of the effect of tranquilizers on the central nervous system. Unfortunately, the length of this publication does not allow this so it is part of my future objectives.

My findings show that the examined psychoactive compounds have GST enzyme inductive effect as well. At the same time, as a result of GST activity in the brain stem the glutathione conjugates of the compounds can be formulated in the brain tissue or in other organs as well. The glutathione conjugates, similarly to other -glutamine peptides and glutathione analogs can influence the central nervous system’s glutamatergic neurotransmission, this way contributing to the development of symptoms of certain side effects, like that of pseudo parkinsonism. Certain psychopharmacons caused the blocking of GST. Probably other metabolic mechanisms play a role in this. Probably the izoenzymes found in the organs are responsible for the specific tissue effects caused by medicaments. The results show the differences between the traditional and new compounds. The known side effects are in a supposedly close relation with the appearance of the formed glutathione complexes. Based on my findings, it seems that it would be useful to examine the applicability of medicaments used successfully in human therapeutics in the case of certain animal species. The new generational neuroleptics have better side effect profiles and do not burden the organism so much. The negative effects of chronic treatment could be more moderate in the case of animal breeding as well. At the same time, their efficiency is not worse than that of traditional medicaments. The continued examination of GSH conjugates of those medicaments that cause significant GST induction may be necessary. The efficiency of conjugates and their role in the development of side effects on the level of particular organs and the examination of their possible interaction with the process of glutamatergic neurotransmission.

IV. The new and original findings of the dissertation

1. During my investigations I have touched upon various fields of study with my results. In the following, I will summarize my findings according to the nature of the various disciplines.
2. I have developed a novel microcontroller based hardware and its connected algorithms for a more effective GST enzyme kinetic analysis of a great amount of samples. With the help of the system the effect of tranquilizers on GST induction can be detected and analyzed more precisely.
3. I have proven that acepromazin, chloropromazin, diazepam, haloperidol, risperidon, thioridazin, tiaprid and xylazine medicines with a tranquilizing effect, all – to a different degree- competitively block the in vitro development of GST induced CDNB-GSH conjugates. All compounds are substrates of the GST enzyme and catalyze the formation of medicine-GSH conjugates.
4. As regards the above mentioned compounds in the case of rabbits and silver crucian carp I established an efficiency order considering the parameters of motility, hot-plate, body temperature, body weight and breathing.
5. I showed that acepromazin, chlorpromazine, diazepam, haloperidol, risperidon, thioridazin, tiaprid and xylazine compounds resulted in a different scale of GST enzyme induction effect in the case of particular organs (liver, brain, kidney, spleen, lungs, heart) of laboratory rats, rabbits and silver crucian carp.
6. I showed and compared the efficiency of GSH conjugates of the above mentioned compounds in the case of rabbits and silver crucian carp (regarding motility, hot-plate, body temperature, body weight and breathing)
7. I have developed an original multiprocessor artificial neural network incorporating analog and digital features and its connected algorithms that can establish two-directional communication with a targeted section of the living nervous system through a 128 multi electrode array. The system offers a new approach towards the interaction of the neural network and the nervous system; it treats it as its analog part connected to it in an unknown way. With its help – in my present investigations – the efficiency and effect mechanism of psychopharmacons in the central nervous system can be examined.
8. I have found out and compared with the results of an efficiency test the effect of the synthesized GSH conjugates of the examined drugs on the brain stem’s firing pattern in the case of rabbits and silver carp.
9. I have found out that the presumption that the tranquilizing compounds cause the alteration of the signal/noise ratio of the firing pattern in the upper part of the brain stem is adequate. Alongside the decrease of the firing rate the synchronized activity increases proportionately.