CC BY
102
УДК [664.292:633.41]:615.1
ББК 36.84:52.81
Х-25
Хатко З.Н., кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой технологии и переработки сельскохозяйственной продукции факультета аграрных технологий Майкопского государственного технологического университета;
Карташов В.А., доктор фармацевтических наук, профессор, декан фармацевтического факультета медицинского института Майкопского государственного технологического университета.
К ВОПРОСУ О МЕХАНИЗМЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕКЛОВИЧНОГО ПЕКТИНА С ЛЕКАРСТВЕННЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
(рецензирована)
В статье теоретически исследован характер взаимодействия свекловичного пектина с лекарственными веществами (ЛВ). Изготовленные пектиновые композиции с ЛВ обладают чувствительностью к клиническим штаммам микроорганизмов-возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний. Установлены факторы, влияющие на эффективность взаимодействия пектина с ЛВ в композиции. В результате их взаимодействия образуются, как правило, нестехиометрические соединения разной природы. При этом образуются устойчивые инклюзионные соединения - комплексы включения. При взаимодействия карбоксильных и гидроксильных групп пектина и различных фунционально-аналитических групп ЛВ могут возникать связи, среди которых следует выделить водородные, ионные, простые и сложноэфирные и некоторые другие.
Ключевые слова: свекловичный пектин, лекарственные вещества, пектиновые композиции, чувствительность микроорганизмов, нестехиометрические соединения, функционально-аналитические группы, функциональность полимеров.
Экспериментальные и клинические исследования последних лет свидетельствуют
о том, что пектины способны проявлять лечебные и профилактические свойства при ряде заболеваний, не уступая по эффективности некоторым лекарственным препаратам. Как и большинство полисахаридов, пектины являются гетерогенными в отношении химической структуры и молекулярной массы. Их состав различается в зависимости от источника сырья, места произрастания растений и условий выделения.
Функциональность полимеров (в том числе и пектиновых веществ) характеризует число функциональных групп в макромолекуле [9]. Понятие "функциональность" для высокомолекулярных соединений, как и понятие "молекулярная масса" (ММ), имеет статистический смысл и характеризуется (по аналогии со средними ММ) значениями среднечисловой функциональности п (отношение суммарного числа функциональных групп к общему числу молекул в системе) и среднемассовой ш функциональности (определяет разброс функциональности в молекулах полимера):
п = X п ^ / X п ^ ш = X п ^ 2 X п ^ , где п ^ - число молекул с функциональностью .
Полимерные молекулы могут содержать в цепи как специально введенные реакционноспособные функциональные группы различного типа (например, -ОН, -СООН, -ЫН2, ^Н, -СН=СН2 -), так и любые другие группы (-С1, -СНз и др.). Система представлений о функциональности полимеров наиболее полно развита для олигомеров (содержащих реакционноспособные группы на концах или в цепи молекул), находящих широкое применение при получении различных типов полимерных материалов в результате целенаправленного превращения функциональных групп. Экспериментально
п для таких олигомеров может определяться из отношения п = М п / М э ( М п -среднечисловая ММ полимера, М э - эквивалентная ММ, или средняя ММ, приходящаяся на одну функциональную группу), а ш - косвенными методами по точке гелеобразования при отверждении олигомеров. Для олигомеров, содержащих один тип функциональности (только моно-, би- или /-функциональные), дисперсность по функциональным группам ш / п = 1, в случае набора молекул с различной функциональностью п >1. Наиболее полно функциональность олигомеров и
полимеров отражает распределение по типам функциональности (РТФ) - аналог функции ММР, количественно характеризующее относительное содержание макромолекул с различным числом и типом функциональных групп. Одновременное использование для характеристики полимеров с функциональными группами РТФ и ММР позволяет отнести все известные полимеры к 3 основным типам: 1) полимеры (чаще олигомеры) со строго определенной функциональностью (наиболее распространены би-, реже - три- и более функциональные), для таких полимеров в идеальном случае п =1, М ш / М п >1,
(М ш - среднемассовая молекулярная масса); 2) полифункциональные линейные или разветвленные полимеры с регулярным чередованием функциональных групп в цепи, для таких полимеров характерна линейная зависимость ^т M^ -, а ш / п > 1 и
является функцией м ш / М п; 3) полифункциональные линейные или разветвленные полимеры с нерегулярным чередованием функциональных групп в цепи, зависимость / ^ от М ^ в этом случае может иметь различный вид (в т. ч. носить экстремальный характер). Каждый из рассмотренных типов функциональности полимеров требует специфического подхода к выбору методов исследования его РТФ. Для олигомеров 1-го и 2-го типа с / < 5 оптимальным является использование ВЭЖХ в критическом (на границе эксклюзионного и адсорбционного) режиме разделения, что позволяет за счет исчезновения деления по ММ проводить разделение непосредственно по числу и типу функциональных групп в макромолекуле. Для анализа РТФ полимеров 2-го и 3-го типа обычно применяют эксклюзионную (в более редких случаях градиентную адсорбционную) хроматографию с детекторами комбинированного типа, позволяющими одновременно и непрерывно измерять количество полимера определенного размера и концентрации в нем функциональных групп. Функциональность полимеров играет важную роль в химии высокомолекулярных соединений: характеризует реакционную способность полимеров, их способность к комплексообразованию и адсорбции, растворимость, ряд важных реологических и др. физико-химических и физико-механических свойств. Для олигомеров параметры РТФ могут быть использованы для исследования процессов их синтеза и превращения, прогнозирования свойств полимерных продуктов на их основе. Параметры РТФ должны входить как важнейшие характеристики в технические условия, для полимеров с функциональными группам.
Физико-химическими свойствами пектинов являются: растворимость в воде; вязкость, гибкость и сшивание пектиновых цепей; полиэлектролитные, эмульгирующие и пенообразующие свойства; ионная селективность; способность к изменению структуры и свойств под воздействие кислот, щелочей, ферментов. Для пектинов характерными являются комплексообразующая и студнеобразующая способность. Кроме того, они обладают физико-механическими и теплофизическими свойствами [1]. Остается открытым вопрос о том, как пектины проявляют лечебное действие на организм человека. Является ли это результатом какой-либо способности (гелеобразующей, комплексообразующей), свойства (антисептического, сорбционного), действия
(бактериостатического, бактерицидного, репаративного, пролонгирующего) или их
выборочной совокупности.
Цель работы заключалась в исследовании механизма взаимодействия
свекловичного пектина с лекарственными веществами (ЛВ) в композиции.
Для создания пектиновых композиций использовались: свекловичный пектин, дистиллированная вода; хлоргексидин и фурацилин (антисептики); новокаин, лидокаин, рихлокаин (местные анестетики); тамерит и деринат (иммуномодуляторы); тималин (иммуностимулятор), полиферментный препарат, выделенный из поджелудочной железы крупного рогатого скота. Пектиновые композиции изготовлялись в виде: пектинового раствора; пектинового геля; пектиновой пленки. Химическая структура пектиновых и лекарственных веществ представлена на рисунках 1 и 2 [1,2, 3,8].
Изготовленные пектиновые пленки в комбинации с антисептиками (фурацилин, хлоргексидин), иммуномодуляторами (тамерит, тималин, деринат) и полиферментным препаратом представлены на рисунке 3 [6].
Исследовано влияние свекловичного пектина на рост клинических штаммов микроорганизмов-возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний (Е.соїі, P.aerugmosa, Е^аесаШ, Р^и^аш). Установлено, что свекловичный пектин [5], в отличие от яблочного, способен снизить сплошной рост исследуемых микроорганизмов до умеренного, а в комбинации с антисептиком (хлоргексидин, фурацилин) привести к отсутствию роста, тогда как активность антисептиков без пектина в присутствии крови и гноя снижается (рисунок 4).
2.
6.
Рис. 1. Химическая структура пектиновых веществ
1 - линейные и разветвленные фрагменты молекулы; 2 - структура галактуроновой цепи; 3, 4 - линейная и циклическая формула галактуроновой кислоты; 5, 6 -пространственная структура молекулы.
Рис. 2. Химическая структура лекарственных веществ 1- лидокаин, 2 - новокаин, 3 - фурацилин, 4 - хлоргексидин
б) в)
Рис. 3. Пектиновые пленки в комбинации с полиферментным препаратом (а), иммуномодулятором тамеритом (б) и антисептиком фурацилином (в)
а) б) в)
Рис. 4. Задержка роста клинических штаммов микроорганизмов в результате
бактериологического посева из-под стерильного пектинового диска (пленки) а) и б) E.coli, в) P. aeruginosa.
Рис. 5. Формы связи свекловичного пектина с лекарственными веществами в пектиновых композициях
ВС - водородные связи; ИС - ионная связь; ПЭС - простая эфирная связь; СЭС -сложная эфирная связь; ОИ - образование иминов; R - остаток ЛВ (алифатический и ароматический).
Установлено, что на эффективность взаимодействия пектина с ЛВ при создании пектиновых композиций могут влиять следующие факторы: форма и концентрация пектина; гранулометрический состав; твердость и водопоглотительная способность частиц; степень очистки от балластных веществ; количество и состав неудаляемых балластных веществ; соотношение пектина и лекарственного средства; формы связи комбинируемых веществ [4].
Пектиновые композиции в комбинации с фармпрепаратами успешно апробированы в условиях Краснодарского клинического госпиталя для ветеранов войн имени проф. В.К. Красовитова. Применение стерильных пектиновых композиций при лечении гнойных ран и трофических язв сокращает сроки заживления ран за счет их надежной изоляции от внешней среды и сроки медико-социальной реабилитации больных за счет создания благоприятных условий для регенерации тканей [7].
Характер взаимодействия ЛВ с пектином, как и с другими высокомолекулярными веществами, может быть различным. В результате взаимодействия образуются, как правило, нестехиометрические соединения разной природы. Образование таких соединений может быть объяснено тем, что пектин в водных растворах образует мисцеллы больших размеров с многочисленными внутренними полостями в виде спиралей или других сложных межмолекулярных образований. Внутри этих структур образуются каналы, которые могут заполняться молекулами ЛВ. При этом образуются устойчивые инклюзионные соединения - комплексы включения, т.е. молекулы ЛВ располагаются внутри цепи пектина и удерживаются различными связями. Этот процесс представляет собой равновесный обмен между молекулами воды, заполняющими полости пектина, и молекулами ЛВ. Схематично это можно представить следующим образом:
[П-пН2О] + тЛВ □ [П-тЛВ-(п-т)Н2 О] + тН2О,
где П и ЛВ - молекулы пектина и ЛВ соответственно.
Благодаря наличию в структуре пектина карбоксильных групп (-СООН) и большого количества гидроксильных групп (-ОН), с одной стороны, и различных фунционально-аналитических групп в молекулах ЛВ, с другой, между ними могут возникнуть связи, среди которых следует выделить водородные, ионные, простые и сложноэфирные и некоторые другие. Предположительно такие связи представлены на рисунке 5.
Образование непрочных межмолекулярных соединений пектина с некоторыми ЛВ способствует повышению биодоступности последних, резко снижает вредное токсическое действие этих лекарств, а также стабилизирует и пролонгирует действие препаратов. Использование пектинов при разработке новых ЛВ улучшает их биофармацевтические свойства.
Выводы:
1. Пектиновые вещества представляют собой смеси, макромолекулы которых отличаются по составу, величине, форме, типу связи элементарных структурных единиц. Функциональность пектинов характеризует его реакционную способность, способность к комплексообразованию и адсорбции, растворимость, ряд важных реологических и других физико-химических и физико-механических свойств.
2. В соответствии с распределением по типам функциональности пектиновые вещества могут быть отнесены к третьему типу полимеров, а именно, к полифункциональным линейным или разветвленным полимерам с нерегулярным чередованием функциональных групп в цепи.
3. Изготовленные пектиновые композиции обладают чувствительностью к клиническим штаммам микроорганизмов-возбудителей ГВЗ. Так, свекловичный пектин способен снизить сплошной рост микроорганизмов до умеренного, а в комбинации с антисептиком привести к отсутствию роста, тогда как активность антисептика без пектина в присутствии крови и гноя снижается.
4. Применение изготовленных стерильных пектиновых композиций при лечении гнойных ран и трофических язв сокращает сроки заживления ран за счет их надежной изоляции от внешней среды и сроки медико-социальной реабилитации больных за счет создания благоприятных условий для регенерации тканей.
5. На эффективность взаимодействия пектина с ЛВ при изготовлении композиции могут влиять следующие факторы: форма и концентрация пектина; гранулометрический состав; твердость и водопоглотительная способность частиц; степень очистки от балластных веществ; количество и состав неудаляемых балластных веществ; соотношение пектина и лекарственного средства; формы связи комбинируемых веществ.
6. В результате взаимодействия пектина с ЛВ образуются, как правило, нестехиометрические соединения разной природы. Пектин в водных растворах образует мисцеллы больших размеров с многочисленными внутренними полостями в виде спиралей или других сложных межмолекулярных образований, внутри которых образуются каналы, которые могут заполняться молекулами ЛВ. При этом образуются устойчивые инклюзионные соединения - комплексы включения.
7. В результате взаимодействия карбоксильных групп и большого количества гидроксильных групп пектина и различных фунционально-аналитических групп ЛВ могут возникать связи, среди которых следует выделить водородные, ионные, простые и сложноэфирные и некоторые другие.
Литература
1. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов / Учеб.пособ. М.: ДеЛи, 2000. -255с.
2. Лекарственные препараты в России: Справочник. М.: АстраФармСервис, 2001.- 1536 с.
3. Машковский М.Д. Лекарственные средства. В двух частях. Ч II. - 12 изд.М.: Медицина, 1993.- 688 с.
4. Хатко З.Н. Исследование механизма влияния балластных веществ на комплексообразующую способность свекловичного пектина Юбилейный сборник научных трудов МГТУ.- Майкоп.- 2003.- С.340-342.
5. Хатко З.Н. Исследование чувствительности клинических штаммов микроорганизмов к свекловичному пектину Материалы XII Международной научной конференции « Здоровье семьи - XXI век», Нетания (Израиль), 2008 .- С.348-350.
6. Хатко З.Н. О свойствах пленок из свекловичного пектина Материалы международной научно-практической конференции « Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения», Краснодар, 2007. - С.252.
7. Шаблин Д.В., Павленко С.Г., Хатко З.Н., Евглевский А.А. Использование пектиновых пленок с фиксированными фармпрепаратами для лечения трофических язв на фоне хронической венозной недостаточности Труды XVI Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии», Гурзуф, 2008. - С.181-182.
8. Шелухина Н.П. Научные основы технологии пектина. - Фрунзе: Илим. - 1988. - 168с.
9. Энциклопедия лекарств, 2004, ХиМиК.т.
