Автореферат и диссертация по медицине (14.00.25) на тему:Количественные характеристики связывания тяжелых металлов низкометоксилированными и высокометоксилированными пектинами

На правах рукописи

Ленская Карина Владимировна

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЯЗЫВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НИЗКОМЕТОКСИЛИРОВАННЫМИ И ВЫСОКОМЕТОКСИЛИРОВАННЫМИ ПЕКТИНАМИ

14.00.25 - фармакология, клиническая фармакология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток - 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владивостокский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Хотимченко Юрий Степанович

Научный консультант- кандидат фармацевтических наук, доцент

Джумаев Мэлс Аннаевич

Официальные оппоненты доктор биологических наук

Зориков Петр Семенович, кандидат медицинских наук, доцент Плаксен Наталья Васильевна

Ведущая организация: НИИ фармакологии Томского научного центра СО РАМН

Защита состоится 2007 г. в « /А часов на заседании

диссертационного совета К 208 007 02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владивостокский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу 690002, г Владивосток, пр Острякова, 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владивостокского государственного медицинского университета.

Автореферат разослан

«IЪ&ьСМтЯМШ' 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Шмыкова И И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Разработка новых лекарственных препаратов на основе природных соединений является важной задачей экспериментальной и клинической фармакологии Фармакологи и фармацевты обратили внимание на некрахмальные полисахариды, широко применяемые в пищевой промышленности, как перспективные фармацевтические субстанции для лекарственных средств и биологически активных добавок к пище (Vaugelade et al, 2000, Cattaneo et al, 2002, Mazumder et al, 2002, Ferguson et al, 2003, Хотимченко и др , 2005), а также как материал для современных фармацевтических технологий (Yermak, Khotimchenko, 2003, Dupuis et al, 2006, George et al, 2006, Wei et al, 2006)

Пектиновые вещества являются растительными полисахаридами, различающимися по структуре, молекулярной массе и физико-химическим свойствам (Chang et al, 1994, Thakur et al, 1997) В растениях пектины содержатся в межклеточном слое между первичными клеточными стенками, где они участвуют в регуляции движения воды и клеточных соков (Schroder et al, 2004) Будучи частью клеточной стенки и основным компонентом срединной пластинки, пектины осуществляют межклеточную адгезию в растительных тканях (Muralikrishna et al, 1994) и обеспечивают их тургор и текстуру (Parre, Geitmann, 2005, Brammell, 2006, Krzemmski et al, 2006)

Полимерная цепь пектинов состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, между которыми на разных расстояниях друг от друга располагаются остатки L-рамнозы (Thibault et al, 1993) От основной цепи рамногалактуронана берут начало боковые цепи, состоящие из нейтральных Сахаров (Schols, Voragen, 1996, Ridley et al, 2001) В зависимости от относительного количества карбоксильных групп в остатках галактуроновой кислоты, этерифицированных метиловым спиртом, различают высокометоксилированные и низкометоксилированные пектины Структурные и функциональные особенности молекул пектинов определяют выраженность их фармакологических эффектов и фармацевтические свойства Пектиновые вещества снижают уровень общего холестерина и лидопротеинов низкой плотности в крови (Gonzalez et al, 1998, Vergara-Jimenez et al, 1998, Bladergroen et al, 1999), увеличивают экскрецию желчных кислот (Garcia-Diez et al

1996), проявляют антимутагенную активность (Hensel and Meier, 1999) и ингибируют пролиферацию злокачественных клеток (Heitman et al, 1992, Hsieh, Wu, 1995) Пектинсодержащие препараты оказывают лечебные эффекты у больных с гиперхолестеринемией (Groudeva et al, 1996, Knopp et al, 1999), сахарным диабетом (Levitt et al, 1980) и персистирующей диареей (Rabbani et al, 2001)

Важным свойством пектинов является их способность связывать тяжелые металлы (Kohn, 1987, Dongowski et al, 1997, Соболев и др, 1999, Khotimchenko et al, 2006), и поэтому препараты на основе пектинов рассматриваются в числе перспективных средств, предназначенных для выведения тяжелых металлов из организма человека (Хотимченко и др, 2001, 2005, Khotimchenko et al, 2004) Однако в научной литературе отсутствуют в необходимом объеме сведения о металлсвязывающей активности пектинов, различающихся между собой физико-химическими характеристиками, о механизмах связывания металлов, о сравнительной эффективности пектинов и других сорбционных материалов, что и определило цели и задачи работы

Цель работы. Цель работы состояла в установлении количественных параметров связывания ионов тяжелых металлов модифицированными пектинами, различающимися степенью метоксилирования, как основы для разработки лекарственных средств, предназначенных для профилактики и лечения хронических отравлений тяжелыми металлами

Задачи работы:

1 Получить образцы модифицированных пектинов с разной степенью метоксилирования в диапазоне от 1 до 60% и охарактеризовать их физико-химические свойства

2 Установить количественные параметры максимальной сорбционной активности высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов по отношению к ионам меди, свинца, кадмия, железа и цинка

3 Установить количественные параметры сродства высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов к ионам меди, свинца, кадмия, железа и цинка

4 Изучить влияние pH на сорбционную активность пектинов по отношению к тяжелым металлам и на сродство пектинов к тяжелым металлам

5 В опытах на экспериментальных животных оценить интенсивность абсорбции ионов свинца в присутствии высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов

6 В опытах на экспериментальных животных оценить способность высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов выводить депонированный в организме свинец

7 Изучить технологические процессы гранулирования и прессования образцов пектинов с максимальной сорбционной емкостью по отношению к тяжелым металлам

Научная новизна. В работе приведены количественные характеристики связывания ионов меди, свинца, кадмия, железа, цинка и ртути препаратами высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов Показано, что при снижении степени метоксилирования с 60,2% до 1,2% максимальная сорбционная емкость пектинов по меди повышается на 28,6%, по свинцу - на 294%, по кадмию - на 222%, по железу - на 70,8%, по цинку - 50,1 % Установлено, что сродство пектинов к исследованным металлам также зависит от степени метоксилирования пектинов Сродство тяжелых металлов к пектину со степенью метоксилирования 1,2% снижается в ряду РЬ2+ > Си2+ >2п2+ > Сё2* > Ре2+ При сдвиге рН в щелочную сторону сорбционной емкости по меди, кадмию, свинцу и железу повышается как у низкометоксилированных, так и у высокометоксилированных пектинов Сорбционная активность пектинов по некоторым металлам не зависит от рН среды и степени метоксилирования пектинов

Показано, что степень метоксилирования карбоксильных групп пектиновой молекулы влияет на интенсивность абсорбции ионов свинца в кишечнике экспериментальных животных и эффективность выведения депонированного в организме свинца через желудочно-кишечный тракт Образцы высокометоксилированных пектинов и пектинов со степенью метоксилирования более 30% не вызывают достоверного усиления выведения депонированного свинца у крыс

Практическая значимость. Подобраны условия гранулирования и прессования пектиновой субстанции и получены опытные образцы

таблетированной лекарственной формы пектина со степенью метоксилирования около 1,2%, обладающего максимальной металлсвязывающей активностью

Разработана техническая документация, проведена экспертиза и получено свидетельство о государственной регистрации биологически активной добавки к пище на основе низкометоксилированного пектина № 77 99 23 3 У 14117 12 06 от 20 12 2006 г Материалы и технологические схемы внедрены в производство на Научно-производственной фирме «Востокфарм» (Владивосток)

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Китайско- Российской конференции по фармакологии (Харбин, 2005г ), на Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2006), на проблемной комиссии по фармакологии, клинической фармакологии и фармации Владивостокского государственного медицинского университета По результатам обсуждения диссертация была рекомендована к защите

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 печатные работы, в том числе статья в журнале «Биология моря», входящем в список ВАК

Объем и структура диссертации. Диссертация выполнена на 120 страницах текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы

Работа содержит 34 рисунка и 15 таблиц Библиография состоит из 230 отечественных и зарубежных источников

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сырьевые источники изучаемых препаратов. Различные образцы пектина были получены при использовании высокометоксияированного пектина, который был произведен компанией Copenhagen Pectin A/S, Lille Skensved (Дания) Данный пектин с помощью водно-спиртового раствора очищали от балластных веществ и высушивали Были получены образцы, которые имели следующие характеристики содержание чистого галакгуронана в молекуле пектина 79,4%, степень этерификации 60,2%, характеристическая вязкость 915 мл/г галакгуронана Из морской травы Zostera manna, собранной в зал Петра Великого (Японское море) в

весенне-летний период, получали образцы низкометоксилированного пектина для сравнительных исследований

В данной работе были применены два метода получения пектинов с низкой степенью метоксилирования а) образцы модифицированных пектинов со степенью метоксилирования от 1,2% до 60,2%, полутали методом щелочной деэтерификации высокометоксилированного цитрусового пектина (Хотимченко и др, 2001), б) выделяли низкометоксилированного пектина из морской травы Zostera marina L методом, описанным в работе Ю H Лоенкоидр (1997)

Определение металлов в растворах и биологических образцах. Содержание свинца в биологическом материале, определяли атомно -абсорбционным методом Для этого материал (кусочки органов) высушивали в термостате при температуре 80 - 85° С до постоянной массы и измельчали Навески массой 100-120 мг переводили в раствор с помощью мокрого озоления в смеси концентрированных кислот (HNO3, НСЮ4 2 1, об/об) Процесс минерализации осуществляли в стеклянных колбах при 180° С, в течение 10 часов и прекращали после обесцвечивания образцов Высушенный и обесцвеченный остаток перерастворяли в 0,1 н HCI В качестве контроля использовали соответствующие объемы смесей кислот, которые подвергали аналогичной обработке Содержание металлов определяли на атомно - абсорбционном спектрофотометре "Shimadzu АА - 610S" (Япония) Расчеты проводили относительно стандартных растворов соответствующих металлов (Julshamn, Andersen, 1983, Никаноров, Жулидов, 1991) Определение других металлов проводили титриметрическим методом -комплексометрическое титрование 0,1 н ЭДТА в присутствии соответствующего металлиндикатора

Определение кинетики связывания металлов пектинами Методика изучения процесса взаимодействия пектина и металла состояла в следующем навеску сухого пектина массой около 5,0 г растворяли при перемешивании на магнитной мешалке в 500 мл воды Полученный раствор помещали в мерную колбу и доводили объем раствора до 1000 мл добавлением воды В пробирку последовательно добавляли рассчитанное количество металла в виде 0,1 M раствора, 1,0 мл 1М буфера с нужным значением рН и доводили объем жидкой фазы до 10,0 мл добавлением рассчитанного количества дистиллированной воды

Затем добавляли 10,0 мл приготовленного раствора пектина рН полученной смеси доводили до нужного значения с помощью 0,1 н растворов гидроокиси натрия и хлористоводородной кислоты Далее смесь титровали через обеззоленный фильтр и в полученном фильтрате определяли остаточное содержание металла титриметрическим методом

Расчет изотерм сорбции. По результатам связывания пектинов с возрастающими по концентрации растворами металлов для каждого значения рН строили изотермы сорбции и определяли класс, к которому они относятся Изотермы сорбции представляли в координатах Скэтчарда, описывали их с помощью уравнения, соответствующего типу изотермы, и рассчитывали константы линеаризированных уравнений Лэнгмюра коэффициент сродства (Ь), максимальную сорбционную емкость (q max) и достоверность R2

Характеристика экспериментальных животных. В экспериментальных исследованиях участвовало 466 половозрелых белых нелинейных крыс-самцов массой 120-150 г Во время исследований крыс помещали в специальные пластиковые клетки со стружечной подстилкой по 5-6 животных в каждой В эксперименте по оценке выведения тяжелых металлов с фекалиями животные содержались в индивидуальных обменных клетках Все животные помимо сбалансированного рациона получали овес, хлеб, свежие овощи и фрукты, мел, также в зимнее время были добавлены комплексные поливитаминные препараты

Основные требования к содержанию, выбору и подготовке экспериментальных животных осуществляли согласно принятым рекомендациям Эвтаназию животных осуществляли в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных 86/609 EEC (European ,1986) Статистическая обработка результатов. Для статистического анализа и обработки результатов исследования рассчитывали средние арифметические величины и ошибки средних арифметических Оценку достоверности различия результатов экспериментальных наблюдений проводили в сравнении с контролем с применением t-критерия Стьюдента для малых величин (п < 30)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Металлсвязывающая активность пектинов с разной степенью метоксилирования

Первый этап работы состоял в изучении кинетики сорбции на модели связывания пектинами ионов меди и установлении зависимости сорбционной активности пектинов от концентрации металла в растворе Затем проводили изучение сорбционной активности пектинов с разной степенью метоксилирования по отношению к эссенциальным металлам Си2+, Ре2"1", Сс12"'" и тяжелым металлам РЬ2+ Для изучения процессов сорбции применяли способ взаимодействия раствора порошка пектина и раствора металла. Образующийся в результате этого процесса гель легко отфильтровывался от жидкой фазы Отмеренную аликвоту (точный объем) раствора пектина помещали в пробирку и последовательно добавляли рассчитанное количество металла в виде 1М раствора, 1мл 1М буфера с необходимым значением рН и доводили объем жидкой фазы до 10 мл добавлением рассчитанного количества дистиллированной воды Пробирку закупоривали пробкой, и ее содержимое тщательно перемешивали После процесса сорбции жидкую фазу отделяли методом фильтрования и в полученном фильтрате методом титрования определяли остаточное содержание металла Изучение сорбционной активности пектинов проводили в серии экспериментов при различных значениях рН Кислотность среды изменяли в диапазоне рН от 2,0 до 6,0 Были использованы буферные растворы для поддержания необходимого значения рН глициновый буфер (глицин, НЫ03) - для диапазона рН 2,0-3,0, ацетатный буфер (уксусная кислота и ТМаОН) - для диапазона рН 4,0-6,0 В дальнейшем сорбционную активность пектина определяли при остаточной концентрации металлов в растворе 0,01±0,0005 ммоль/л

Сорбционная активность пектина снижалась с увеличением степени метоксилирования и, напротив, повышалась при увеличении рН с 2,0 до 6,0 (данные приведены в таблицах 1-5) Все расчеты проводились с использованием математической модели, предложенной Лэнгмюром Выраженная с помощью модели Лэнгмюра максимальная сорбционная активность и сродство кадмия к пектинам, со степенями метоксилирования 1,2%, 9,6%, 18,8%, 27,4%, 40,1%, 52,0%, 60,2%, приведены в таблице 1

Максимальная сорбционная активность и сродство кадмия к пектинам

Степень этерификации рН Ь, ммоль/кг д, ммоль/г ^

1,2% 2 н/о н/о н/о

3 3,7 10"2 6,2 0,9394

4 4,1 10"2 6,94 0,9706

5 4,9 10 2 8,04 0,98850

6 5,1 10"2 8,04 0,9917

9,6% 2 н/о н/о н/о

3 2,1 102 2,24 0,9929

4 6,7 10"2 2,43 0,9781

5 1,23 2,54 0,9989

6 1,73 2,79 0,9971

18,8% 2 н/о н/о н/о

3 3,2 10"2 1,83 0,8309

4 1,85 2,16 0,9949

5 8,6 10"2 2,16 0,9578

6 8,6 10"2 2,61 0,9778

27,4% 2 н/о н/о н/о

3 4,9 10'2 1,61 0,9885

4 4,1 10"2 2,64 0,9706

5 3,7 10"2 2,72 0,9989

6 3,7 10"2 3,14 0,9971

40,1% 2 н/о н/о н/о

3 1,22 1,9 0,8375

4 2,77 2,2 0,8375

* н/о - сорбция не обнаруживается

У низкометоксилированного пектина со степенью метоксилирования 1,2% разница максимальной сорбции между пограничными значениями рН составляла 1,3 раза У пектина со степенью метоксилирования 9,6% - максимальная сорбция по кадмию при рН 6,0 была в 1,24 раза больше, чем при рН 3,0 Такая же тенденция наблюдалась при рассмотрении пектина со степенью метоксилирования 18,8% -максимальная сорбция по кадмию при рН 6,0 была в 1,4 раза больше, чем при рН 3,0 Пектин со степенью метоксилирования 27,4% имел следующий показатель разницы максимальной сорбции пограничных значений рН 3,0 и 6,0 - 2 раза. Пектин, имеющий степень метоксилирования 40,1%, имел следующие показатели максимальной сорбции, которые обнаружены при рН 3,0 и 4,0 и разница между которыми составляла 1,2 раза При других значениях рН максимальная сорбция по

кадмию не обнаруживалась, как и у пектинов со степенью метоксилирования 52,0% и 60,2% при всех значениях рН Это свидетельствует о том, что при высоких степенях метоксилирования не образуется комплекс, так как идет конкуренция ионов металла за взаимодействие с карбоксильными группами молекулы пектина При рН 2,0 независимо от степени метоксилирования пектина сорбция кадмия отличалась от процесса, описанного математической моделью Лэнгмюра (табл 1)

Таблица 2

Максимальная сорбционная активность и сродство меди к пектинам

Степень рН Ь, ммоль/кг q, ммоль/г Я4

этерификации

2 2,4 10"2 1,59 0,9077

3 2,77 1,60 0,9986

1,2% 4 6,0 1,94 0,9987

5 5,62 2,15 0,9997

6 6,79 2,27 0,9999

2 4,7 10"2 2,55 0,9765

3 1,56 2,57 0,9336

9,6% 4 2,41 2,68 0,9875

5 2,79 2,77 0,9926

6 2,73 3,31 0,9701

2 2,8 102 2,3 0,9788

3 1,17 2,48 0,9702

18,8% 4 2,63 2,49 0,9963

5 3,06 2,55 0,9929

6 3,81 2,62 0,9922

2 8,5 10"2 2,3 0,9924

3 1,02 2,31 0,9849

27,4% 4 2,79 2,38 0,9931

5 2,2 2,47 0,9910

6 2,89 2,51 0,9802

2 2,4 10"2 1,59 0,8521

3 7 10"2 2,19 0,9696

40,1% 4 1,7 2,33 0,9926

5 2,41 2,39 0,9948

6 2,36 2,4 0,9932

2 1,24 10"2 1,03 0,8975

3 4 10"2 2,12 0,7836

52,0%, 60,2% 4 2,19 2,19 0,9825

5 1,22 2,2 0,9648

6 2,77 2,21 0,9693

При сравнении максимальной сорбции меди у пектина со степенью метоксилирования 1,2% между пограничными значениями рН видно, что при рН 6,0 она была в 1,4 раза выше, чем таковая при рН 2,0 У пектина со степенью метоксилирования 9,6% эта разница составляла 1,3 раза Пектин, имеющий степень метоксилирования 18,8%, имел разницу в размере 1,2 раза У пектинов со степенями метоксилирования 27,4% и 40,1% она отсутствовала Пектин, имеющий степень метоксилирования 52,0%, как и пектин 60,2%, имел разницу между пограничными значениями, которая составляла 2,1 раза (табл 2)

Таблица 3

Максимальная сорбционная активность и сродство железа к пектинам

Степень рН Ь, ммоль/кг q, ммоль/г Я

этерификации

4 2,6 2,48 0,9993

5 4,4 10"2 2,5 0,9806

1,2% 6 4,5 10"2 3,06 0,9882

4 5,6 10"2 1,96 0,9569

5 7,1 10"2 2,1 0,9850

9,6% 6 1,19 2,11 0,9960

4 1 1 1

5 1,06 1,89 0,9610

18,8% 6 6,3 10"2 1,96 0,9930

4 1,4 10"2 1,81 0,9889

5 1,5 10"2 1,82 0,9943

27,4% 6 1,5 10"2 1,82 0,9943

4 1,02 1,66 0,9683

5 4,0 10"2 1,68 0,9813

40,1% 6 4,0 10"2 1,68 0,9813

5 3,5 10"2 1,64 0,9960

52,0%, 60,2% 6 3,5 10"2 1,64 0,9960

У пектина со степенью метоксилирования 1,2% максимальная сорбция по железу при рН 6,0 превышала сорбцию при рН 4,0 в 1,23 раза У пектинов со степенью метоксилирования 9,6%, 18,8%, 27,4% 40,1%, 52,0%, 60,2% разница между значениями максимальной сорбции не была обнаружена Взаимодействие пектина с двухвалентным железом не удалось изучить при рН 2,0 и 3,0 (табл 3)

Максимальная сорбционная активность и сродство свинца к пектинам

Степень этерификации рН Ъ, ммоль/кг д, ммоль/г Я4

1,2% 2 2,9 10'2 3,8 0,9719

3 8,4 10'2 3,87 0,9991

4 1,7 10"2 5,43 0,9899

5 1,7 10"2 8,11 0,9990

6 3,7 10'2 8,74 0,9889

9,6% 2 2,4 10"2 5,32 0,9904

3 1,7 10"2 5,66 0,9986

4 8,8 10"2 6,07 0,9921

5 4,0 10"2 6,13 0,9949

6 4,0 10"2 6,66 0,9980

18,8 2 1,8 10"2 4,12 0,9879

3 4,1 Ю"2 4,46 0,9874

4 7,4 10"2 4,63 0,9942

5 5,6 Ю-2 4,65 0,9951

6 8,4 10 2 5,11 0,9931

27,4 2 5,3 10"2 3,92 0,9999

3 8,9 10"2 3,92 0,9996

4 1,31 4,47 0,9999

5 2,4 10"2 4,57 0,9992

6 1,3 10"2 4,95 0,9990

40,1 2 2,1 1,97 1

3 1,32 2,02 0,9955

4 1,75 2,23 0,9969

5 6,3 10"2 2,65 0,9954

6 1,8 Ю-2 3,27 0,9926

52,0 2 1,73 1,77 0,9982

3 1,73 1,77 0,9982

4 1,77 1,8 0,9951

5 5,7 10"2 1,81 0,9969

6 2,4 10"2 1,88 0,9993

60,2 2 1,22 1,4 0,9992

3 8,3 10"2 1,49 0,9963

4 1,06 1,56 0,9974

5 4,6 10"2 1,61 0,9941

6 8,7 Ю-2 1,69 0,9957

Низкометоксилированный пектин со степенью метоксилирования 1,2% имел разницу между пограничными значениями рН - 2,3 раза У пектина со степенью метоксилирования 9,6% - максимальная сорбция по свинцу при рН 6,0 была в 1,3

раза больше, чем при рН 2,0 У пектина со степенью метоксилирования 18,8% она составляла - 1,2 раза Пектин, имеющий степень метоксилирования 27,4%, имел следующий показатель - он составлял 1,3 раза У пектина со степенью метоксилирования 40,1% разница равна 1,7 раза Пектин, имеющий степень метоксилирования 52,0%, разницу пограничных значений рН практически не имел У пектина, имеющего степень метоксилирования 60,2%, максимальная сорбция по свинцу при рН 6,0 была в 1,2 раза больше, чем при рН 2,0 (табл 4)

Таблица 5

Максимальная сорбционная активность и сродство цинка к пектинам

Степень рН Ь, ммоль/кг q, ммоль/г II2

этерификации

4 7,3 Ю-2 2,31 0,9923

5 2,2 2,33 0,9870

1,2% 6 4,4 2,66 0,9771

4 2,06 2,03 0,9945

5 1,52 2,27 0,9870

9,6% 6 1,34 2,36 0,9933

4 1,4 1,77 0,9880

5 1,04 1,86 0,9957

18,8% 6 1,04 1,86 0,9957

4 1,47 1,77 0,9874

5 1,47 1,77 0,9874

27,4% 6 1,02 1,83 0,9921

4 9,7 10"2 1,67 0,9923

5 1,01 1,72 0,9926

40,1% 6 1,69 1,74 0,9986

4 2,7 10"2 1,64 0,9929

5 3,3 10"2 1,67 0,9950

52,0%, 60,2% 6 3,3 10"2 1,67 0,9950

При рН 2,0 и 3,0 независимо от степени метоксилирования пектина сорбционные процессы связывания ионов цинка пектинов не подходят под математическую модель сорбции Лэнгмюра У пектина со степенью метоксилирования 1,2% максимальная сорбция по цинку при рН 6,0 превышала сорбцию при рН 4,0 в 1,2 раз, как и у пектина со степенью метоксилирования 9,6% У пектинов со степенями метоксилирования 18,8% , 27,4% 40,1% 52,0% и 60,2% различия между пограничными значениями практически не обнаруживались

Взаимодействие пектина с цинком не удалось изучить при pH 2,0 и 3,0 для образцов со всеми степенями этерификации (табл 5)

Влияние официнальных препаратов-энтеросорбентов и пектинов и на абсорбцию и экскрецию у экспериментальных животных

Тяжелые металлы попадают в организм человека и животных через органы дыхания (ингаляционный путь), желудочно-кишечный тракт (энтеральный путь) и кожные покровы, а выводятся главным образом через кишечник и почки Если поступление преобладает над выведением, то металлы накапливаются в органах и тканях Применение пектинов может дать двойной эффект во-первых, препятствовать поступлению металлов из кишечника в кровь, а во вторых, способствовать выведению металлов из организма по схеме органы и ткани —* кровь —> кишечник В данном разделе приведены данные по сравнительной оценке эффективности образцов пектинов, различающихся степенью метоксилирования, в отношении взаимодействия со свинцом в организме экспериментальных животных В первой серии экспериментов оценивали влияние модифицированных пектинов и на абсорбцию свинца. Для этого крыс массой 150-200 г разделяли на группы Первая группа - интактная, получала обычный виварный рацион Животным второй группы - контрольной, в течение 21 дня зондом внутрижелудочно вводили ацетат свинца в дозе 50 мг/г массы тела один раз в сутки Животным остальных экспериментальных групп за 30-40 мин до введения ацетата свинца вводили один из образцов пектинов или препаратов сравнения дозе 0,5 г/кг массы тела По окончании эксперимента животных декапитировали под легким эфирным наркозом Навески органов массой около 500 мг, высушивали в термостате при температуре 60-80°С в течение суток и определяли содержание свинца атомно-абсорбционным методом В течение эксперимента содержание свинца в печени животных контрольной группы увеличилась с 4,2±0,8 мкг/г до 14,8±1,7 мкг/г, или в среднем в 3,5 раза, по сравнению с интактной группой В группах, которым вводили ацетат свинца и пектины со степенью метоксилирования 60,2%, 52,0% и 40,1%, содержание свинца в печени достоверно не отличалось от контроля В группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью метоксилирования 27,4%, содержание свинца уменьшилось на 35,8%, в группе, получавшей ацетат свинца и

пектин со степенью метоксилирования 18,8%, на 45,3%, в группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью метоксилирования 9,6%, на 63,5%, в группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью метоксилирования 1,2%, на 61,5% Препараты полифепана, активированного угля и микрокристаллической целлюлозы в дозе 0,5 мг/кг/сут не препятствовали депонированию свинца в печени (табл 6)

Таблица 6

Содержание свинца в печени крыс, получавших образцы модифицированных пектинов (0,5 г/кг/сут) и ацетат свинца (50 мг/кг/сут) в течение 20 дней

Группа животных п Концентрация свинца (мкг/г сухой массы) Р*

Контрольная 4 4,2 ± 0,8

Ацетат свинца 6 14,8 ± 1,7

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 60,2%) 6 12,5 ± 0,9 >0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 52,0%) 6 14,3 ± 1,5 >0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 40,1%) 6 11,8 ± 1,1 >0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 27,4%) 6 9,5 ± 0,8 <0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 18,8%) 6 8,1 ±0,8 <0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 9,6%) 6 5,4 ± 0,7 <0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 1,2%) 6 5,7 ± 0,6 <0,05

Ацетат свинца + полифепан 5 13,8 ± 0,9 >0,05

Ацетат свинца + активированный уголь 5 16,2 ± 1,4 >0,05

Ацетат свинца + микрокристаллическая целлюлоза 5 17,3 ± 2,4 >0,05

* Р - сравнение с группой «ацетат свинца»

Содержание свинца в сердце крыс, получавших образцы модифицированных пектинов (0,5 г/кг/сут) и ацетат свинца (50 мг/кг/сут) в течение 20 дней

Группа животных п Концентрация свинца (мкг/г сухой массы) р*

Контрольная 4 10,0 ±1,6

Ацетат свинца 6 28,2 ± 2,9

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 60,2%) 6 23,5 ± 2,2 >0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 52,0%) 6 26,5 ± 2,7 >0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 40,1%) 6 22,6 ±2,2 >0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 27,4%) 6 19,8 ± 1,9 <0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 18,8%) 6 13,9 ±1,4 <0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 9,6%) 6 14,8 ±1,7 <0,05

Ацетат свинца + пектин (степень этерификации 1,2%) 6 14,6 ±1,8 <0,05

Ацетат свинца + полифепан 5 31,4 ±2,6 >0,05

Ацетат свинца + активированный уголь 5 26,3 ±2,1 >0,05

Ацетат свинца + микрокристаллическая целлюлоза 5 25,8 ± 3,0 >0,05

* Р — сравнение с группой «ацетат свинца»

В ходе эксперимента, содержание свинца в сердце животных контрольной группы увеличилась с 10,0±1,6 мкг/г до 28,2±2,9 мкг/г, или в среднем в 2,8 раза, по сравнению с интактной группой В группах, которым вводили ацетат свинца и пектины со степенью метоксилирования 60,2%, 52,0% и 40,1%, содержание свинца в сердце достоверно не отличалось от контроля В группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью метоксилирования 27,4%, содержание свинца уменьшилось на 29,8%, в группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью

метоксилирования 18,8%, на 50,7%, в группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью метоксилирования 9,6%, на 47,5%, в группе, получавшей ацетат свинца и пектин со степенью метоксилирования 1,2%, на 48,2% Препараты полифепана, активированного угля и микрокристаллической целлюлозы в дозе 0,5 мг/кг/сут не препятствовали накоплению свинца в сердце (табл 7)

Разработка таблетированной лекарственной формы из субстанции низкометоксилированного пектина

Одной из задач работы являлось изучение технологических процессов гранулирования и прессования образцов пектинов, обладающих максимальной сорбционной емкостью по отношению к тяжелым металлам Свойства субстанции низкометоксилированного пектина (сыпучесть, насыпной объем, угол откоса) обусловили выбор таблетированной лекарственной формы Кроме того, таблетки имеют ряд преимуществ по сравнению с другими лекарственными формами возможность введения разнообразных комбинаций лекарственных и вспомогательных веществ в состав таблеток, можно варьировать как массой самой таблетки, так и количеством действующих веществ при подборе оптимального состава лекарственной формы и проведении фармакотерапевтических исследований, вспомогательные вещества можно подбирать в зависимости от специфической непереносимости того или иного компонента таблетки, возможность введения ароматических веществ, изменяющими вкус лекарственного вещества Важное значение имеет и тот факт, что технология изготовления таблетированной лекарственной формы более оптимальна с точки зрения материального баланса, в отличие от жидких и порошкообразных аналогов и более проста

Технологическая схема процесса таблетирования состоит из двух основных стадий гранулирование и прессование На первой стадии получают гранулят нужного состава, который бы хорошо прессовался На второй стадии подбирают режим прессования Для отработки технологических схем гранулирования и прессования пектина нами был выбран образец со степенью этерификации 1,2%, обладающий наиболее высокой сорбционной активностью по отношению к тяжелым металлам

На первой стадии получены и изучены 3 вида гранулята Гранулят с 7% крахмальным клейстером проявлял наилучшие реологические свойства На второй стадии исследовали режимы прессования гранулята Оптимальное прессование наблюдалось при температуре 20°С, давлении 1000 кг/см2 и влажности 50% На следующей стадии производили подбор вспомогательных веществ, которые непосредственно влияют на технологические свойства, дозируемость, прессуемость таблетируемой массы и обеспечивают получение таблеток необходимого качества Влияние вспомогательных связующих веществ на основные характеристики таблетированной лекарственной формы было изучено на образце низкометоксилированного пектина со степенью метоксилирования 1,2% Таблетку массой 0,5 г истирали в порошок и растворяли в 100 мл воды Из полученного раствора брали аликвоту 10 мл, добавляли 10 мл металла (Си2+) и титровали 0,1 н раствором ЭДТА (табл 8)

Таблица 8

Влияние связующих веществ на сорбционную активность таблеток, изготовленных из низкометоксилированного пектина

Наименование связующего вещества Концентрация, ммоль/м Сорбционная активность, % Влагопоглощаемость» %

Нет 0,005 82,0 5%

Крахмал 0,005 80,0 5%

Сахар 0,005 83,0 5%

Сорбит 0,005 82,0 5%

На основании данных полученных, при титровании, установлено, что сорбция металла обусловлена только присутствием пектина, связующие вещества на концентрацию, активность действующего вещества и влажность таблеток, изготовленных из низкометоксилированного пектина, не оказывают существенного влияния

ВЫВОДЫ

1 Методом щелочной деэтерификации получены образцы модифицированных пектинов со степенями метоксилирования 1,2%, 9,6%, 18,8%, 27,4%, 40,1%, 52,0%, 60,2 %

2 При уменьшении степени этерификации с 60,2% до 1,2%, содержание в пектине свободной аигидрогалактуроновой кислоты увеличивается в 2,3 раза, при этом величина сорбционной активности пектинов по отношению к металлам увеличилась в 1,2-2,3 раза

3 Максимальная сорбционная активность и величина сродства высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов по отношению к ионам свинца, меди, железа, кадмия, цинка повышается с уменьшением степени метоксилирования пектина

4 Сорбционная активность пектинов по отношению к ионам свинца, меди, железа, кадмия, цинка повышается с увеличением рН среды Сорбционная активность по некоторым металлам у низкометоксилированных пектинов, выделенных из морской травы го81ега таппа, не зависит от величины рН

5 В опытах на экспериментальных животных показано, что поступление ионов свинца в кровь и депонирование его во внутренних органах в присутствии пектина в кишечнике снижается Максимальное ингибирование абсорбции металлов осуществляют пектины со степенью этерификации от 1,2% до 18,8%

6 Пектины со степенью метоксилирования 18,8% и ниже способны выводить свинец, депонированный в костях и почках экспериментальных животных

7 На основании изученных процессов гранулирования и прессования образцов модифицированных пектинов были подобраны технологические условия получения таблетированной лекарственной формы пектина со степенью метоксилирования 1,2% Показано, что при соблюдении таких параметров процесса таблетирования, как температурный режим I = 20°С и давление Р = 1000 кг/см3, полученные образцы соответствуют требованиям нормативной документации

Практические рекомендации

1 Биологически активные добавки к пище, содержащие низкометоксилированные пектины со степенью метоксилирования от 1,2% до 18,8% можно рекомендовать к изучению в условиях клиники как средства профилактики и коррекции хронических отравлений тяжелыми металлами

2 Рекомендовать разработанные технологические условия для получения таблетированной лекарственной формы пектина со степенью метоксилирования 1,2%

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Хотимченко М Ю , Ленская К В , Петракова М Ю и др Ртутьсвязывающая активность пектина, выделенного из морской травы Zostera marina L // Биология моря - 2006 - Т 32, № 5 - с 367-370

2 Ковалев В В , Ленская К В , Безлюдный М А Зависимость сорбционной емкости пектинов по кадмию от степени этерификации и кислотности среды // ХП1 Рос нац конгр «Человек и лекарство» Тез докл Москва, 3-7 апреля 2006 г М, 2006 с 539

3 Ленская К В , Ковалев В В , Безлюдный М А Зависимость сорбционной емкости пектинов по ртути от степени этерификации и кислотности среды // XIII Рос нац конгр «Человек и лекарство» Тез докл Москва, 3-7 апреля 2006 г М , 2006 с 551

4 Khotimchenko Y S , Zueva E P , Lenskaya К V , Kovalev V V Standartization of pectm preparations // China-Russia International Conference on Pharmacology ( Harbin, China 1-4 July, 2005) Harbin Medical University 2005 - С 8

Подписано в печать 21 09 2007 г Формат 60x90/16 1 уч -изд л Тираж 100 экз Заказ № 80 Отпечатано в типографии издательского центра ФГУП «ТИНРО-Центр» Г Владивосток, у л Западная, 10

Актуальность проблемы. Разработка новых лекарственных препаратов на основе природных соединений является важной задачей экспериментальной и клинической фармакологии. Некрахмальные полисахариды, широко применяемые в пищевой промышленности, обратили на себя внимание фармакологов и фармацевтов как перспективные фармацевтические субстанции для лекарственных средств и биологически активных добавок к пище (Vaugelade et al., 2000; Cattaneo et al., 2002; Mazumder et al., 2002; Ferguson et al., 2003; Хотимченко и др., 2005), a также как материал для современных фармацевтических технологий (Yermak, Khotimchenko, 2003; Dupuis et al., 2006; George et al., 2006; Wei et al., 2006).

Пектиновые вещества являются растительными полисахаридами, различающимися по структуре, молекулярной массе и физико-химическим свойствам (Chang et al., 1994; Thakur et al., 1997). В растениях пектины содержатся в межклеточном слое между первичными клеточными стенками, где они участвуют в регуляции движения воды и клеточных соков (Schroder et al., 2004). Будучи частью клеточной стенки и основным компонентом срединной пластинки, пектины осуществляют межклеточную адгезию в растительных тканях (Muralikrishna et al., 1994) и обеспечивают их тургор и текстуру (Parre, Geitmann, 2005; Brummell, 2006; Krzeminski et al., 2006).

Полимерная цепь пектинов состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, между которыми на разных расстояниях друг от друга располагаются остатки L-рамнозы (Thibault et al., 1993). От основной цепи рамногалактуронана берут начало боковые цепи, состоящие из нейтральных Сахаров (Schols, Voragen, 1996; Ridley et al., 2001). В зависимости от относительного количества карбоксильных групп в остатках галактуроновой кислоты, этерифицированных метиловым спиртом, различают высокометоксилированные и низкометоксилированные пектины. Структурные и функциональные особенности молекул пектинов определяют выраженность их фармакологических эффектов и фармацевтические свойства. Пектиновые вещества снижают уровень общего холестерина и липопротеинов низкой плотности в крови (Gonzalez et al, 1998; Vergara-Jimenez^t al, 1998; Bladergroen et al, 1999), увеличивают экскрецию желчных кислот (Garcia-Diez et al 1996), проявляют антимутагенную активность (Hensel and Meier, 1999) и ингибируют пролиферацию злока чественных клеток (Heitman et al, 1992; Hsieh, Wu, 1995). Пектинсодержащие препараты оказывают лечебные эффекты у больных с гиперхолестеринемией (Groudeva et al., 1996; Knopp et al, 1999), сахарным диабетом (Levitt et al., 1980) и персистирующей диареей (Rabbani et al., 2001).

Важным свойством пектинов является их способность связывать тяжелые металлы (Kohn, 1987; Dongowski et al, 1997; Соболев и др., 1999; Khotimchenko et al., 2006), и препараты на основе пектинов рассматриваются в числе перспективных средств, предназначенных для выведения тяжелых металлов из организма человека (Хотимченко и др., 2001, 2005; Khotimchenko et al., 2004). Однако в научной литературе отсутствуют в необходимом объеме сведения о металлсвязывающей активности пектинов, различающихся между собой физико-химическими характеристиками, о механизмах связывания металлов, о сравнительной эффективности пектинов и других сорбционных материалов, что и определило цели и задачи работы.

Цель работы. Цель работы состояла в установлении количественных параметров связывания ионов тяжелых металлов модифицированными пектинами, различающимися степенью метоксилировапия, как основы для разработки лекарственных средств, предназначенных для профилактики и лечения хронических отравлений тяжелыми металлами.

Задачи работы:

1. Получить образцы модифицированных пектинов с разной степенью ме-токсилирования в диапазоне от 1,2 до 60,2% и охарактеризовать их физико-химические свойства.

2. Установить количественные параметры максимальной сорбционной активности высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов по отношению к ионам меди, свинца, кадмия, железа и цинка.

3.Установить количественные параметры сродства высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов к ионам меди, свинца, кадмия, железа и цинка.

5. В опытах на экспериментальных животных оценить интенсивность адсорбции ионов свинца в присутствии высокометоксилированных и низкометокси-лированных пектинов.

6. В опытах на экспериментальных животных оценить способность высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов выводить депонированный в организме свинец.

7. Изучить технологические процессы гранулирования и прессования образцов пектинов с максимальной сорбционной емкостью по отношению к тяжелым металлам.

Научная новизна. В работе приведены количественные характеристики связывания ионов меди, свинца, кадмия, железа, цинка и ртути препаратами высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов. Показано, что при снижении степени метоксилирования с 60,2% до 1,2% максимальная сорбционная емкость пектинов по меди повышается на 28,6%, по свинцу - на 294%, по кадмию -на 222%, по железу - на 70,8%, по цинку - 50,1 %. Установлено, что сродство пектинов к исследованным металлам также зависит от степени метоксилирования пектинов. Сродство тяжелых металлов к пектину со степенью метоксилирования 1,2% снижается в ряду: РЬ2+ > Си2+ >2п2+ > Сс12+> Ре2+. При сдвиге рН в щелочную сторону сорбционной емкости по меди, кадмию, свинцу и железу повышается как низкометоксилированных, так и у высокометоксилированных пектинов. Сорбционная емкость пектинов по ртути не зависит от рН среды и степени метоксилирования пектинов.

Показано, что степень метоксилирования карбоксильных групп пектиновой молекулы влияет на интенсивность адсорбции ионов свинца в кишечнике экспериментальных животных и эффективность выведения депонированного в организме свинца через желудочно-кишечный тракт. Образцы высокометоксилированных пектинов и пектинов со степенью метоксилирования более 30% не вызывают достоверного усиления выведения депонированного свинца у крыс.

Практическая значимость. Подобраны условия гранулирования и прессования пектиновой субстанции и получены опытные образцы таблетированной лекарственной формы пектина со степенью метоксилирования около 1,2%, обладающего максимальной металлсвязывающей активностью.

Разработана техническая документация, проведена экспертиза и получено свидетельство о государственной регистрации биологически активной добавки к пище на основе низкометоксилированного пектина № 77.99.23.3.У.14117.12.06 от 20.12.2006 г. Материалы и технологические схемы внедрены в производство на Научно-производственной фирме «Востокфарм» (Владивосток).

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Китайско-Российской конференции по фармакологии (Харбин, 2005), Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2006). Материалы диссертации были доложены и обсуждены на заседании Проблемной комиссии по фармакологии, клинической фармакологии и фармации Владивостокского государственного медицинского университета. По результатам обсуждения диссертация была рекомендована к защите.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 печатные работы, в том числе статья в журнале «Биология моря», входящем в список ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация выполнена на 120 страницах текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы.

Выводы

1. Методом щелочной деэтернфикации получены образцы модифицированных пектинов со степенями метоксилирования 1,2%, 9,6%, 18,8%, 27,4%, 40,1%, 52,0%, 60,2 %.

2. При уменьшении степени этерификации с 60,2% до 1,2%, содержание в пектине свободной ангидрогалактуроновой кислоты увеличивается в 2,3 раза, при этом величина сорбционной активности пектинов по отношению к металлам увеличилась в 1,2-2,3 раза.

3. Максимальная сорбционная активность и величина сродства высокометоксили-рованных и низкометоксилированных пектинов по отношению к ионам свинца, меди, железа, кадмия, цинка повышается с уменьшением степени метоксилирования пектина.

4. Сорбционная активность пектинов по отношению к ионам свинца, меди, железа, кадмия, цинка повышается с увеличением рН среды. Сорбционная активность по некоторым металлам у низкометоксилированных пектинов, выделенных из морской травы Zostera marina, не зависит от величины рН.

5. В опытах на экспериментальных животных показано, что поступление ионов свинца в кровь и депонирование его во внутренних органах в присутствии пектина в кишечнике снижается. Максимальное ингибирование абсорбции металлов осуществляют пектины со степенью этерификации от 1,2% до 18,8%.

6. Пектины со степенью метоксилирования 18,8% и ниже способны выводить свинец, депонированный в костях и почках экспериментальных животных.

7. На основании изученных процессов гранулирования и прессования образцов модифицированных пектинов были подобраны технологические условия получения таблетированной лекарственной формы пектина со степенью метоксилирования 1,2%. Показано, что при соблюдении таких параметров процесса таблетирования, как температурный режим t = 20°С и давление Р = 1000 кг/см , полученные образцы соответствуют требованиям нормативной документации.

100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время установлена перспективность использования пектинов в лечении и профилактике многих заболеваний человека. Их применяют при отравлении солями тяжелых металлов и лучевом поражении. Особенно это актуально в настоящее время, когда загрязнение окружающей среды токсическими и радиоактивными веществами постоянно растет, промышленные отравления случаются все чаще и увеличивается необходимость в предотвращении их последствий противотоксичными веществами. В ряде случаев антибактериальная терапия не эффективна из-за большого количества осложнений и формирования лекарственной устойчивости возбудителей, поэтому разработка и использование препаратов с новыми свойствами и пролонгированным действием получают все большее распространение. Это вынуждает обращаться к таким простым и безвредным веществам, как пектин, отруби, лигнин и другим пищевым волокнам. Однако существующие разноречивые данные о влиянии пектинов на антибиотики, бактериофаги, общее состояние организма и кроветворение требуют дальнейшего изучения как по взаимодействию пектинов с различными препаратами и веществами, так и по отработке оптимальной концентрации для лекарственных форм.

Пектины являются вспомогательным средством при приготовлении многих лекарственных форм, служат основой для получения пастилок, суппозиториев, являются исходным сырьем в приготовлении гидрогелей, таблеток, мягких желатиновых и ректальных капсул, свечей. Используется их пролонгированное действие в таблетках, микстурах с разными лекарственными препаратами. Введение пектина может усилить терапевтический эффект или снизить побочное негативное действие лекарственных препаратов.

Комплексообразующая способность основана на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных изотопов металлов. Благодаря этому свойству пектина, его включают в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами, и имеющих контакт с тяжелыми металлами. Комплексообразующие свойства пектиновых веществ зависят от содержания свободных карбоксильных групп, то есть степени метоксилирования карбоксильных групп метанолом. Степень этерификации определяет линейную плотность заряда макромолекулы и, следовательно, силу и способ связи катионов. При высокой степени этерификации пектина (>90%) свободные карбоксильные группы, в которые включены атомы Сб! в значительной степени удалены друг от друга. С уменьшением степени этерификации, то есть при увеличении заряда макромолекулы, связь пектиновых веществ с катионами возрастает; константа стабильности пектатов и пектинатов увеличивается в функции, близкой к логарифмической зависимости. При степени метоксилирования 40,1% происходит изменение конформации, приводящей к агрегированию пектиновых макромолекул и образованию прочной внутримолекулярной хелатной связи.

Наши исследования сорбциоиной способности пектовой кислоты показало, что рассматриваемые катионы по "активности" располагаются в определенный ряд: РЬ2+>Си2+>2п2+>Сс12+>Ре2+- Такая последовательность объясняется тем, что катионы двухвалентного марганца, меди, кобальта, никеля помимо соединений типа Р(СОО)2Ме образуют соединения другого вида за счет взаимодействия (кроме карбоксильных) с оксигруппами макромолекул или за счет образования соли типа Р(СОО)Ме(СООСН3). Комплексообразующая способность пектина увеличивается с повышением рН среды. Целью начального этапа работы являлось изучение кинетики сорбции на модели связывания пектинами ионов меди, просмотр зависимости сорбционной активности пектинов от концентрации металла в растворе. Затем проводили изучение сорбционной активности пектинов с разной степенью метоксилирования по отношению к эссенциальным металлам

Л I л л I I л I

Си , Бе и тяжелым металлам Щ , РЬ , Сс! .

Первым исследуемым металлом был кадмий. У низкометоксилированно-го пектина со степенью метоксилирования 1,2%, разница максимальной сорбции между минимальным и максимальным значениями рН составила 1,3 раза. У пектина со степенью метоксилирования 9,6% - максимальная сорбция по кадмию при рН 6,0 в 1,24 раза больше, чем при рН 3,0. Такая же тенденция наблюдалась при рассмотрении пектина со степенью метоксилирования 18,8% - максимальная сорбция по кадмию при рН 6,0 в 1,43 раза больше, чем при рН 3,0. Пектин, имеющий степень метоксилирования 27,4%, имеет следующие показатели максимальной сорбции, которые обнаружены при рН 3,0 и 6,0 - 1,95 раза. Пектин со степенью метоксилирования 40,1% имеет следующие показатели максимальной сорбции, которые обнаружены при рН 3,0 и 4,0 и разница, между которыми составляет 1,16 раза. При других значениях рН максимальная сорбция по кадмию не обнаруживается, как и у пектинов со степенью метоксилирования 52,0% и 60,2% при всех значениях рН. Это свидетельствует о том, что при высоких степенях метоксилирования не образуется комплекс, по-видимому, за счет того, что идет конкуренция ионов металла за взаимодействие с карбоксильными группами молекулы пектина. При рН 2,0 независимо от степени метоксилирования пектина сорбция кадмия отличалась от процесса, описанного математической моделью Лэнгмюра (гомогенная поверхность, ограниченное число мест связывания).

В ходе исследования меди, на основании экспериментальных данных, были получены следующие результаты: при сравнении максимальной сорбции меди у пектина со степенью метоксилирования 1,2% между крайними значениями рН видно, что при рН 6,0 она в 1,43 раза выше, чем таковая при рН 2,0. У пектина со степенью метоксилирования 9,6% эта разница составляет 1,3 раза. Пектин, имеющий степень метоксилирования 18,8%, имеет разницу в размере 1,14 раза. У пектинов со степенями метоксилирования 27,4% и 40,1% она отсутствует. Пектины, имеющие степень метоксилирования 52,0% и 60,2%, различаются по величине максимальной сорбции в 2,05 раза.

Следующим испытуемым металлом стало двухвалентное железо.

У пектина со степенью метоксилирования 1,2% максимальная сорбция по железу при рН 6,0 превышает сорбцию при рН 4,0 в 1,23 раза. У пектинов со степенью метоксилирования 9,6%, 18,8%, 27,4% 40,1%, 52,0%, 60,2% разница между значениями максимальной сорбции не обнаружена. Взаимодействие пектина с двухвалентным железом не удалось изучить при рН 2,0 и 3,0 - это свидетельствует о том, что при низких значениях рН и высоких степенях метоксилирования не образуется комплекс, так как идет конкуренция ионов железа за взаимодействие с карбоксильными группами молекулы пектина.

При исследовании сорбции пектином свинца, было установлено, что пектины со степенью метоксилирования 1,2% имеют разницу между пограничными значениями рН - 2,3 раза. У пектина со степенью метоксилирования 9,6% - максимальная сорбция по свинцу при рН 6,0 в 1,25 раза больше, чем при рН 2,0. У пектина со степенью метоксилирования 18,8% она составляет — 1,24 раза. Пектин, имеющий степень метоксилирования 27,4%, имеет следующий показатель - он составляет 1,26 раза. А у пектина со степенью метоксилирования 40,1% разница равна 1,65 раза. Пектин, имеющий степень метоксилирования 52,0%, разницу пограничных значений рН практически не имеет. Максимальная сорбция по свинцу при рН 6,0 в 1,2 раза больше, чем при рН 2,0 - у пектина, имеющего степень метоксилирования 60,2%.

В ходе исследования цинка мы выяснили, что при рН 2,0 и 3,0 независимо от степени метоксилирования пектина, сорбционные процессы связывания ионов цинка пектинов не подходят под математическую модель сорбции Лэнгмюра. У пектина со степенью метоксилирования 1,2% максимальная сорбция по цинку при рН 6,0 превышает сорбцию при рН 4,0 в 1,15 раз, как и у пектина со степенью метоксилирования 9,6%. У пектинов со степенями метоксилирования 18,8% , 27,4% 40,1% 52,0% и 60,2% различия между пограничными значениями практически не обнаруживаются. Взаимодействие пектина с цинком не удалось изучить при рН 2,0 и 3,0 для образцов со всеми степенями метоксилирования.

Следующим этапом нашей работы явилось изучение влияния пектинов на абсорбцию и экскрецию у экспериментальных животных. Сравнительная оценка эффективности всех исследуемых образцов пектинов дает основание сделать следующие выводы. Влияние пектинов на абсорбцию свинца в кишечнике на прямую зависит от степени метоксилирования пектина. Значимое ингибирование осуществляют пектины со степенью этерификации от 1,2 до 18,8%. Полученные результаты свидетельствуют том, что при помощи модифицированных пектинов можно выводить депонированный в костях и почках свинец. Несмотря на то, что эксперименты выполнены только со свинцом, мы полагаем, что обнаруженные закономерности проявятся и в работе с другими металлами. Препараты полифепана, активированного угля и микрокристаллической целлюлозы на используемой модели не проявили достаточной эффективности.

Затем мы провели выбор и анализ лекарственной формы, которая могла бы содержать субстанцию пектина, необходимой степени этерификации.

Выбор лекарственной формы был обусловлен, прежде всего, свойствами субстанции низкометоксилированного пектина. Как показывает практика, наиболее оптимальной является таблетированная форма лекарственного средства. Список таблетированных энтеросорбентов ограничен, в связи с чем, представляется актуальным изучение эффективности новых энтерособентов из различных источников, в том числе и из морской травы Zostera marina.

Таблетка - одна из самых распространенных и, на первый взгляд, хорошо известных лекарственных форм, однако ее потенциал далеко не исчерпан. Благодаря достижениям отечественной и зарубежной фармацевтической науки и промышленности появляются новые технологии получения таблеток и создаются такие их модификации, которые по своим характеристикам сравнимы с техническими устройствами, при этом сами таблетки по-прежнему сохраняют привычный облик.

Немаловажное значение имеет и тот факт, что технология изготовления таб-летированной лекарственной формы оптимальна с точки зрения материального баланса, в отличие от жидких и порошкообразных аналогов и более проста.

99