Изучение структурных компонентов и физико-химических свойств гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей как источника антиоксидантных лек

На правах рукописи

Жданова Алина Валитовна

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ И

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

НИЗКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ИЛОВЫХ СУЛЬФИДНЫХ ГРЯЗЕЙ КАК ИСТОЧНИКА АНТИОКСИДАНТНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

Самара – 2011

Диссертационная работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Научный руководитель:

доктор биологических наук,

профессор Аввакумова Надежда Петровна

Официальные оппоненты:

доктор фармацевтических наук,

профессор Первушкин Сергей Васильевич

доктор химических наук,

профессор Халилов Леонард Мухибович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

Защита состоится « 2 » июня 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 208.085.06 при ГОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации по адресу: 443079, г. Самара, пр. К.Маркса, 165 Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СамГМУ» Минздравсоцразвития России (г. Самара, ул. Арцыбушевская, 171).

Автореферат разослан «____»____________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат фармацевтических наук,

доцент И.К. Петрухина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Живой организм, как открытая термодинамическая система, активно реагирует на негативные изменения биосферы, и вместе с тем, характеризуется высоким постоянством состава внутренней среды. Поддержание окислительно-восстановительного гомеостаза, как неотъемлемого свойства живых организмов, обеспечивается комплексом взаимосвязанных биохимических процессов. Нарушение функций редокс-систем тканей и органов является важным звеном патогенеза ряда заболеваний, к которым относятся сахарный диабет, гепатиты различной этиологии [Мехтиев С.Н., 2008], патологии сердечно-сосудистой системы [Барсель В.А., 1998; Решетова Г.Г., 2004; Tang M., 1996], множество онкологических [Бурлакова Е.Б., 1979, Fukushima M, 2001] и аутоиммунных заболеваний, в том числе, ревматоидный полиартрит, склеродермия и другие [Маянский Д.Н., 1991; Меньщикова Е.Б., 2008]. Сказанное обуславливает активный поиск средств лечения окислительно-восстановительных нарушений и коррекции свободнорадикального статуса организма. С этой целью широко используются синтетические антиоксидантные препараты, такие как ионол [Репин В.С, 1998], пробукол (фенбутол) [Оковитый С.В., 2005; Burkitt M.J., 1996], диметилсульфоксид, мексидол [Воронина, 2000] и другие, применение которых ограничено рядом противопоказаний. Причинно-следственные отношения между терапевтическим эффектом и побочными действиями синтетических препаратов остаются недостаточно изученными. Иногда токсическое действие лекарственных средств на организм становится источником серьезных патологий. Вместе с тем, далеко не полностью исчерпаны возможности по разработке и внедрению в фармацевтическую практику терапевтических препаратов на основе природных соединений. Приоритетной задачей фармации в настоящее время является создание инновационных лекарственных субстанций на основе отечественного природного сырья для производства современных конкурентоспособных фармацевтических препаратов.

Перспективными с этой точки зрения являются гуминовые вещества, которые предполагают реализацию терапевтического эффекта на субклеточном и молекулярном уровне. Актуально фармацевтическое использование гуминовых веществ пелоидов, формирующихся в восстановительных условиях при участии сульфатредуцирующих микроорганизмов, что отражается на их структуре и химических свойствах, которые определяют биологическую активность соединений. Гуминовые вещества обладают широким спектром терапевтического действия, что подтверждается экспериментальными исследованиями последних лет. Специфические органические вещества обладают адаптогенным [Бузлама А. В., 2010], антитоксическим [Агапов А. И., Аввакумова Н.П., 1999], противомикробным [Жернов Ю.В., 2010], диуретическим [Дубищев А.В., 2010], противовоспалительным [Агапов А.И. 1999; Аввакумова Н.П., 2002; Катунина Е.Е., 2007] действием, а также являются универсальной матрицей, позволяющей ввести в организм человека необходимые микроэлементы в активной форме [Аввакумова Н.П., 2002; Кривопалова М.А., 2010].

Отсутствие в информационных источниках сведений о влиянии гуминовых веществ пелоидов на окислительно-восстановительные процессы обуславливает актуальность и новизну проведенного исследования.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование зависимости антиоксидантных свойств гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей от их структурной организации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выделить и идентифицировать по общепринятым критериям гуминовые вещества низкоминерализованных иловых сульфидных грязей: фульвовые, гиматомелановые, гуминовые и гумусовые кислоты.
2. Исследовать структурные компоненты гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей физико-химическими методами: инфракрасной спектроскопии (ИКС), ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
3. Разработать методы количественного анализа гумусовых кислот и их компонентов: фульвовых, гиматомелановых и гуминовых кислот.
4. Охарактеризовать в сравнительном аспекте про- и антиоксидантные свойства отдельных фракций гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей в условиях «in vitro».
5. Оценить биодоступность отдельных фракций гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей на модельных опытах.
6. Изучить антиоксидантную активность фульвовых, гиматомелановых, гуминовых и гумусовых кислот пелоидов по основным гематологическим характеристикам в условиях «in vivo».

Научная новизна. Получены новые сведения о структурных компонентах фульвовых, гиматомелановых, гуминовых кислот с использованием ИК, ЯМР, ЭПР-спектроскопии. Установлены особенности молекулярной структуры гуминовых веществ пелоидов.

Впервые уточнена и детализирована природа парамагнитных центров в молекулах гуминовых веществ пелоидов, свидетельствующая об их высокой реакционной способности. Установлены соотношения электронодонорных и электроноакцепторных свойств гуминовых веществ пелоидов.

Получены новые данные о влиянии гуминовых веществ пелоидов на динамику окислительного стресса в эксперименте. Выявлена антиоксидантная активность фульвовых, гиматомелановых, гуминовых и гумусовых кислот пелоидов, раскрывающая перспективность их использования в фармацевтической практике.

Впервые предложен способ количественного определения гуминовых веществ пелоидов методом амперометрии, который может быть использован для стандартизации лекарственных субстанций.

Практическая значимость. Данные об антиоксидантной активности гуминовых субстанций являются основой при выработке алгоритма по рациональной пелоидотерапии с позиций доказательной медицины.

Совокупность сведений о составе, структурной организации, а также количественные характеристики антиоксидантной активности и биодоступности гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей являются необходимой базой для создания стандартизированных субстанций и лекарственных препаратов с целью дальнейшего использования в медицинской и фармацевтической практике.

Внедрение результатов работы позволит создать новый для России класс лекарственных средств сочетанного действия на основе экологически чистых природных веществ с доступной сырьевой базой.

Преимуществами применения пелоидопрепаратов, по сравнению с нативным грязелечением, является уменьшение противопоказаний и возможность использования лечебного фактора вне курортных зон.

По результатам исследований оформлено рационализаторское предложение:

- удостоверение на рационализаторское предложение № 122 от 1 февраля 2011г. «Средство природного происхождения для лечения инфицированных ран на основе хелатокомплекса гуминовых кислот пелоидов с ионами серебра».

Результаты диссертационного исследования внедрены:

• В учебный процесс на кафедре общей, бионеорганической и биоорганической химии ГОУ ВПО СамГМУ Минздравсоцразвития России (акт внедрения от 1.03.2011);

• В учебный процесс на кафедре химии фармацевтического факультета ГОУ ВПО СамГМУ Минздравсоцразвития России (акт внедрения от 1.03.2011).

Основные положения, выносимые на защиту:

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на «XII конгрессе «Экология и здоровье человека» (г. Самара, 2007), межрегиональной научно-практической конференции по вопросам восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии, посвященной 175-летию ФГУ «Санаторий «Сергиевские минеральные воды» (г. Самара, 2008), XVI и XVIII Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (г. Пенза 2009, 2010), IV Международном симпозиуме «Механизмы действия сверхмалых доз» (г. Москва, 2008), VII Всероссийской конференции с Молодежной научной школой «Химия и медицина, ОРХИМЕД-2009» (г. Уфа, 2009), региональной конференции «Молодые ученые - медицине», «Аспирантские чтения, 2009» (г. Самара, 2009), V Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере» (г. Санкт-Петербург, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, из них 6 работ – в ведущих рецензируемых журналах ВАК.

Связь задач исследования с планами научных работ. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (государственная регистрация № 01200809998).

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 33 рисунка. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов и методов исследования (глава 2), трех глав (глава 3,4,5), отражающих результаты собственных исследований, заключения, общих выводов, приложения и списка литературы, включающего 209 источников, из которых 65 – на иностранных языках.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена новизна и практическая значимость полученных результатов, а также изложены положения, выносимые на защиту.

Глава 1 содержит аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по современному состоянию исследований в области гуминовых веществ, в котором обобщены и систематизированы сведения по изучению состава, свойств и применения специфических органических соединений.

В главе 2 представлена характеристика объектов и методов исследования. Приведены методики элементного, фотоколориметрического, спектроскопического, хемилюминесцентного, мано- и амперометрического, биохимического и гистологического изучения гуминовых веществ пелоидов.

В главах 3-5 экспериментальной части приводятся результаты собственных исследований элементного состава, компонентов молекулярной структуры, антиоксидантной активности в условиях «in vivo» и «in vitro» фульвовых, гиматомелановых, гуминовых и гумусовых кислот пелоидов. Полученные результаты обработаны статистически и представлены в виде таблиц, формул и рисунков, приведенных в тексте диссертации.

В заключении проведен сравнительный анализ полученных данных, установлены особенности молекулярной структуры и закономерности изменения антиоксидантных свойств в генетическом ряду гуминовых веществ пелоидов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объектом нашего исследования явились гуминовые вещества, выделенные из низкоминерализованных иловых сульфидных грязей ФГУ «Санаторий «Сергиевские минеральные воды» ФМБА России, Самарская область.

Фракции фульвовых (ФК), гиматомелановых (ГМК), гуминовых (ГК) и гумусовых кислот (ГсК) были получены из пелоидов по авторским методикам, разработанным на кафедре общей, бионеорганической и биоорганической химии ГОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития России» (патенты РФ № 2043107 от 20.07.1992; № 2122414 от 27.11.98).

Идентификация и изучение структурных компонентов гуминовых веществ пелоидов. Идентификацию гуминовых веществ осуществляли по общепринятым критериям: элементному составу, коэффициентам цветности: Е4/Е6, характеристическим полосам поглощения ИК– спектров. Полученные результаты сравнивали с литературными данными.

Определение элементного состава гуминовых веществ, а именно, содержание углерода, водорода, азота, серы и кислорода проводили на анализаторе фирмы «Carlo Erba EA-1108» при температуре 10100С в постоянном потоке гелия. Согласно результатам элементного анализа содержание углерода находится в интервале 28,6-59,5% (масс.), водорода 3,7-6,2 % (масс.), кислорода 31,3–58,9% (масс.).

Таблица 1

Элементный состав (в пересчете на беззольное вещество), степень окисленности, бензоидности и коэффициенты цветности гуминовых веществ пелоидов

Определяемый показатель		ФК	ГМК	ГК	ГсК
Углерод	Масс.	28,58±0,17	59,49±0,19	55,18±1,70	55,78±0,01
	Мольн	19,01±0,15	40,21±0,17	42,89±0,20	41,60±0,74
Водород	Масс.	6,18±0,19	5,22±0,12	3,56±0,36	4,01±1,30
	Мольн	49,34±1,60	42,33±0,05	33,21±0,24	35,88±1,42
Азот	Масс.	2,10±1,84	1,83±1,69	5,16±0,79	4,16±0,91
	Мольн	1,21±0,67	1,06±0,54	3,44±0,14	2,66±0,58
Кислород	Масс.	58,90±0,61	31,26±0,14	34,10±0,16	34,97±0,14
	Мольн	29,38±0,14	15,84±0,05	19,88±0,05	19,56±0,07
Сера	Масс.	4,24±1,47	2,2±0,17	2,00±0,01	1,08±0,32
	Мольн	1,06±0,16	0,56±0,05	0,58±0,25	0,30±0,46
Н/С		2,59	1,05	0,77	0,86
О/С		1,55	0,39	0,46	0,47
Степень окисленности		+0,50	-0,26	+0,15	+0,08
Степень бензоидности		6,87	20,01	32,69	26,97
Коэффициент цветности		7,50	5,30	2,70	2,60