CC BY
509
Вестник ДВО РАН. 2005. № 1
Ю.С.ХОТИМЧЕНКО, И.М.ЕРМАК, А.Е.БЕДНЯК, Э.И.ХАСИНА, А.В.КРОПОТОВ, Е.А.КОЛЕНЧЕНКО, И.С.СЕРГУЩЕНКО,
М.Ю.ХОТИМЧЕНКО, В. В. КОВАЛЕВ
Фармакология некрахмальных полисахаридов
Обзор посвящен анализу фармакологических эффектов некрахмальных полисахаридов как источников новых лекарственных препаратов и как биологически активныых добавок к пище. Коротко описаныг структура и физико-химические свойства пектинов, альгинатов, каррагинанов, фукоиданов и хитоза-на, а также действие препаратов на основе полисахаридов при сердечно-сосудистыгх заболеваниях, болезнях желудочно-кишечного тракта, вирусныгх и бактериальныгх инфекциях.
The pharmacology of non-starch polysaccharides. Yu.S.KHOTIMCHENKO (Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok), I.M.YERMAK (Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, FEB RAS, Vladivostok), A.E.BEDNYAK (Vladivostok State Medical University), E.IKHASINA (Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok), A.VKROPOTOV (Vladivostok State Medical University), E.A.KOLENCHENKO (Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok), I.S.SERGOUSHCHENKO, M.Yu.KHOTIMCHENKO (Vladivostok State Medical University), V.V.KOVALEV (Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok).
The pharmacological effects of non-starch polysaccharides as the sources of new medicines as well as dietary supplements are analyzed in the review. The structure and physical and chemical properties of pectins, alginates, carrageenans, fucoidans, and chitosan are briefly described. The examples of using the preparations based on polysaccharides for treatment for the cardiovascular diseases, gastrointestinal disorders, and viral and bacterial infections are discussed.
Некрахмальные полисахариды (non-starch polysaccharides) представляют собой группу веществ, называемых в различных источниках плохо перевариваемыми углеводами (low-digestible carbohydrates) или пищевыми, диетическими волокнами (dietary fiber). Эти вещества являются предметом науки о питании, однако в последние годы появились многочисленные данные об их лечебных свойствах, что заставило фармакологов и фармацевтов обратить на них внимание как на возможные объекты для создания новых лекарственных средств и биологически активных добавок к пище. В работе обобщены наиболее важные публикации преимущественно последних десяти лет, иллюстрирующие спектр фармакологических эффек-
ХОТИМЧЕНКО Юрий Степанович - доктор биологических наук, ХАСИНА Элеонора Израилевна -кандидат биологических наук, КОЛЕНЧЕНКО Елена Алексеевна - аспирант, КОВАЛЕВ Валерий Владимирович (Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток), ЕРМАК Ирина Михайловна - кандидат химических наук (Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, Владивосток), КРОПО-ТОВ Александр Валентинович - доктор медицинских наук, БЕДНЯК Александр Ефимович - кандидат фармацевтических наук, ХОТИМЧЕНКО Максим Юрьевич - кандидат медицинских наук, СЕРГУЩЕН-КО Ирина Сергеевна - аспирант (Владивостокский государственный медицинский университет).
Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований 01-04-49413.
тов некрахмальных полисахаридов, и выделены наиболее перспективные, на взгляд авторов, направления исследований, представляющие наибольший интерес для клинической медицины.
Термин «пищевые волокна» появился в литературе в начале 50-х годов прошлого века для обозначения растительных клеточных стенок, находящихся в пищевых продуктах. В 1971 г. Б.Р.ВшкШ: высказал гипотезу о существовании связи таких заболеваний, как дивертикулез, аппендицит и рак толстой кишки, с низким потреблением растительных волокон, а в 1972 г. H.Trowell применил термин «пищевые волокна» при описании обнаруженной им закономерной зависимости частоты встречаемости ожирения, сахарного диабета и сердечно-сосудистых болезней от потребления этих волокон. Он же определил пищевые волокна, с точки зрения физиологии, как часть пищи, которая произошла от клеточных стенок растений и которая очень плохо переваривается в организме человека. Он также давал другое определение -«это скелетные остатки растительных клеток, которые устойчивы к гидролизу ферментами человека», и считал, что пищевые волокна - это синоним неусваиваемых углеводов. Таким образом, в определении одного термина отражаются, по крайней мере, три критерия - ботанический, физиологический и химический [26].
Химическая структура полисахаридов
С химической точки зрения углеводы разделяют на «сахара» (моно- и дисахариды), олигосахариды и полисахариды. К олиго- и полисахаридам относятся соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Разграничение олигосахаридов и полисахаридов не может быть сделано строго, но с методической точки зрения целесообразно считать олигосахаридами соединения, содержащие до 8-10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридам относить более высокомолекулярные сахара. Главными компонентами пищевых волокон являются полисахариды, образующие как линейные, так и разветвленные цепи. Важную роль в определении физических свойств и способности полисахаридов образовывать ассоциации с другими полисахаридами и белками играют боковые углеводные цепи и конфигурация их гликозидных связей. Часть полисахаридов, состоящих из остатков Б-глюкозы, соединенных 1^4 и 1^6 а-гликозидными связями (крахмалы), гидролизуется амилазами слюнных и панкреатических желез млекопитающих, абсорбируется в тонкой кишке и вместе с моно- и дисахаридами составляет так называемые доступные, или усваиваемые, углеводы. Другая часть полисахаридов (некрахмальные полисахариды) не гидролизуется амилазами, не абсорбируется в кровь и частично или полностью подвергается ферментной деградации микрофлорой толстой кишки.
Кроме некрахмальных полисахаридов, ряд олигосахаридов (раффиноза, стахи-оза, вербаскоза), фрукто-олигосахариды, высокомолекулярные фруктаны (инули-ны), полиспирты (сорбит, ксилит, маннит и др.), полидекстроза (синтетический полимер глюкозы), а также резистентный крахмал в большей или меньшей степени не расщепляются в тонкой кишке, ферментируются кишечной микрофлорой и физиологически имеют много общего с пищевыми волокнами. Более того, некоторые авторы к пищевым волокнам относят пентозаны, аминосахара грибов и членистоногих, неуглеводное соединение лигнин и неперевариваемые белки. Следовательно, термин «пищевые волокна» включает более широкий круг веществ, чем неус-ваиваемые углеводы и некрахмальные полисахариды. К наиболее изученным некрахмальным полисахаридам можно отнести пектины, альгинаты, каррагинаны, хитозаны и фукоиданы.
Пектины входят в состав клеточной стенки высших растений, где они выполняют функции цементирующего материала для волокон целлюлозы. Многие растения содержат пектины в межклеточном слое между первичными клеточными стенками, где они участвуют в регуляции движения воды и клеточных соков. Первичными блоками полимерной цепи пектинов являются остатки D-галактуроновой кислоты, которые соединены друг с другом а(1^4)-связью. Образованные таким образом цепи насчитывают несколько сотен галактуроновых блоков. Между блоками галактуроновой кислоты на разных расстояниях друг от друга располагаются остатки L-рамнозы, соединенные с галактуроновой кислотой а(1^2)-связью, вследствие чего цепь пектина в этом месте изгибается примерно на 90°. От основной линейной цепи рамногалактуронана берут начало боковые цепи, состоящие из нейтральных сахаров, чаще всего арабинозы и галактозы. Арабинановая, галакто-нановая и арабиногалактонановая боковые цепи соединены с рамнозой (1^4)-свя-зью. Остатки арабинозы соединяются между собой (1^5)-связью, а галактозные -(1^4), хотя встречаются (1^3) и (1^6)-связи. Встречаются также D-галактопира-ноза, L-арабинофураноза, D-ксилопираноза, D-глюкопираноза и L-фукопираноза и очень редко - D-апиоза, 2-О-метил-Э-ксилоза и 2-О-метилфукоза. Обычно боковые цепи из нейтральных сахаров имеют длину от 8 до 20 молекул, и на их долю приходится 10-15 % массы пектина. Различают высокометоксилированные и низ-кометоксилированные пектины. Метоксилированным пектин считается в том случае, когда карбоксильные группы остатков галактуроновой кислоты этерифициро-ваны метиловым спиртом. Чем больше таких групп в полимерной цепи пектина, тем выше степень этерификации, или метоксилирования, и наоборот. Высокоме-токсилированные пектины характеризуются степенью этерификации более 50 % (обычно от 60 до 80 %), а низкометоксилированные - менее 50 % (обычно 30-40 %) [6].
Альгиновая кислота и ее соли встречаются главным образом в морских бурых водорослях (PhHeophyta), в которых они составляют основную часть полисахаридов, достигая 40 % сухой массы, а также в красных водорослях семейства Corallinaceae. Сейчас известно, что бактерии, принадлежащие к родам Pseudomonas и Azotobacter, содержат ацетилированные альгинаты. В талломах водорослей фикоколлоиды являются первичными компонентами клеточных стенок и внеклеточного матрикса, играя роль «скелета» и обеспечивая прочность и гибкость ткани. Альгиновая кислота состоит из остатков p-D-маннуроновой и a-L-гулуро-новой кислот, соединенных (1^4)-связями. Полимерная нить альгинатов состоит из гомополимерных полиманнуроновых и полигулуроновых областей, или блоков, между которыми могут находиться чередующиеся остатки обеих кислот. C поливалентными металлами альгиновая кислота образует несколько типов альгинатов. У полных альгинатов все карбоксильные группы связаны с катионами. Такие альгинаты нерастворимы в воде. Неполные альгинаты могут быть растворимы и нерастворимы в воде. В то же время полные альгинаты одновалентных металлов хорошо растворимы в воде и образуют вязкие, клейкие растворы. К растворимым относятся соли калия, натрия, а также магния и аммония. Альгинаты могут быть мо-нокатионными, когда в образовании альгината участвуют катионы одного металла, и поликатионными - с катионами нескольких металлов [7].
Источником каррагинана являются красные водоросли, относящиеся к семействам Gigartinaceae, Solieriaceae, Rhabdoniaceae, Hypneaceae, Phyllophoraceae, Petrocelidaceae, Caulacanthaceae, Cystocloniaceae, Rhodophyllidaceae, Furcellariaceae, Tichocarpaceae и Dicranemataceae. Каррагинаны представляют собой сульфатированные галактаны, содержащие D-галактозу и ее производные,
остатки которых соединены регулярно чередующимися в(1—>4)- и а(1—3)-связя-ми. 4-О-замещенный остаток каррагинанов может быть как галактозой, так и ее
3.6-ангидропроизводным, а различные гидроксильные группы могут быть суль-фатированы. Регулярные полисахариды, молекулы которых построены из диса-харидных повторяющихся звеньев одного типа, получили собственные названия. Так, установлено несколько «предельных», или идеализированных, структур каррагинана, что позволило разделить их на типы, различающиеся содержанием
3.6-ангидро-галактозы, местоположением и количеством сульфатных групп. В соответствии со структурными особенностями повторяющегося звена выделяют 6 главных типов каррагинана: к, X, г, V, ц и 9. Каррагинаны ц, V и X могут быть превращены соответственно в к-, I- и 9-каррагинаны щелочной или ферментативной модификацией. Однако реальные природные полисахариды редко соответствуют таким идеализированным структурам; обычно наблюдается комбинация двух или более предельных структур в одной полимерной молекуле. Согласно модифицированной номенклатуре галактанов красных водорослей для обозначения гибридной или «замаскированной» структуры полисахарида используется кодовая система заглавных букв [33].
Предшественником хитозана является полимер М-ацетил-Б-глюкозамин (хитин), который синтезируется у животных, главным образом у ракообразных, моллюсков и насекомых, являясь важным компонентом экзоскелета, и у некоторых грибов в качестве основного фибриллярного полимера клеточной стенки. Хитозан как полимер р-(1—4)-2-ацетамидо-2-дезокси-Б-глюкопиранозы получают путем щелочного деацетилирования хитина [20].
Фукоиданы являются сложными сульфатированными полисахаридами, встречающимися в бурых морских водорослях, в яйцах морских ежей и в стенке тела ку-кумарий. Стержневая цепь фукоидана состоит из остатков Ь-фукозы, соединенных а(1—3)-связями с сульфатными группами в 4-м положении на некоторых остатках фукозы. К этому полимеру присоединяются другие остатки фукозы, формирующие точки ветвления через а(1—2)- или а(1—4)-связи. Отмечено также присутствие в фукоидане небольшого количества других сахаров, таких как ксилоза, галактоза, манноза и глукуроновая кислота [25].
Лечение и профилактика сердечно-сосудистых заболеваний
Эпидемиологические исследования, проведенные в разных странах, свидетельствуют о наличии обратной связи между потреблением пищевых волокон и риском сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе инфаркта миокарда. Отсутствие волокон в рационе может способствовать развитию ожирения. У лиц с избыточным весом потребление волокон существенно ниже, чем у худых. В связи с этим для более успешного лечения ожирения стали рекомендовать диету, богатую волокнами. Пищевые волокна, с одной стороны, могут обеспечить появление чувства раннего насыщения за счет растяжения стенок желудка, а с другой -уменьшить абсорбцию экзогенной глюкозы, вероятно, благодаря замедленной диффузии углеводов через гелевый слой полисахарида. Экспериментальные исследования на животных и клинические наблюдения на людях доказывают, что некрахмальные полисахариды снижают такой важный фактор риска сердечно-сосудистых заболеваний, как уровень холестерина в сыворотке крови. Этот эффект отчетливо показан для пектинов [19, 31], альгинатов [7, 18, 35] и хитозана [9, 12, 34].
Механизм холестерин-снижающего действия полисахаридов обусловлен связыванием в просвете кишечника желчных кислот, обеспечивающих всасывание холестерина в кровь. В результате повышения вязкости содержимого кишечника усиливается фекальная экскреция желчных кислот. Вследствие усиленного синтеза в печени новых желчных кислот происходит снижение уровня холестерина в крови. Кроме того, так как полисахариды слабее связывают гидрофильные желчные кислоты, в плазме увеличивается относительное содержание гидрофобных желчных кислот, которые сильнее, чем гидрофильные кислоты, ингибируют активность хо-лестерин-7а-гидроксилазы в печени. Другое объяснение может состоять в продукции короткоцепочных жирных кислот (пропионовой, уксусной и масляной) при бактериальной ферментации некрахмальных полисахаридов. Экспериментально показано, что эти кислоты ингибируют синтез холестерина в печени. Кроме этого, хитозан, например, способен образовывать ионные комплексы с жирами, в том числе с холестерином, и ингибировать их абсорбцию и рециркуляцию из кишечника в печень [34].
В патогенезе осложнений атеросклероза большое значение придают состоянию свертывающей и антисвертывающей систем крови. Предполагается, что не только концентрация фибриногена, но и состояние фибриновой сети усугубляет риск сердечно-сосудистых осложнений. Наблюдения, проведенные на добровольцах с ги-перлипидемией, показали, что прием пектинов по 15 г в день в течение 4 нед приводит к изменению качественных характеристик фибриновой сети: она становится более проницаемой, менее прочной при растяжении и легко лизируемой. Поэтому пектиновую добавку рекомендуют больным с повышенным уровнем общего холестерина в крови и плазменного фибриногена. Показано, что ряд производных хитозана in vitro проявляет антикоагулянтную активность [14]. Установлены анти-коагулянтные свойства и у фукоидана [10]. Однако более важными и перспективными представляются исследования, посвященные способности фукоиданов индуцировать образование сосудов и оказывать лечебный эффект при критической ишемии мышц (терапевтический ангиогенез). Известно, что в регуляции восстановления сосудов в ишемизированных участках тканей участвуют факторы роста фибробластов, которые инициируют митотическое деление эндотелиальных клеток сосудов, фибробластов и гладкомышечных клеток. Высокомолекулярные фуко-иданы связываются с факторами роста, защищают их от протеолиза и тем самым способствуют образованию новых сосудов [23]. Кроме того, высокомолекулярные фукоиданы индуцируют высвобождение глюкозаминогликан-связанного стро-мального фактора-1, который мобилизует прогениторы стволовых клеток костного мозга. Последние, в свою очередь, участвуют в ангиогенезе вместе с фактором роста сосудистого эндотелия. Низкомолекулярный фукоидан (7 ± 2 kDa) на модели ишемизированной конечности крыс также потенцировал сосудовосстанавливающие эффекты факторов роста сосудов и повышал плотность капилляров в пораженных тканях [22]. В отличие от высокомолекулярного фукоидана и гепарансуль-фатов низкомолекулярный фукоидан не обладает прямым антитромбиновым эффектом [24] и поэтому лишен побочных геморрагических эффектов, что делает его перспективным для клинического применения.
Лечение и профилактика заболеваний желудочно-кишечного тракта
Первый эффект, который оказывают некрахмальные полисахариды после приема, связан с изменением вязкости содержимого желудка и кишечника, что
приводит к замедлению желудочно-кишечного транзита. После прохождения по тонкой кишке полисахариды ферментируются в толстой кишке анаэробными бактериями в короткоцепочные жирные кислоты. В толстой кишке следствием наличия полисахаридов и продуктов их бактериальной деградации являются увеличение объема стула, ускоренный транзит по толстой кишке и повышенное образование кишечных газов. Благодаря сильной водоудерживающей способности некрахмальные полисахариды увеличивают содержание воды в стуле [26]. На поверхности слизистой желудка и кишечника высокомолекулярные полисахариды формируют гель и благодаря этому оказывают обволакивающее и защитное действие, предохраняя слизистые оболочки от раздражающего влияния агрессивных факторов.
Продукты кишечной ферментации некрахмальных полисахаридов - это С1-С6-монокарбоновые кислоты, в том числе С2-С4-кислоты: уксусная, пропио-новая и масляная, соотношение между которыми зависит от состава анаэробной флоры и рН содержимого кишки. У человека эти кислоты легко абсорбируются в кишечнике и обеспечивают от 5 до 10 % базальной энергетической потребности. Они же являются основными компонентами питания для эпителиальных клеток выстилки толстой кишки. За счет стимуляции пролиферации эпителиальных клеток эти кислоты обеспечивают заживление поврежденной поверхности кишечника. Слизистая толстой кишки реагирует острым или хроническим воспалением на резкое уменьшение доступности бутирата, пропионата и ацетата. Поэтому недостаточное потребление некрахмальных полисахаридов приводит к низкой продукции жирных кислот и обусловливает высокую частоту расстройств толстого кишечника. Включение в диету дополнительных количеств полисахаридов оказывает лечебный эффект [21, 26].
Короткоцепочные жирные кислоты улучшают микроциркуляцию в стенке толстой кишки и усиливают моторную функцию кишечника, ограничивая тем самым обсеменение тонкой кишки рефлюксирующим содержимым толстой кишки. В опытах на животных с экспериментальным колитом пектин увеличивал высоту ворсинок и глубину крипт тонкой кишки, повышал уровень энтероглюкагона в плазме и стимулировал продукцию монокарбоновых жирных кислот [11].
С образованием монокарбоновых кислот связывают и защитный эффект пищевых полисахаридов в отношении рака толстой кишки. Масляная кислота индуцирует дифференциацию и апоптоз карциномных клеток толстой кишки, так же как и уксусная и пропионовая кислоты, но из трех кислот более выраженное антинеопла-стическое действие оказывает именно масляная кислота [13], которая ингибирует пролиферацию раковых клеток толстой кишки, вызывая их остановку в ранней в! фазе. Вероятно, это происходит за счет ингибирования экспрессии генов, вовлеченных в регуляцию клеточного цикла, включая онкогенез. Установление роли некрахмальных полисахаридов в развитии рака толстой кишки демонстрирует пример взаимодействия эндогенных (генетических) и экзогенных (пищевых) факторов в канцерогенезе. Согласно гипотезе Вогельштейна, генетические повреждения в слизистой толстой кишки накапливаются более одного или двух десятилетий и приводят к формированию злокачественной опухоли. Соотношение защитных и повреждающих факторов определяет скорость процесса от аденомы к карциноме. Защитные факторы (прежде всего масляная, уксусная и пропионовая кислоты) могут подавить эффекты рак-индуцирующих факторов (например, вторичных желчных кислот). Дальнейшие исследования, направленные на познание молекулярных механизмов действия пищевых факторов на злокачественный рост, представляются чрезвычайно важными для разработки профилактической стратегии опухолевого процесса.
В гастроэнтерологической практике применяются композиции альгиновой кислоты или альгинатов с антацидными средствами для профилактики гастро-эзофа-геального рефлюкса и устранения изжоги. Современные схемы купирования диспепсических расстройств и лечения язвенной болезни включают последовательное применение антацид-альгинатного комплекса и блокаторов Н2-гистаминовых рецепторов. Добавление раствора альгината натрия к ампициллину способствовало задержке антибиотика в желудке, а предварительное введение кальция (0,1 М) увеличивало эту задержку еще в два раза вследствие образования геля на поверхности слизистой. Этот подход рекомендован для подавления Helicobacter pylori [16]. Клинические наблюдения над больными с язвой двенадцатиперстной кишки показали, что препарат «Коллоидный висмут-пектин» эффективен в лечении H. pylori-позитивной дуоденальной язвы. Вместе с гидроокисью алюминия и окисью магния пектины рекомендованы для лечения язв желудка и двенадцатиперстной кишки [7]. Весьма перспективными препаратами для лечения и профилактики язвенной болезни представляются фукоиданы, которые, с одной стороны, обладают антипептическими и противовоспалительным свойствами [29, 32], а с другой - препятствуют адгезии бактерий H. pylori на мембраны эпителиальных клеток слизистой желудка [28]. Противоязвенный эффект описан и у хитозана [15].
В настоящее время некрахмальные полисахариды можно рассматривать как пребиотики, т. е. пищевые ингредиенты, которые стимулируют рост полезной микрофлоры кишечника и ограничивают размножение патогенных бактерий. Исследования микробной фауны фекалий на фоне альгинатной диеты у мужчин-добро-вольцев показали, что прием 10 г альгината натрия в сутки в течение 2 нед достоверно повышает уровень бифидобактерий, в то время как уровень патогенных энтеробактерий и клостридий проявляет тенденцию к уменьшению. На протяжении периода приема альгинатной диеты концентрации фенола, р-крезола, индола, аммония и скатола в фекалиях были достоверно меньшими, а уксусной и пропионо-вой кислот - достоверно большими, чем в периоды приема обычной диеты. Пре-биотический эффект полисахаридов особенно актуален при кишечных инфекциях, затяжное и хроническое течение которых в последние годы связывают с повышенной частотой бактерионосительства. Одной из причин, способствующей этой негативной тенденции, является развитие дисбиоза кишечника, обусловленного преобладанием в сообществе микроорганизмов стафилококков и эшерихий с измененными свойствами, заселением кишечника условно-патогенной микрофлорой и снижением уровня молочнокислых бактерий. Этиотропная фармакотерапия кишечных инфекций антибактериальными препаратами зачастую усугубляет развитие дисбиоза, особенно при длительном или неоправданном использовании антибиотиков широкого спектра действия. В связи с этим в комплексной терапии кишечных инфекций с целью повышения эффективности специфического лечения показано применение средств, восстанавливающих нормальную микрофлору (пробиотики), содержащих бифидо- и лактобактерии, а также пребиотики, в том числе некрахмальные полисахариды и другие пищевые волокна [1, 17].
Антибактериальные, противовирусные и иммуномодулирующие свойства
Большой интерес представляют данные об антимикробной активности некрахмальных полисахаридов. Установлено, что пектины оказывают бактерицидное действие на грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы.
В условиях in vitro в 4 %-ном растворе пектина количество стрептококков, синегнойной и спороносной палочек уменьшалось вплоть до полного исчезновения в течение 4 ч, а количество шигелл, клебсиелл, протея, кишечной палочки и стафилококков - в течение 24 ч. В аналогичных условиях представители индигенной микрофлоры желудочно-кишечного тракта (молочнокислые бактерии) сохраняли свою жизнеспособность. Вероятно, в условиях организма антимикробное действие пектинов обусловлено кислотным повреждением поверхностных структур и белков микробной клетки и ингибированием адгезии бактерий к клеточному эпителию. При изучении влияния пектинов на антибиотики было обнаружено, что в растворе пектинов антибактериальная активность калиевой и натриевой солей бензилпенициллина утрачивается через 24 ч. Полусинтетические пенициллины -карбенициллин, оксациллин и клоксациллин - инактивировались частично. Другие исследованные антибиотики - ампициллин, гентамицин, канамицин, ристоми-цин, доксициклин, линкомицин, цефалотин и цефазолин при контакте с пектинами не теряли свою активность. У больных с острыми кишечными инфекциями сроки купирования симптомов токсикоза, таких как диарея и тошнота, были достоверно короче в группе больных, принимавших пектины вместе с этиотропными средствами. Выявленные свойства пектинов позволяют рекомендовать их к применению в медицинской практике как для лечения острых кишечных инфекций, так и для профилактики и коррекции дисбактериоза, развивающегося на фоне антибиотико-и химиотерапии. При этом совместное использование пектинов с эубиотиками, по-видимому, будет еще более эффективным.
Показано, что каррагинан in vivo влияет на продукцию провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-1, интерлейкин-6 и фактор некроза опухолей. Эти цитокины являются медиаторами активации иммунных клеток и образования белков острой фазы воспаления (С-реактивный белок, сывороточный амилоид А, Т-кининоген, комплементы) [30]. Каррагинанам присущи также свойства иммуно-адьювантов, и они способны оказывать как иммуностимулирующий, так и имму-носупрессорный эффекты. Каррагинаны действуют как митогены Т-клеток человека, индуцируют супрессорную активность Т-клеток мышей, влияют на миграцию лимфоцитов, стимулируют В-клетки и инициируют выброс хелпер-факторов из клеток селезенки. Различные типы каррагинанов оказывали in vitro ингибирующее влияние на репликацию ряда ДНК- и РНК-вирусов: иммунодефицита человека (ВИЧ) 1-го типа, желтой лихорадки, простого герпеса 1-го и 2-го типов, вакцинного вируса и вируса свиной лихорадки [33]. i-Каррагинан защищал мышей от ци-томегаловирусной инфекции. В нецитотоксических концентрациях X- и i-карраги-наны оказались в 6 и 8 раз мощнее противовирусного препарата рибавирина при ингибировании экспрессии антигена вируса гепатита А в клетках гепатомы человека, а активность к-каррагинана была сравнима с таковой рибавирина. Наиболее вероятно, что основной мишенью противовирусного действия каррагинанов является адсорбция вирусов, а не вирусная интернализация и синтез внутриклеточных белков. Важно выяснить, какие химические структуры ответственны за эту активность, что даст ключ к созданию лекарственных препаратов против герпесной инфекции. Высокую противовирусную активность проявляют и фукоиданы из различных бурых водорослей [27]. Обнаружено также, что в условиях in vitro i-карра-гинан способен блокировать эпителиальную трансмиссию ВИЧ в дозах, в тысячу раз более низких, чем требуется для ингибирования клеточной адгезии [33]; на этом основании перспективными представляются работы по созданию вагинальных антисептических средств для профилактики заражения вирусом иммунодефицита человека.
Связывание тяжелых металлов и радионуклидов
Важным свойством некоторых некрахмальных полисахаридов является их способность связывать и выводить из организма человека тяжелые металлы, в том числе радионуклиды. Сравнительные исследования по оценке свойств различных сорбентов показали, что сорбционная емкость альгинатов натрия, альгината кальция и низкоэтерифицированного пектина со степенью этерификации около 1 % по крайней мере в отношении свинца, меди, кадмия и ртути выше, чем у активированного угля, микрокристаллической целлюлозы, полифепана, сплата, энте-росорба, высокоэтерифицированного пектина и производных хитозана, в 3-10 и более раз [17]. Поэтому препараты на основе пектинов и альгинатов мы рассматриваем в числе перспективных лекарственных средств, предназначенных для выведения тяжелых металлов и радионуклидов из организма человека [6, 7].
Клинические наблюдения за лечебным действием пектинов проводились в Санкт-Петербургской педиатрической медицинской академии и Институте токсикологии Министерства здравоохранения РФ. Были обследованы дети в возрасте 7-14 лет с повышенным уровнем ртути в моче. В качестве сорбента использовали яблочный пектин «Classic AU-701». Продолжительность курса энтеросорбции составляла 60 дней. Полного исчезновения ртути в моче к концу лечения удалось добиться у 82,2 % детей. На фоне энтеросорбции пектином происходило повышение уровня гемоглобина и эритроцитов, снижение уровня ретику-лоцитов, улучшение показателей лейкоцитарной формулы, клеточного и гуморального иммунитета. Авторы отметили, что под влиянием пектина формируется физиологический тип выделения ртути, который исключает возможность «ртутного обвала» и вторичного поражения мочевыводящих путей, наблюдаемых при хелатной терапии [4]. Функциональные нагрузочные пробы позволили установить, что применение пектина в течение 60 дней не вызывает нарушения белкового, жирового и минерального обмена, а также биохимических показателей крови. Не нарушалось всасывание цинка, железа и кальция. Это свидетельствует об эффективности применения пектинов при меркуриализме и о возможности применения пектиновых препаратов для повышения токсикорезистентно-сти организма при химической нагрузке.
В связи с развитием атомной энергетики и риском радиоактивного поражения людей особый интерес представляет свойство некрахмальных полисахаридов связывать радионуклиды. Начиная с 1957 г. были выполнены многочисленные исследования на экспериментальных животных и наблюдения на добровольцах, доказавшие, что альгинаты натрия и кальция ингибируют всасывание радиоактивного стронция в желудочно-кишечном тракте активнее ионообменных смол и хелатооб-разователей. Даже разовое назначение альгината натрия, обогащенного гулуроно-вой кислотой, уменьшает задержку стронция в организме человека по крайне мере в 4 раза. Кроме того, обогащенный альгинат влияет на метаболизм депонированного в костях стронция, усиливая выделение из организма с фекалиями «эндогенного» стронция. Обнаруженный эффект альгината обусловлен связыванием радионуклида в кишечнике при его выделении из крови. Также эффективно альгинат натрия ускоряет элиминацию радиоактивного изотопа радия. Важно подчеркнуть, что альгинат натрия по способности ингибировать абсорбцию радиоактивного стронция в кишечнике лабораторных животных значительно превосходит соли кальция, фосфаты, крахмал, производные пектовой кислоты, препараты целлюлозы, ионообменные смолы, ЭДТА и другие хелатирующие средства [7]. Возможно, что препараты альгиновой кислоты станут самыми эффективными из всех известных средств профилактики радионуклидной интоксикации.
Заключение
Одним из важных направлений научно-технологических работ, основанных на данных по сорбционной активности некрахмальных полисахаридов, является разработка препаратов, биологически активных добавок и пищевых продуктов с высоким содержанием альгинатов и пектинов. Это направление может оказаться перспективным в решении медицинских проблем населения, проживающего на территориях с высоким уровнем радиоактивных изотопов в окружающей среде. В лаборатории фармакологии ИБМ ДВО РАН в содружестве с кафедрой фармакологии Владивостокского государственного медицинского университета разработаны и внедрены в лечебную практику биологически активные добавки на основе низкоэтерифицированных пектинов (полисорбовит) и альгината кальция (детоксал). Экспериментально установлено, что эти препараты оказывают антитоксическое действие при экспериментальном токсическом гепатите, снижают уровень продуктов перекисного окисления липидов, нормализуют уровень холестерина и триглицеридов при гиперлипидемии, выводят из депо тяжелые металлы, такие как свинец и кадмий [5, 8]. В клинических наблюдениях было установлено, что эти добавки могут применяться в качестве вспомогательных средств при гипермикроэлементозах, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, вирусных гепатитах, при кишечных инфекциях, осложненных дисбиозом, хронической почечной недостаточности, а также при заболеваниях, сопровождающихся повышенным уровнем холестерина в крови [2, 3, 17]. Следует подчеркнуть, что многие полисахариды по способности связывать тяжелые металлы, снижать уровень липидов в крови, оказывать антитоксическое и противовирусное действие не уступают, а некоторые даже превосходят в этом отношении соответствующие лекарственные средства. Эти факты, а также широкий круг потенциальных показаний для применения некрахмальных полисахаридов позволяют, на наш взгляд, поставить перед фармацевтической и фармакологической науками задачу, связанную с разработкой новых лекарственных препаратов на основе полисахаридов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Потиевский Э.Г, Шендяпина Е.Ф. Применение пектина у детей, больных острыми кишечными инфекциями // Педиатрия. 2000. № 6. С. 66-68.
2. Пятчина О.В., Одинцова М.В., Хотимченко Ю.С. Клинико-лабораторная оценка эффективности использования пектина у больных с хронической почечной недостаточностью // Вопр. питания. 2003.
Т 72, № 2. С. 43^5.
3. Савченко О.В., Хотимченко Ю.С. Энтеросорбция свинца детоксалом у детей // Педиатрия. 2002. № 1. С. 76-80.
4. Соболев М.Б., Хацкель С.Б., Мурадов А.Ю. Энтеросорбция некрахмальными полисахаридами как метод лечения детей с меркуриализмом // Вопр. питания. 1999. Т. 68, № 1. С. 28-30.
5. Хотимченко Ю.С., Хасина Э.И., Шевцова О.И. и др. Лечебное действие полисахаридов из морских гидробионтов при экспериментальном токсическом гепатите // Дальневост. мед. журн. 1997. № 4. С. 58-59.
6. Хотимченко Ю.С., Кропотов А.В., Хотимченко М.Ю. Фармакологические свойства пектинов // Эфферентная терапия. 2001. Т 7, № 4. С. 22-36.
7. Хотимченко Ю.С., Ковалев В.В., Савченко О.В., Зиганшина О.А. Физико-химические свойства, физиологическая активность и применение альгинатов - полисахаридов бурых водорослей // Биология моря. 2001. Т. 27, № 3. С. 151-162.
8. Хотимченко Ю.С., Хасина Э.И., Ковалев В.В. и др. Эффективность пищевых некрахмальных полисахаридов при экспериментальном токсическом гепатите // Вопр. питания. 2000. Т. 69, № 1-2. С. 22-26.
9. Bokura H., Kobayashi S. Chitosan decreases total cholesterol in women: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial // Eur. L. Clin. Nutr. 2003. Vol. 57. P. 721-725.
10. Chevolot L., Foucault A., Chaubet F. et al. Further data on the structure of brown seaweed fucans: relationships with anticoagulant activity // Carbohydr. Res. 1999. Vol. 319. P 154-165.
11. Fukunaga T., Sasaki M., Araki Y. et al. Effects of the soluble fibre pectin on intestinal cell prolifera-
tion, fecal short chain fatty acid production and microbial population // Digestion. 2003. Vol. 67. P. 42-49.
12. Gallaher D.D., Gallaher C.M., Mahrt G.J. et al. A glucomannan and chitosan fiber supplement decreases plasma cholesterol and increases cholesterol excretion in overweight normocholesterolemic humans // J. Am. Coll. Nutr. 2002. Vol. 21. P. 428^33.
13. Hague A., Elder D.J.E., Hicks D.J., Paraskeva L.H. Apoptosis in colorectal tumor-cells. Induction by the short-chain fatty-acids butyrate, propionate and acetate and by the bile-salt deoxycholate // Int. J. Cancer. 1995. Vol. 60. P. 400-406.
14. Huang R., Du Y., Yang J., Fan L. Influence of functional groups on the in vitro anticoagulant activity of chitosan sulfate // Carbohydr. Res. 2003. Vol. 338. P. 483-489.
15. Ito M., Ban A., Ishihara M. Anti-ulcer effects of chitin and chitosan, healty foods in rats // Jpn. J.
Pharmacol. 2000. Vol. 82. P 218-225.
16. Katayama H., Nishimura T., Ochi S. et al. Sustained release liquid preparation using sodium alginate for eradication of ^l^oba^er pylori // Biol. Pharm. Bull. 1999. Vol. 22. P. 55-60.
17. Khotimchenko Yu.S. Polysorbovit: properties and using of pectin preparations. Seoul: Korea Health Policy News, 2003. 91 p.
18. Kimura Y., Watanabe K., Okuda H. Effects of soluble sodium alginate on cholesterol excretion and glucose-tolerance in rats // J. Ethnopharmacol. 1996. Vol. 54. P. 47-54.
19. Knopp R.H., Superko H.R., Davidson M. et al. Long-term blood cholesterol-lowering effects of a dietary fiber supplement // Am. J. Prev. Med. 1999. Vol. 17. P. 18-23.
20. Kumar M.N.V.R. A review of chitin and chitosan applications // React. Funct. Polym. 2000. Vol. 46. P. 1-27.
21. Luhrs H., Schauber J., Boxberger F. et al. Butyrate-mediated inhibition of nuclear factor kappa B activation // Gastroenterology. 1999. Vol. 116. P. G2471.
22. Luyt C.-E., Meddahi-Pelle A., Ho-Tin-Noe B. et al. Low-molecular-weight fucoidan promotes therapeutic revascularization in a rat model of critical hindlimb ischemia // J. Pharmacol. Exp. Therap. 2003. Vol. 305. P. 24-30.
23. Matou S., Helley D., Chabut D. et al. Effect of fucoidan on fibroblast growth factor-2-induced angio-genesis in vitro // Thromb. Res. 2002. Vol. 106. P. 213-221.
24. Millet J., Jouault S.C., Mauray S. et al. Antithrombotic and anticoagulant activities of a low molecular weight fucoidan // Thromb. Haemost. 1999. Vol. 81. P. 391-395.
25. Patankar M.S., Oehninger S., Barnett T. et al. A revised structure for fucoidan may explain some of
its biological activities // J. Biol. Chem. 1993. Vol. 268. P. 21770-21776.
26. Plaami S.P Content of dietary fiber in foods and its physiological effects // Food Rev. Int. 1997.
Vol. 13. P. 29-76.
27. Ponce N.M.A., Pujol C.A., Damonte E.B. et al. Fucoidans from the brown seaweed Adenocystis urticu-laris: extraction methods, antiviral activity and structural studies // Carbohydr. Res. 2003. Vol. 338. P. 153-165.
28. Shibata H., Kimura-Takagi I., Nagaoka M. et al. Inhibitory effect of Cladosiphon fucoidan on the adhesion of Helicobacter pylori to human gastric cells // J. Nutr. Sci. Vitaminol. 1999. Vol. 45. P 325-336.
29. Shibata H., Kimura-Takagi I., Nagaoka M. et al. Properties of fucoidan from Cladosiphon okamuranus Tokida in gastric mucosal protection // BioFactors. 2000. Vol. 11. P. 235-245.
30. Tateda K. Acute induction of interleukin-6 and biphasic changes of serum complement C3 by car-rageenan in mice // Mediators Inflamm. 1998. Vol. 7. P. 221-223.
31. Toeller M., Buyken A.E., Heitkamp G. et al. Fiber intake, serum cholesterol levels, and cardiovascular disease in European individuals with type 1 diabetes / EURODIAB IDDM complications study group // Diabetes Care. 1999. Vol. 22, Suppl. 2. P. B21-B28.
32. Yamamoto Y., Suzuki T., Hirano M. et al. Effect of fucoidan and fucoidan containing tea on gastric ulcer and non-ulcer dyspepsia // Jpn. Pharmacol. Ther. 2000. Vol. 28. P 63-70.
33. Yermak I.M., Khotimchenko Yu.S. Chemical properties, biological activities and applications of car-rageenans from red algae // Rec. Adv. Mar. Biotechnol. / Eds M.Fingerman, R.Nagabhushanam. Enfield; Plymouth: Science Publishers, Inc., 2003. Vol. 9: Biomaterials and Bioprocessing. P. 207-255.
34. Ylitalo R., Lehtinen S., Wuolijoki E. et al. Cholesterol-lowering properties and safety of chitosan // Arzneim.-Forsch./Drug Res. 2002. Vol. 52. P. 1-7.
35. Yoshie Y., Suzuki T., Shirai T., Hirano T. Effect of sodium alginate on fat contents and digestive organs of rats fed with fat-free diet // Fish. Sci. 1995. Vol. 61. P. 668-671.
