CC BY
24УДК 677.027.524.111.1
О.В. Козлова, О.И. Одинцова, Е.В. Гарасько
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГУМИНОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ ТЕКСТИЛЬНЫХ
ИЗДЕЛИЙ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
(Ивановский государственный химико-технологический университет)
e-mail: [email protected]
Обозначены перспективные направления и показана эффективность создания текстильных изделий медицинского назначения на основе природных биологически активных веществ. Представлены результаты изучения процессов сорбции и десорбции препарата на основе гуминовых соединений, иммобилизованного в текстильный носитель.
Ключевые слова: медицина, текстильные материалы, биологически активные вещества, гуми-новые соединения
Эффективность применения текстильных материалов в медицине обусловлена такими их свойствами, как высокая сорбционная способность, эластичность, способность прилегать к поверхности сложной формы, воздухопроницаемость, легкость и другими ценными качествами.
В настоящее время совместные усилия химиков-текстильщиков, биологов и медиков сосредоточены на проблеме придания перевязочным материалам дополнительных лечебных свойств путем нанесения на текстильный материал лекарственных препаратов. С решением этой задачи расширяется область применения перевязочных материалов, их основное назначение закрывать рану от инфекции и впитывать кровь (благодаря природным свойствам) дополняется лечебным действием за счет лекарственного препарата [1].
Идеальные перевязочные средства должны отвечать следующим требованиям [2]: создавать оптимальную микросреду для заживления ран, обладать высокой абсорбционной способностью, предотвращать проникновение микроорганизмов в рану, иметь достаточную проницаемость для паров воды, иметь эластичность, не обладать токсичным действием, не иметь местного раздражающего и аллергического действия, не «осыпаться» в рану, и не прилипать к поврежденной поверхности.
В настоящее время в качестве лекарственных средств, иммобилизованных в текстильную основу перевязочного средства, в основном, используют препараты, синтезированные химическим путем, такие как фурагин, хлоргексидин, метронидазол, мексидол, альгинат натрия, мочевина, димексид, 5-фторурацил и др. Данные лекарственные препараты позволяют применять текстильные материалы для лечения ран, ожогов, порезов, ссадин, трещин, трофических язв, мест-
ных ушибов, а также при оказании первой медицинской помощи как антимикробное и противовоспалительное средства. Текстильной основой для таких медицинских изделий чаще всего являются трикотажные полотна из полиэфирных и целлюлозных волокон.
Применение лекарственных средств на основе веществ природного происхождения в настоящее время становится все более актуальным. В связи с этим, во всем мире расширяются поиски природных источников сырья, обладающих ценными оздоровительными свойствами, проводится анализ путей их использования [3-13].
Например, в медицинской практике широко используются альгинаты, имеющие следующую структурную формулу (на примере альгината натрия):
Они обладают свойством предотвращать развитие многих заболеваний - онкологических, сердечно-сосудистых, почечных, желудочно-кишечных, способны укреплять иммунную систему [11].
Широкое применение в медицине, особенно при лечении ожогов, имеет такое натуральное биологически активное вещество, как хитозан, выделяемый из панцирей морских красноногих крабов [12]. Его используют для ускорения процесса заживления ожоговых ран и предупреждения формирования грубых рубцов. Молекула хи-тозана имеет положительный заряд, в то время как липиды кожи - отрицательный, поэтому он прекрасно удерживается кожей на поверхности, образуя тончайшую фибриновую пленку, сохраняю-
щую влагу, и внешне напоминающую искусственную кожу [13].
Главный компонент хитозана - гиалуроно-вая кислота - является необходимой составляющей организма человека.
Кроме того, хитозан обладает выраженной адсорбционной способностью, угнетает развитие раневой инфекции, предупреждает нагноение раны, активизирует фагоцитарные клетки, очищает рану. Хитозан гидрофилен, создает подходящий микроклимат в ране, не высушивая ее, и пропуская при этом избыточную влагу. Хитозан нормализует рН раны, за счет чего производит обезболивающее действие [12].
Среди природных веществ можно также выделить огромный класс веществ, возможности которых с точки зрения химии будущего безграничны, а область их применения очень велика. Одними из таких веществ являются гуминовые соединения [3].
В работах многих авторов лечебным свойствам гуминовых веществ уделено особое внимание. Физиологическую активность гуминовых веществ некоторые авторы связывают с наличием в их молекулах карбоксильных и фенольных групп. Лечебное действие выражается в том, что гуматы оказывают противовоспалительное действие, улучшают кровообращение и микроциркуляцию, усиливают рост слоев эпидермиса, проявляют анальгизирующие и антимикробные свойства [7]. Противовоспалительные действия связаны с воздействием гуминовых веществ на протеолити-ческие ферменты, которые способствуют расщеплению белков, играющих важную роль в подавлении воспалительных процессов. Установлен инги-бирующий эффект гуминовых кислот на протео-литические ферменты, обусловливающие повреждения стенок сосудов и кожи [13]. Основой противовоспалительных свойств гуминовых кислот, по мнению ряда ученых [14], являются содержащиеся в них флавоноидные структурные элементы.
Экспериментально доказано [15], что гу-миновые вещества влияют на метаболизм белков и углеводов бактерий, катализируя этот процесс. Это приводит к прямому ускоренному разрушению бактерий или вирусов. Антибактериальный механизм также связан с образованием ионных связей высокомолекулярных фрагментов белков инфекционных бактерий.
Показано, что гуминовые соединения являются антагонистами гнилостных и аэробных бактерий, находящихся на поверхности кожи. Они вступают в конкурентные взаимоотношения с микроорганизмами кожи, вытесняя в местах своего пребывания патогенную микрофлору, вызывают ее гибель и отторжение отмерших клеток рогового слоя эпидермиса, что способствует предотвращению повторного инфицирования раны.
Гуминовые кислоты являются основным действующим химическим фактором лечебных грязей и торфов, обладающих широким спектром медико-биологического действия: биостимули-рующим, противовоспалительным, противовирусным, и являются источником для изготовления лечебных грязевых препаратов.
В лечебной практике применяются препараты, созданные на основе гуминовых кислот: «Гумизоль» - 0,01%-ный раствор фракций гуми-новых кислот хаапсалуской морской лечебной грязи в растворе натрия хлорида [16], «Гуминат» (Guminati) - 1%-ный водный раствор на основе экологически чистого торфа [17]. Препараты серии «Томед» предназначены: «Томед-аппликат» -для аппликаций на больной участок тела, «Томед-аква» в виде концентрированного водного раствора - для наружного применения в виде ванн, спринцеваний, примочек, тампонов и т.д.
Препараты относятся к группе природных адаптогенов, позволяют нормализовать метаболические и регенераторные процессы, укреплять иммунную систему, уменьшать побочное действие специфических лекарственных средств [18].
Обзор состояния дел в области применения гуминовых веществ в медицине позволяет сказать, что в ближайшее время фармакологию гуматов ждет безусловное признание и мощное развитие не только потому, что уже сегодня гуми-новые вещества демонстрируют великолепные результаты, недоступные традиционным средствам, в борьбе с тяжелыми заболеваниями, но и потому, что гуминовые вещества являют собой кладезь множества биологически активных компонентов, открыть и исследовать которые еще только предстоит.
В ИГХТУ на кафедре ХТВМ одним из научных направлений является создание текстильных материалов медицинского назначения, в рамках которого проводятся исследования по применению торфяных гуматов для создания перевязочных средств, косметических салфеток, а также текстильных материалов для больничного, железнодорожного и армейского белья [19-22].
При создании медицинских аппликатов использован препарат на основе гумусовых ки-
слот - «Томед-аква» и в качестве связующего носителя - альгинат натрия. Совместно с учеными ИГМА показано, что эти вещества не только не мешают проявлению индивидуального действия каждого компонента, а, напротив, взаимно усиливают положительное действие друг друга.
В основе функционирования лечебных перевязочных материалов лежат процессы набухания и растворения полимера-загустителя, десорбция его и лекарственного препарата из текстильного материала и массоперенос лекарства во внешнюю среду (рану). Знание кинетики этих процессов и факторов, на них влияющих, открывает возможности управления работой лечебного перевязочного материала.
Исследование процесса десорбции гумата изучали на салфетках, текстильная основа которых представляла собой хлопковое трикотажное полотно, выбор которого связан с его высокими гигиеническими свойствами, мягкостью и драпируемо-стью. Загущенный гуминовый препарат наносили на текстильную основу салфетки ракельным способом. В качестве загущающих веществ использовались как природные высокомолекулярные (аль-гинат натрия и крахмал), так и синтетические полимеры (поливиниловый спирт и акрилаты).
D
0,4-
0,3-
0,2-
0,1
0,0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t, мин
Рис. 1. Десорбция Томеда из текстильного субстрата в водные растворы при использовании различных загущающих полимеров: 1-№КМЦ(0,8-1,0), 2-№КМЦ(0,6-0,8), 3-альгинат натрия, 4-метилцеллюлоза, 5-крахмал, 6-ПВС, 7-галактазол, S-сольвитоза
Fiq. 1. Desorption of Tomed from textile substrate to aqueous solutions using different thickening polymers: 1 - Na- carboxy-methylcellulose (0.8-1.0), 2-Na- carboxymethylcellulose (0.60.8), 3-sodium alginate, 4- methylcellulose, 5- starch, 6-PVA, 7- galaktazol, S-solvitoza
Показано, что интенсивная десорбция гу-миновых веществ с текстильной подложки в водные растворы при использовании практически всех названных высокомолекулярных носителей,
наблюдается в первую минуту контакта с водной средой (рис. 1) и продолжается до 4-9 мин. При использовании альгината натрия время десорбции препарата составляет 8 минут, и при этом из ткани извлекается 94 % препарата, при использовании ПВС и крахмала ускоренный массоперенос гума-тов заканчивается к 7 и к 6 мин соответственно.
Одним из важных требований, предъявляемых к медицинским салфеткам (особенно при наложении их на раневые поверхности), является высокая адсорбционная способность в отношении раневого экссудата. Поэтому нами исследовано влияние природы волокнистого материала, как в отсутствие, так и в присутствии иммобилизованного в него биопрепарата, на влагопоглощение.
Как можно видеть (рис. 2), чисто льняная ткань способна поглощать почти до 14% влаги, хлопчатобумажные ткани - от 11,5 до 12,8 %, тогда как синтетическая полипропиленовая ткань не поглощает влагу вообще. В присутствии на текстильной основе композиции из альгината и гу-минового препарата наблюдается прирост влаго-поглощения, составляющий порядка 13% для всех материалов.
£2 3
о1 В1
о
п
а л В
0
1 2 П исх. ткани
3 4 5
в присутствии композиции
Рис. 2. Влагопоглощение текстильных материалов различной природы: 1- полипропиленовая ткань; 2- х/б трикотажное полотно; 3- х/б фланелевая ткань; 4- х/б вата; 5- чисто льняная ткань
Fiq. 2. Water absorption of textile materials of different nature: 1 - polypropylene fabric, 2 - cotton jersey, 3 - cotton flannel cloth, 4 - cotton wadding, 5 - pure linen fabric
Кинетические закономерности сорбцион-ных и десорбционных процессов в изучаемых объектах можно регулировать путем введения специальных добавок.
Большое применение в медицине и косметологии находят минеральные добавки, такие, как каолин и другие виды глин. В медицине, например, глина входит в состав некоторых лечебных мазей, противодиарейных средств. В косметике глина является основой масок и мазей. Лечебные
3
2
5
свойства глины и грязи широко используются в курортолечении кожных, гинекологических болезней, заболеваний опорно-двигательного аппарата.
При использовании минеральных добавок в полимерных композициях (рис. 3) появляется возможность целенаправленного изменения сорб-ционных свойств рассмотренных выше медико-биологических объектов. Показано [19, 20], что при добавках каолина биокомпозиция равномерней сходит с медицинской салфетки, обладает более пролонгированным воздействием. Высокая сорбционная и водоудерживающая способность минералов, присутствующих в биокомпозиции, приводит к увеличению влагопоглощения медицинского материала.
t, мин
Рис. 3. Десорбция гуминового препарата из текстильного субстрата в водные растворы при использовании в композициях минеральных добавок: 1 - коалин, 2 - маршалит, 3 - доломит, 4 - диатамит Fiq. 3. Desorption of humic preparation from textile substrate to aqueous solutions at the use in the compositions of mineral additives: 1 - kaolin, 2 - marshallite, 3 - dolomite, 4 - diatomite
Таким образом, предварительные исследования показали возможность создания текстильных материалов, включающих вещества антимикробного и лечебного действия с заранее заданными сорбционными и десорбционными свойствами, определяющих длительность их благотворного воздействия.
Работа в этом направлении продолжается. Одновременно с созданием лечебных и косметических аппликатов в настоящее время сотрудниками лечебно-профилактических заведений и медицинской академии проведены клинические испытания по заживлению ожоговых ран с помощью полученных текстильных салфеток и отмечены их высокие антибактериальные и противомикробные свойства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Луцевич Э.В., Иванян А.А., Толстых Г.П., Олтаржев-ская Н.Д. Современные раневые покрытия. М.: Медицина. 1996. 87 с.;
Lutsevich E.V., Ivanyan A.A., Tolstykh G.P, Oltar-zhevskaya N.D. Modern wounding coverings. M.: Medicine.
1996, p. 87 (in Russian).
2. Шаповалов С.Г. // «ФАРМиндекс-Практик». 2005(8). С. 38-46;
Shapovalov S.G. // "FARMINDEKS-EXPERT". 2005 (8). P. 38-46 (in Russian).
3. Перминова И.В. // Химия и жизнь. 2008. № 1. С. 18-21; Perminova I.V. // Khimiya I zhizn. 2008. N 1. Р. 18-21 (in Russian).
4. Кулешов С.М. // Научный журнал. Куб ГАУ. 2007. № 26 (2). С. 4-17;
Kuleshov S.M. // Nauchnyiy zhurnal. Kub. GAU. 2007. № 26 (2). Р. 4-17 (in Russian).
5. Орлов Д.С. // Соросовский образовательный журнал.
1997. № 4 (17). С. 56-63;
Orlov D.S. // Sorosovskiy obrazovatelnyiy zhurnal. 1997. N 4 (17). Р. 56-63 (in Russian).
6. Беркович А.М., Бузлама В.С. Адаптоген стресс-корректор. Патент РФ № 2166952 от 20.05.2001; Berkovic A.M., Buzlama V.S. Adaptogen Stress-corrector. RF patent № 2166952 from 20.05.2001 (in Russian).
7. Кирьянова В.В., Тубин Л.А. // Труды V Всероссийского съезда физиотерапевтов и курортологов и Российского научного форума "Физические факторы и здоровье человека". М.: Авиаиздат. 2002. С. 169-170;
Kiryanova V.V., Tubin L.A // Proceedings of V All-Russia congress of physiatrists and balneologist and the Russian scientific forum "Physical factors and health of the person". М: Aviaizdat. 2002. Р. 169-170 (in Russian).
8. Федько И.В., Гостищева М.В., Исматова Р.Р. // Химия растительного сырья. 2009. № 1. С. 11-15;
Fedko I.V., Gostishcheva M.V, Ismatova R.R. // Khimiya rastitelnogo cyriya. 2009. N 1. Р. 11-15 (in Russian).
9. Безуглова О.С. Удобрения и стимуляторы роста. Ростов-на-Дону: Феникс. 2000. 320 с.;
Bezuglova O.S. Fertilizers and growth factors. Rostov-on-Don: Phoenix. 2000. 320 р (in Russian).
10. Олтаржевская Н.Д. // Текстильная химия. 2000. № 2 (18). C. 124-129;
Oltarzhevskaya N.D. // Textilnaya khimiya. 2000. N 2 (18). P. 124-129 (in Russian).
11. Зубов Л.А., Савельева Т.А. Целебный дар моря. Архангельск: АОВК. 1997. 32 с.;
Zubov L.A., Savelyev T.A Curative sea gift. Arkhangelsk: АОУК. 1997. 32 p. (in Russian).
12. Жоголев К.Д., Никитин В.Ю., Буланьков Ю.И. Изучение влияния препаратов хитина и хитозана на течение раневого процесса. // Сб. трудов. Актуальные проблемы гнойно-септических инфекций. СПб. 1996. С. 36-37; Zhogolev K.D., Nikitin V.Yu, Bulankov Yu.I Studying the influence of preparations of chitin and chitozan on a current of wound process. // Sat works. Actual problems of purulent-septic infections. SPb. 1996. P. 36-37 (in Russian).
13. Добровольский В.В. // Природа. 2004. № 7. С. 35-39; Dobrovolskiy V.V. // Priroda. 2004. N 7. P. 35-39 (in Russian).
14. Глубокова М.Н. Химико-фармацевтические свойства гуминовых кислот пелоидов как биологически активной субстанции для суппозиториев. Дис. ... к. фарм. н. Пятигорск. 2009. С. 141;
Glubokova M.N. Chemical and pharmaceutical properties of humic acids of peloids as a biologically active substance for suppositories. Candidate dissertation on pharmaceutical science. Pyatigorsk. 2009. P. 141 (in Russian).
15. Варшал Г.М., Велюханова Т.К., Кощеева И.Я. Гуминовые вещества в биосфере. М.: Наука. 1993. С. 97-117;
Varshal G.M, Velyukhanova T.K, Koshcheeva I.Ya.
Humic substances in biosphere. М: Nauka. 1993. P. 97-117 (in Russian).
16. Агапов А.И., Аввакумова Н.П., Коршикова Т.В. //
Вопр. курортол. 1998. № 4. С. 43-45;
Agapov A.I., Avvakumova N.P., Korshikova T.V. //
Voprosy kurortologii. 1998. N 4. P. 43-45 (in Russian).
17. Бамбалов Н.Н., Пунтус Ф.А. // Агрохимия. 1995. № 1. С. 65-71;
Bambalov N.N, Puntus F.A. // Agrokhimiya. М. 1995. N 1. P. 65-71 (in Russian).
18. Юбицкая Н.С., Иванов Е.М. // Физиотерапия Бальнеология Реабилитация. 2009. № 1. С. 25-28; Yubitskaya N.S., Ivanov Е-M. // Physioterapiya. Balneolo-giya. Reabilitatsiya. 2009. N 1. P. 25-28 (in Russian).
19. Козлова О.В., Киселева А.Ю. // Тез. докл. студ. научн. конф. «Дни науки-2009». С-П. СПГУТиД. 2009. С. 45-46; Kozlova O.V, Kiseleva A.Yu. // Abstracts of presentations of Student Sci. Conf. «Days of science-2009».S-P. SPSUTD. 2009. P. 45-46 (in Russian).
20. Козлова O.B., Киселева А.Ю. // Тез. докл. YIII Всерос. научн. студ. конф. «Текстиль XXI века». Москва. 2010. С. 111-112;
Kozlova O.V., Kiselyova A.Yu. // Abstracts of presentations of YIII All-Russian Sci. Student Conf. «Textiles of 21 century». M. 2010. P. 111-112 (in Russian).
21. Алешина А.А. Козлова О.В., Мельников Б.Н. //
Изв.вузов. Химия и хим. технология. 2007. Т. 50. Вып. 6. С. 3-8;
Aleshyna A.A., Kozlova O.V., Melnikov B.N. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2007. V. 50. N 6. P. 3-8 (in Russian).
22. Меленчук Е.В., Козлова О.В., Алешина А.А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 1. С. 13-20;
Melenchuk E.V., Kozlova O.V., Aleshina A.A. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 1. P. 13-20 (in Russian).
УДК 541.64:678.84
А.В. Дедов, В.П. Столяров, В.Г. Назаров
МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ПЛАСТИФИКАТОРА ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА ПРИ ЕГО ВЫСОКОМ СОДЕРЖАНИИ В ПОЛИМЕРЕ
(Московский государственный университет печати им. Ивана Федорова)
e-mail: [email protected]
Предложена модель для прогнозирования кинетики экстрагирования пластификатора из поливинилхлорида при высоком содержании ингредиента в полимере. Модель предназначена для прогнозирования кинетики экстрагирования начального этапа процесса, после которого происходит уменьшение скорости процесса. Рассмотрены причины изменения скорости экстрагирования после десорбции определенной доли пластификатора.
Ключевые слова: экстрагирование, пластификатор, поливинилхлорид, модель, десорбция
Комплекс физико-химических и эксплуатационных свойств поливинилхлорида (ПВХ) зависит от содержания в нем пластификатора, что определяет актуальность прогнозирования кинетики десорбции ингредиента в различных условиях практического применения полимера и изделий из него. Практическое значение имеет моделирование кинетики экстрагирования пластификатора, которое может протекать как при постоянной границе раздела полимер - экстрагент, так и в условиях встречного потока экстрагента в полимер.
Особенностью десорбции пластификаторов из ПВХ является уменьшение скорости процесса после потери определенной доли ингредиента [1, 2]. При постоянной границе раздела ПВХ - экстрагент единственной причиной уменьшения
скорости экстрагирования является стеклование полимера. Для этого случая доля пластификатора, после экстрагирования которой происходит стеклование полимера, рассчитывается известным способом [3]. В случае встречного потока экстрагента в полимер изменение скорости экстрагирования зависит не только от содержания пластификатора, но и от взаимодействия в системе: ПВХ -пластификатор - экстрагент [4]. В этом случае задачей моделирования кинетики экстрагирования является определение и учет условий контакта на границе полимер - окружающая среда [5].
Для прогнозирования кинетики экстрагирования пластификаторов из ПВХ обосновано [6] использование модели Калверта - Биллингама [7],
