CC BY
37УДК 543.9
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОХИМИИ ОКИСЛЕНИЯ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ В ПРИСУТСТВИИ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ
© 2018 А.А. Лапин1, В.И. Кодолов2, Р.В. Мустакимов2, А.А. Калайда1, В.Н. Зеленков3, В.В. Потапов4
1ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет», Казань
2ФГБОУ ВО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова», Ижевск 3ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений», Москва 4ФГБНУ «Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук», Петропавловск-Камчатский
Нами впервые обнаружено, что активированный природный цеолит усиливает процесс окисления аскорбиновой кислоты в зависимости от его концентрации в водной суспензии в 5-8 раз. Он защелачивает воду, так как исходная вода имеет рН 6,865, ОВП - 33,8 mv, а 2 %-я суспензия цеолита имеет рН 7,595, ОВП -77,4 mv. Водная суспензия 1 г цеолита с 0,21 г АСК на 100 см3 воды имеет рН 7,367, ОВП - 65,0, а раствор 2,5 г АСК в 100 см3 воды имеет рН 2,509, ОВП 235,5. При перемешивании суспензии нанокремнезема с водным раствором аскорбиновой кислоты суммарная антиоксидантная активность сначала убывает от времени по линейному уравнению y = -0,2548x + 17,027, R2 = 0,977, затем возрастает до исходного значения по уравнению y = 0,93x + 8,83, R2 = 1,00. Исследованная суспензия содержала АСК-3,24 г, НК - 1 г/100 мл и имела кислую реакцию - рН 2,350, ОВП 220,0.
Ключевые слова: энтеросорбенты, цеолиты, нанокремнезем, антиоксиданты, аскорбиновая кислота, окисление в водных растворах, кулонометрический анализ.
Введение. Энтеросорбенты (ЭС) представляют собой лекарственные средства различной структуры, осуществляющие связывание экзо- и эндогенных веществ в желудочно-кишечном тракте путём адсорбции [1, 2]. При этом ЭС не вступает с сорбируемым веществом в химическую реакцию и не вызывает биохимических изменений крови. Используется процесс физиологической фильтрации и реабсорбции жидкости из сосудистого русла в просвет кишечника его ворсинками. Продукты, которые вышли вместе с жидкой частью крови, контактируют с энтеросорбентом, принятым накануне внутрь, фиксируется на нём и вместе с ним выводятся из организма. Учитывая то, что кишечные ворсинки способны пропускать все ингредиенты, молекулярная масса которых ниже массы альбумина, а токсичные субстанции в своей основе именно среднемолекулярной массы, то становится понятной эффективность энтеросорбции в ликвидации эндотоксикозов [3].
Долгое время многие медики и биологи считали минералы, в том числе и цеолиты, инертными, не участвующими в метаболизме живых систем, но в связи с накоплением научно доказанных фактов, показывающих не только участие минералов в регуляции метаболических процессов в организмах, но даже включение минералов непосредственно в их метаболические пути. Бактерии и губки с помощью специальных ферментов (силикатеинов и силикатов) извлекают необходимый им кремний из силикатов и алюмосиликатов [4, 5].
В минеральные ЭС входят цеолиты, бентониты, углекислый кальций и водорастворимые соединения кремния, которые поглощают или снижают уровень экзо- и эндотоксинов в ки-
шечнике. Так, цеолит эффективно связывает низкомолекулярные афлотоксины, образуемые плесневыми грибами рода Аспергиллюс, а бентонит - высокомолекулярные, продуцируемые грибами рода Фузариум, причем углекислый кальций приводит к распаду крупных частиц бентонита и цеолита на более мелкие и тем самым увеличивает их общие адсорбционные свойства. Легкоусвояемые водорастворимые соединения всасываются и способствуют повышению естественной резистентности и регенерации тканей. Известно так же, что цеолит является сильнейшим адсорбентом аммиачного азота, тяжелых металлов и радионуклидов, связывает низкомолекулярные токсичные вещества, снижает воспалительные процессы, обеспечивает препаратам эластичность и структурирование суспензии. Растворимый кремний улучшает работу кровеносной системы. Особенностью минеральной добавки является то, что присутствующий в ней карбонат кальция, несмотря на свою активность, имеет замедленное растворение из-за обволакивания его частиц монтмориллонитом и аморфным кремнеземом [1].
«Карбосил» - экологически чистый энтеросорбент, в котором токсические элементы практически отсутствуют. Не оказывает местнораздражающего и аллергического действия [1].
Сорбционные, пролонгирующие, ионообменные свойства цеолитов ярко проявляются при приготовлении и использовании премиксов на их основе. Более того, их физические свойства обеспечивают равномерное перемешивание, исключение расслоения ингредиентов при транспортировке, затаривании и раздаче, стабилизации состава комбикормов с высокой сохранностью витаминов и микроэлементов, даже такие, как селен, который отличается высокой летучестью и быстрой его потерей в стандартных премиксах [6].
Проводились эксперименты по сорбции цеолитами тяжелых металлов и аммония [5], свободных радикалов [7], продуктов распада и токсинов [8], радиоактивных элементов [9]. Было показано, что они тем самым моделируют функции антитоксической системы организма, прежде всего печени[5].
Применение ЭС оказывает мощный нормализирующий эффект на показатели энергетического обмена, улучшает функциональность печени, стабилизирует углеводный обмен, снижает уровень продуктов перекисного окисления липидов, стабилизирует биомембраны. Установлена эффективность применения сорбентов при эндогенной интоксикации, который сопровождается накоплением в кишечнике таких токсических веществ, как аммиак, индол, скатол, фенолы, жирные кислоты, бактериальные токсины [9].
Для увеличения активности цеолитов нужно усиливать степень их измельчения. Раньше цеолиты измельчали только механически, а в последние годы появились работы по их три-бомеханическому и ультразвуковому измельчению [10, 11].
Изучены действия биологически активных добавок с трибомеханически активированным цеолитом (ТМАЦ) на систему клеточного иммунитета у пациентов, получавших лечение иммунодефицитных состояний (Ivkovic, 2004). Было показано, что применение ТМАЦ приводит к повышению онкологических пациентов антиоксидантов в плазме крови и уменьшению количества свободных радикалов [12, 13].
В связи с этим, целью нашего исследования являлось исследование биохимии окисления аскорбиновой кислоты (витамина С) в водных растворах в присутствии энтеросорбентов -цеолита и нанокремнезема.
Экспериментальная часть. Для исследования использовалась образцы аскорбиновой кислоты импортной АО «ВЕКТОН» Санкт-Петербург; активированный природный цеолит ^ео1); гидротермальный нанокремнезем в форме сухого порошка. Исследования суммарной антиоксидантной активности (САОА) водных растворов образцов проведены с помощью метода кулонометрического титрования в гальваностатическом режиме по сертифицированной методике МВИ-01-00669068-13 в пересчете на стандартный образец аскорбиновой кислоты (АСК) [14-18] через модальное значение из 10 определений. Относительная ошибка определения САОА (Е отн.) находилась в пределах 0,10-2,10 % отн. САОА определяли в г АСК на 1 дм3 раствора в дистиллированной воде. Образцы нанокремнезема (НК), стабильных форм АСК с цеолитом были изготовлены в лаборатории кафедры химии и химической технологии Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова методом механохимической интеркаляции в специальной ступке механической большой модернизированной (СМБМ), аналогично опубликованной работе [19].
Результаты и их обсуждение. При исследовании влияние АПЦ на процесс окисления водного раствора АСК было найдено по графикам, приведенным на рис. 1, где вид кривой представляет собой линейную зависимость САОА от времени проведения испытаний, и он не зависит от соотношения реагентов, взятых для изготовления НК из АПЦ и АСК. Для приготовления образца 1 соотношение АСК к АПЦ составляло 1:80, период полураспада АСК по уравнению составляет 3 суток, а образца 2 - (соотношение АСК к АПЦ 1:8) 2 суток, концентрация АСК в водных суспензиях составляла 1,36 г и 0,51 г на 1 дм3. Для сравнения на рис. 2 показано изменение САОА водного раствора исходной АСК во времени при начальной ее концентрации 2,82 г на 1 дм3, коэффициент аппроксимации линейного графика близок к 1, период полураспада 15 суток.
Рис. 1. Изменение суммарной антиоксидантной активности (САОА) суспензии нанопрепаратов из активированного природного цеолита и аскорбиновой кислоты во времени, образец 1 - ряд 1, образец 2 - ряд 2
На всех графиках прослеживается сложный процесс окисления АСК в начальный период, который затем переходит в линейную зависимость убывания САОА во времени. Исследуемый нами АПЦ защелачивает воду, так исходная вода имеет рН 6,865, ОВП - 33,8 шу, а
2 %-я суспензия АПЦ имеет рН 7,595, ОВП - 77,4 шу. Водная суспензия 1 г АПЦ с 0,21 г АСК на 100 см3 воды имеет рН 7,367, ОВП - 65,0, а раствор 2,5 г АСК в 100 см3 воды имеет рН 2,509, ОВП 235,5. На рис. 3 представлен график изменения САОА водной суспензии раствора АСК с НК при перемешивании ее магнитной мешалкой, который состоит из двух частей, первая представляет линейную зависимость убывания САОА во времени по уравнению у = -0,2548х + 17,027, R2 = 0,977 (от точки 0 до точки 7). Вторая часть графика показывает линейную зависимость возрастания САОА во времени по уравнению у = 0,93х + 8,83, R2 = 1,00 (от точки 7 до точки 9). Суспензия содержала АСК - 3,24 г, НК - 1 г/100 мл, рН 2,350, ОВП 220,0.
Рис. 2. Изменение суммарной антиоксидантной активности (САОА) водного раствора исходной аскорбиновой кислоты во времени при начальной ее концентрации 2,82 г на 1 дм3
Рис. 3. Изменение суммарной антиоксидантной активности (САОА) суспензии из нанокремнезема и аскорбиновой кислоты во времени
Выводы. 1. Нами обнаружено, что активированный природный цеолит (кормовая добавка Zeol) усиливает процесс окисления аскорбиновой кислоты в зависимости от его концентрации в водной суспензии в 5-8 раз. Он защелачивает воду, так как исходная вода имеет рН 6,865, ОВП - 33,8 mv, а 2 %-я суспензия цеолита имеет рН 7,595, ОВП - 77, 4 mv. Водная суспензия 1 г цеолита с 0,21 г АСК на 100 см3 воды имеет рН 7,367,ОВП - 65,0, а раствор 2,5 г АСК в 100 см3 воды имеет рН 2,509, ОВП 235,5.
2. Найдено, что при перемешивании суспензии нанокремнезема с водным раствором аскорбиновой кислоты суммарная антиоксидантная активность сначала убывает от времени по линейному уравнению y = -0,2548x + 17,027, R2 = 0,977, затем возрастает до исходного значения по уравнению y = 0,93x + 8,83, R2 = 1,00. Исследованная суспензия содержала АСК-3,24 г, НК - 1 г/100 мл и имела кислую реакцию - рН 2,350, ОВП 220,0.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Биологически активные вещества (БАВ). Антиоксиданты. [Электронный ресурс]: URL: http://belfidagro.by/novosti/498.html (дата обращения 20.04.2018).
2 Томчук В.А. Энтеросорбенты, их свойства и применение // Бюлогш тварин. - 2014. - Т.16. - № 1. - С. 148-159.
3 Eckert C., Schröder H.C., Brandt D. et al. Histochemical and electron microscopic analysis of spiculogenesis in the demosponge suberites domuncula // J. of Histochemistry and Cytochemistry. - 2006. - Vol. 54. - No.9. - Р. 1031-1040.
4 Müller W.E.G., Belikov S.I., Tremel W. et al. Schröder Siliceous spicules in marine demosponges (example Suberites domuncula) // Micron. - 2006. - No. 37. - Р. 107-120.
5 Cincotti A., Lai N., Orru R., Cao G. Sardinian natural clinoptilolites for heavy metals and ammonium removal: experimental and modeling // Chemical Engineering Journal. - 2001. - No. 84. - P. 275-282.
6 Zarkovic N., Zarkovic K., Kralj M. et al. Anticancer and antioxidative effects of micronized zeolite clinoptilolite // Anticancer Res. - 2003. - No.23 (2B). - P. 1589-1595.
7 Dakovic A., TomaseviC-Canovic M., Rottinghaus G.E., Matijasevic S. Fumonisin B1 adsorption on modified clinoptilolite rich zeolitic tuff. Book of abstracts 7th International Conference on the Occurrence, Properties, and Utilization of Natural Zeolites «Zeolite '06»,16-21 July 2006. Socorro, New Mexico, USA. P.90-92.
8 Бгатова Н.П., Голохваст К.С., Бгатов А.В. и др. Модулирующее действие природного цеолита на структуру пейеровых бляшек в условиях накопления цезия // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2009. - № 3. -С. 74-77.
9 Smisek M., Yerny S. Active carbon. Amsterdam; London; New York. 1970. Vol.12. 479p.
10 Herceg Z., Lelas V., Brncic M., Tripalo B., Jezek D. Fine milling and micronization of organic and inorganic materials under dynamic conditions // Powder technology. - 2004. - Vol. 139. - No. 2. - P. 111-117.
11 Голохваст К.С., Паничев А.М., Гульков А.Н. и др. Антиоксидантные и иммуномодулирующие свойства природных цеолитов // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2009. - № 3. - С. 68-70.
12 Ivkovic S., Baranek T., Bendzko P., Schulz J. TMAZ nanoparticles as potential drugs influencing the cellular signal transduction pathways // Nanotech. - 2005. - Vol. 1. Chapter2: Medical Applications. - P. 85-88.
13 Шапошников А.А., Фурман Ю.В., Габрук Н.Г. и др. Микро и наноструктурные природные энтеросорбенты: строение, свойства и действие на живые системы // Социальная политика и социология. - 2011. - № 10 (76). -С. 294-303.
14 Дурнев А.Д. Токсикология наночастиц // Бюлл. эксперим. биол. и мед. - 2008. - Т. 145. - № 1. - С. 78-80.
15 Lapin A.A., Kalayda M.L., Potapov V.V., Zelenkov V.N., Voropaeva N.L. The influence of hydrothermal nanosili-ca powder aquaspersions on the vital capacity of Daphnia magna Straus crustaceans // Int. J. Nanotechnol. - 2018. -Vol.15. - No. 4/5. - Р. 422-430.
16 Потапов В.В., Зеленков В.Н., Кашпура В.Н., Горбач В.А., Мурадов С.В. Получение материалов на основе нанодисперсного кремнезема гидротермальных растворов. - М: РАЕН, 2010. - 296 с.
17 Зеленков В.Н., Лапин А.А Суммарная антиоксидантная активность. Методика выполнения измерений на кулонометрическом анализаторе. МВИ-01-00669068-13. ВНИИ овощеводства, Верея, Московской обл. 2013. 19 с.
18 Лапин А.А., Романова Н.Г., Зеленков В.Н. Применение метода гальваностатической кулонометрии в определении антиоксидантной активности различных видов биологического сырья и продуктов их переработки. -М.: МСХА им. К.А. Тимирязева, 2011. - 197 с.
19 Копылова А.А., Зайцева Е.А., Кодолов В.И. Функционализация медь/углеродного нанокомпозита атомами кремния. От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии : тезисы докл. Пятой Междунар. конф. (Ижевск, 2-3 апреля 2015 г.) / под общ. ред. проф. В. И. Кодолова. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2015. - С. 93-95.
Рукопись получена: 12 декабря 2018 г. Принята к публикации: 13 декабря 2018 г.
