Полисахариды (3)
.pdfсоединения фенольной природы на несколько основных групп, расположив их в порядке усложнения молекулярной структуры.
Наиболее простыми являются соединения с одним бензольным кольцом - простые фенолы, бензойные кислоты, фенолоспирты, фенилуксусные кислоты и их производные. По числу ОН-групп различают одноатомные (фенол), двухатомные (пирокатехин, резорцин, гидрохинон) и трёхатомные (пирогаллол, флороглюцин и др.) простые фенолы. Чаще всего они находятся в связанном виде в форме гликозидов или сложных эфиров и являются структурными элементами более сложных соединений, в том числе полимерных (дубильные вещества).
Более разнообразными фенолами являются производные фенилпропанового ряда (фенилпропаноиды), содержащие в структуре один или несколько фрагментов С6-С3. К простым фенилпропаноидам можно отнести гидроксикоричные спирты и кислоты, их сложные эфиры и гликозилированные формы, а также фенилпропаны и циннамоиламиды.
К соединениям, биогенетически родственным фенилпропаноидам, относятся кумарины, флавоноиды, хромоны, димерные соединения — лигнаны и полимерные соединения — лигнины.
Немногочисленные группы фенилпропаноидных соединений составляют оригинальные комплексы, сочетающие в себе производные флавоноидов, кумаринов, ксантонов и алкалоидов с лигнанами (флаволигнаны, кумаринолигнаны, ксантолигнаны и алкалоидолигнаны). Уникальной группой биологически активных веществ являются флаволигнаны Silybum marianum(L.) Gaertn.(силибин, силидианин, силикристин), которые проявляют гепатозащитные свойства.
Фитонциды - это необычные соединения вторичного биосинтеза, продуцируемые высшими растениями и оказывающие влияние на другие организмы, главным образом микроорганизмы. Наиболее активные антибактериальные вещества содержатся в луке репчатом (Alliumсера L.) и чесноке (Allium sativumL.), из последнего выделено антибиотическое соединение аллицин (производное аминокислоты аллиина).
Флавоноиды относят к группе соединений со структурой С6-С3-С6, и большинство из них представляют собой производные 2-фенилбензопирана (флавана) или 2-фенилбензо-гамма-пирона (флавона). Классификация их основана на степени окисленноститрёхуглеродного фрагмента, положении бокового фенильного радикала, величине гетероцикла и других признаках. К производным флавана принадлежат катехины, лейкоантоцианидины и антоцианидины; к производным флавона — флавоны, флавонолы, флаваноны, флаванонолы. К флавоноидам относятся также ауроны (производные 2- бензофуранона или 2-бензилиден кумаранона), халконы и дигидрохалконы (соединения с раскрытым пирановым кольцом). Менее распространены в природе изофлавоноиды (с фенильным радикалом у С3), неофлавоноиды (производные 4-фенилхромона), бифлавоноиды (димерные соединения, состоящие из связанных С-С-связью флавонов, флаванонов и флавон-
11
флаванонов). К необычным производным изофлавоноидов относятся птерокарпаныи ротеноиды, которые содержат дополнительныйгетероцикл. Птерокарпаны привлекли к себе внимание после того, как было выяснено, что многие из них играют роль фитоалексинов, выполняющих защитные функции против фитопатогенов. Ротенон и близкие к нему соединения токсичны для насекомых, поэтому являются эффективными инсектицидами.
Хромоны— соединения, получающиеся в результате конденсации гамма- пиронового и бензольного колец (производные бензо-гамма-пирона). Обычно все соединения этого класса имеют в положении 2 метильную или оксиметильную (ацилоксиметильную) группу. Классифицируются они по тому же принципу, что и кумарины: по числу и типу циклов, сконденсированных с хромоновым ядром (бензохромоны, фурохромоны, пиранохромоны и др.).
Экдистероиды— полиоксистероидные соединения, обладающие активностью гормонов линьки насекомых и метаморфоза членистоногих. Наиболее известными природными гормонами являются альфа-экдизон и бета-экдизон (экдистерон). В основе строения экдизонов лежит стероидный скелет, где в положении 17 присоединяется алифатическая цепочка из 8 углеродных атомов. Согласно современным представлениям, к истинным экдистероидам относятся все стероидные единения, имеющие цис-сочленение колец А и В, 6- кетогруппу, двойную связь между С7 и С8 и 14-альфа-гидроксильную группу, независимо от их активности в тесте на гормон линьки. Число и положение других заместителей, включая ОН-группы, различны. Фитоэкдистероиды относятся к широко распространённым вторичным метаболитам (установлено более 150 различных структур) и более вариабельны, чем зооэкдистероиды. Общее количество углеродных атомов у соединения данной группы может быть от 19 до 30.
Эфирные масла — летучие жидкие смеси органических веществ, вырабатываемых растениями, обусловливающие их запах. В состав эфирных масел входят углеводороды, спирты, сложные эфиры, кетоны, лактоны, ароматические компоненты. Преобладают терпеноидные соединения из подклассов монотерпеноидов, сесквитерпеноидов, изредка дитерпеноидов; кроме того, довольно обычны «ароматические терпеноиды» и фенилпропаноиды. Растения, содержащие эфирные масла (эфироносы), широко представлены в мировой флоре. Особенно богаты ими растения тропиков и сухих субтропиков.
Подавляющее большинство продуктов вторичного метаболизма может быть синтезировано чисто химическим путём в лаборатории, и в отдельных случаях такой синтез оказывается экономически выгодным. Однако не следует забывать, что в фитотерапии значение имеет вся сумма биологических веществ, накапливающихся в растении. Поэтому сама по себе возможность синтеза не является в этом смысле решающей.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА РАСТЕНИЙ
12
В растениях, в том числе лекарственных, наряду с органическими, содержатся минеральные вещества, элементы которых обнаруживаются в золе при их сжигании. Минеральные вещества воздействуют на коллоидные вещества плазмы, отчасти являются регуляторами жизненных процессов, протекающих в растениях, и, очевидно, в ряде случаев оказывают лечебный эффект. Содержание минеральных веществ в растениях может меняться в зависимости от состава почвы, влажности, биологии растения и др. Минеральные элементы по содержанию их в растении делят на макроэлементы – 10-1-10-2%(С, Н, О, N, S, Si, P, Cl, Na, К, Са, Mg, Fe), микроэлементы 10-3-10-5% (Zn, Мn, B, Cr, Co, Li, Сu, Ba, F, Br, I, Cr, Ni, Mo, Al, Ti) и ультрамикроэлементы 10-6-10-12% (Se, Cd, As, Pb, Hg, Ag, Au, Ra, U). Высокая биологическая активность минеральных элементов проявляется, вероятно, и при использовании некоторых лекарственных растений. Можно в этой связи указать на использование ламинарии, богатой йодом, для лечения тиреотоксикоза; ранозаживляющие свойства сфагнума могут быть до известной степени связаны с его минеральным составом; кровоостанавливающие свойства лагохилуса опьяняющего — с высоким содержанием кальция; применение в ряде стран спорыша для лечения легочных заболеваний, возможно, определяется высоким содержанием кремния и т.д.
Проблема систематического изучения микроэлементного состава лекарственных растений имеет важное значение для медицины. В настоящее время большое значение придается комплексным препаратам, содержащим витамины, аминокислоты и минеральные вещества. Микроэлементы не только сами обладают определённым физиологическим действием, но могут также проявлять синергизм по отношению к целому ряду веществ, а поэтому из растений можно получать препараты комбинированного действия. Установлено, что Mn и Мо потенцируют действие сердечных гликозидов, Мn усиливает действие аскорбиновой кислоты и каротиноидов, содержащихся в лекарственных растениях, и др. Кроме того, микроэлементы растительного происхождения лучше усваиваются человеческим организмом, так как они находятся в растении в «биологических» концентрациях.
ПОЛИСАХАРИДЫ (или гликаны) - это высокомолекулярные продукты конденсации более пяти моносахаридов и их производных, связанных друг с другом О-гликозидными связями, образующие линейные или разветвленные цепи. Молекулярная масса полисахаридов колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов. В состав полисахаридов входят около 20 моносахаридов:
гексозы - глюкоза, галактоза, фруктоза; пентозы - ксилоза, арабиноза;
уроновые кислоты - глюкуроновая, галактуроновая, маннуроновая. Полисахариды могут образовывать линейные или разветвленные цепи.
13
Гидроксильные группы могут быть метилированы, этерифицированы уксусной, азотной, серной (агар-агар) кислотами, могут замещаться металлами
– Mg2+, Са2+.
Отдельные группы полисахаридов имеют тривиальные названия - крахмал, целлюлоза, слизи и т.д. По химической номенклатуре дают название по входящим в их состав моносахаридам: глюкан, галактан, галактоманнан и т.д.
Классификация полисахаридов
Полисахариды делятся на два типа: гомополисахариды (гомополимеры) и
гетерополисахариды (гетерополимеры).
Гомополисахариды построены из моносахаридных единиц (мономеров) одного типа, гетерополисахариды – из остатков различных моносахаридов и их производных.
В медицинской практике из числа гомополисахаридов используют крахмал и клетчатку (целлюлозу); из числа гетерополисахаридов - инулин, пектиновые вещества, камеди и слизи.
Закономерности образования и накопления полисахаридов в растениях. Роль в жизни растений
Полисахариды составляют 80 % органического вещества планеты, поскольку составляют большую часть сухого вещества растений.
В растениях моносахариды и их производные, образующиеся в процессе фотосинтеза, используются в качестве предшественников при синтезе олиго- и полисахаридов. Синтезируются структурные полисахариды (целлюлоза, пектиновые вещества) и запасные полисахариды (крахмал, инулин). Структурные полисахариды образуются в растущих тканях. Запасной полисахарид крахмал временно откладывается в виде крахмальных зерен в хлоропластах, а затем мобилизуется и переносится в виде сахарозы из листьев в другие органы растений. Крахмал вновь образуется в лейкопластах (амилопластах) и откладывается в запас в семенах и в подземных органах, при помощи которых растения возобновляются и размножаются вегетативно
14
(корнях, корневищах, клубнях, клубнелуковицах и луковицах). В подземных органах семейства Asteraceae вместо крахмала запасаются фруктозаны, в частности инулин.
Полисахариды выполняют в растениях следующие функции:
каркасную - целлюлоза, пектиновые вещества, в том числе альгиновые кислоты. Целлюлоза составляет основную массу клеточных стенок растений. Пектиновые вещества выполняют функции цементирующего, склеивающего материала и опоры тканей. Они предохраняют растения от высыхания, повышая засухоустойчивость и морозостойкость растений, влияют на прорастание семян и рост клеток;
защитную - камеди, слизи. Камеди предохраняют растения от инфицирования патогенными микроорганизмами, заливая образовавшиеся трещины и другие повреждения. Слизи предохраняют растения от высыхания, повышают их засухоустойчивость, способствуют поглощению воды семенами и их набуханию при прорастании;
резервную, или энергетическую - крахмал, инулин.
Сырьевая база растений, содержащих полисахариды
Сырьевая база большинства растений, содержащих полисахариды, в России достаточно обеспечена.
Алтей армянский произрастает в лесостепной и степной зонах европейской части России, алтей лекарственный - в лесной и лесостепной зонах европейской части России и Западной Сибири, на лугах, в поймах и долинах рек, среди зарослей кустарников, по берегам озер. Алтеи растут обычно небольшими группами или изреженными зарослями. Для обеспечения потребностей в сырье оба вида культивируют в специализированных хозяйствах.
Липа сердцевидная произрастает в лесной зоне европейской части России, в широколиственных и смешанных лесах. Широко культивируется в парках и лесопосадках.
Мать-и-мачеха произрастает в лесной, лесостепной и степной зонах европейской части России и Западной Сибири, по берегам рек и ручьев, на береговых обрывах, в сыроватых оврагах, предпочитает глинистые почвы.
Подорожник большой - евразиатский вид, распространен по всей территории России как рудеральный (придорожный) сорняк. Крупных зарослей не образует. Встречается около дорог, на лугах, по лесным опушкам и берегам водоемов. Культивируется в центрально-черноземных районах.
Подорожник блошный на территории России не произрастает и не культивируется. Родина - Восточное Закавказье и Туркмения. Сырье подорожника блошного импортируется из Украины, где этот вид культивируется.
Виды ламинарии образуют заросли на камнях и скалах в прибрежных зонах морей и океанов на глубине от 2 до 25 метров. Ламинария японская
15
встречается вдоль южных берегов Японского и Охотского морей, в Тихом океане вдоль берегов южных Курильских островов и Сахалина. Ламинария сахаристая распространена вдоль берегов Белого, Баренцева и Карского морей.
Лен посевной, а также растения - источники получения крахмала широко культивируются в России.
Таким образом, потребности в сырье мать-и-мачехи, ламинарии обеспечиваются за счет дикорастущих растений; липы, подорожника большого, алтея - за счет дикорастущих и культивируемых растений; льна - за счет культивируемых растений.
Физические и химические свойства полисахаридов
Обычно это аморфные вещества. Нерастворимы в спирте и неполярных растворителях. Растворимость в воде варьирует:
целлюлоза, протопектины, вишневая камедь - нерастворимы в воде;
другие группы пектинов - образуют гели;
трагакантовая камедь, крахмал - набухают в воде. В теплой воде крахмал образует вязкий коллоидный раствор (клейстер);
инулин, слизи, абрикосовая камедь - растворимы в воде.
Обычно полисахариды бесцветны, без вкуса и запаха.
Полисахариды подвергаются кислотному или ферментативному гидролизу с образованием моноили олигосахаридов. Образующиеся мономеры дают характерные для них реакции.
Заготовка, сушка и хранение сырья, содержащего полисахариды
Собирают сырье после 10-11 часов, когда полностью обсохнет роса. Собирают в небольшую по объему, хорошо проветриваемую тару (корзины, тканевые мешки). Сырье укладывают рыхло, не утрамбовывают. От момента сбора до сушки не должно быть более двух часов.
Сушку сырья проводят с учетом активности ферментативных систем. Обычно сырье сушат при температуре 50-60 °C - это сушка с частичной денатурацией ферментов. Иногда сырье выдерживают при температуре 70-80 °C в течение часа (при этом происходит полная денатурация ферментов), а затем досушивают воздушно-теневым способом.
Хранят сырье при температуре воздуха 12-15 °С и влажности воздуха 30-40 %. Хранят чаще в тюках из ткани, тканевых или льно-джуто-кенафных мешках, реже в многослойных бумажных мешках, иногда в ящиках из листовых древесных материалов. Фасуют в пакеты бумажные, которые вкладывают в картонные пачки. Срок годности сырья от 2 до 5 лет.
Оценка качества сырья, содержащего полисахариды. Методы анализа
16
Подлинность лекарственного растительного сырья подтверждают качественными реакциями. Фармакопейными являются следующие:
- на крахмал:
при добавлении раствора Люголя (раствора йода в водном растворе калия йодистого) появляется синее окрашивание (реакция Сакса);
-на инулин:
1 этап - при нанесении раствора йода не должно быть синего окрашивания (отсутствие крахмала); 2 этап – при нанесении 20 % спиртового раствора альфа-нафтола и кислоты
серной концентрированной появляется розово-фиолетовое окрашивание (реакция Молиша);
-на слизь:
1)при нанесении раствора аммиака или натрия гидроксида появляется желтое окрашивание;
2)спиртовой раствор метиленовой сини окрашивает слизь в синий цвет;
3)микропрепарат помещают в раствор (1:10) канцелярской туши: на темносером (почти черном) фоне выделяются белыми пятнами клетки со слизью;
- на пектиновые вещества:
образующаяся после кислотного гидролиза галактуроновая кислота дает реакцию с карбазолом, при этом появляется красно-фиолетовое окрашивание. Количественное определение полисахаридов проводят гравиметрическим (весовым) методом, основанным на осаждении полисахаридов из водного извлечения 95 % спиртом. Стадии анализа:
1)экстракция полисахаридов водой;
2)осаждение полисахаридов из водного извлечения 95 % спиртом;
3)высушивание осадка и доведение его до постоянной массы.
Пути использования сырья, содержащего полисахариды
1. Лекарственное растительное сырье, содержащее полисахариды, широко используется для приготовления экстемпоральных лекарственных форм
(отпускают без рецепта врача, приказ МЗСР РФ № 587 от 13.09.05):
настои из сырья липы, мать-и-мачехи, подорожника большого, подорожника блошного, алтея; слизь семян льна, отвар крахмала;
в целом виде применяют после ослизнения семена льна и подорожника блошного;
в измельченном - порошок корней алтея, порошок слоевищ ламинарии;
листья подорожника большого, листья мать-и-мачехи, цветки липы, корни алтея входят в состав грудных (№ 1, 2, 3) и потогонных сборов.
2. Сырье используют для получения экстракционных (галеновых)
препаратов:
настойка подорожника;
экстракт алтейного корня сухой;
экстракт ламинарии сухой;
экстракт ламинарии густой;
17
сироп алтея;
сок подорожника (из свежих листьев подорожника большого и свежей травы подорожника блошного).
3. На химико-фармацевтических заводах из сырья получают:
1) препараты, содержащие полисахариды:
«Альгинатол» (ректальные суппозитории для детей) - препарат альгината натрия;
«Альгисорб» (порошок, таблетки) - препарат альгината кальция;
«Ламинарид» (гранулы) - очищенная смесь полисахаридов и белковых веществ ламинарии;
«Плантаглюцид» (гранулы) - суммарный препарат из листьев подорожника большого;
таблетки ламинарии.
2) комплексные препараты:
«Адаптовит» (раствор для приема внутрь) - входит экстракт ламинарии густой;
«Альгипор», «Альгимаф» (пористые стерильные листы) - препараты на основе альгината натрия из ламинарии;
«Мукалтин» (таблетки) - входит экстракт травы алтея лекарственного.
3) препараты, содержащие другие группы действующих веществ:
из семян льна получают льняное масло методом холодного прессования (входит в состав линиментов);
из льняного масла получают препарат «Линетол» - смесь этиловых эфиров ненасыщенных жирных кислот льняного масла (антисклеротическое и ранозаживляющее средство).
4. Полисахариды широко используются в фармацевтической технологии:
крахмал - как наполнитель и связывающее вещество в производстве таблеток и пилюль; входит в состав присыпок, некоторых мазей и паст;
декстрин используется как эмульгатор и клей;
камеди - как эмульгаторы, как связывающие и склеивающие вещества в производстве таблеток и пилюль.
5. Целлюлоза в медицинской практике используется в качестве перевязочных материалов (вата, распушенная целлюлоза, лигнин).
Медицинское применение сырья и препаратов, содержащих полисахариды
Фармакологическое действие основано на способности полисахаридов набухать и образовывать коллоидные растворы. Они покрывают тонким слоем воспаленные слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта (обволакивающее действие), предохраняют чувствительные нервные окончания от раздражения пищей, лекарствами, компонентами желудочного сока, желчи, кислыми пептидами (гастропротекторное действие). Благодаря
18
такому действию полисахаридов уменьшается выраженность болевого синдрома и снижается воспалительный процесс на его начальном этапе. При этом они уменьшают всасывание токсинов, пролонгируют действие лекарств. Механизм мягчительного и отхаркивающего действия полисахаридов при заболеваниях верхних дыхательных путей иной. Полисахариды не возгоняются с водяным паром и неэффективны при ингаляциях. При приеме внутрь полисахариды не всасываются в желудочно-кишечном тракте и не могут в натуральном виде попасть на слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Однако эмпирические данные и клинические исследования подтверждают полезность назначения полисахаридов внутрь при бронхите, пневмонии, трахеите. Очевидно, образующиеся при частичном гидролизе полисахаридов в желудочно-кишечном тракте короткие олигосахариды и моносахариды стимулируют секрецию слизи и способствуют нормальному функционированию слизистых оболочек.
Таким образом, лекарственные средства, содержащие полисахариды, используют в основном:
как обволакивающие, противовоспалительные, мягчительные, отхаркивающие средства при острых и хронических заболеваниях дыхательных путей (настои из сырья липы, мать-и-мачехи, подорожника большого, алтея, грудные и потогонные сборы, сухой экстракт и сироп алтея, «Мукалтин»);
как обволакивающие и противовоспалительные средства для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (настои корней алтея, семян подорожника блошного, отвар крахмала, слизь семян льна).
«Плантаглюцид» применяется для лечения хронического гиперацидного гастрита и язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки с нормальной и пониженной кислотностью. Сок подорожника применяется при анацидных гастритах и хронических колитах. Настойка подорожника - антацидное, отхаркивающее, противовоспалительное, стимулирующее регенерацию средство.
Семена подорожника блошного, семена льна, порошок слоевищ ламинарии, таблетки ламинарии, экстракт ламинарии сухой и густой, «Ламинарид» применяются как мягкие слабительные средства при хронических атонических запорах и колитах. Действие основано на способности полисахаридов набухать в желудочно-кишечном тракте, что способствует разрыхлению каловых масс, увеличению их объема. Это вызывает раздражение рецепторов слизистой оболочки кишечника, способствует его опорожнению.
Порошок слоевищ ламинарии, таблетки ламинарии, экстракт ламинарии сухой и густой применяют также для профилактики атеросклероза, заболеваний щитовидной железы (эндемического зоба), используют для профилактики заболеваний, связанных с недостатком йода в организме.
«Альгипор», «Альгимаф» применяются для лечения ран и ожогов. «Альгинатол» - гемостатическое средство для местного применения.
19
«Альгисорб» - комплексообразующее средство (антидот). «Адаптовит» - общетонизирующее средство.
Лекарственное растительное сырье, содержащее инулин, применяют при лечении сахарного диабета (инулин способствует отложению гликогена в печени, улучшается инсулинообразующая функция поджелудочной железы). Пектиновые вещества способствуют уменьшению содержания холестерина в крови, т.е. оказывают антисклеротическое действие.
Пектиновые вещества и альгиновые кислоты обладают способностью адсорбировать катионы тяжелых металлов и радиоизотопы, способствуют выведению радионуклидов и тяжелых металлов из организма.
Кроме того, полисахариды в растительном сырье выполняют биофармацевтическую функцию. Они образуют комплексы с малорастворимыми или нерастворимыми в воде терпенами и фенолами. Благодаря полисахаридам в настои и отвары переходят эфирные масла и другие группы биологически активных веществ. Полисахариды пролонгируют действие других биологически активных веществ и лекарств.
Крахмал – Amylum
Крахмал не является химически индивидуальным веществом. Полисахариды крахмала представлены двумя веществами - амилозой и амилопектином. Оба полисахарида являются глюканами и образованы из альфа-глюкопиранозных остатков.
Амилоза представляет собой линейный глюкан, в котором 60-300 (до 1500) остатков глюкозы связаны альфа-гликозидными связями между первым и четвертым углеродными атомами. Амилоза имеет молекулярную массу 32 000-160 000, легко растворима в воде и дает растворы со сравнительно невысокой вязкостью.
Амилопектин- разветвленный глюкан, в котором 3000-6000 (до 20 000) остатков глюкозы соединены альфа-гликозидными связями не только между первым и четвертым углеродными атомами, но также между первым и шестым. Амилопектин растворяется в воде при нагревании и дает стойкие вязкие растворы. Его молекулярная масса достигает сотен миллионов.
20