Химия окружающей среды. Химия живых организмов. Курс лекций

–контролируемое высвобождение (микрокапсулы и гранулы с разным временем высвобождения активного вещества);

–разделение приема компонентов-антагонистов во времени.

С помощью этих приемов можно изменять время распада таблетки, скорость растворения или выделения действующего вещества, место выделения и длительность нахождения в определенной зоне желудочно-кишечного тракта.

Большинство применяемых в фармацевтике технологий производства таблетированных препаратов не позволяют независимо влиять на время и место усвоения активного вещества, так как обычно препарат непрерывно продвигается по желудочно-кишечному тракту вместе с пищевым комком, или химусом. Поэтому задержка времени высвобождения активного вещества неизбежно сдвигает место высвобождения ниже по пищеварительному тракту. Но, с другой стороны, большинство микронутриентов наилучшим образом усваивается в одной и той же зоне желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) – проксимальном отделе тонкого кишечника. Одновременное высвобождение компонентов из таблетки в данном отделе кишечника обеспечивает их оптимальное усвоение, но при этом не позволяет избежать взаимодействий между микронутриентами.

Возможны два варианта использования технологий контролируемого высвобождения и многослойного таблетирования.

1.Компоненты комплекса высвобождаются в разных отделах ЖКТ, но это приводит к тому, что часть компонентов не высвободилась в местах оптимального усвоения, в результате чего снижается степень их усвоения.

2.Происходит взаимодействие между микронутриентами в силу того, что для оптимального усвоения большинство из них должно одновременно высвободиться на одном и том же участке ЖКТ. При разделении приема микронутриентов-антагонистов во времени их помещают в разные таблетки, которые следует принимать не одновременно, а с интервалом. Чтобы компоненты, входящие в состав одной таблетки, полностью усвоились и не взаимодействовали с компонентами следующей, достаточно 4...6 часов.

Такой подход позволяет:

– снизить конкуренцию за активные переносчики при всасывании;

– избежать симптома насыщения транспортных белков;

– предотвратить возможные нежелательные взаимодействия между веществами;

41

– без увеличения дозы повысить биодоступность принятых перорально микронутриентов.

Если компоненты комплексного препарата должны усваиваться в разное время (но в одном месте ЖКТ), то альтернативы их раздельному во времени приему нет.

3.4. Витаминоподобные вещества

Метионин – алифатическая незаменимая аминокислота. Метионин входит в состав белков. Суточная потребность 1500 мг.

Метионин также служит в организме донором метильных групп (в составе S-аденозил-метионина) при биосинтезе холина, адреналина и др., а также источником серы при биосинтезе цистеина. Синтетический метионин применяют для обогащения кормов и пищи.

Фармакологический препарат метионина оказывает некоторое липотропное действие, повышает синтез холина, лецитина и других фосфолипидов, в некоторой степени способствует снижению содержания холестерина в крови и улучшению соотношения фосфолипиды/холестерин, уменьшению отложения нейтрального жира в печени и улучшению функции печени, может оказывать умеренное антидепрессивное действие (по-видимому, за счёт влияния на биосинтез адреналина).

S-аденозил-метионин (SAMe, гептрал) оказывает более сильное положительное действие на функцию печени и более выраженное антидепрессивное действие, чем метионин. Суточная потребность 400...1200 мг.

Метил-метионин-сульфоний (в фармакологии известен как «метиосульфония хлорид»), или «витамин U» (от лат. ulcus – язва), обладает выраженным цитопротективным действием на слизистую желудка и двенадцатиперстной кишки, способствует заживлению язвенных и эрозивных поражений слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки.

Метионин является незаменимой аминокислотой, то есть не синтезируется в организме человека. Содержится в следующих продуктах питания (табл. 3.7)

42

Инозитол – циклогексан-1,2,3,4,5,6-гексол – шестиатомный спирт циклогексана. Инозитол существует в девяти стереоизомерах, из которых наиболее часто встречающимся в живых организмах является цис-1,2,3,5-транс-4,6-циклогексангексол. Инозитол по химической природе является сахаром, но практически безвкусный, слегка сладкий. Суточная потребность 500...1000 мг.

Инозитол называли витамином В8, однако было показано, что около 3/4 суточной потребности инозитола вырабатывается самим организмом, поэтому инозитол относят к витаминоподобным веществам. Инозитол особенно хорошо усваиваивается в сочетании с витамином E.

Основное действие инозитола. Биологическое действие – мембранопротекторное, липотропное, антиатеросклеротическое, восстанавливающее структуру нервной ткани, антидепрессантное, анксиолитическое, нормализующее сон, дерматотропное.

Синтезируется из глюкозы в тканях и органах, например в сердце, печени, почках. С кровью он попадает во все клетки, причем

вособо высокой концентрации – в клетки мозга, где накапливается в защитной мембране. Свободный инозитол содержится также в крови

вконцентрации приблизительно 4,5 миллионных грамма на милли-

43

литр. Из этого резерва получают витамин те клетки, которые не могут сами производить это биовещество. Хрусталик, задняя стенка глаза и слезная жидкость содержат особенно много инозитола, поэтому нехватка этого витамина может привести к различным заболеваниям глаз.

Каротиноиды (каротин, ликопин, лютеин). Каротин, ликопин, лютеин и другие каротиноиды придают окраску большинству оранжевых овощей и фруктов. Суточная потребность 5...10 мг. Каротиноиды – природные органические пигменты, синтезируемые бактериями, грибами, водорослями, высшими растениями и единственным из животных – гороховой тлей (Acyrthosiphon pisum). Идентифицировано около 600 каротиноидов. Они имеют преимущественно жёлтый, оранжевый или красный цвет, по строению это циклические или ациклические изопреноиды.

Кофермент Q (кофермент Q10, убихинон, ubiquinone, coenzyme Q10, coenzyme Q) – это группа коферментов – бензохинонов, содержащих хиноидную группу (отсюда обозначение Q) и содержащих несколько изопрениловых групп (например, 10 в случае кофермента Q10). Суточная потребность 100...200 мг.

В 1955 году был впервые употреблен термин «кофермент Q» для обозначения вещества, содержащегося практически во всех живых клетках. В 1957–1958 годах учеными Фредериком Крейном и Карлом Фолкерсом были получены препараты убихинона и была установлена его химическая структура. В 1965 году Ямамура с сотрудниками впервые применили кофермент Q для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. В 1978 году за описание процессов хемиосмотического фосфорилирования Питер Митчелл удостоен Нобелевской премии в области химии. В 1997 году основан Международный центр по изучению убихинона.

Кофермент Q принимает участие в реакциях окислительного фосфорилирования, является компонентом цепи переноса электронов в митохондриях. Ингибиторы работы убихинона останавливают реакции окислительного фосфорилирования.

Кофермент Q является компонентом цепи переноса электронов, принимает участие в переносе электронов с NADH-дегидрогеназного комплекса (комплекс I) и сукцинатдегидрогеназного комплекса (II) на комплекс III и участвует таким образом в синтезе АТФ.

Также кофермент Q является антиоксидантом и, в отличие от других антиоксидантов, регенерируется организмом. Кроме того, ко-

44

фермент Q восстанавливает антиоксидантную активность витамина Е – α-токоферола.

Кофермент Q необходим для нормальной жизнедеятельности живых организмов и, прежде всего, для функционирования тканей с высоким уровнем энергетического обмена. Наибольшая концентрация кофермента Q – в тканях сердечной мышцы. Естественный уровень кофермента Q в крови человека составляет около 1 мг/мл.

Существует мнение, что старение (снижение функциональных возможностей сердца и других органов) связано со снижением концентрации кофермента Q. Например, миокард людей старше 60 лет содержит на 40...60 % меньше кофермента Q, чем миокард молодых людей. Показано, что к двадцати годам концентрация кофермента Q в миокарде достигает максимума, к сорока годам содержание падает на 30 %, а к 60 годам – на 50 % от максимального значения.

С другой стороны, возраст не является единственной причиной снижения содержания кофермента Q в организме. Снижение концентрации кофермента Q в организме может происходить и при различных заболеваниях. Некоторые исследователи связывают дегенеративные заболевания (атеросклероз, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера) с недостатком естественного синтеза кофермента Q. Дефицит кофермента Q может также возникать при гипертиреозе, гепатитах, бронхиальной астме. Содержание кофермента Q в различных продуктах приведено в табл. 3.8.

Способы улучшения биодоступности кофермента Q10. Кофермент Q10 является жирорастворимым соединением с большим размером молекулы. Усвоение кофермента Q10 организмом происходит так же, как у всех жирорастворимых веществ. Его всасывание, как и всех жирорастворимых веществ, происходит в тонком кишечнике с обязательным этапом предварительного эмульгирования желчью и образованием мицелл. В составе мицелл он проникают в клетки кишечника. Эффективность всасывания зависит от степени эмульгирования желчью кофермента Q10; размеров образующихся после эмульгирования мицелл (не более 0,5 мкм); площади поверхности активного всасывания в кишечнике; присутствия других жиров в пище. Производители прибегают к использованию различных методов для улучшения биодоступности в выпускаемых препаратах кофермента Q10.

45

Использование препаратов с Q10 в медицине. Препараты на основе кофермента Q применяют для профилактики и терапии заболеваний сердечно-сосудистой системы. Было показано, что кофермент Q эффективен в комплексной терапии сердечной недостаточности; ишемической болезни сердца (стенокардия, инфаркт миокарда, постинфарктный кардиосклероз); атеросклероза; артериальной гипертонии; кардиомиопатии; диастолической дисфункции миокарда; миокардиодистрофий различного происхождения; нарушениях сердечного ритма и проводимости.

За последние 20 лет проведены десятки клинических исследований с участием тысяч больных с различными формами сердечнососудистых заболеваний. Большинство больных принимали кофермент Q в составе комплексной терапии сразу после выявления диагноза. У некоторых больных улучшение состояния было поразительным: восстанавливались нормальные размеры сердца и его сократительная функция. При более развитых формах заболевания полного восстановления не происходило, однако наблюдалось явное улучшение состояния.

Большинство исследований по клиническому применению кофермента Q10 было проведено именно при сердечной недостаточности. Также было показано, что тяжесть сердечной недостаточности коррелирует с низким уровнем кофермента Q.

Наиболее масштабное исследование было проведено в 1994 году в Италии: в исследовании приняли участие 2664 человека с сердечной

46

недостаточностью. За три месяца лечения у значительной части больных наблюдалось заметное улучшение состояния. При этом нормализовались следующие показатели: цианоз (у 78,1 % больных), отеки (у 78,6 %), субъективное ощущение больными аритмии (у 63,4%), бессонница (у 66,28 %), головокружение (у 73,1 %). Побочные явления наблюдались у 36 больных (1,5 %), из которых только у двадцати человек они были связанны с применением кофермента Q.

Ишемическая болезнь сердца. Эффективность применения препаратов кофермента Q при ишемической болезни сердца подтверждена клиническими исследованиями. В одном из исследований 73 пациента после острого инфаркта миокарда наряду со стандартной терапией получали кофермент Q, участники контрольной группы (71 пациент) продолжали стандартную терапию. Через двенадцать месяцев применения было выявлено, что в группе, принимавшей препараты кофермента Q, в 2 раза реже случались сердечно-сосудистые события (24 % против 45 %), нефатальные инфаркты миокарда (13,7 % против 25 %) и кардиальная смерть. При этом тошнота намного чаще отмечалась у больных контрольной группы (40,8 % против 6,8 %), что свидетельствует об отсутствии побочных эффектов.

Атеросклероз. При атеросклерозе важную роль в патологии заболевания играет перекисное окисление липидов. В норме данное состояние предотвращается за счёт работы антиоксидантной системы (помимо кофермента Q в нее входят: витамин С, бета-каротин, альфа-токоферол и другие). С возрастом концентрация кофермента Q в тканях падает, в связи с чем возрастает риск возникновения и прогрессирования атеросклероза. К настоящему моменту показано положительное влияние приёма кофермента Q на снижение жировых отложений в дуге аорты у животных с моделированным атеросклерозом.

Другой причиной атеросклероза является нарушение целостности эндотелия сосудов. Было показано, что кофермент Q улучшает эндотелиальную дисфункцию плечевой артерии у больных сахарным диабетом второго типа.

Артериальная гипертензия. Было показано гипотензивное действие кофермента Q. Проанализировано 12 клинических исследований применения кофермента Q при артериальной гипертензии. Прием кофермента Q при артериальной гипертензии приводил к снижению систолического артериального давления в среднем на 16 мм рт. ст., а диастолического – на 10 мм рт. ст. Таким образом, кофермент Q может быть альтернативой лекарственным средствам, снижающим давление, либо усиливать эффект таких средств.

47

В педиатрии кофермент Q применяют как для улучшения энергообмена в клетках, так и в качестве антиоксиданта.

Тиоктовая кислота (англ. Thioctic acid; синонимы: липоевая кислота, альфа-липоевая кислота) – лекарственное средство из группы витаминов. Является важным кофактором пируватдигидрогеназного и альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплексов. Обладает антиоксидантными свойствами. Суточная потребность в липоевой кислоте 200...500 мг. Способствует снижению концентрации глюкозы в крови и увеличению гликогена в печени, а также преодолению инсулинорезистентности. По характеру биохимического действия близка к витаминам группы В.

Участвует в регулировании липидного и углеводного обмена, стимулирует обмен холестерина, улучшает функцию печени. Оказывает гепатопротекторное, гиполипидемическое, гипохолестеринемическое, гипогликемическое действие. Улучшает трофику нейронов.

3.5.Микроэлементы белковой природы

Кмикроэлементам белковой природы по современной классификации относят аминокислоты и полипептиды.

Аминокислоты (аминокарбоновые кислоты) – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько

20 важнейших α-аминокислот, кодируемых генетическим кодом.

Пептиды (греч. πεπτος – питательный) – семейство веществ, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями –C(O)NH–.

Это природные или синтетические соединения, содержащие десятки, сотни или тысячи мономерных звеньев – аминокислот. Полипептиды состоят из сотен аминокислот, в противоположность олигопептидам, состоящим из небольшого числа аминокислот (не более 10–50), и простым пептидам (до 10).

Полипептиды могут иметь в молекуле неаминокислотные фрагменты, например углеводные остатки. Природные полипептиды с молекулярной массой более 6000 дальтон называют белками.

48

Термин «пептид» ввел более 100 лет назад известный ученый Э. Фишер, который разработал синтез этих веществ. Пептид – это вещество, в котором молекулы строятся в цепь из некоторого количества аминокислот, которые соединены между собой при помощи пептидных связей. Пептиды воздействуют на организм следующим образом: изготовленный из вытяжки отдельного органа пептид, так называемый пептид био, либо пептид, полученный синтетическим путем, при попадании в организм человека способен запустить процесс омоложения и восстановления клеток того органа, из которого он был выделен. Как показали лабораторные исследования, активные пептиды позволяют повысить продолжительность жизни клеток отдельного органа на треть! А комплекс пептидов может оказать благоприятное воздействие на весь организм человека. Пептиды, будучи изготовленными из биовещества, или полученные синтетически, оказывают защитное воздействие на организм на клеточном уровне. Пептиды защищают клетки от воздействия токсинов, ускоряют процессы метаболизма в клетках и выведения из них продуктов распада, а в целом пептиды нормализуют работу органов, способствуют насыщению их питательными веществами, а также восстановлению поврежденных тканей. После попадания пептидов в организм растет активность человека, его выносливость, противостояние болезням.

Пептидные биорегуляторы обладают уникальной способностью частично восстанавливать снижающийся по мере старения синтез белков в организме, повышая таким образом адаптационный потенциал и восстанавливая функциональную активность органов и тканей. Впервые экспериментально установлено, что пептиды регулируют активность генов путём комплементарного связывания с определённым участком ДНК, то есть обладают геноспецифической тропностью и принимают непосредственное участие в механизмах эпигеномной регуляции.

3.6.Микронутриенты липидной природы

Кмикронутриентам липидной природы относят омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты, гамма-линоленовую кислоту, фосфолипиды и липотропные вещества, а также фитостерины.

Липиды (от греч. λίπος, lípos – жир) – жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе.

Используемое ранее определение липидов как группы органических соединений, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, ацетон, хлороформ) и практически нераство-

49

римых в воде, является неточным. Во-первых, такое определение вместо четкой характеристики класса химических соединений говорит лишь о физических свойствах. Во-вторых, в настоящее время известно достаточное количество соединений, нерастворимых в неполярных растворителях или же, наоборот, хорошо растворимых в воде, которые тем не менее относят к липидам. В современной органической химии определение термина «липиды» основано на биосинтетическом родстве данных соединений – к липидам относят жирные кислоты и их производные. В то же время в биохимии и других разделах биологии к липидам по-прежнему принято относить и гидрофобные или амфифильные вещества другой химической природы.

Строение липидов. Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложных – из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др. Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза.

Биологические функции липидов Энергетическая (резервная) функция. Многие жиры, в первую

очередь триглицериды, используются организмом как источник энергии. При полном окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии, примерно вдвое больше, чем при окислении 1 г белков или углеводов. Поэтому жировые отложения используются в качестве запасных источников питательных веществ прежде всего животными, которые вынуждены носить свои запасы «на себе». Растения чаще запасают углеводы, однако в семенах многих растений высоко содержание жиров (растительные масла добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений).

Функция теплоизоляции. Жир – хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла. Особенно толстый подкожный жировой слой характерен для водных млекопитающих (китов, моржей и др.). В то же время у животных, обитающих в условиях жаркого климата (верблюды, тушканчики) жировые запасы откладываются на изолированных участках тела (в горбах у верблюда, в хвосте у жирнохвостых тушканчиков), чтобы он не препятствовал теплоотдаче.

Структурная функция. Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран, холестерин-регуляторов текучести мембран. У архей в состав мембран входят производные изопреноидных углеводородов. Воски образуют кутикулу на поверхности надземных

50