919

Амфифильные полимеры N-винилпирролидона, содержащие дополнительные функциональные группы

Дипломная

Химия и фармакология

Амфифильные полимеры. Основные понятия и характеристики. Применение поливинилпирролидона в медицине. Кровезаменители гемодинамического действия. Общая методика синтеза полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевую карбоксильную группу. Синтез полимеров N-винилпирролидона, содержащих боковые эпоксидные группы.

Русский

2013-01-06

566 KB

72 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение 

2. Литературный обзор 

 2.1. Амфифильные полимеры. Основные понятия и характеристики

    2.1.1. Строение амфифильных полимеров

    2.1.2. Самоорганизация амфифильных полимеров

    2.1.3. Движущие силы самоорганизации

 2.2. Поливинилпирролидон и его свойства

  2.2.1. Полимеризация N-винилпирролидона

    2.2.2. Применение поливинилпирролидона в медицине

 2.3. Проблемы создания искусственной крови

 2.4. Кровезаменители…

    2.4.1. Препараты белков крови

    2.4.2. Кровозаменители на основе гемоглобина

    2.4.3. Перфторуглеродные эмульсии

    2.4.4. Плазмозаменяющие препараты

       2.4.4.1. Кровезаменители гемодинамического действия…

       2.4.4.2. Дезинтоксикационные плазмозаменители…

       2.4.4.3. Кристаллоидные растворы

3. Экспериментальная часть 

3.1. Характеристика исходных веществ …

 3.2. Методы

    3.2.1. Получение и свойства амфифильных полимеров N-винилпирролидона

       3.2.1.1. Общая методика синтеза полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевую карбоксильную группу

       3.2.1.2. Общая методика синтеза полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевые алкильные группы…

    3.2.2. Потенциометрическое титрование растворов полимеров.

    3.2.3. Паровая осмометрия

    3.2.4. Синтез эпоксидированного ПВП (ЭПВП)

    3.2.5. Модификация эпоксидированного поливинилпирролидона (ЭПВП) аминокислотами

3.2.6. Определение количества эпоксидных групп методом потенциометрического титрования…

    3.2.7. Анализ полимера, содержащего аминокислотные группы

       3.2.7.1. Определение  содержания аминогрупп

       3.2.7.2. Определение содержания карбоксильных групп

 3.3. Биологические исследования

    3.3.1. Определение биологического действия амфифильных полимеров N-винилпирролидона, содержащего аминокислотные остатки

4.Обсуждение результатов

 4.1. Получение и свойства амфифильных полимеров N-винилпирролидона

    4.1.1. Синтез и свойства полимеров N-винилпирролидона, содержащих одну концевую карбоксильную группу

    4.1.2. Синтез и свойства амфифильных полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевые алкильные группы

    4.1.3. Синтез  полимеров N-винилпирролидона, содержащих боковые эпоксидные группы

    4.1.4. Синтез полимеров N-винилпирролидона, содержащих аминокислотные остатки

 4.2. Возможность использования поли-N-винилпирролидона с иммобилизованными звеньями -аланина в качестве кровезаменителя дезинтоксикационного действия

5. Выводы

6.Список цитированной литературы

1.ВВЕДЕНИЕ

В последнее время возрастает мировой интерес к полимерам медицинского назначения. Среди большого круга водорастворимых полимеров поли-N-винилпирролидон заслуживает самого пристального внимания в качестве модели природных полимеров с амидными группами – белковых молекул. Полимеры этого типа находят широкое применение в медицине, они входят в состав большого числа лекарственных препаратов. Гомо- и сополимеры N-винилпирролидона выступают в качестве носителей биологически активных веществ.

Область практического применения поли-N-виниламидов может быть существенно расширена, поскольку изменение строения бокового заместителя и получение различных сополимеров приведет к обнаружению полимеров с новыми функциональными свойствами. Кроме того, выявление новых свойств самого поливинилпирролидона и уже полученных производных может способствовать развитию большого ряда перспективных направлений в биотехнологии, микробиологии, медицине, нанотехнологии и т.д.

Целью данной дипломной работы является синтез и дальнейшая модификация биологически активного полимера N-винилпирролидона, содержащего гидрофобный остаток – получение амфифильного полимера различной молекулярной массы, введение в боковую цепь оксиранового цикла с последующей реакцией с аминокислотой. Данное исследование дает возможность получения новых амфифильных полимеров, которые могут быть использованы в медицине в качестве компонентов кровезаменителей.


2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР


2.1. Амфифильные полимеры. Основные понятия и характеристики.

2.1.1. Строение амфифильных полимеров.

Типичная амфифильная молекула полимера (от греч. амфи, означающего «с двух сторон», и фило – «любящий») [] содержит в своем составе достаточно длинные гидрофильную и гидрофобную части. Один из вариантов такой структуры показан на Рис. 1.

Рис. 1. Строение простейшего амфифильного полимера.

Полимеры, имеющие дифильное строение, получают полимеризацией мономеров различных типов (обычно двух) или последующей модификацией водорастворимого полимера по функциональным группам. В зависимости от способа получения амфифильные молекулы полимеров могут иметь различное строение, например, блок-сополимеры состоят из блока(ов) одного вида гомополимера, присоединенного к блоку(ам) другого вида []. При этом блочные полимеры могут быть трех основных видов: диблочные, триблочные, и с концевой гидрофобной группой. Мультиблочные макромолекулы могут иметь регулярное или случайное чередование блоков.

Чаще всего наряду с линейными амфифильными полимерами, рассматриваются также гребнеобразные амфифильные сополимеры. Как правило, они содержат привитые к их основной цепи, построенной из однотипных звеньев, блоки, состоящие из звеньев другого типа (Рис. 2).

Блок-сополимер:

ди-блок

ААААААВВВВВВ

три-блок

АААВВВВВВВААА

с концевой гидрофобной группой

ААААААААААААВ

Привитой сополимер:

ААААААААААА

                                                      В      В         В

                                                      В      В         В

                        В         

Рис. 2. Архитектура блочных сополимеров.

А – гидрофильный блок, В – гидрофобный блок.

В зависимости от наличия заряда в гидрофильном блоке макромолекулы амфифильные полимеры могут быть ионными (полиэлектролиты) и неионными. В качестве неионного гидрофильного фрагмента в большинстве рассматриваемых в настоящее время амфифильных полимеров используются блоки полиэтиленоксида (ПЭО) [2]. В ряде случаев наряду с блоками полиэтиленоксида для введения в полимер гидрофобных фрагментов в полимер вводят блоки других алкилеоксидов – полипропиленоксида (ППО) и полибутиленоксида (ПБО) [,]. Сополимеры ПЭО и ППО объединены торговым названием Плюроники, а сополимеры ПЭО и ПБО – Синпероники [].

Реже в качестве неионных гидрофильных блоков, придающих амфифильным полимерам растворимость в воде, в отдельных работах используют также фрагменты поливинилового спирта, полиакриламида, поливинилпирролидона.

Ионные амфифильные блок-сополимеры могут быть анионными или катионными. В случае анионных дифильных молекул заряженные  блоки представлены полиакриловой кислотой, полиметакриловой кислотой, полималеиновой кислотой и другими кислотами. Для синтеза амфифильных полимеров они сочетаются с неионными блоками полистирола, полиметилметакрилата или полиизобутилена.

При получении положительно заряженных амфифильных макромолекул носителями заряда обычно выступают протонированные третичные амины, у которых степень ионизации зависит от рН среды. Примерами таких катионных полиэлектролитных блоков могут служить поли(2-винилпиридин), поли[2(диметиламино)этилметакрилат], полиимины различного строения.

В большинстве случаев в качестве гидрофобных фрагментов амфифильные полимеры содержат блоки или длинноцепные группы с алифатическими последовательностями или ароматическими углеводородными радикалами.

Для ПЭО можно привести следующий перечень гидрофобных составляющих амфифильных полимеров (по возрастанию гидрофобности): L-лизин, β-бензоил-L-аспартат, γ-бензоил-L-глутамат, капролактон. Разумеется, круг используемых полимеров приведенными примерами не исчерпывается. Основными методами получения таких амфифильных полимеров на основе ПЭО является анионная полимеризация или же радикальная полимеризация с использованием различных инициаторов. Все эти методы позволяют получить полимеры с молекулярной массой (1-100)×103, а также с различным гидрофильно-гидрофобным балансом.

К настоящему времени синтезировано большое количество блоксополимеров с самой разнообразной архитектурой, которые были реализованы при создании амфифильных полимеров [].

Примерами блочных амфифильных полимеров может служить большое количество различных блок-сополимеров, например: полиэтиленоксид (ПЭО) - полилактид [], ПЭО - поли(β-бензил-L-аспартат) [], полиэтиленоксид (ПЭО) - поли-ε-капролактон (PCL) [], ПЭО - полипропиленоксид (ППО) [].

Отдельной группой амфифильных полимеров являются полимеры, содержащие в качестве гидрофильного фрагмента полимерную цепь из гидрофильных мономерных звеньев, а в качестве гидрофобного фрагмента длинноцепные алифатические радикалы. Примерами амфифильных полимеров, имеющих такое строение, могут служить системы (ПЭО) - диациллипид, ПЭО - алкилфосфатидилэтаноламин [], полимеры поливинилпирролидона и полиакриламида с одной концевой гидрофобной группой []. Молекулы полимеров, содержащие жирнокислотные остатки, являются амфифильными, так как имеют большую гидрофильную часть и короткую, но сильно гидрофобную часть.

Свойства амфифильных полимеров определяются химическим строением и гидрофильно-гидрофобным балансом их макромолекул. В зависимости от гидрофильно-гидрофобного баланса такие сополимеры могут быть как масло- , так и водорастворимыми, в связи с чем можно выделить два класса полимеров: иономеры и гидрофобно-модифицированные полимеры [].

2.1.2. Самоорганизация амфифильных полимеров.

Явление мицеллообразования представляет интерес для различных областей химии, таких как физическая химия, биохимия, химия полимеров. В частности, значительное внимание уделяется амфифильным полимерам различного строения, которые способны к самоорганизации в водных растворах, подобно низкомолекулярным поверхностно-активным веществам [7,].

Способность к самоорганизации в полярных и неполярных средах с образованием различных агрегатов является важной характеристикой амфифильных полимеров. В водной среде амфифильные молекулы блоксополимеров типа АВ самоорганизуются с образованием мицелл.

Мицелла – устойчивое образование из определенного числа (например, нескольких десятков) молекул полимера, является простейшим агрегатом [1]. Мицеллы представляют собой образования, часто близкие к сферическим, в которых полярные группы контактируют с полярной средой (водой), а гидрофобные радикалы находятся внутри, образуя неполярное ядро.

Как и для низкомолекулярных биполярных молекул, появление агрегатов в растворах происходит выше некоторой концентрации, так называемой, критической концентрации мицеллообразования. Для водных растворов амфифильных блоксополимеров характерна аналогичная картина. Ниже критической концентрации мицеллообразования (ККМ) в растворе можно наблюдать отдельные молекулы полимера. При концентрации полимера в растворе, приближающейся к ККМ начинают образовываться мицеллы, которые находятся в термодинамическом равновесии с неассоциированными молекулами полимера. Величина ККМ зависит от целого ряда факторов: природы амфифильного полимера, длины и степени разветвления углеводородного радикала, присутствия электролитов или других органических соединений, рН раствора.

Однако основным фактором является соотношение между гидрофильными и гидрофобными свойствами полимера. Так, чем длиннее углеводородный радикал и слабее полярная группа, тем меньше величина ККМ (наиболее полно современные представления о термодинамике растворов ПАВ и процессах мицеллообразования освещены в монографии Русанова [14]).

При концентрациях ПАВ, превышающих ККМ, возможно образование нескольких типов мицелл (Рис. 3) и их агрегатов, различающихся по форме: сферические, цилиндрические, гексагонально упакованные, ламеллярные. Таким образом, мицеллы и их агрегаты можно рассматривать как одномерные, двумерные и объёмные нанообъекты.

Рис. 3. Структуры, возникающие в растворах ПАВ. 1 – мономеры, 2 – мицелла, 3 – цилиндрический агрегат мицелл, 4 – гексагонально упакованные цилиндрические агрегаты мицелл, 5 – ламинарный агрегат мицелл, 6 – гексагонально упакованные капли воды в обратной мицеллярной системе.

Амфифильные полимеры с длинным углеводородным радикалом и слабой полярной группой могут растворяться в неполярных жидких фазах и практически не растворяться в воде. В этом случае при определённой концентрации полимера также наблюдается образование мицелл, которое обусловлено специфическими взаимодействиями между полярными группами амфифила []. Такие мицеллы называют обратными. Форма обратных мицелл зависит от концентрации полимера и может быть различной.

Так как вода является термодинамически плохим растворителем для гидрофобной части макромолекулы, последняя образует ядро частицы, а оболочка состоит из гидрофильной части молекулы, которая также оказывает стабилизирующее влияние на систему. Триблок- и привитые сополимеры могут образовывать кроме приведенных на рис. 3 структур мицеллы со смешанной оболочкой (без разделения цепей), мицеллы с разделенной оболочкой (с боковым, радиальным разделением цепей), везикулы и др. [].

Для веществ, способных к самоорганизации в растворах, введен термин «число агрегации». Число агрегации может быть определено как число единичных молекул (макромолекул), объединяющихся в мицеллу. В зависимости от природы полимеров числа агрегации (n) могут изменяться от десятков до нескольких сотен, при этом будут меняться и размеры мицелл [].

2.1.3. Движущие силы самоорганизации.

Термодинамические аспекты самоорганизации амфифильных полимеров, в принципе, абсолютно схожи с такими же процессами для низкомолекулярных амфифильных молекул. Способность амфифильных макромолекул к самоорганизации определяется несколькими факторами.

Для водных систем важнейшими являются гидрофобные и электростатические взаимодействия. Под гидрофобными взаимодействиями понимают силы эффективного притяжения между окруженными водой неполярными органическими группами. Такие силы имеют в основном энтропийную природу. Их происхождение объясняется нарушением характерной для воды сетки водородных связей при внедрении чужеродной молекулы или атомной группировки. Гидророфобное притяжение, подобно ван-дер-ваальсовским взаимодействиям атомов, распространяется на небольшие расстояния – порядка нескольких атомных диаметров. Электростатические силы являются дальнодействующими (по закону Кулона).

В принципе, образование агрегатов из амфифильных молекул возможно и в неполярных средах. За счет взаимного притяжения гидрофильных частей макромолекул и стремления углеводородных гидрофобных частей оказаться в окружении неполярного растворителя могут формироваться, так называемые, обратные мицеллы. В этом случае полярные части молекул составляют плотное мицеллярное ядро, а неполярные «хвосты» экранируют его от гидрофобного растворителя.

Диссоциация ионогенных полимеров в водных средах приводит к образованию заряженных групп. Для самоорганизации таких полимеров, в которых звенья обладают зарядами, кулоновские взаимодействия приводят к отталкиванию одноименно заряженных звеньев. Как правило, такие силы заметно преобладают над гидрофобным притяжением. Более благоприятного баланса противоборствующих сил можно добиться, понизив долю заряженных звеньев, например, в результате сополимеризации диссоциирующих и недиссоциирующих мономеров, либо используя макромолекулы, суммарный заряд которых зависит от рН среды.

Следует отметить, что формирование устойчивых ассоциатов возможно не только за счет гидрофобных или ионных взаимодействий, но и в результате возникновения межмолекулярных водородных связей, комплексов с переносом заряда, координационных комплексов и т. д.

2.2. Поливинилпирролидон и его свойства.

ПВП обладает уникальным комплексом физико-химических, химических и биологических свойств, ценных для его практического использования.

Наличие в макромолекуле полимера лактамного цикла обеспечивает растворимость полимера в воде. ПВП представляет собой желто-белый порошок с t размягчения ~ 140 — 160 С, d420 = l,19; nD20 =1,58 (для пленки).

При нагревании выше 150 С полимер приобретает оранжево-бурую окраску и перестает растворяться в воде и органических растворителях, плотность сухого полимера составляет 1,13 г/см3. ПВП очень гигроскопичен, согласно [23, 24] на один грамм полимера приходится 0,084 г воды. ПВП растворяется в воде, спирте, полиспиртах, хлорированных и фторированных углеводородах, кетонах, лактонах, нитропарафинах. Теплота растворения полимера равна 16,8 кДж/моль и уменьшается в присутствии солей. Вязкость водных растворов ПВП практически не зависит от рН раствора. Вследствие своей способности гидратироваться ПВП не растворяется в несмешивающихся с водой растворителях. При применении для растворения ПВП смесей воды с растворителями, смешивающимися с ней, например, ацетона, наблюдаются области несмешиваемости, и это свойство используется для фракционирования полимеров методом дробного осаждения. При изучении полярографических и диэлектрических свойств ПВП показано, что диэлектрическая константа зависит от концентрации полимера в воде, увеличиваясь от 20,1 при концентрации 13,5 г/л до 44,2 — при 100 г/л.

ПВП обладает достаточно высокой химической стойкостью, которая возрастает с увеличением молекулярного веса полимера. Деполимеризация сухого ПВП протекает при температуре 230 — 270С, прибавление воды и повышение температуры ведет к увеличению скорости деполимеризации.

Амидные группы в боковой цепи ПВП устойчивы к тепловой обработке в водном растворе до 110-130С. Слабые кислоты и щелочи не вызывают химических превращений пирролидонового кольца.

Исследования коллоидных свойств водных растворов ПВП показали, что он не осаждается из водного раствора при нагревании даже до 100С, что может указывать на отсутствие склонности этого полимера к гидрофобной агрегации. Считают, что молекулы ПВП в водном растворе представляют собой статистические клубки; что связывают со специфической структурой звеньев ПВП [23, 24].

Поливинилпирролидон относится к нейтральным полимерам с неспецифической активностью, физиологическая активность которых  обусловлена   их физико-химическими свойствами (молекулярной массой полимера, молекулярно-массовым распределением). Важным свойством таких полимеров является незначительное взаимодействие со структурными элементами организма и, прежде всего, с клеточными мембранами и биополимерами [23].

ПВП широко применяется в промышленности. Так же, как и в медицине, здесь используются главным образом его способность к комплексообразованию с различными соединениями, гидрофильность, легкая растворимость во многих растворителях. Широко ПВП применяется в текстильной, пищевой, фармацевтической промышленности, производстве косметических средств [25, 26].

2.2.1. Полимеризация N-винилпирролидона.

        Впервые ПВП был получен Фикенчером и Херле в 1939 г. методом полимеризации в воде в присутствии пероксида водорода и аммиака. Полимеризацию проводили в буферных нейтральных или слабо щелочных растворах для того, чтобы избежать гидролиза альдегида. Было показано, что скорость реакции увеличивается с ростом начальной концентрации мономера до конверсии мономера 35%, затем остается постоянной в диапазоне от 35 до 60% и уменьшается снова при дальнейшем увеличении концентрации мономера. Реакция полимеризации ингибируется кислородом.

Выделение полимера из водного раствора в виде порошка осуществляли высушиванием в распылительной сушке, затем экстрагированием органическим растворителем, например, хлористым метиленом [23, 24].

Пероксид водорода участвует в реакциях, контролирующих скорость полимеризации, молекулярную массу и ММР полимера. Это: окислительно-восстановительная реакция инициирования  с участием примесных ионов железа, линейный обрыв цепи, окисление аммиака и других примесей, присутствовавших в мономере и, наконец, реакция гидролиза лактамного кольца. Участие Н2О2в этих реакциях изменяет соотношение Н2О2 / NВП в ходе полимеризации, что приводит к уширению ММР до 4. Быстрое исчерпание Н2О2 снижает выход полимера, что требует дополнительной стадии экстракции мономера органическим растворителем.

Таким образом, реакция полимеризации NВП в присутствии Н2О2 и NH3 при кажущейся простоте ее осуществления, является весьма сложной и требует тщательного контроля качества всех реагентов и условий проведения процесса.

При проведении полимеризации NВП в органическом растворителе (спирте) или в массе для инициирования процесса применяют алифатические гидропероксиды, например, третбутилгидропероксид, кумилгидропероксид, которые одновременно являются регуляторами молекулярной массы полимера [23, 27, 28].

В некоторых патентах [28, 27] отдается предпочтение изпропиловому спирту, как растворителю и передатчику цепи. Он не снижает скорость полимеризации и легко удаляется из полимерных растворов перегонкой с водяным паром.

При проведении полимеризации винилпирролидона в растворе в присутствии азобиоизобутилонитрила в качестве инициатора молекулярную массу полимера регулируют меркаптанами — бензилмеркаптаном, тиофенолом, меркаптоуксусной и тиоуксусной кислотами и т.д.

Активность изученных регуляторов молекулярной массы ПВП изменяется в следующем ряду:

HOOC — CH2SH > C6H5SH > C6H5CH2SH > CH3COSH > C3H7SH

Существуют суспензионные и эмульсионные методы синтеза ПВП, в которых полимеризацию NВП проводят в смеси гептана и воды с использованием стабилизаторов суспензии, таких как поли-N-винилметил-пирролидон или его сополимеры. В этом случае, в зависимости от количества инициатора и добавленной воды получают ПВП с молекулярными массами от 50000 до 1000000.

2.2.2. Применение поливинилпирролидона в медицине.

ПВП нашел широкое применение в медицине благодаря своей хорошей растворимости в воде, отсутствию токсичности и высокой склонности к комплексообразованию. В зависимости от величины молекулярной массы, он  применяется  в  качестве  основы кровезаменяющих растворов, для дезинтоксикации организма, для пролонгирования действия лекарств, в качестве основного биологического компонента, определяющего лекарственные свойства препарата.

ПВП используется для приготовления  большого числа лекарственных композиций различного назначения и разнообразных лекарственных форм (таблетки, порошки, драже, микрокапсулы, мази, инъекционные растворы и т.д.). Например, в медицинской практике ПВП широко используется для приготовления препаратов различного назначения: ПВП с молекулярной массой 2000 — 3000 входят в состав лекарственных форм в качестве растворителя [29, 30], из ПВП молекулярной массы 7000 — 15000 готовят препараты дезинтоксикационного действия [29, 31, 32] и препараты с антибиотиками [29, 33-36]. На основе ПВП молекулярной массы 15000 — 30000  получают  комплексы  с  йодом,  как  основу антисептических препаратов [29, 37, 38]. Растворы ПВП с ММ 10000 — 30000 используются в качестве плазмозаменяющих препаратов крови [33, 39], а с ММ 40000 — 50000 применяют для получения лекарственных препаратов пролонгированного действия [39].

Из препаратов, содержащих ПВП, известностью пользуется гемодез (Россия). Порошок комплекса "ПВП йод" служит субстанцией для приготовления множества различных лекарственных форм [39]. 

Известно, что ПВП в водном растворе обладает способностью образовывать комплексы с различными веществами органического строения [25, 23, 41]. Образование комплекса между водорастворимым полимером и малорастворимыми в воде органическими молекулами лекарственного вещества способствует увеличению растворимости последних в воде. Другими словами, введение ПВП в лекарственную  форму  позволяет  увеличить   концентрацию действующего начала в растворе, получить более стабильный препарат и в ряде случаев даже изменить время действия вещества в организме [33-36]. ПВП в водном растворе образует комплексы с большим числом лекарственных веществ таким, как пенициллин, новокаин, гексобарбитал, сульфаниламидные производные, инсулин, морфин и т.д. [42]. Для получения инъекционных растворов этих комплексов применяют ПВП с ММ 30000 — 50000.

Широкое применение ПВП различной молекулярной массы и молекулярно-массового распределения потребовало подробного исследования фармокинетики ПВП. Изучали распределение ПВП по органам, время выведения фракций ПВП различной ММ из организма, возможность неблагоприятного воздействия макромолекул ПВП, задерживающихся в организме длительное время, его влияние при однократном и повторном введении животным [43-45]. Было показано, что доза ZD50 при пероральном и внутривенном применениях составляет 100 г/кг и 10-15 г/кг соответственно. Он не подвергается метаболизму в живом организме и его выведение из него зависит от ММ и ММ поливинилпирролидона. Установлено, что при повторном внутривенном введении животным терапевтических доз нефракционированного ПВП со средней ММ 12600 (до 5 доз), последний не обнаруживается в органах через 48 часов, при 5 — 6 кратном увеличении дозы ПВП не был выявлен в тканях через 5 дней. Было установлено, что наиболее быстро из организма выводится ПВП с ММ от 5000 до 12000 (через 1 - 7 сутки), с увеличением же ММ ПВП выведение его из организма животных замедляется. Так, ПВП со средней ММ 42000 выделяется из почек и печени белых мышей к 60-м суткам [44]. Радиографическим методом было продемонстрировано, что молекулы ПВП с ММ 25000 выделяются из организма путем клубочковой фильтрации. Основная масса (80 — 90%) нефракционированных образцов ПВП с ММ 7000 и 5000 выделяется в течение 24 часов после однократного внутривенного введения его крысам в дозе 200 мг/кг [46]. Полное освобождение организма от ПВП происходит в течение 7 — 22 дней. Основное количество полимера (до 93%) выводятся из организма почками, а на долю желудочно-кишечного тракта приходится лишь 7%.

Накопление ПВП с высокой молекулярной массой в органах приводит к различным нарушениям их функционального состояния. Так, выявлены аномалии купферовских клеток и увеличение печени. Большие дозы ПВП введенные в организм суммарно, в течение длительного времени, вызывают "болезнь накопления", которая описана в [47, 48]. Заболевания сопровождаются характерной симптоматикой: дерматозы, ревматоидные боли суставов, развитие легочной недостаточности.

Сведения об использование поливинилпирролидонов в качестве физиологически активных  полимеров скудны.

2.3. Проблемы создания искусственной крови.

         Сейчас повсеместно для восполнения кровопотери при различных патологических состояниях, возникающих в результате травм, боевых ранениях при ведении военных действий, некоторых заболеваний организма, в экстремальных ситуациях характеризующихся патологией системы крови, используются гемотрансфузии как цельной крови, так и отдельных ее компонентов. Но существуют недостатки применения гемотрансфузий, которые играют в клинике немаловажную роль.

Эти недостатки связаны с опасностью передачи с переливанием крови бактериальных и вирусных инфекций (гепатит В; ВИЧ); возможностью несовместимости донорской крови и крови реципиента по антигенному составу; короткими сроками хранения донорской крови. Кроме этого, в определенных клинических ситуациях (шок, обусловленный тяжелой кровопотерей, анемия, массовый травматизм) наличие растворов кислородпереносящих кровезаменителей было бы весьма желательным. Еще в 1796 г. Российская Академия наук объявила конкурсную тему: "О химическом составе крови и возможности создать искуcственный заменитель" [49].

В нашей стране работа по созданию и изучению "искусственной крови" ведется в Центральном и Санкт-Петербургском институтах гематологии и переливания крови и в Институте биофизики г. Пущино [49].

Для лечения кровопотери и шока необходимы прежде всего кровозаменители, которые обладали бы выраженным волемическим свойством и способностью существенно улучшать реологические свойства крови и микроциркуляцию.

После кровопотери, механической, термической травмы с развитием шока в организме обнаруживаются изменения функций по существу всех органов и систем. При этом особое место занимает гипоксия и интоксикация организма. Для коррекции этих нарушений уже недостаточно указанных выше свойств кровозаменителей. В связи с этим возникает необходимость расширить спектр их лечебной эффективности. Это может быть реализовано двумя путями: введением кровозаменителей с одновременным применением различных фармокологических и биологически активных веществ или использованием комплексных кровезаменителей, включающих различные средства, нормализующие функцию органов и систем.

В связи с расширением исследований по созданию кровезаменителей полифункционального действия возникает вопрос, сколь большой может быть номенклатура кровезаменителей полифункционального действия.

Нельзя не отметить, что создание каждого кровезаменителя полифункционального действия - довольно сложный и трудоемкий процесс, требующий всесторонних доклинических и клинических исследований. При попытке введения в состав кровезаменителя ингредиентов, обеспечивающих коррекцию различных функций организма, приходится сталкиваться с физико-химической несовместимостью ряда ингредиентов, трудностями длительного хранения создаваемых растворов, невозможность учитывать фазность их действия.

Одна из важнейших задач современной трансфузиологии - создание кровезаменителей, обладающих функцией переноса кислорода и способных при кровопотере и шоке возместить уменьшение количества эритроцитов в сосудистом русле. Исследования по решению этой задачи проводятся как в нашей стране, так и за рубежом по двум направлениям: разработка кровезаменителей на основе гемоглобина, свободного от стромальных белков и прокоагулянтов, и создание кровезаменителей на основе перфторированных соединений. Несмотря на определенные успехи в этой области, требуются дальнейшие исследования по повышению способности указанных кровезаменителей транспортировать кислород и изучению их безвредности для организма [50, 51].

2.4. Кровезаменители.

Кровезаменители – это жидкости, которые при внутривенном введении больному могут отчасти заменить функции крови.

2.4.1.Препараты белков крови.

         В качестве плазмозаменителей на основе компонентов крови используют растворы альбумина, протеина, криопреципитата и гамма-глобулина. Альбумин — один из важнейших белков плазмы крови, составляющий около половины всех ее белков 1 г альбумина способен связать такое же количество жидкости, как 18 мл натуральной плазмы. Он поддерживает коллоидные и реологические свойства крови, принимает участие в транспорте различных веществ, и, что немаловажно, долго удерживается в сосудистом русле.

Протеин — препарат донорской крови, состоящий из альбумина (на 75-80 %) и глобулинов (20-25 %). По своим свойствам раствор протеина близок к плазме крови. Кроме того, он содержит железо, что придает ему антианемические свойства.

Криопреципитат, получаемый центрифугированием размороженной плазмы, представляет собой концентрат фактора свертывания крови (антигемофильный глобулин), фибриногена и фибринстабилизирующего фактора. Показания к переливанию криопреципитата — гемофилия, болезнь Виллебранда.

Растворы гамма-глобулинов направленного действия (например, противогриппозный, противостолбнячный, антистафилококковый) применяются для профилактики и лечения инфекционных заболеваний, осложнений огнестрельных ран, термических и лучевых повреждений.

2.4.2.Кровозаменители на основе гемоглобина.

        Попытки применения растворов гемоглобина в клинических целях предпринимались уже в начале века и были возобновлены в 30 - 40 гг. Эксперименты по введению растворов гемоглобина в различных дозах, концентрациях и при разных степенях кровопотери показали способность последних поддерживать жизнь животных, обеспечивая транспорт кислорода. Однако эти работы выявили также выраженную нефротоксичность этих препаратов.

Одна из основных причин нефротоксичности установлена в 1967 г. после применения растворов гемоглобина, очищенных от стромальных компонентов. Они не повреждали почки. Сделан вывод в том же году, что повреждение почек вызывается стромальной фракцией эритроцитов [52].

Выше уже говорилось о том, что раствор гемоглобина при введении его в кровоток резко увеличивает онкотическое давление, тем самым изменяя гемодинамику. Однако, согласно последним данным, полимеризованный гемоглобин с молекулярной массой 600 000 при концентрации 6г/100 мл обнаруживает сравнительно небольшое онкотическое давление крови порядка 20 мм. рт. ст., что близко к онкотическому давлению крови. Но при концентрации 12г/100мл раствор такого гемоглобина имел онкотическое давление 40 мм. рт. ст. Но в Америке (A.G. Greenburg) создан гемоглобин с молекулярной массой 1млн., который даже в концентрации 14г/100 мл обусловливал онкотическое давление 20 мм рт. ст. При такой концентрации раствор имеет кислородную емкость, равную таковой для цельной крови.

В современной литературе по этой проблеме встречаются мнения о том, что полимеризованный гемоглобин с большой и очень большой молекулярной массой является первым реальным кандидатом на преклинические и клинические испытания. Но возникают проблемы, без решения которых нельзя приступать к клиническим испытаниям.

Одна из таких проблем - неясность судьбы этих гигантских молекул в организме.

Предполагают, что они разрушаются в ретикулоэндотелиальной системе опсонинами плазмы и макрофагами. Внеэритроцитарный гемоглобин слишком быстро выводится из кровеносного русла [53].

В настоящее время обсуждаются следующие пути решения этой проблемы: моделирование эритроцитов путем микрокапсулирования растворов гемоглобина; химическая модификация гемоглобина с получением полигемоглобина и его конъюгатов с биополимерами; внутримолекулярная модификация гемоглобина, препятствующая его диссоциации на димеры.

Важным направлением в современном развитии проблемы создания "искусственной крови" является создание неких микротелец или микрокапсул, содержащих гемоглобин. Но первые опыты были неудачны, а перспективную идею вывели из небытия совсем недавно M.C. Farmer и B.P. Garber, создав методику получения липосом. При осуществлении микрокапсулирования растворов гемоглобина для создания искусственных мембран используются, кроме липидов, и синтетические полимеры, некоторые полимеризованные белки. Толщина получаемых мембран сравнима с толщиной мембран эритроцитов.

Казалось бы, что эта упрощенная модель эритроцита, судя по экспериментальным данным, может успешно функционировать в человеческом организме, и пора бы переходить на клинические испытания. Но в этих липосомах гемолипидный комплекс был способен осуществить лишь около 1 тысячи циклов "оксигенация - дезоксигенация". Это означает 6 - 8 часов "работы". Эритроцитарный же гемоглобин функционирует в течение 90 - 120 дней (по другим данным 40 дней) и способен осуществить 400 тысяч циклов.

Кроме этого, автор в своей работе засекретил методику изготовления микротелец, но, учитывая строение микротелец и насколько сложна их конструкция, можно предположить, что методика очень дорогая и трудоемкая, и она не сможет удовлетворить потребности, например при массовом травматизме. К тому же возникает вопрос о механизмах разрушения и дезактивации таких очень сложных структур и продуктов их разрушения. Отмечается также внедрение искусственных липосом в элементы ретикулоэндотелиальной системы клетки и нарушении ее функции [52, 53, 54].

Самой важной проблемой создания "искусственной крови" данного направления остается сохранение гемоглобином нативных свойств в течение длительного промежутка времени. В норме непрерывно происходящее разрушение этой сложной молекулы в эритроците купируется с помощью биологической работы ресинтеза, которая протекает с использованием энергии за счет гидролиза АТФ. Возможность искусственного получения таких мембран была показана еще 20 лет назад. Имеется принципиальная возможность создания таких мембран и для гемоглобинсодержащих липосом, но такая перспектива выглядит довольно отдаленной [53, 51].  

Недостаток модифицированного гемоглобина - в более высоком, по сравнению с донорской кровью, сродстве к кислороду, что связано с отсутствием регулятора обратной оксигенации и более низкой кислородной емкости. В последнее время найден метод, который позволяет устранить этот недостаток путем создания модифицированного гемоглобина, способного к обратимой оксигенации. Вследствие больших размеров молекулы модифицированного гемоглобина (при его степени полимеризации свыше 25 - 30%) увеличивается СОЭ до 55 - 60мм/ч [55].

В последнее время активизировались исследования бычьего гемоглобина с целью использования его в качестве основы для создания "искусственной крови". Бычий гемоглобин тщательно очищают от примесей путем кристаллизации, полимеризуют и соединяют его с пиридоксаль-фосфатом.

2.4.3. Перфторуглеродные эмульсии.

        Другое направление создания "искусственной крови" - создание синтетической модели крови на основе перфторорганических соединений.

Уникальные свойства ПФУ - способность растворять кислород и углекислоту, высокая инертность - послужили основанием для создания кислородпереносящих кровезаменителей именно на основе перфторуглеродов. Первое поколение ПФУ - флюосол- ДА (Япония) был испытан в клинике [56].

Перфторированные жидкости полностью нерастворимы в воде и поэтому в качестве кровозаменителей их можно использовать только в виде эмульсий. Капельки эмульсии можно рассматривать как своеобразную модель эритроцита, где фторуглерод заменяет гемоглобин, а слой эмульгатора наружную мембрану эритроцита. Но, в отличие от гемоглобина, характер присоединения и отдачи кислорода эмульсией перфторуглеродистых соединений иной. Кривая диссоциации цельной крови (оксигемоглобин) имеет S-образную форму, зависимость насыщения же фторорганической эмульсии от парциального давления кислорода выражается на графике прямой линией [49]. Известны ПФУ, обладающие повышенной кислородной емкостью: диметиадамантан, октилбромид и некоторые другие [53, 57].

В рецептуру большинства существующих в настоящее время эмульсий перфторорганических соединений, предназначенных для применения в медицинской практике, включен синтетический эмульгатор, относящийся к классу поверхностноактивных веществ - блоксополимер оксида этиленаоксида пропилена, известный в зарубежной литературе под названием "плюроник", а в отечественной - "проксанол".

Это поверхностно-активное вещество стабилизирует перфторорганические соединения in vitro, препятствуя процессу коалесценции [58].

Эмульсии перфторорганических соединений могут быть использованы для трансфузии, по мнению некоторых исследователей, только лишь в том случае, если животные или человек будут дышать при этом не воздухом, а кислородом [49,59].

Известно, что различные эмульсии перфторорганических соединений неодинаково выводятся из организма, некоторые из них могут длительное время сохраняться в организмах экспериментальных животных. Это представляет серьезную проблему, решить которую позволят исследования длительности нахождения фторуглеродов в организме, времени циркуляции в кровотоке, мест кумуляции и депонирования, методов дезинтоксикации и путей выведения из организма. Кроме того, частицы эмульсии перфторорганических соединений способны сорбировать большие количества холестерина и липидов, что, возможно, влияет на время циркуляции в кровотоке и места кумуляции. Этот эффект сорбции можно использовать в медицинской практике, в частности в кардиологии. Эффект нужно учитывать при разработке новых эмульсий ПФУ и иметь ввиду при назначении таких препаратов больным с большим содержанием холестерина в крови. У эмульсий ПФУ есть еще один эффект, который нельзя не учитывать: применение их в качестве кислородпереносящих кровезаменителей активирует в клетке функции цитохрома Р 450. Такой эффект указывает на повышенное образование в клетке кислородных радикалов, которые могут участвовать в разрушении клеточных структур. Эмульсии ПФУ не влияют на реакцию связывания аллоантигенов человека с полными (АВО) и неполными (Rh), алло- и преципитирующими ксеногенными антителами и, следовательно, на определение групповой и резуспринадлежности крови. Присутствие эмульсии ПФУ заметно угнетает реакцию лимфоцитотоксических HLA - антител с лимфоцитами, розеткообразование Т- и В-лимфоцитов. Эмульсии ПФУ обеспечивают эффективное восстановление капиллярного кровотока, функционального состояния микрососудов и перфузии тканей.

Одним из недостатков инфузии кровезамещающего раствора является некоторое ухудшение агрегатного состояния крови и повышение проницаемости микрососудов. Вполне вероятно, что эти качества препарата связаны с недостаточной очисткой исходного материала и неполной гомогенностью суспензии [58, 53, 60, 61, 62, 63].

2.4.4. Плазмозаменяющие препараты.

В настоящее время разработана рациональная классификация кровезаменителей (О.К. Гаврилов, П.С. Васильев, 1975). В ее основу положены их функциональные свойства и особенности действия. Исходя из того, что показаниями к переливанию крови являются:

1) кровопотеря и шок различного происхождения;

2) интоксикации;

3) дефицит белка, были предложены препараты, позволяющие заменить хотя бы одну из этих функций крови.

С учетом того, что инфузионные средства осуществляют коррекцию патологических изменений в крови больного, возникающих в организме при различных патологических состояниях, их еще можно называть гемокорректорами (О.К. Гаврилов, 1975). В соответствии с указанными выше лечебными функциями гемотрансфузий выделяются следующие основные группы кровезаменителей.

К первой группе относятся полиглюкин, реополиглюкин, желатиноль, полифер. Их назначают для лечения кровопотери, шоков различного генеза, при операциях для восстановления гемодинамики и микроциркуляции, а также для гемодилюции.

Вторая группа кровезаменителей включает дезинтоксикационные инфузионные жидкости (гемодез, полидез, неогемодез). Эти препараты применяются для лечения заболеваний, которые сопровождаются интоксикациями: отравлений, ожогов, лучевой болезни, лейкозов, токсической диспепсии, дизентерии, гемолитической болезни новорожденных, а также болезней печени и почек.

К третьей группе относятся препараты, применяемые для парентерального питания. Это белковые гидролизаты (гидролизат казеина, аминопептид, аминокровин, гидролизин и др.), смеси аминокислот (аминон, вамин, полиамин, мориамин, морипрон, азонутрил, альвезин и др.), жировые эмульсии (липофундин, интралипид и др.), витаминные смеси для парентерального введения (солувит).

Выделяют также и четвертую группу кровезаменителей, к которой относят кристаллоидные солевые растворы: дисоль, трисоль, хлосоль и др., а также осмодиуретические вещества. Эти средства участвуют в регуляции кислотно-основного равновесия, водно-электролитного обмена и отчасти корригируют состав крови.

В настоящее время активно ведутся работы, направленные на создание кровезаменителей, которые могут быть отнесены к пятой группе – переносчики кислорода.

И, наконец, выделяют шестую группу – кровезаменители комплексного действия.

Независимо от группы и характера действия, все кровезаменители должны обладать физико-химическими и биологическими свойствами, близкими свойствам плазмы крови, т.е. должны быть: изоионичными; изотоничными; изоосмолярными; неанафилактогенными.

2.4.4.1. Кровезаменители гемодинамического действия.

Полиглюкин

Полиглюкин представляет собой 6% раствор среднемолекулярной фракции частично гидролизованного декстрана, который по своему гемодинамическому, противошоковому действию превосходит не только все имеющиеся кровезаменители, но и донорскую кровь.

Полиглюкин имеет среднюю молекулярную массу 60 000 (±10 000) и представляет собой бесцветную или слегка желтоватую жидкость.

Препарат стерилен, нетоксичен, апирогенен.

Механизм лечебного действия. При внутривенном введении полиглюкин достаточно быстро повышает АД и стойко его поддерживает на высоком уровне. После введения полиглюкин долго циркулирует в кровеносном русле (до 3–4 сут), постепенно покидая его (половина введенного препарата выделяется в первые сутки). Такая длительная циркуляция в крови по сравнению с солевыми растворами объясняется тем, что полиглюкин, обладая относительно большой молекулярной массой, не проникает через сосудистые мембраны. За счет высокого осмотического давления (оно в 2,5 раза выше такового у белков плазмы крови) он притягивает в кровоток тканевую жидкость и удерживает ее, поэтому при инфузии полиглюкина ОЦК возрастает на величину, несколько большую, чем объем введенного препарата.

Также установлено, что полиглюкин вызывает улучшение окислительных процессов, а результатом этого является повышение поглощения кислорода периферическими тканями организма.

Полиглюкин также оказывает дезагрегирующее действие, которое обусловлено тем, что он обволакивает тонкой пленкой эритроциты и тромбоциты. Эта пленка препятствует физиологической агглютинации тромбоцитов и предотвращает образование монетных столбиков эритроцитов.

Реополиглюкин

         Реополиглюкин – 10% раствор низкомолекулярного декстрана с пониженной вязкостью и средней молекулярной массой 35 000. За рубежом его растворы называются реомакродексом. Оказывает выраженное противошоковое действие – увеличивает ОЦК. Наряду с этим обладает антиагрегантными свойствами – дезагрегирует форменные элементы крови и поэтому назначается при нарушениях микроциркуляции, в частности больным, у которых после хирургических операций наблюдается агрегация клеток крови в мелких сосудах.

Реополиглюкин используют для заполнения аппаратов искусственного кровообращения при операции на открытом сердце.

Механизм лечебного действия. В силу того, что реополиглюкин является производным низкомолекулярного декстрана, он обладает свойством гиперонкотичности. Это значит, что каждые 10 мл введенного препарата привлекают в сосудистое русло еще 10–15 мл тканевой жидкости, в результате чего увеличивается ОЦК, что и вызывает повышение АД.

Кроме коррекции гемодинамики на макроуровне реополиглюкин действует и на уровне микроциркуляторного русла. Антиагрегантное действие реополиглюкина на клетки крови приводит к редепонированию крови из капиллярной сети.

Основное количество препарата выделяется из организма еще в первые сутки после инфузии с мочой. Остальная часть препарата выделяется через 2–3 сут.

Реоглюман

         Реоглюман представляет собой 10% раствор декстрана с молекулярной массой 40 000±10 000, с добавлением 5% маннита и 0,9% хлорида натрия. Реоглюман – прозрачная бесцветная жидкость.

Механизм лечебного действия. Препарат представляет собой полифункциональный кровезаменитель. Он улучшает реологию крови: уменьшает ее вязкость, способствует восстановлению кровотока в мелких капиллярах, предотвращает, ликвидирует или тормозит агрегацию форменных элементов крови, обладает дезинтоксикационным, диуретическим и гемодинамическим свойствами, способствует переходу тканевой жидкости в кровеносное русло.

В первые сутки выделяется из организма примерно 70% реоглюмана, преимущественно почками.

Желатиноль

       Желатиноль представляет собой 8% раствор частично гидролизованного желатина. Это прозрачная жидкость янтарного цвета с молекулярной массой 20 000, легко вспенивается при взбалтывании, содержит ряд аминокислот: глицин, пролин, метионин и др.

Желатиноль нетоксичен, апирогенен, не вызывает антигенных реакций, не приводит к агглютинации эритроцитов

Механизм лечебного действия. Изучение эффективности желатиноля при тяжелых и смертельных кровопотерях в эксперименте показало, что его инфузии повышают АД до исходных цифр и удерживают на этом уровне. Через 1–2 ч после окончания инфузии препарата АД снижается по сравнению с исходным на 20%. ОЦК через 2 ч после опыта всегда превышает нормальный уровень и только через сутки снижается до 80%.

Таким образом, АД повышается за счет увеличения ОЦК.

Полифер

        Полифер представляет собой модификацию полиглюкина. В его состав входит декстран с молекулярной массой 60 000 и железо в виде железодекстранового комплекса. Полифер является прозрачной жидкостью со светло-коричневым цветом. Инфузии полифера увеличивают ОЦК и в то же время улучшают гемопоэтическую функцию организма.

2.4.4.2. Дезинтоксикационные плазмозаменители.

        Дезинтоксикационные кровезаменители используются для лечения состояний, сопровождающихся интоксикацией, в том числе отравлений, ожогов, токсической диспепсии, дизентерии, заболеваний печени и почек. Действие этих препаратов обусловлено сорбционной активностью входящих в их состав макромолекул - способностью связывать в комплексы токсичные вещества и выводиться вместе с ними из организма. Согласно общепринятой классификации кровезаменителей, группа дезинтоксикационных растворов состоит, в основном, из препаратов на основе низкомолекулярного поливинилпирролидона (ПВП). До недавнего времени считалось, что он не метаболизируется, легко фильтруется почками и является безопасным.

Гемодез

         Гемодез представляет собой 6% раствор низкомолекулярного поливинилпирролидона (ПВП).

Средняя молекулярная масса гемодеза 12 600±2 700. ПВП дает интенсивный дезинтоксикационный эффект при внутривенном введении, этим и обусловлено действие гемодеза. Кроме ПВП в состав гемодеза входят хлориды натрия, калия, кальция, магния, гидрокарбонат натрия.

Гемодез представляет собой прозрачную, слегка желтоватую жидкость.

Механизм лечебного действия. Гемодез связывает токсины, находящиеся в кровеносном русле, и выводит их из организма, главным образом через почки.

Наряду с дезинтоксикационным действием гемодез обладает способностью прекращать стаз эритроцитов в микро-циркуляторном русле, который обычно наблюдается при интоксикациях.

И, конечно же, гемодез обладает способностью к восполнению ОЦК.

Гемодез долгое время служил эталоном для разработчиков препаратов этой группы. Кроме низкомолекулярного ПВП со средней молекулярной массой 12 600 (максимальная масса - 45 000), в его состав входят электролиты (хлориды натрия, калия, кальция, магния и натрия гидрокарбонат). Было показано, что препарат связывает токсины в кровеносном русле, которые затем выводятся почками, уменьшает содержание свободных жирных кислот, избыточно образующихся при инфаркте миокарда, обладает антиагрегантными свойствами, усиливает диурез благодаря увеличению почечного кровотока и повышению клубочковой фильтрации. Благодаря многообразию свойств гемодез использовали на всех этапах оказания медицинской помощи: для «поддержания» гемодинамики на догоспитальном этапе, для детоксикации и форсированного диуреза, для ведения тяжелых больных в послеоперационном периоде.

Однако, по мере совершенствования методов оценки хронической токсичности фармакологических веществ и системы контроля побочных действий лекарств, появлялось все больше снований для сомнений в безопасности и эффективности гемодеза. Отмечались его многочисленные побочные эффекты: гиперемия, снижение АД, нарушения со стороны почек, в том числе редукция диуреза, особенно при длительном лечении хронических интоксикаций. Основной причиной токсичности гемодеза является содержание высокомолекулярных фракций ПВП, которые, депонируясь в лимфатической ткани, вызывают тяжелые иммунные нарушения. Причем, даже если пациент хорошо переносит инфузии гемодеза, впоследствии могут возникнуть осложнения с тяжелым течением. По сравнению с другими инфузионными растворами и плазмой крови состав электролитов гемодеза недостаточно сбалансирован, что служит препятствием для его назначения при значительных нарушениях обмена электролитов. Кроме того, связывая токсины, ПВП приобретает аллергенные свойства. Учитывая, что любое патологическое состояние сопровождается накоплением токсинов, использование в этих случаях гемодеза несет риск осложнений и может оказать неблагоприятное воздействие на мембраны клеток, выполняющих барьерную функцию.

Неогемодез

Неогемодез представляет собой раствор низкомолекулярного ПВП. В отличие от гемодеза имеет меньшую среднюю молекулярную массу и за счет этого быстрее выводится из организма. Более эффективен по сравнению с гемодезом. В России продолжается применение Гемодеза-Н и Неогемодеза. Снижение молекулярной массы полимера улучшает дезинтоксикационные свойства препарата при такой же концентрации ПВП (6% или 60 г/л раствора) и ускоряет выведение его из организма - до 80% дозы в течение 4-х часов. Неогемодез значительно усиливает почечный кровоток, повышает клубочковую фильтрацию, не подвергается метаболическим превращениям. Его электролитный состав аналогичен гемодезу. Неогемодез эффективно нейтрализует токсины, циркулирующие в крови при дизентерии, сальмонеллезе, пищевых отравлениях, ожоговой болезни. Препарат не инактивирует токсины, образующиеся при острой лучевой болезни, но ускоряет их выведение. Высокая коллоидно-осмотическая активность неогемодеза способствует переходу межклеточной жидкости в сосудистое русло и восстановлению объема циркулирующей крови, предотвращению застоя эритроцитов в капиллярах, улучшению микроциркуляции. Вместе с тем препараты на основе ПВП с молекулярной массой 8000±2000 обладают некоторыми нежелательными свойствами гемодеза: снижение артериального давления, затруднение дыхания (при быстром введении), развитие аллергических реакций. Кроме того, в процессе их производства не обеспечивается полное очищение от токсичных фракций.

Полидез

Полидез представляет собой 3% раствор поливинилового низкомолекулярного спирта с молекулярной массой 10 000± 2 000 в изотоническом растворе хлорида натрия.

По характеру действия близок к гемодезу. Обладает высокой способностью адсорбировать токсины, что позволяет применять его в качестве дезинтоксикационного средства.

2.4.4.3. Кристаллоидные растворы.

К кристаллоидным растворам относятся растворы глюкозы и комплексные солевые буферные растворы. Они широко используются и как средства для дезинтоксикационной терапии, и для коррекции нарушений водно-солевого и кислотно-щелочного равновесия.

Растворы глюкозы обладают весьма широким спектром фармакотерапевтического действия. Их назначают в целях дезинтоксикации и гемодилюции, коррекции обезвоживания и дегидратации. Механизм дезинтоксикационного действия основан па превращении глюкозы в глюкуроновую кислоту. Тем самым стимулируется процесс глюкуронидизации, т.е. связывания различных токсических веществ глюкуроновой кислотой путем образования парных соединений – глюкуронидов (примером является образование билирубинглюкуронидов). Осуществляется этот процесс в гепатоцитах. Под влиянием инфузии раствора глюкозы в печени активизируются и другие дезинтоксикационные механизмы. Это, по всей видимости, связано со стимуляцией отложения гликогена в печени. Глюкоза – легкоусвояемый питательный материал, важный источник энергии, стимулирующий окислительно-восстановительные процессы в организме, усиливающий диурез. При введении в сосудистое русло глюкоза быстро покидает его. Поэтому практически не может использоваться в качестве средства гемодинамического действия. Реологический эффект глюкозы также весьма незначительный: ее растворы не могут обеспечить нормализацию нарушений микроциркуляции. Поэтому при острой сосудистой недостаточности они самостоятельного значения не имеют и могут быть использованы лишь в сочетании с плазмозамещающими жидкостями.


3. Экспериментальная часть


3.1.Характеристика исходных веществ.

N-винилпирролидон

М=115,15

Тпл=286,5К                                                                    

d420=1,046г/см3

nd20=1,5126

Прозрачная бесцветная негорючая жидкость. Смешивается с водой и рядом органических растворителей.

N-Винилпирролидон очищали перегонкой в вакууме при 363 К и давлении 14 мм рт. ст.

Динитрил азобисизомасляной кислоты

М=164    

Бесцветный кристаллический порошок, не растворимый в воде, но растворимый в этаноле, ацетоне, диоксане.

Очищали двукратной перекристаллизацией из этилового спирта.

Меркаптоуксусная кислота

М=92,11

Тпл=257К

Ткип=369К                                

d420=1,325г/см3

nd20=1,505                                                             

Бесцветная тяжелая жидкость, смешивается с водой и рядом органических растворителей.

Использовался реактив фирмы «Sigma».

н-Октиламин

М=129,25 C8H18NH2

Тпл=272К                                           

Ткип= 452.6К

Бесцветная жидкость. Плохо растворим в воде; не растворим в абсолютном спирте, эфире, ацетоне.

В работе использовался реактив фирмы «Sigma».

1,3 – Дициклогексилкарбодиимид

М=206,33

Тпл=308К

Ткип=396К                                          

Белое кристаллическое вещество чувствительное к влаге.

В работе использовался реактив фирмы «Sigma».

Хлорацетамид (ХАА)

М=94,15

tпл.=392-393К;

tразл.=498К;

d420=1,53 г/см3; nd20=1,23

Cl-CH2-CONH2

Растворяется в воде, спирте, эфире . В работе был использован продукт фирмы «Sigma» без дополнительной очистки.

Натрий

М=23 Na

Тпл=370,9К                                           

Ткип=1159К

Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит.

В работе использовался реактив фирмы «Sigma».

Едкий натр

М=40 NaOH

Тпл=595К                                           

Ткип=1651К

Белое кристаллическое вещество, растворяется в воде, этаноле, метаноле. В работе использовался реактив фирмы «Sigma».

-аланин

М=89,09

tпл.=480К

NH2-(CH2)2-COOH

-аланин представляет собой бесцветные кристаллы; хорошо растворимы в воде, плохо в этиловом спирте, практически не растворяются в диэтиловом эфире и хлороформе; хорошо кристаллизуются из этанола . В работе были использованы аминокислота фирмы «Sigma», очищенная перекристаллизацией из вводно-спиртового раствора.

Растворители

В работе использовались растворители марки «ч.д.а.», дополнительной очистки не подвергались.

Этиловый спирт

М=46,07                                                                                                                               

Ткип=351,39К                                                

d420=0,79356г/см3

nd20=1,3611

Бесцветная, легковоспламеняющаяся, легко подвижная жидкость с характерным запахом. Смешивается в любых соотношениях  с водой, спиртами, эфиром, глицерином, бензином и другими органическими растворителями.

В работе был использован растворитель отечественного производства.

Диэтиловый эфир

М=74,12

Ткип=307,5К                                                                 

d420=0,713г/см3

nd20=1,353

Бесцветная, очень летучая жидкость. Практически не смешивается с водой. Легко воспламеняется, с воздухом образует взрывоопасные смеси. При стоянии на воздухе и свету, может образовывать перекиси, которые также являются взрывоопасными.

В работе был использован растворитель отечественного производства.

Диоксан

М=88                                                           

Ткип=374,3К                                                       

d420=1,0337г/см3

nd20=1,4224

Бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Смешивается с водой, спиртами, органическими растворителями.

В работе был использован растворитель отечественного производства.

Хлороформ

М=119,5

Ткип=334,15К                                                                             CHCl3

d420=1,488г/см3

nd20=1,4455

Бесцветная подвижная жидкость с характерным сладковатым запахом. Смешивается с большинством органических растворителей, практически не смешивается с водой. Хлороформ негорюч, не образует взрывоопасных смесей.

В работе был использован растворитель отечественного производства.

Изопропанол

М=60,09 (CH3)2CHOH

Ткип=335,4К

d420=0,7851г/см3

nd20=1,3776

Безцветная жидкость с характерным запахом. Смешивается с водой, другими спиртами, глицерином.

В работе был использован растворитель отечественного производства.


3.2. Методы.

3.2.1. Получение и свойства амфифильных полимеров N-винилпирролидона.

3.2.1.1. Общая методика синтеза полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевую карбоксильную группу.

В 10мл диоксана растворяли 5,3 мл (0,05моля) N-винилпирролидона (35%-ный раствор по мономеру) и 0,05 г инициатора – динитрила азобисизомасляной кислоты и добавляли различные количества меркаптоуксусной кислоты. Ампулы с полученными растворами продували инертным газом, запаивали и выдерживали при Т=343К в течение 1 часа. Образовавшиеся полимеры выделяли осаждением в серный эфир, очищали экстракцией этим же осадителем и сушили до постоянного веса в вакууме.

3.2.1.2. Общая методика синтеза полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевые алкильные группы.

4г ПВП, содержащего концевую карбоксильную группу (ПВП1-ПВП7), растворяли в сухом изопропаноле, и к полученному раствору добавляли при перемешивании раствор избытка N,N’–дициклогексилкарбодиимида (ДЦГК) (2,0 моля на 1 моль карбоксильных групп) в этом же растворителе. Смесь перемешивали при Т = 273К в течение 1 часа, затем добавляли раствор н-октиламина (2 моля на 1 моль карбоксильных групп) в сухом изопропаноле и выдерживали 2 часа при Т = 333К. После охлаждения реакционной смеси выпавший осадок отделяли центрифугированием, а фильтрат упаривали до объёма около 10 мл. Полученный полимер осаждали в серный эфир, экстрагировали осадителем и сушили в вакууме до постоянного веса.

3.2.2. Потенциометрическое титрование растворов полимеров.

Этот метод позволяет определить молекулярную массу полимера по содержанию в нем концевых карбоксильных групп. Для этого навеску полимера (0,05г) растворяли в 10мл воды и титровали 0,01н раствором KOH. За ходом реакции нейтрализации следили по изменению значения pH раствора с помощью pH-метра «PHM 63 Digital pH meter» (Германия).

Среднечисловую молекулярную массу полимеров Mn вычисляли по формуле:

где m – масса навески полимера, г; cKOH – концентрация раствора щелочи, г/мл; Vt – объем щелочи, пошедший на титрование, мл.

3.2.3.Паровая осмометрия.

Данный метод позволяет определить молекулярную массу полимера по отношению давления паров раствора полимера к давлению паров чистого растворителя. Измерения среднечисленной молекулярной массы полимеров методом паровой осмометрии проводили на осмометре «Knauer» (Германия).

3.2.4. Синтез эпоксидированного ПВП (ЭПВП).

Расчетное количество натрия или метилата натрия растворяли в абсолютированном этиловом спирте. Полученный раствор этилата натрия добавляли по каплям с постоянной скоростью в течение 2 часов к перемешиваемой смеси ПВП и хлорацетамида при температуре 283 К (10С). Для проведения реакции эпоксидирования использовалось мольное соотношение полимер:хлорацетамид:натрий 1:0,75:1 соответственно. После добавления этилата натрия температура самопроизвольно поднималась на 2-3 °С. При этой температуре смесь перемешивали в течение пяти часов. По истечении заданного времени выпавший осадок отфильтровывали и экстрагировали на приборе Сокслета серным эфиром в течение 3 дней. Фильтрат концентрировали на роторном испарителе. Далее продукт реакции был растворён в сухом ДМСО и раствор полимера  трижды отфильтровывали от хлорида натрия на фильтре Шотта. Фильтрат высадили в ацетон и сушили в вакуумном шкафу до постоянного веса.

Полимер, полученный после концентрирования на роторном испарителе, очищали точно таким же образом [64]. Выход составляет 65% от загрузочной массы.

Полученный полимер представлял собой белый порошок, хорошо растворимый в воде, плохо в диметилформамиде, диметилсульфоксиде, уксусной кислоте; нерастворимый в спирте, эфире, гептане и  других обычных органических растворителях.

3.2.5. Модификация эпоксидированного поливинилпирролидона (ЭПВП) аминокислотами.

В колбу, снабженной мешалкой загружали 10 г ЭПВП, содержащего 10% эпоксидных групп (0, 086 моль), 20-ти кратный избыток аминокислоты (глицин – 13,0 г; -аланин – 15, 5 г; -аминомасляная кислота – 17, 9 г; ) и 167 мл дистиллированной воды. После растворения реагентов при перемешивании в колбу добавляли водный раствор едкого натра в количестве 7,1 г (0, 18 моль) в 16,7 мл дистиллированной воды. Реакция протекает в течение 4 часов при комнатной температуре (298К). Реакционную смесь оставляли на ночь и затем проводили нейтрализацию 0,5 н раствором HCl до pH=7. После нейтрализации раствор очищали диализом в течение 5-7 дней и сушили лиофильно. Выход 7 г (70%).

Состав продукта определяли функциональным анализом по вторичной аминогруппе и карбоксильной группе аминокислотного остатка.

3.2.6. Определение количества эпоксидных групп методом потенциометрического титрования.

Метод основан на способности эпоксидной группы полимера присоединять хлористый водород с образованием хлоргидрида. По разности между количеством введенной и непрореагировавшей кислоты, определяемой титрованием щелочью, рассчитывали содержание эпоксидных групп. Для этого навеску полимера 0,1 г вносили в бюкс и добавляли 10 мл 0,1 н раствора HСl в воде. Одновременно ставили холостой опыт. Спустя 3 часа оттитровали пробу 0,1 н раствором гидроксида калия. Расчет количества эпоксидных групп проводили по формуле:

где М1 и М2 - молекулярные веса мономеров;

     X - количество эпоксидных групп, мол.%;

     g - навеска  полимера, г;

     Т - титр раствора щелочи (КОН);

     Vо,V - объем щелочи, пошедший на титрование холостого опыта и пробы, соответственно, мл.

3.2.7. Анализ полимера, содержащего аминокислотные группы.

3.2.7.1. Определение содержания аминогрупп.

Содержание аминогрупп определяли методом прямого потенциометрического титрования. Навеску полимера 0,1 г растворяли в 10 мл дистиллированной воды и титровали 0,01 н раствором HCl в дистиллированной воде.

Расчет количества аминогрупп проводили по формуле:

где     111 – молекулярная масса винилпирролидоного звена;

90 – процентное содержание ВП в цепи;

М1 – молекулярная масса эпоксидированного винилпирролидоного звена (или звено аллилглицидилового эфира);

М2 – молекулярная масса аминокислоты;

М3 – молекулярная масса гидролизованного эпоксидированного винилпирролидонового звена (или гидролизованного звена аллилглицидилового эфира);

g – масса полимера, взятого для титрования;

VHCl – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование;

NHCl – нормальность соляной кислоты, пошедшей на титрование;

X – процентное содержание вторичных аминных групп.

3.2.7.2. Определение содержания карбоксильных групп.

Навеску полимера 0,1 г растворяли в 10 мл дистиллированной воды и титровали потенциометрически 0,01 н раствором NaOH в дистиллированной воде. Расчет карбоксильных групп проводили по следующей формуле:

где VNaOH – объем едкого натра, пошедшего на титрование;

NNaOH – нормальность едкого натра, пошедшего на титрование;

        X – процентное содержание карбоксильных групп.

3.3.Биологические исследования.

3.3.1.Определение биологического действия амфифильных полимеров N-винилпирролидона, содержащего аминокислотные остатки.

Опыты проведены на 48 белых крысах-самцах весом 100-140 грамм. Острое отравление тетрахлорметаном воспроизводили путем ежедневного подкожного введения 1 мл/кг ССL4 растворенного в равном объеме оливкового масла в течение шести дней. Животных опытных и контрольной группы эфтаназировали попарно, одновременно, под гексеналовым наркозом, на 10-й день лечения. Лечение проводили в дозе 5 мл/кг в течение пяти дней (примерно такая доза вводится больным в клинике).


4.Обсуждение результатов


4.1. Получение и свойства амфифильных полимеров N-винилпирролидона.

4.1.1.Синтез и свойства полимеров N-винилпирролидона, содержащих одну концевую карбоксильную группу.

В качестве метода синтеза амфифильных производных поли-N-винилпирролидона, содержащих концевые гидрофобные группы, в данной работе использован двухстадийный подход, когда на первой стадии проводилась радикальная полимеризация соответствующих мономеров в присутствии инициаторов, генерирующих первичные радикалы, и передатчиков радикалов, генерирующих под действием этих первичных радикалов новые радикалы, инициирующие рост цепи. В качестве таких передатчиков – инициаторов в данной работе была использована меркаптоуксусная кислота, содержащая помимо меркаптогруппы дополнительную функциональную группу, что позволяет ввести в полимер одну концевую карбоксильную группу. Применение в качестве регулятора роста цепи при радикальной полимеризации мономера меркаптоуксусной кислоты было обусловлено её наибольшей эффективностью и возможностью воспроизводимо получать с высоким выходом и контролируемым значением молекулярной массы полимеры, содержащие одну концевую карбоксильную группу на макромолекулу полимера. Кроме того, реакция модификации карбоксильных групп полимера гораздо проще, менее трудоемка и обеспечивает большие выходы амфифильных производных ПВП, чем модификация полимеров с концевой аминогруппой [65].

Основные реакции, протекающие в этой системе при достаточном количестве меркаптана, могут быть представлены следующей схемой:

А. Образование инициирующего радикала:

I  à [2R1];     [2R1] à R1 + R1;      (1)

[2R1] à  R1-R1;                                    (2)

R1 + H-S  à  R1-H + S;                      (3)

Б. Инициирование:

S + M  à  S-M;                                  (4)

R1 + M  à  R1-M;                               (5)

В. Рост цепи:

R1-M + Mn à R1-Mn+1                       (6)

S-M + Mn à SMn+1                        (7)

Г. Обрыв цепи:

S-Mn+1●  +  H-S à S-Mn+1-H  +  S          (8)

S-Mn+1●  +  Mn+1-S à S-Mn+1-Mn+1-S        (9)

S-Mn+1●  +  S à     S-Mn+1-S                     (10)

S-Mn+1●  +  R1 à   S-Mn+1-R1                   (11)

где: I – инициатор; Ммономер; R1первичные радикалы, образующиеся при распаде инициатора; Sрадикал, образовавшийся из меркаптана, S-M, R1-M, R1-Mn+1, S-Mn+1растущие полимерные радикалы; S-Mn+1-H, S-Mn+1-Mn+1-S, S-Mn+1-S, S-Mn+1-R1 и  S-Mn+1-H – инертные молекулы; H-S – молекула регулятора.

При достаточном количестве меркаптана инициирование роста цепи может реализоваться не за счет первичного радикала, образующегося при распаде инициатора, а за счет радикала S, образующегося при отрыве протона от меркаптана, т.е. при преобладании реакции  S + M à S-M над реакцией R1 + M à R1-M.

Как известно, скорость взаимодействия первичных радикалов с меркаптанами на несколько порядков превышает скорость инициирования [23]. Поэтому можно предположить, что первичный радикал R1 расходуется предпочтительно в реакции R1 + H-S  à  R1-H + S. Таким образом, в этих условиях инициирование роста цепи реализуется главным образом за счет радикала S с началом цепи именно с этой группы.

В упрощенном виде инициирование полимерной реакции динитрилом азобисизомасляной кислоты (ДАКом) может быть представлено следующим образом:

где  М – молекула или звено мономера;

R' =  -CH2COOH.

Как видно из рисунков 4 и 5 ,с увеличением количества введенного в реакцию меркаптана молекулярная масса и выход полимера снижались, что, очевидно, связано с возрастанием скорости обрыва цепи [65]. 

           При этом полученные полимеры содержали одну концевую функциональную группу, что было подтверждено соответствием молекулярных масс полимеров, определенных по содержанию в них концевых групп, и альтернативно, методом паровой осмометрии (табл.1).

Код полимера

МУК, моль* моль-1 мономера

Мn*

Mn**

~N

Выход реакции,%

ПВП1

0,150

1500

1450

12-14

79,4

ПВП2

0,110

2000

1980

17-19

79,5

ПВП3

0,074

2700

2740

23-25

80,5

ПВП4

0,046

4000

4050

35-37

82,7

ПВП5

0,029

5700

5720

49-50

85,2

ПВП6

0,013

8000

7920

69-71

89,2

ПВП7

0,007

10400

10300

89-91

91,5

Таблица 1 Синтезированные семителехелевые полимеры N-винилпирролидона с концевыми карбоксильными группами.

МУК – отношение количества моль меркаптоуксусной кислоты к числу моль мономера.

Мn* - среднечисленная молекулярная масса полимера, определенная по концевым группам.

Мn** - среднечисленная молекулярная масса полимера, определенная методом паровой осмометрии.

N - число звеньев в цепи полимера.

Рис. 4.  Зависимость молекулярной массы поли-N-винилпирролидона от количества введенной меркаптоуксусной кислоты.

МУК – количество введенной меркаптоуксусной кислоты на один моль мономера.

 

Рис. 5. Зависимость выхода реакции радикальной полимеризации винилпирролидона  от количества введенной в реакцию меркаптоуксусной кислоты.

МУК – количество введенной меркаптоуксусной кислоты на один моль мономера.

Таким образом, на этой стадии образовывались семителехелевые полимеры, имеющие молекулярные массы соответствующие требуемым для создания на их основе носителей лекарственных препаратов.

4.1.2.Синтез и свойства амфифильных полимеров N-винилпирролидона, содержащих концевые алкильные группы.

На второй стадии в полученные семителехелевые полимеры, содержащие одну концевую реакционно-способную группу, вводили длинноцепную алкильную группу, проводя реакцию с алифатическим амином. Модификацию проводили обработкой карбоксилсодержащих полимеров, карбоксильная группа которых была активирована N,N'-дициклогексилкарбодиимидом (ДЦГК), н-октиламином. Роль ДЦГК заключается в превращении карбоксильной группы в активированную сложноэфирную (1), способную легко взаимодействовать со свободной аминогруппой алифатического амина, с образованием амидной связи и выделением в качестве побочного продукта N,N'-дициклогексилмочевины (ДЦГМ) (2).

Амины реагируют с карбоновыми кислотами с образованием амидов в присутствии ДЦГК в мягких условиях и с хорошими выходами, при малом времени реакции и низкой степени рацемизации, что важно для оптически активных карбоновых кислот.

Схема получения амфифильных производных из синтезированных полимеров Nвинилпирролидона, содержащих концевую карбоксильную группу, может быть представлена следующим образом:

 m=7

В результате был получен ряд водорастворимых амфифильных полимеров, с одной концевой октильной гидрофобной группой при различной молекулярной массе полимерного фрагмента. Выход полимеров и загрузки веществ приведены экспериментальной части.

Определение степени замещения реагирующих концевых групп проведено методом потенциометрического титрования в тех же условиях, что и при определении этих групп при нахождении молекулярной массы полимеров. При этом во всех образцах полимеров концевые группы обнаружены не были, что позволяет предположить, что степень их замещения близка к полной.

Синтезированные семителехелевые и амфифильные полимеры были исследованы методом ИК-спектроскопии. При этом была установлена разница между ИК-спектрами полимеров без концевой гидрофобной группы (семителехелевых полимеров) и амфифильных полимеров, содержащих концевой алифатический гидрофобный фрагмент. На ИК-спектрах полимеров (таблетки в КВr) в области поглощения карбонильной группы наблюдалось кроме основного поглощения соответствующего карбонилу полностью замещенного амида пирролидонового кольца (~1650 см-1) дополнительное поглощение соответствующее монозамещенному амиду концевой группы (~1680 см-1). При этом интенсивность этого поглощения повышается с уменьшением молекулярной массы полимера. Кроме того, на ИК-спектрах этих полимеров наблюдалось увеличение интенсивности поглощения метиленовых групп из-за введения концевых длинноцепных алкильных радикалов.

4.1.3. Синтез полимеров N-винилпирролидона, содержащих боковые эпоксидные группы.

Для обеспечения возможности связывания с полимером в качестве комплексообразующих групп остатков аминокислот был использован разработанный ранее метод введения в часть звеньев поли-N-винилпирролидона эпоксидных групп.

Получение эпоксидсодержащих поливинилпирролидонов проводилось модификацией готового поливинилпирролидона по реакции Дарзана.

В случае проведения реакции Дарзана активную эпоксидную группу вводили в полимер путем обработки его хлорацетамидом в присутствии щелочных металлов в спиртовой среде. Схема реакции может быть представлена следующим образом:

4.1.4.Синтез полимеров N-винилпирролидона, содержащих аминокислотные остатки.

Известно, что соединения, содержащие эпоксидную группу, взаимодействуют с веществами, имеющими активный водород, в том числе с аминами, с раскрытием эпоксидного цикла. Для раскрытия эпоксидного кольца часто применяют катализаторы как кислого так и основного характера. Так как аминокислоты являются амфотерными соединениями, то для получения продуктов, связанных с аминной группой применяют щелочные соли или реакцию проводят в щелочной среде (pH 7). Это объясняется тем, что при pH 7 разрушается цвиттер-ионный характер аминокислот и их аминогруппа приобретает основные свойства:

По правилу Красуского К.А., аминогруппа направляется преимущественно к более гидрогенизированному атому углерода оксиранового цикла.

Следовательно реакция получения полимера содержащие остатки аминокислоты -аланина может быть представлена следующим образом :

С целью синтеза модифицированных полимеров применена методика, по которой ЭПВП (содержание эпоксидных групп 10%) и соответствующую аминокислоту (соотношение 1 : 20) растворяли в дистиллированной воде и при перемешивании вводили водный раствор гидроксида натрия. Реакцию проводили в течение 4 часов при комнатной температуре.

При взаимодействии эпоксидсодержащих полимеров с аминами в водной среде имеет место ускорение реакции и увеличение степени превращения за счет каталитического действия образующейся вторичной спиртовой группы, обладающей высокой нуклеофильностью.

Реакцию проводили при двадцатикратном избытке аминокислоты, так как при увеличении количества аминокислоты по отношению к эпоксидной группе увеличивается степень превращения. Конечные продукты очищали диализом и лиофильно сушили. Полученные продукты идентифицировали по данным функционального анализа.

Таким образом, в результате проведенных реакций образуются полимеры ЭПВП с аминокислотными остатками в боковой цепи.  В модифицированных полимерах аминокислоты связаны с эпоксидными звеньями исходного полимера по аминным группам. Причем присоединение к оксирановому циклу идет по углероду, находящемуся в азотсодержащем цикле.

Полного замещения эпоксидных групп на аминокислотные остатки не происходит. При этом функциональный анализ на эпоксидную группу показывает, что в модифицированных полимерах отсутствуют реакционноспособные эпоксидные группы. Определенный процент приходится на гидроксильные группы оксиранового цикла, так как эпоксидные соединения при pH 7 вступают в реакцию с водой по следующей схеме:

В условиях проведения полимераналогичного превращения вода конкурирует с аминной группой аминокислоты в реакции с оксирановым циклом полимера. Так как вода обладает менее основными свойствами по сравнению с аминной группой, то эпоксидная группа преимущественно взаимодействует с аминной группой аминокислоты и незначительно с водой.

4.2.Возможность использования поли-N-винилпирролидона с иммобилизованными звеньями -аланина в качестве кровезаменителя дезинтоксикационного действия.

В клинической токсикологии отравления тетрахлорметаном (ССL4) встречаются довольно часто, пациенты с данной патологией составляют до 60% всех печеночных токсикологических больных. Гепатоксические поражения под воздействием четыреххлористого углерода (тетрахлорметана) сопровождаются прогрессированием некротических изменений.

Внутривенная инфузия разработанных средств в дозе 5 мг/кг массы купирует развитие гепатотоксического поражения, вызванного ССL4 и других холестатических поражений, снимает эндогенную интоксикацию, показатели перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активирует ферментысистемы АОС.

Первая серия - раствор № 1. Новый биологически активный полимерный комплекс (3%) - 5 животных.

Вторая серия - раствор № 2. Биологически активное вещество (3%) в изотоническом растворе - 5 животных.

Третья серия - раствор № 3. Красгемодез (аналог Неогемодеза) - 5 животных.

Четвертая серия - контрольная группа. Интоксикация без лечения. - 5

животных.

Пятая серия - интактные животные - 4 животных.

Введение крысам тетрахлорметана вызывало тяжелое нарушение функции печени и привело к гибели 50%животных. Под воздействием новых кровезаменителей привело к снижению летальности. В 1гр-6%,2гр-10%,3гр-16%.

Одним из показателей поражения печени является увеличение активности АЛТ и АСТ в сыворотке крови, свидетельствующее о развитии цитолитического синдрома.

После введения тетрахлорметана наблюдалось развитие цитолиза (повышение в сыворотке крови крыс АЛТ и АСТ в 13,1 и 12,75 раз, соответственно) и холестаза (увеличение общего билирубина в 2,5 и прямого в 4,1раза) Табл.2. 

Таблица 2.Изменение биохимических показателей до и после лечения

Внутривенное введение кровезаменителя №1 один раз в сутки в течение пяти дней приводило к снижению общего и прямого билирубина в 2 раза и 1,5 соответственно контрольной группы. После введения кровезаменителя № 1 происходило снижение АЛТ в 3.75 раз, a ACT в 3,47 раза. Показатели эндогенной интоксикации снижались в плазме СМ в 2.1 раза, олигопептиды в 1,6, индекс токсемии (ИТ) в 3,6 раз. индекс интоксикации (ИИ) в 2 раза, в эритроцитах СМ - в 1,2, ИТ - в 1,4 раза. Использование кровезаменителя № 1 приводит к вымыванию токсических  метаболитов нарушенного обмена веществ. Показатели ПОЛ после введения кровезаменителя № 1 снизились. Так, уровень диеновых кетонов, диеновых коньюгатов и МДА в плазме крови достоверно снижались в 1,5, 2 и 1,6 раз, соответственно относительно значений животных нелеченной группы. Причем они были ниже, чем после введения кровезаменителя № 2 и красгемодеза. Происходила активация СОД, ГПО и каталазы в эритроцитах в 1,7, 2.3 и 1,3 раза относительно группы животных с интоксикацией.

Таким образом, дезинтоксикационная терапия интоксикации вызванной тетрахлорметаном, новыми кровезаменителями влияла на структурно-функциональные параметры печени, что проявлялось замедлением процесса цитолиза, холестаза. Введение кровезаменителей № 1 и № 2, по сравнению с Красгемодезом, существенно снижало эндогенную интоксикацию. Отмечалось снижение выраженности гиперлипоперокендацин и некоторой активации ферментов АОС. Применение кровезаменителей сказывалось на восстановлении детоксицирующей функции печени, что проявлялось ускорением метаболизма гексенала и СМ, что приводило к уменьшению явлений эндогенной интоксикации.

Действие кровезаменителя №1 проявилось более четко, что позволяет его рекомендовать в качестве дезонтаксикационного препарата при интоксикации.


5.Выводы

1. Путём проведения радикальной полимеризации N винилпирролидона в присутствии меркаптоуксусной кислоты с последующим введением концевого длинноцепного алифатического радикала, синтезированы амфифильные полимеры, содержащие одну концевую гидрофобную группу.

2. Изучено влияние количества вводимого передатчика цепи (меркаптоуксуная кислота) на молекулярную массу и выход образующихся полимеров.  

3. Получены амфифильные полимеры N-винилпирролидона, содержащие в боковой цепи звенья β-аланина  (на основе образца, имеющего молекулярную массу 8 000) с использованием модифицированной реакции Дарзана в результате которой  могут быть введены боковые эпоксидные группы, а затем взаимодействием с аминокислотами – боковые аминокислотные группировки.

4. Показано, что поли-N-винилпирролидон с боковыми аминокислотными группами обладает собственной биологической активность в качестве компонента кровезаменителя дезинтоксикационного действия.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26019. Общее понятие СМО. Основные составляющие модели 32.32 KB
  Система массового обслуживания СМО система которая производит обслуживание поступающих в нее требований. В зависимости от наличия возможности ожидания поступающими требованиями начала обслуживания СМО подразделяются на: системы с потерями в которых требования не нашедшие в момент поступления ни одного свободного прибора теряются; системы с ожиданием в которых имеется накопитель бесконечной ёмкости для буферизации поступивших требований при этом ожидающие требования образуют очередь; системы с накопителем конечной емкости...
26020. Классификация СМО 34.33 KB
  Эти ограничения могут касаться длины очереди числа заявок одновременно находящихся в очереди времени пребывания заявки в очереди после какогото срока пребывания в очереди заявка покидает очередь и уходит общего времени пребывания заявки в СМО и т. Например для СМО с отказами одной из важнейших характеристик ее продуктивности является так называемая абсолютная пропускная способность среднее число заявок которое может обслужить система за единицу времени. Наряду с абсолютной часто рассматривается относительная пропускная способность...
26021. Понятие систем обслуживания. Классификация 15.7 KB
  При исследовании операций очень часто приходиться сталкиваться с анализом работы своеобразных систем называемых системами массового обслуживания СМО. Каждая СМО состоит из какогото числа обслуживающих единиц которые называются каналами обслуживания. Всякая СМО предназначена для обслуживания какогото потока заявок поступающих в какието случайные моменты времени. Случайный характер потока заявок и времен обслуживания приводит к тому что в какието периоды времени на входе СМО скапливается излишне большое число заявок они либо...
26022. Понятие дисциплины обслуживания. Классификация 15.64 KB
  Понятие дисциплины обслуживания. Дисциплины постановки в очередь и выбора из нее определяют порядок постановки требований в очередь если заняты устройства обслуживания и порядок выбора из очереди если освобождается обслуживающее устройство. Правила обслуживания характеризуются длительностью обслуживания распределением времени обслуживания количеством требований которые обслуживаются одновременно и дисциплиной обслуживания. Время обслуживания бывает детерминированным или заданным вероятностным законом распределения.
26023. Понятие очереди. Классификация 50.44 KB
  Понятие очереди. Очереди характеризуются правилами стояния в очереди дисциплиной обслуживания количеством мест в очереди сколько клиентов максимум может находиться в очереди структурой очереди связь между местами в очереди. Бывают ограниченные и неограниченные очереди. Это такие системы в которых на пребывание заявки в очереди накладываются некоторые ограничения.
26024. Приоритеты. Понятия, определения, классификация 29.37 KB
  Если требование в процессе обслуживания может быть удалено из канала и возвращено в очередь либо вовсе покидает СМО при поступлении требования с более высоким приоритетом то система работает с абсолютным приоритетом. На систему обслуживания имеющую один канал обслуживания поступает пуассоновский поток заявок с интенсивностью λ. Время обслуживания заявки τ случайная величина распределенная по показательному закону с параметром . Окончание обслуживания можно рассматривать как появление на выходе системы обслуженной заявки.
26025. Тензометрия 246 KB
  Тензометрия (от лат tensus — напряжённый и греч. metron — мера) — способ измерения напряжённо-деформированного состояния конструкции. Базируется на определении напряжений и деформаций в наружных слоях детали. Прибор для измерения этих параметров называется тензометром; обычно основным элементом такого прибора является тензодатчик
26026. Основные направления реформы государственной службы Российской Федерации 42.5 KB
  Под реформой государственной службы ГС следует понимать осуществление целенаправленных преобразований результатом которых является постепенное формирование новой системы ГС либо появление у существующей системы новых качеств черт или существенных признаков. N 261 федеральная программа Реформированиеи развитие системы государственной службыРоссийской Федерации 2009 2013 годы Государственные заказчики мероприятий Программы: Министерство экономического развития Российской Федерации Министерство внутренних дел Российской Федерации...
26027. Федеральный закон «О системе государственной службы Российской Федерации»: общая характеристика и значение 64 KB
  N 25ФЗ О муниципальной службе в РФ Глава 4. На муниципальную службу вправе поступать граждане достигшие возраста 18 лет владеющие государственным языком Российской Федерации и соответствующие квалификационным требованиям установленным в соответствии с настоящим Федеральным законом для замещения должностей муниципальной службы при отсутствии обстоятельств указанных в статье 13 настоящего Федерального закона в качестве ограничений связанных с муниципальной службой. При поступлении на муниципальную службу гражданин представляет: 1...