Результат интеллектуальной деятельности: ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АДАПТАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОРГАНИЗМА В УСЛОВИЯХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Изобретение относится к фармакологии и медицине, а именно к средствам восстановления работоспособности при повышенных физических нагрузках, и может быть использовано в спортивной практике для активного восполнения израсходованных пластических и энергетических ресурсов, избирательного управления важнейшими функциональными системами организма при больших физических нагрузках.

Для восстановления и стимуляции работоспособности используются различные средства. Витаминные препараты, потери которых во время работы или хронический недостаток в продуктах питания приводят не только к снижению работоспособности, но и к различным болезненным состояниям. Для удовлетворения потребностей организма в витаминах дополнительно принимают, кроме овощей и фруктов, готовые поливитаминные препараты, такие как Аэровит, Декамевит, Ундевит, Глутамевит, Тетравит. Витамины С, Е, В. Препараты пластического действия, ускоряющие синтез белка и восстанавливающие клеточные структуры, улучшающие течение биохимических процессов. Для решения этих задач в спортивной медицине применяют оротат калия, рибоксин, инозин, карнитин, а также различные пищевые добавки, обогащенные белками. Препараты этой группы имеют важное значение для предупреждения физических перенапряжений, сохранения высокой работоспособности в периоды повышенных нагрузок. Препараты энергетического действия ускоряют восполнение затраченных ресурсов, активизируют деятельность ферментных систем и повышают устойчивость организма к гипоксии. К препаратам этой группы относятся аспаркам, панангин, кальция глицерофосфат, кальция глюконат, метионин. Группа адаптогенов, оказывающих общее тонизирующее воздействие на организм и повышающих его устойчивость при больших физических нагрузках, в условиях гипоксии, при резких биоклиматических изменениях. К этой группе фармакологических восстановителей относят препараты на основе женьшеня, элеутерококка, аралии, китайского лимонника, пантов оленя, мумие и некоторые другие. Однако эти препараты не следует принимать при повышенной нервной возбудимости, бессоннице, повышенном артериальном давлении, нарушениях сердечной деятельности, а также в жаркое время года. Кроме того, необходима периодическая смена адаптогенов для предупреждения привыкания к ним.

В настоящее время в качестве адаптогенов применяются лекарственные средства, содержащие в качестве активного начала синтетические вещества. Известен препарат Глутоксим (действующее вещество - бис-(гамма-L-глутамил)-L-цистеинил-бис-глицин динатриевая соль), относящийся к адаптогенам иммунорегуляторного и гемопоэтического характера. Известно применение синтетической аминокислоты DL-валина в качестве средства, обладающего адаптогенной активностью (RU 2038077, опубл. 1992. 06.27); N-(2-N-морфолиноэтил)амида 1,2,4-триазино[5,6-b]индолил-3-тиогликолевой кислоты, повышающего физическую работоспособность в условиях гипоксии (SU 1295711, опубл. 10.09.1996); конъюгата бета-циклодекстрина с пара-аминобензойной кислотой, в качестве стимулирующего физическую выносливость средства (RU 2451508, опубл.20.10.2011). Известен адаптоген широкого спектра действия трис-(2-оксиэтил)-аммоний орта-крезоксиацетат (трекрезан), способствующий сохранению гомеостаза при воздействии на организм человека неблагоприятных факторов физической, химической и биологической природы (Патент RU 2063749, опубл. 20.07.1996). Поскольку природа воздействия синтетических адаптогенов на организм человека до конца не изучена, остается высокая вероятность проявления побочных эффектов, в том числе аллергических реакций.

Поиск новых, доступных, нетоксичных препаратов для повышения адаптационных возможностей организма, расширяющих арсенал известных средств указанного назначения, является актуальной задачей.

В настоящей заявке ставится задача получения нового композиционного средства на основе растительного биополимера - пектинового полисахарида (полигалактуроновой кислоты), содержащего макроэлементы - Na, Mg и микроэлементы Zn, Cr, что расширит спектр биологически активных веществ, оказывающих адаптогенное воздействие на организм в условиях больших физических нагрузок.

Технический результат - новое композиционное средство, оказывающее адаптогенное воздействие на организм при больших физических нагрузках.

Сущность изобретения заключается в получении фармакологической композиции, состоящей из трех металлокомплексов пектинового полисахарида: Na-, Mg-полигалактуроната, Na-, Zn-полигалактуроната и Na-, Cr-полигалактуроната, в определенном массовом соотношении, как потенциального препарата для повышения адаптации организма к повышенным физическим нагрузкам.

Ионы металлов, присутствующие в заявляемой фармакологической композиции, выполняют различные жизненно важные функции в живых организмах. Так, магний находится во всех тканях организма и необходим для нормального функционирования клеток. Участвует в большинстве реакций обмена веществ, в регуляции передачи нервных импульсов и в сокращении мышц, оказывает спазмолитическое и антиагрегантное действие. Оксид и соли магния традиционно применяются в медицине в кардиологии, неврологии и гастроэнтерологии (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния). Хром - один из биогенных элементов, входящий в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови. Цинк принимает участие в синтезе и расщеплении белков, жиров и углеводов. Выполняет каталитическую, структурную и регуляторную функции в многочисленных ферментах, является мощным активатором Т-клеточного иммунитета. Суточная потребность человека в магнии - 350 мг, цинке - 15 мг, хроме - 50 мкг (Авцын А.Г., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.).

Технический результат достигается получением новой водорастворимой композиции, включающей в себя три полиметаллических комплекса полигалактуроновой кислоты общей формулы I в определенном массовом соотношении и применением этой композиции в качестве средства для повышения адаптации организма белых крыс к большим физическим нагрузкам.

Met₁=Na; Met₂=Mg^II, или Zn^II, или Cr^III,

n=3, m=25.

Соединения формулы I получали по методике, аналогичной описанной нами в патентах (RU 2210981, опубл. 10.04.2004: RU 2281957, опубл. 20.08.2006), где заявлены иные водорастворимые Na, Fe, Cu, Со - содержащие и Na, Са, Fe - содержащие полигалактуронаты в качестве стимуляторов процесса кроветворения.

На первом этапе обработкой раствора пектина общей формулы II раствором щелочи NaOH при 50-60°C получают полигалактуронат натрия. Далее к полигалактуронату натрия добавляют водные растворы солей магния, или цинка, или хрома, проводят осаждение целевого продукта спиртом, его центрифугируют и сушат.

R=Η, Me; g=100.

Представленные результаты получены при использовании цитрусового пектина марки ′′Classic С-401′′ производства фирмы ′′Herbstreith & Fox′′ (Германия) со средней молекулярной массой M_n 17600, определенной методом вискозиметрии.

Степень полимеризации (g) полигалактуроната натрия и представленных в заявке полигалактуронатов металлов соответствует степени полимеризации исходного пектина и рассчитывается по формуле:

g=Μ_η/Μ_г.к., где М_η - молекулярная масса исходного пектина,

М_г.к - молекулярная масса остатка галактуроновой кислоты (176).

Молекулярная масса исходного пектина определена методом вискозиметрии. Уравнение Куна-Марка устанавливает зависимость среднего молекулярного веса от характеристической вязкости

[η]=kM^α;

где [η] - внутренняя или характеристическая вязкость; k и α - константы, зависящие от структуры полимера и его взаимодействия с растворителем. Для пектинов по Гликману и Орлову уравнение Куна-Марка (растворитель - 1% раствор NaCl) выглядит следующим образом: (Шелухина Н.П., Абаева Р.Ш., Аймухамедова Г.Б. Пектин и параметры его получения. Фрунзе: Илим, 1987).

[η]=1.1·10^-5·Μ^1.22

Значения n и m в формуле (I) определяли на основании расчетов по степени замещения Na на другой металл (Met₂), в описанных примерах она равна 25%.

Следовательно, n=75:25=3,

m=g:(n+1)=100:(3+1)=25 (для g=100).

Изобретение иллюстрируется примерами получения фармакологического композиционного средства, включая полиметаллические комплексы полигалактуроновой кислоты и исследования биологической активности.

Пример 1. Синтез Na-, Mg-полигалактуроната

К 450 мл водного раствора полигалактуроната натрия (9.9 г) добавляют при постоянном перемешивании 0.81 г MgSO_4·7H₂O, растворенного в 400 мл дистиллированной воды. Через 15 мин полученный комплекс осаждают этанолом в соотношении 1:2. Скоагулированный осадок отделяют на центрифуге (Sigma 4-15, Германия), лиофилизируют на сушильной установке (Alpha 1-2 LD plus, Германия) при 40-50°C. Выход 7.09 г, влажность 9.94%. Целевой продукт представляет собой аморфный порошок светло-бежевого цвета; содержание металлов определено на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6300 DUO.

Элементный состав, %: С - 30.07-30.10; Η - 3.11-3.14; Mg - 2.75; Na - 6.10 ИК спектр в KBr, ν, см^-1: 3436, 2931, 1618, 1420, 1333, 1239, 1149, 1100, 1014, 962, 892.

Пример 2. Синтез Na-, Zn-полигалактуроната

В условиях примера 1 из 450 мл водного раствора полигалактуроната натрия (9.9 г) и 0.97 г ZnSO₄·7H₂O, растворенного в 400 мл дистиллированной воды, получено 7.20 г продукта в виде аморфного порошка светло-бежевого цвета, влажность 9.17%.

Элементный состав, %: С - 28.12-28.57; Η - 2.60-2.54; Ζn - 2.83; Na - 5.70. ИК спектр в KBr, ν, см^-1: 3436, 2928, 1614, 1417, 1332, 1238, 1149, 1099, 1013, 962, 892.

Пример 3. Синтез Na-, Cr-полигалактуроната

В условиях примера 1 из 450 мл водного раствора полигалактуроната натрия (9.9 г) и 0.61 г CrCl_3·6H₂O, растворенного в 400 мл дистиллированной воды получено 7.80 г продукта в виде аморфного порошка серо-голубого цвета, влажность 11.08%.

Элементный состав, %: С - 29.88-29.64; Η - 3.44-3.12; Cr - 2.87; Na - 6.10. ИК спектр в KBr, ν, см^-1: 3434, 2929, 1614, 1416, 1332, 1238, 1147, 1099, 1016, 962, 892.

Пример 4. Получение фармакологической композиции

Заявляемое композиционное средство получают путем механического смешивания взвешенных количеств Na, Mg-полигалактуроната (7 массовых частей), Na, Zn-полигалактуроната (0.3 части) и Na-, Cr-полигалактуроната (0.001 часть). Композиция представляет собой аморфный порошок светло-бежевого цвета, растворимый в дистиллированной воде до 1,5%, нерастворимый в спирте, ацетоне.

Пример 5. Исследование адаптогенного эффекта фармакологической композиции в условиях повышенных физических нагрузок

Для оценки влияния заявляемой композиции на адаптационные возможности белых крыс в экстремальных условиях повышенных физических нагрузок использовали метод «принудительное плавание до полного отказа» (Dawson С.А., Horvath S.M. Swimming in small laboratory animals // Med. Sci. Sport. 1970. Vol. 2. P. 51-78). Схема проведения опыта была следующая:

1) плавание до отказа на первые сутки эксперимента и формирование групп животных по времени первого плавания методом попарного отбора;

2) плавание до отказа на седьмые сутки эксперимента;

3) плавание на 14-е сутки.

Плавание осуществляли следующим образом: животных с грузом, составляющим 7% от массы тела и прикрепленным к основанию хвоста, помещали в цилиндрический сосуд (высота 80 см, диаметр 50 см) с водой при t=29-30°C. Груз прикрепляли к основанию хвоста крыс. Введение композиции производили ежедневно в течение всего периода наблюдения двум экспериментальным группам крыс в виде растворов на дистиллированной воде перорально через зонд в дозах 50 и 100 мг/кг. Контрольной группе животных вводили дистиллированную воду. Для статистической надежности оценок определяемых показателей в каждой группе использовали не менее 12 крыс. Увеличение продолжительности плавания у животных опытных групп по сравнению с контролем на 14-е сутки рассматривается в качестве критерия эффективности заявляемой композиции. Для оценки статистической значимости различий с контролем и с фоновыми значениями проводили статистическую обработку по непараметрическим тестам Манна-Уитни (pU=0.05) и Вилкоксона (рТ=0.05). Выбор данных критериев объясняется непараметрическим распределением полученных данных по длительности плавания. Статистическая обработка проводилась в программе SPSSv13.0.

Оценку заявляемой композиции в качестве адаптогена в условиях повышенных физических нагрузок, кроме того, проводили путем исследования изменений показателей крови крыс в условиях многократного введения композиции и повышенных физических нагрузок. Для оценки эффективности композиции исследовали следующие показатели крови: концентрацию гемоглобина гемоглобинцианидовым методом, число эритроцитов в камере Гаряева, молочную кислоту и мочевину на биохимическом анализаторе Daytona Randox с использованием специального набора реактивов. Забор крови проводили из кончика хвоста с соблюдением правил асептики. Первый забор крови у крыс осуществляли за неделю до начала принудительного плавания для определения фоновых значений показателей крови. Второй забор производили сразу после окончания теста по принудительному плаванию на 14-е сутки эксперимента. Кроме того, те же показатели крови исследовали в те же временные интервалы у интактных животных аналогичной возрастной группы, содержавшихся в тех же условиях, но не подвергнутых какому-либо воздействию (плавание и введение композиции). Всего в интактной группе было 12 крыс. Статистическую обработку гематологических показателей крови проводили по параметрическому t-критерию Стьюдента в программе Origin 6.0.

Результаты исследования приведены в таблицах 1 и 2.

На седьмые сутки во всех группах наблюдали статистически незначимое увеличение времени плавания крыс по отношению к фоновому времени. На 14-е сутки происходил значительный рост продолжительности плавания по отношению к значениям на 7-е сутки в опытных группах, которым вводили композицию в дозах 50 и 100 мг/кг, а в контрольной группе наблюдали снижение длительности плавания до уровня исходных значений. То есть исследуемая композиция в дозе 50-100 мг/кг оказывает статистически значимое (р<0.05) адаптогенное влияние, повышая выносливость животных в экстремальных условиях, что проявляется в увеличении средних значений продолжительности плавания более чем в 3 раза по сравнению с фоновыми значениями.

В динамике наблюдения показателей крови в интактной группе животных не было выявлено каких-либо статистически значимых изменений в течение опыта (таблица 2). Полученные данные свидетельствуют о стабильном состоянии животных, не подвергающихся каким-либо воздействиям.

В контрольной группе крыс, подвергнутой повышенным физическим нагрузкам, наблюдали следующие изменения исследованных показателей крови. Концентрация гемоглобина снижалась на 10.1% (р<0.05), но число эритроцитов при этом оставалось без изменений. Это может быть обусловлено нарушением процесса эритропоэза вследствие стрессового воздействия, обусловленного повышенными физическими нагрузками, требующими повышенного расхода питательных веществ. При этом в контрольной группе наблюдали повышение уровня молочной кислоты на 39.7% (р<0.05) за счет преобладания анаэробного расщепления глюкозы в качестве энергетического субстрата. Также повышалось содержание мочевины на 36.4% (р<0.05), что свидетельствует об интенсификации процесса катаболизма белков для восполнения энергетических нужд. Согласно полученным результатам биохимических исследований физические нагрузки, которым подвергались животные, в контрольной группе приводят к состоянию истощения организма, нарушению тканевого дыхания вследствие снижения выработки гемоглобина и неэффективному процессу обеспечения энергетических потребностей - преобладании анаэробных процессов вместо аэробных. Все эти процессы являются предпосылкой к быстрому развитию утомления.

В опытных группах крыс, получавших исследуемую композицию в дозах 50 и 100 мг/кг, изменения в крови были менее существенными по сравнению с контрольной группой. Гемоглобин и число эритроцитов повышались в обеих опытных группах, которым вводили композицию: на 10.5 и 33.1% при введении в дозе 50 мг/кг и на 12.9 и 19.0% при введении в дозе 100 мг/кг (таблица 2). Выявленные изменения морфологических показателей крови в опытных группах крыс свидетельствуют о стимулирующем влиянии композиции на эритропоэз. Увеличение в циркулирующей крови красных кровяных клеток (эритроцитов) и гемоглобина приводит к улучшению насыщенности тканей кислородом, интенсификации тканевого дыхания и, как следствие - к повышению эффективности энергетического обмена, что создает более высокий потенциал устойчивости и адаптации организма к повышенным нагрузкам, что подтверждается результатами теста «принудительное плавание» и исследованиями биохимических показателей крови. Результаты исследования биохимических показателей у животных в опытных группах, получавших препарат, в условиях повышенных физических нагрузок не выявили каких-либо повышений уровня молочной кислоты и мочевины. Это означает, что энергетические нужды организма удовлетворяются за счет более эффективного аэробного процесса расщепления глюкозы, в результате которого не происходит накопления продукта обмена молочной кислоты, и увеличивается период наступления утомления. Отсутствие изменения уровня мочевины по отношению к исходным значениям свидетельствует о достаточном обеспечении энергетических потребностей организма за счет углеводов без дополнительного вовлечения белков в процесс образования энергии.

Установлено, что заявляемая композиция в исследованных концентрациях не проявляет токсических эффектов на экспериментальных животных. ЛД₅₀ при внутрибрюшинном введении композиции белым мышам составляет 1100 мг/кг. При пероральном введении мышам в дозах 5000-20000 мг/кг композиция не вызывает гибели животных. Это позволяет отнести композицию к классу малотоксичных соединений [Сидоров К.К. Токсикология новых промышленных веществ. - М.: Медицина, 1973. - С. 45-51 и ГОСТ 12.1.007.76].

Заявлено новое композиционное средство на основе растительного биополимера - пектинового полисахарида (полигалактуроновой кислоты), содержащее макроэлементы - Na, Mg и микроэлементы Zn, Cr, которое:

в дозе 50-100 мг/кг обладает выраженным свойством повышать адаптационные возможности организма в условиях физических нагрузок и может рассматриваться как потенциальный препарат - адаптоген, стимулятор эритропоэза, нормализующий обмен веществ;

не проявляет токсических эффектов на экспериментальных животных (является малотоксичным соединением);

получается простым смешением полиметаллических комплексов полигалактуроновой кислоты, которые легко синтезируются из пектина, щелочи и неорганических солей биогенных металлов (доступное и дешевое сырье).