Технологические аспекты применения хитозана

Содержание

Введение	3
1. Хитозан. Строение и свойства	4
2. Применение хитозана	6
3. Механизм действия хитозана	9
4. Технологические аспекты применения  хитозана	14
Заключение	18
Список литературы	19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Первые сообщения о производном хитина хитозане (ХТЗ) относятся еще к XIX веку. Интенсивное изучение и применение хитозана в лечебной и профилактической медицине, фармации, косметике, ветеринарии, агробиологии, пчеловодстве, питании людей и корме скота началось со второй половины 60-ых годов прошлого столетия в Юго-Восточной Азии. В Европе и Америке это произошло позже. С каждым годом количество сообщений прогрессивно нарастало. Опубликованы тысячи зарубежных работ о применении хитозана [1].

В 2000 г. организовано Российское хитиновое общество во главе с проф. В.П. Варламовым. В нашей стране с 1983 по 2005 г. состоялось 8 Всесоюзных, Российских и международных конференций по исследованию хитина и хитозана. Интересные исследования с хитозаном проводят в Красноярске (И.Н. Большаков и соавт.) [4,8], в Твери (В.В. Богатов и соавт.) [9], в Екатеринбурге (С.Е. Желудев и соавт.) [2,6].

Интерес к хитозану у специалистов очень высок. В данной работе рассматриваются свойства данного вещества, в том числе, фармакологические, а также применение хитозана в фармации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Хитозан. Строение и свойства

Хитозан – вещество природного происхождения, обладающее специфической фармакологической активностью.

Хитозан — аминосахар, производное линейного полисахарида, макромолекулы состоят из случайно-связанных β-(1-4) D-глюкозаминовых звеньев и N-ацетил-D-глюкозамин . Один из источников получения хитозана — панцири ракообразных.

Химическая структура хитозана относит его к полисахаридам, мономером хитина является N-ацетил-1,4-b-D-глюкопиранозамин.

Молекула хитозана содержит в себе большое количество свободных аминогрупп, что позволяет ему связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный заряд. Отсюда и идёт свойство хитозана, как хорошего катионита.

Это также объясняет способность хитозана связывать и прочно удерживать ионы различных металлов (в том числе и радиоактивных изотопов, а также токсичных элементов).

Хитозан способен образовывать большое количество водородных связей. Поэтому он может связать большое количество органических водорастворимых веществ (бактериальные токсины и токсины, образующиеся в процессе пищеварения).

Хитозан плохо растворим в воде. Это связано с тем, что связи между молекулами хитозана более прочные, чем между молекулами хитозана и молекулами воды. При этом он довольно хорошо растворяется в уксусной, лимонной, щавелевой и янтарной кислотах. Может удерживать в своей структуре растворитель, а также растворенные в нём вещества. В растворённом виде хитозан обладает большим сорбирующим эффектом, чем в нерастворенном.

Из-за эффекта молекулярного сита и гидрофобных взаимодействий, хитозан может связывать предельные углеводороды, жиры и жирорастворимые соединения.

Расщепить хитин и хитозан до N-ацетил-D-глюкозамина и D-глюкозамина можно под действием микробных ферментов таких как хитиназы и хитобиазы. Именно благодаря этому хитозан полностью биологически разрушим, но при этом не загрязняет окружающую среду.[1]

Хитозан получают из панцирей красноногих крабов или из низших грибов путём удаления ацила (карбонового соединения), который придаёт жёсткость хитину.

Основным источником хитозана является хитин. В естественном состоянии он находится в панцирях морских крабов, креветок, криля, омаров, лангустов, раков, а также в наружном скелете зоопланктона, включая кораллы и медуз. У таких насекомых, как бабочки и божьи коровки, хитин содержится в крылышках. Клеточные стенки дрожжей, грибов и разнообразных грибков также содержат это природное вещество.

Известно, что панцири ракообразных дорогостоящи. Поэтому, несмотря на то, что есть 15 способов получения из них хитина, был поставлен вопрос о получении хитина и хитозана из других источников, среди которых рассматривались мелкие ракообразные и насекомые.

Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые в силу своего быстрого воспроизводства могут обеспечить большую биомассу, содержащую хитин.

 

 

 

 

 

2. Применение хитозана

Хитозан обладает многими свойствами, которые дают возможность применять его в большом количестве отраслей. Его применяют в качестве корма для животных, для изготовления продуктов питания и косметики, применяют в продуктах биомедицины, в сельском хозяйстве.

Водорастворимое производное хитина, используется большей частью в производстве средств для похудения. Хитозан способен в определённой мере связываться с молекулами жира в пищеварительном тракте. Жир, связанный с хитозаном, не усваивается и выводится из организма. Хитозан применяется как средство, способствующее снижению веса, а также для улучшения холестеринового обмена и перистальтики кишечника. Исследования показали, что применение хитозана при ожирении не эффективно [3]

Для хитозана характерны мукоадгезивные свойства, то есть способность к прилипанию к слизистым оболочкам.

Весьма важным качеством хитозана являются его сорбционные свойства и способность восстанавливать микрофлору кишечника.

Как уже указывалось, хитин и хитозан по своему строению близки к целлюлозе - одному из основных волокнообразующих природных полимеров. Естественно поэтому, что, как и целлюлоза, эти полимеры и их производные обладают волокно- и пленкообразующими свойствами. [6] Благодаря биосовместимости с тканями человека, низкой токсичности, способности усиливать регенеративные процессы при заживлении ран, биодеградируемости такие материалы представляют особый интерес для медицины.

При лечении гнойных и ожоговых ран широкое применение приобрели ферменты, эффективность использования которых может быть повышена за счет их включения в структуру волокон и губок. Такие полимеры, как хитин, хитозан, карбоксиметилхитин, благодаря широкому набору функциональных групп обеспечивают возможность образования между полимером-носителем и ферментом связей различной прочности, что создает предпосылки для регулирования активности и стабильности фермента, скорости его диффузии в рану [7,8].

В медицине для лечения и профилактики тромбозов используется природный антикоагулянт крови - гепарин, по химическому строению являющийся смешанным полисахаридом. Наиболее близкий его структурный аналог - сульфат хитозана также обладает антикоагулянтной активностью, возрастающей при увеличении степени сульфатирования . Возможность реализации синергического эффекта (усиления активности гепарина при введении добавок сульфата хитозана) делает это соединение перспективным для создания лекарственных препаратов антикоагулянтного и антисклеротического действия.

N- и О-сульфатированные производные  частично деацетилированного карбоксиметилхитина  не только препятствуют свертыванию  крови благодаря селективной  адсорбции антитромбина, но и  резко уменьшают интенсивность  деления раковых клеток.

Еще одна возможность использования хитина, хитозана и их производных (карбоксиметилхитина, карбоксиметилхитозана, сукцинилхитозана) - создание биодеградируемых носителей фармацевтических препаратов (антибиотиков, антивирусных, противоопухолевых и антиаллергенных препаратов) в виде пленок (мембран). Применение таких пленок создает условия для выделения лекарственных средств, обеспечивая эффект пролонгирования их действия.

Одной из уникальных биологических активностей хитозана является его способность индуцировать устойчивость к вирусным заболеваниям у растений, ингибировать вирусные инфекции у животных и предотвращать развитие фаговых инфекций в зараженной культуре микроорганизмов [8,9].

Образование комплексов полимерными лигандами с различными металлами находит все более широкое применение в аналитической химии, хроматографии, биотехнологических процессах. Полимерные комплексообразователи, в том числе хитин, хитозан и их производные, например карбоксиметиловые эфиры, могут рассматриваться как реальная альтернатива традиционным методам очистки сточных вод промышленных предприятий от соединений металлов, используемых для нанесения защитных покрытий (никель, хром, цинк), а также от таких металлов, как ртуть и кадмий, способных аккумулироваться живыми организмами. Наличие электронодонорных амино- и гидроксильных групп, широкие возможности введения различных ионогенных групп кислотного и основного характера делают производные хитина и хитозана весьма перспективными для использования в хроматографии при разделении и очистке биологически активных соединений (нуклеиновых кислот и продуктов их гидролиза, стероидов, аминокислот).

В фотографических процессах, связанных с быстрым проявлением изображения, используют такие важные характеристики хитозана, как его пленкообразующие свойства, поведение в системах, содержащих желатин и комплексы серебра, обеспечивающее отсутствие поперечной (в слоях пленки) диффузии красителя, оптические характеристики полимера.

Весьма перспективно использование хитозана в бумажной промышленности: благодаря большей прочности при водных обработках ионных связей, образующихся при нанесении хитозана на целлюлозное волокно при формировании бумаги, по сравнению с существующими в обычной бумаге водородными связями заметно возрастает прочность бумажного листа, особенно в мокром состоянии. При этом одновременно улучшаются и другие важные свойства (сопротивление продавливанию, излому, стабильность изображения) [7,9].

 

 

 

 

 

 

3. Механизм действия хитозана

Механизм действия хитозана на патогенные микроорганизмы связывают с нарушением целостности наружной микробной мембраны, что приводит к большей уязвимости микроорганизма. Установлена высокая антибактериальная активность низкомолекулярного водорастворимого хитозана в отношении различных микроорганизмов (родов Staphylococcus, Pseudomonas, Enterobacter, Bacillus). Взаимодействие низкомолекулярного хитозана с бактериями в течение 10 минут вызывает гибель 80 - 90 % микробных клеток.

Олигомерные фракции хитозана способны проникать в кровь и лимфу, участвуют в универсальном механизме защиты при вирусных инфекций, стимулируют образование эндогенного интерферона и цитокинов. Одновременно препараты хитозана усиливают антителогенез, повышают уровень циркулирующих в крови антител, стимулируют фагоцитарную активность элементов клеточного иммунитета, что способствует повышению общей резистентности (устойчивости) организма в условиях бактериальной и вирусной инфекции.

 Наличие первичных аминогрупп  хитозана обеспечивает связывание  ионов тяжелых металлов и радионуклеотидов  и по своей эффективности в десятки раз превосходит другие аналогичные средства. Способность образовывать полиэлектролитные комплексы с анионными полимерами используется для связывания и выведения из организма различных токсинов.

 Клинические исследования применения  препаратов низкомолекулярного хитозана у больных с различными нарушениями деятельности ЖКТ показали их способность к детоксикации организма, улучшению полостного, пристеночного и мембранного пищеварения, нормализации микрофлоры кишечника, увеличению витаминообеспеченности организма, что способствовало повышению эффективности пищеварения. Наличие водорастворимой олигомерной фракции хитозана в препаратах на его основе стимулирует заживление слизистой оболочки ЖКТ и ускоряет процесс репаративной регенерации поврежденных тканей, что обусловливает гастропротекторное и противоязвенное действие.

 Благодаря уникальному сочетанию  свойств поли - (олиго-)сахарида и  поликатиона хитозан является  эффективной антиокислительной  и антимутагенной системой, способной  повышать общую неспецифическую резистентность организма к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе, к ионизирующему облучению. До настоящего времени препараты на основе хитозана являются самыми эффективными противолучевыми средствами. Способность улавливать активные формы кислорода и инактивировать свободные радикалы определяет целесообразность применения низкомолекулярного хитозана при первичных реакциях лучевой болезни, химио- и лучевой терапии.

 Антиоксидантная активность  олигосахаридов хитозана позволяет нормализовать процессы свободно радикального окисления органических молекул и уровня накапливающихся в клетках организма перекисных радикалов, что имеет важное значение для построения и обновления структурных липидов клеточных мембран, а также для выработки ряда ферментов и гормонов. В результате тормозятся разрушительные для организма процессы окисления в клетках и создаются потенциальные возможности для восстановления их активности.

 Отмечено положительное влияние  хитозана и его олигомерных  фракций на липидный и углеводный обмен: снижается содержание общих липидов, триглицеридов, холестерина, пировиноградной кислоты в сыворотке крови, что определяет гипохолестеринемическое и гиполипидемическое действие препаратов хитозана. Кроме того, являясь источником глюкозамина и его метаболитов , низкомолекулярный хитозан защищает стенки сосудов от проникновения в них лейкоцитов и противодействует развитию воспалительных процессов. Улучшение биологической функции стенки кровеносных сосудов способствует обратимости атеросклеротических изменений, что делает незаменимыми препараты хитозана при заболеваниях сердечно-сосудистой системы различной этиологии.