Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность монографии обусловлена тем, что в условиях повышения техногенных и антропогенных нагрузок на легко ранимые северные экосистемы, необходимо поддерживать экологические равновесия (осуществлять детоксикацию) как в организме человека, так и в окружающей среде. Следствием влияний глобальных изменений экологических параметров среды обитания на человека являются:
Нарушения (разбалансировка) функционирования иммунной системы, которые приводят при иммунодепрессиях на фоне расширения ареала многих зоонозных инфекций в связи с потеплением климата к росту инфекционной заболеваемости, при гиперактивации иммунной системы – к пандемическому росту аллергических заболеваний, болезней, связанных с аутоиммунными процессами: ревматоидными артритами и артрозами, вирусными гепатитами, всеми формами астматических заболеваний, системными заболеваниями типа «красной волчанки», онкопатологиями и т.д.
Нарушения функционирования эндокринной регуляторной системы, приводящие к разнообразным сбоям прежде всего в той её части, которая отвечает за процессы адаптации организма к изменяющимся условиям внешней среды (гипоталамо-гипофизарная система, надпочечники, щитовидная и поджелудочная железы), и соответственно к формированию болезней адаптации и метаболическим нарушениям: гипертериозам (чаще к гипотериозам), сахарному диабету, атеросклеротическим заболеваниям и т.д. [Соломонов и др., 2006; Кершенгольц и др., 2003; Петрова и др., 1999, 2000; Ревич и др., 2008].
Повышение встречаемости эндотоксических состояний, включая адреналиновую и гистаминовую интоксикации, эндоинтоксикацию при аутоиммунных воспалительных процессах и метаболических нарушениях. Это позволяет предположить, что указанные глобальные процессы вносят весомый вклад в резкое увеличение встречаемости и омоложение в последние десятилетия таких заболеваний, как сахарный диабет, онкопатологии, атеросклеротические болезни, заболевания щитовидной железы и аутоиммунные системные болезни, инфекционные заболевания, в том числе гепатиты, туберкулез и др. Вследствие разбалансировки иммунной и эндокринной регуляторных систем, снижения адаптивного потенциала уменьшается устойчивостьорганизма человека к действию стресс-факторов физической, химической, социально-психологической природы. Это, в свою очередь, вызывает повышение вероятности нарушений в функционировании нейро-регуляторной системы, формирования пограничных психических состояний, включая постстрессовые психосоматические, аддиктивные расстройства, «синдром хронической усталости», депрессии и др. [Чернобровкина и др., 2004; Kerchengolts и др., 2001].
К сожалению, даже бурное развитие фармацевтической промышленности, точнее разработка и производство новых, все более активных форм синтетических монокомпонентных фармацевтических препаратов, в том числе новых семейств полусинтетических и синтетических антибактериальных и противовирусных препаратов, простагландинов и синтетических цитостатиков, антидепрессантов, продуцентов генно-инженерных технологий эндокринного действия, не приводит к успеху в решении указанных проблем. Причины этого в том, что Природа является неизмеримо мудрее и изобретательнее, чем человек, и в ответ на синтез, например, новых антибиотиков мы получаем всё ускоряющийся процесс формирования лекарственной устойчивости бактериальных штаммов к ним, новые мутантные формы патогенных бактерий и вирусов, формирование иммунодепрессивных состояний в организме человека. В ответ на действие эндокринных препаратов снижается активность желез внутренней секреции, в ответ на безудержное использование антиоксидантных препаратов и биологически активных добавок (БАД) антиоксидантного действия снижается активность пероксисомных органелл клеток, они становятся беззащитными к действию многих канцерогенных факторов среды, соответственно растёт риск онкологических патологий и т.д.
Всё вышесказанное приводит нас к осознанию того, что для сохранения здоровья людей в условиях сочетания глобальных изменений климата и среды обитания вследствие хозяйственной деятельности (особенно в тех группах населения, которые живут и работают в экстремальных условиях) необходимо искать принципиально новые нетрадиционные пути [Хазанов, 2003; Кершенгольц и др., 2004]. Одним из них может быть использование арсенала, созданного самой Природой, и адаптивного потенциала различных биологических систем, в первую очередь, функционирующих в условиях экстремального климата. Например, разработка биопрепаратов из природного северного растительного и животного сырья, которое отличается повышенным содержанием физиологически активных веществ по сравнению с аналогичными видами из средней полосы России, а главное, обладает большим структурным их разнообразием (изомеры, гомологи, производные по степени окисленности и т.д.) [Кершенгольц, Жуков, 2006].
Это позволяет избежать при использовании негативных побочных эффектов, характерных для монокомпонентных химико-фармацевтических препаратов.
Один из наиболее эффективных подходов корректировки экологических равновесий в организме человека при действии на него экологически неблагоприятных факторов среды, особенно в условиях действия экстремальных климатических и техногенных факторов, предполагает сочетанное использование детоксикации внутренних сред организма в отношении экзо- и эндотоксинов, и повышения адаптивного потенциала организма путем более эффективного использования природных ФАВ, поступающих в организм с продуктами питания и биопрепаратами [Голдовский, 1941; Duarte., Kovoor, 1965; Майер, 1970; Брехман, 1978; Гаркави и др., 1979; Reigi, 1980; Гриневич и др, 1977); Брехман, Нестеренко, 1988; Кершенгольц и др., 1992, 1995, 2003, 2005; Петрова и др., 1996, 1999, 2000, 2001, 2003]. Правильное питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения, обеспечивающее нормальный рост и развитие человека, способствующее профилактике заболеваний, продлению жизни, повышению работоспособности и создающее условия для адекватной адаптации людей к окружающей среде. У большинства населения России выявляются нарушения питания, обусловленные недостаточным потреблением витаминов, минеральных веществ, жирных кислот, полноценных белков и нерациональным их соотношением. Поэтому особенностью современного этапа развития пищевой промышленности является разработка качественно новых функциональных продуктов питания, способствующих сохранению и улучшению здоровья за счет регулирующего и нормализующего воздействия на организм человека с учетом его физиологического состояния и возраста и увеличивающих адаптивный потенциал организма человека и его устойчивость при жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях среды.
Процесс создания новых лекарств, биодобавок является длительным и требует больших вложений – именно поэтому актуальным является поиск путей повышения интенсивности уже существующих фарм- и биопрепаратов. В литературе известен подход к разработке высокоэффективных лекарственных препаратов, который основан на использовании метода клатрирования (комплексообразования) фармаконов (активного действующего вещества фармпрепаратов) с растительными гликозидами. Созданные таким путём лекарственные композиции имеют существенно меньшую терапевтическую дозу активно действующей субстанции, следовательно, менее токсичны [Душкин и др., 2010; Толстикова и др. 2007]. Привлекательность предложенного подхода состоит еще и в том, что используются композиции известных, клинически обстоятельно апробированных препаратов с нетоксичными веществами. Последние, обычно не обладая базовой активностью, служат для того, чтобы, связываясь в комплекс с фармаконом, обеспечить ему защиту от метаболических превращений (инактивации), более совершенный транспорт и повышенное сродство к рецепторам. Эффект клатрирования фармаконов – получение композиций со сниженными дозами и токсичностью, но сохраняющих высокую базовую активность, доказан для комплексов глицирризиновой кислоты с известными препаратами психотропного (флуоксетин, фенибут), кардиотропного (нифедипин, аллапинин), противовоспалительного (ацетилсалициловая кислота, бутадион, индометацин, ортофен, анальгин) и лютеолитического (простагландин клопростенол) действия [Толстикова и др., 2007]. Также важным является и то обстоятельство, что применение известных веществ позволяет резко снизить затраты на доклинические исследования и клиническую апробацию лекарственных композиций.
Одним из наиболее перспективных направлений является создание механохимических комплексов на основе полимерной матрицы природных поли- и олигосахаридов, пролонгирующих действие активного вещества (фармакона), повышающих его биологический (в том числе терапевтический) эффект в несколько раз, при этом снижая дозу и токсичность.
В качестве фармаконов нередко используются физиологически активные вещества лекарственных растений. Традиционное получение ФАВ из растительного сырья включает обязательную стадию – экстракцию растворителями различной полярности. Недостатками традиционной экстракционной технологии выделения ФАВ являются: использование токсичных и пожароопасных органических растворителей, инактивация части ФАВ в процессе экстрагирования, невысокая степень извлечения за одну стадию обработки, и как следствие, многократное повторение экстрагирования, повышение производственных затрат, загрязнение окружающей среды и потеря части ФАВ [Пономарев, 1976].
Одним из перспективных направлений переработки растительного сырья является использование «free solvent» процессов, таких как механохимическая твердофазная обработка без участия растворителей в одну технологическую стадию. Использование данной твердофазной технологии обработки веществ основывается на физико-химических эффектах, общих для прикладной механохимии – от активации твердых веществ, вследствие разупорядочения и образования дефектов, до осуществления твердофазных химических реакций непосредственно в ходе обработки [Ляхов и др., 2010].
Большая часть ФАВ в растительном сырье связана в водонерастворимые комплексы и лишь небольшая их часть может находиться в биологически доступной форме. Ударно-истирающее воздействие с добавками твердофазных химических реагентов (например, солей), сопровождается, наряду с разрушением клеточных стенок, изменением химического состава компонентов растительного сырья в результате разрыва ряда химических связей (даже таких прочных как β-гликозидных) и протекания химических реакций, вплоть до образования некоторых очень важных ФАВ именно в процессе механохимической обработки сырья. Успешная механохимическая обработка биологического сырья увеличивает как содержание, так и спектр водорастворимых компонентов в конечном продукте.
Ранее были получены предварительные данные, свидетельствующие о том, что интенсивная механоактивация растительного сырья, повышающая степень диспергирования, сопровождается увеличением выхода и разнообразия состава ФАВ [Королев и др., 2003; Иванов и др., 2006], а также их активацией [Душкин и др., 2008; Иващенко и др., 2002]. Показано существенное улучшение фармакологических характеристик малорастворимых лекарственных веществ, различных полисахаридов и β-циклодекстрина за счет их совместной механоактивации [Душкин и др., 2010].
Накопленные в области нутрициологии данные свидетельствуют о том, что в современных условиях жизни для поддержания экологических равновесий в организме человека и адекватного обеспечения потребности организма в необходимых пищевых и ФАВ адаптогенного, иммуномодуляторного и защитного действия, необходимы альтернативные источники, к которым можно отнести дикорастущие съедобные и лекарственные растения Якутии, отличающиеся повышенным содержанием ФАВ с широким спектром действия и полифункциональными свойствами [Юнусов, 1948, 1974; Егоров, 1954, 1969; Слепцова, 1971; Говоров, Торговкина, 1974; Гантимур и др., 1986; Ихсанова и др., 1986; Макаров, 1989; Кершенгольц и др., 1996, 2003, 2005; Кузьмина, 2002; Попова, 2003].
Одними из них являются лишайники [Курсанов, 1945; Моисеева, 1961; Карев и др., 1962; Рыкова, 1980; Соловьева, 2008]. Вместе с тем, во-первых, сами лишайники, обладая повышенной сорбционной активностью, могут в больших количествах сорбировать тяжелые металлы и радионуклиды при произрастании в экологически неблагоприятных условиях. Во-вторых, в слоевищах лишайников значительная часть потенциально биоактивных ФАВ содержится в связанном виде (в том числе β-сахариды находятся в виде очень прочных, негидролизуемых и очень объемных β-полисахаридов, неспособных ни гидролизоваться в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) организма человека, ни, тем более всасываться) и лишь небольшая их часть может находиться в биологически доступной форме.
Разрабатываемые и используемые биотехнологии использования лишайников в целях поддержания и повышения адаптивного потенциала организма человека в условиях экологически неблагоприятной среды, должны отвечать следующим критериям:
– экологической чистоты лишайникового и другого используемого биосырья;
– экологической чистоты самих биотехнологий;
– сохранения экологических равновесий в природе после заготовки слоевищ лишайников.
Разрабатываемые комплексные биопрепараты должны обладать следующими свойствами:
– хорошо всасываться из ЖКТ во внутренние среды организма и транспортироваться через различного рода мембранные комплексы;
– «активный носитель» не должен разрушаться (гидролизоваться, окисляться) во внутренних средах организма;
– «активный наполнитель» должен обладать хорошей сорбционной активностью как по отношению к фармакону, так и к эндо- и экзотоксинам, т.е. как транспортировать фармакон во внутренние среды организма (обеспечивая его высокую усвояемость), так и выводить экзо- и эндотоксины из организма, а также иметь структуру β-гликозидных фрагментов близких к соответствующим структурам гликокаликса клеточных мембран животных клеток, что позволило бы не только повысить трансмембранную активность комплекса ФАВ, но и, при необходимости, повышать активность клеточных функциональных мембранных систем, обеспечивающих трансмембранный транспорт питательных и регуляторных компонентов, продуктов обмена, рецепцию межклеточных регуляторов, межклеточную адгезию и т.д.
Назрела необходимость разработки биотехнологических основ создания биопрепаратов, обладающих универсальной детоксикационной функцией, повышенной активностью и усвояемостью действующего вещества при снижении дозы на основе механохимической активации слоевищ лишайников для повышения устойчивости организма человека к действию различных стресс-факторов среды.