Москва, 2001г. с. 259-262
ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
THE ORGANO-MINERAL ENTEROSORBENTS OF NEW GENERATION
Н.П. Шапкин*, А.Б. Колесников**, А.А. Апанаскевич**, А.С. Скобун***
N.P. Shapkin*, A.B. Kolesnikov**, А.А. Apanaskevich**, A.S. Skobun***
* Дальневосточный государственный университет, г. Владивосток
** О.О.О. "Ковчег-Ш", г. Владивосток
*** Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, г. Владивосток
* Far Eastern State University, Vladivostok
** Limited Company "Kovcheg-Ш", Vladivostok
*** Far Eastern State Technical Fish-Industrial University, Vladivostok
Abstract
The ways of synthesis of enterosorbents of the new generation on base of natural zeolite by its modification with chitosan were worked out. The zeolite was treated by polysacharide in water solution and mechanochemically.
The phisico-chemical properties of modified sorbents have been investigated. The degree of binding strenght of polysacharide doesn't depend on the content of modificatior and method of synthesis but depends on ph-medium.
In research the adsorption of acid and base dyes it was shown, that chitosan film doesn't prevent the adsorption of base dye. The adsorption degree of dyes on modified sorbents increased in compo-rison with the initial zeolite. The zeolite modified by 3% chitosan was proposed as enterosorbent named "chitamin".
Medico-biological properties of chitamin have been investigated and the absence of side phe-nomenons with positive the rapeutics effect was shown that resulted in decreasing of serum urea and serum creatinin to normal values in patients with renal faiture.
Maximum effect was seen in initial stages and the positive dynamics of cholesterol decreasing has been observed on middle stage of cholesteronemia. In patients with faiture after chitamin it was observed the decreasing of abdominal pain, normalization of stool, absence of meteorism simultaneously with the disappearing of allergic reaction.
Введение
Природные полисахариды, хитин, хитозан, обладают рядом ценных свойств, таких как способность к волокно- и пленкообразованию, ионному обмену, проявляют высокую физиологическую активность [1].
Получены косметические препараты, содержащие частицы, покрытые магнийалюмоси-ликатом [2]. Разработан пероральный сорбент на основе целлюлозы и хитозана для удаления уремических токсинов у больных с почечной недостаточностью [3]. Вспененный хитин имеет свойства катионита и сорбирует анионные красители, на их основе получены лекарства с применением гидролиза с лизоцимом и хемотрипсином [4]. Имеется обзор по использованию различных химически модифицированных биополимеров в медицинской и фармацевтической промышленности [5-6].
Экспериментальная часть
В работе были использованы следующие препараты: хитозан панциря камчатского краба, представленного фирмой "Восток-1" (табл. 1) и природный цеолит Чугуевского месторождения Приморского края (табл. 2).
Таблица 1.
Образец |
Н2О, % |
г), мм2/С |
Дезацелирование, % |
Содержание элементов, % |
||
С |
N |
SM |
||||
Хитозан ("Восток- 1") |
8.8 |
88.0 |
84.0 |
41.8 |
7.5 |
0.73 |
Таблица 2.
Образец |
Содержание элементов, % |
|||||||||
SiO2 |
А1203 |
СаО |
Na2O |
К2О |
Fe203 |
MgO |
MnO |
Ti02 |
H20 |
|
Цеолит |
69.01 |
12.64 |
2.16 |
1.10 |
3.1.7 |
1.29 |
0.47 |
0.01 |
0.07 |
9.62 |
Сорбенты получали двумя методами: путем осаждения хитозана из кислых растворов аммиаком (синтезы 10-12) и механохимически(синтезы 1-9) с содержанием хитозана от 3 до 9%. Синтезы 1-9 проводили в вибрационной мельнице при рабочей частоте 5 герц, время синтеза - 1, 2, 3 часа, соотношение массы полезной загрузки к массе насадки - 1.8. ИК-спект-ры были записаны на спектрометре "Impakt" в КВг. Определение содержания ионов металлов измеряли атомно-адсорбционньм методом на спектрометре фирмы "Nippon Jarrell Ash" марки АА-780. Сорбаты: основной краситель - бриллиантовый зеленый, кислый краситель -бромфеноловый синий.
Результаты и обсуждение
Было проведено исследование сорбции красителей кислотной и основной природы модифицированными цеолитами (табл. 3) с целью выяснения влияния условий синтеза на свойства образующихся сорбентов.
Таблица 3.
Химический состав и сорбционные характеристики образцов сорбентов, Модифицированных хитозаном
№ образца |
Способ получения |
Время синтеза |
% полисахарида |
Содержание элементов, % |
Степень сорбции, отн. % |
||||||||
С |
Si |
SM |
N |
Н2О |
красителя |
ионов металлов |
|||||||
кислый |
ОСНОВНОЙ |
Си |
Cd |
Со |
|||||||||
1 |
Механо-химичес-кий синтез |
1ч. |
3 |
1.2 |
33.8 |
7.4 |
0.22 |
11.3 |
8.3 |
81.2 |
29.6 |
23.3 |
21.5 |
2 |
55 |
?9 |
6 |
2.1 |
32.1 |
7.1 |
0.40 |
10.8 |
8.2 |
84.4 |
42.1 |
35.4 |
30.1 |
3 |
55 |
9? |
9 |
4.0 |
31.8 |
6.5 |
0.9 |
11.1 |
22.6 |
83.6 |
40.1 |
32.3 |
30.6 |
4 |
55 |
2ч. |
3 |
1.3 |
34.0 |
7.5 |
0.30 |
11.2 |
10.5 |
82.3 |
20.5 |
20.1 |
29.5 |
5 |
55 |
55 |
6 |
2.5 |
32.8 |
7.0 |
0.50 |
10.1 |
29.5 |
92.1 |
49.9 |
38.3 |
33.5 |
6 |
55 |
55 |
9 |
3.9 |
30.5 |
6.1 |
0.88 |
10.3 |
22.1 |
91.2 |
45.1 |
33.1 |
31.6 |
7 |
55 |
Зч. |
3 |
1.3 |
34.9 |
7.1 |
0.23 |
10.5 |
11.1 |
83.1 |
26.6 |
26.5 |
28.4 |
8 |
55 |
5? |
6 |
2.6 |
32.4 |
6.9 |
0.42 |
9.8 |
28.1 |
90.5 |
47.3 |
37.3 |
32.1 |
9 |
55 |
5? |
9 |
3.8 |
31.8 |
6.1 |
0.85 |
9.9 |
21.2 |
83.5 |
42.6 |
34.5 |
30.9 |
10 |
Осаждение в растворе |
0.5ч. |
3 |
1.25 |
35.0 |
7.8 |
0.31 |
10.8 |
22.6 |
71.8 |
30.1 |
28.1 |
26.4 |
11 |
55 |
55 |
6 |
2.8 |
32.9 |
7.2 |
0.55 |
11.0 |
28.2 |
81.2 |
44.2 |
38.3 |
33.1 |
12 |
55 |
5) |
9 |
4.5 |
32.3 |
6.3 |
0.95 |
ЮЛ |
23.3 |
82.7 |
40.1 |
37.1 |
32.2 |
13 |
Исходный цеолит |
0.0 |
34.8 |
8.5 |
0.0 |
3.0 |
3.0 |
89.0 |
13.8 |
10.9 |
10.5 |
Как показано в таблице 3, максимальное значение степени сорбции основного красителя модифицированных хитозаном сорбентов достигает 92.1%, что несколько выше, чем на исходном необработанном цеолите.
Известно, что поверхность цеолита имеет слабо кислый характер за счет диссоциации силанольных групп [7]. Это обуславливает низкую величину степени сорбции кислого красителя - бромфенолового синего на исходном цеолите. Эта величина находится на уровне погрешности эксперимента. Модификация же кислой поверхности цеолита хитозаном, имеющим в цепи аминные группы, приводит к получению органоминерального сорбента, имеющего нейтральную природу поверхности. В действительности, полученные сорбенты
(образцы 5, 8, 11) имеют степень сорбции по кислому красителю, превышающую в 9 раз на исходном цеолите.
Приведенные данные свидетельствуют об особой структуре покрытия, не мешающего проникновению достаточно крупных молекул красителя к кислой поверхности цеолита. Уменьшение степени сорбции основного красителя с увеличением содержания модификатора подтверждает это предположение (табл. 2). Исследования сорбции красителей проводились в нейтральной среде. Однако энтеросорбенты работают в условиях, где наблюдаются значительные отклонения рН от 7. Нами было проведено исследование устойчивости цеолита с 3% содержания хитозана по отношению к 5% раствора соляной кислоты и 0.5% раствора едкого натра. Устойчивость определяли по величине смыва хитозана с поверхности цеолита в течение часа. При рН=1.5-2 в течение часа происходил смыв хитозана 17.3% по отношению к общей массе хитозана. При рН=12 величина смыва составила менее 1%.
Степень сорбции ионов тяжелых металлов на модифицированных хитозаном цеолитах в 3.5 раза выше степени сорбции на исходном цеолите и в 2.4 раза выше степени сорбции на цеолитах, модифицированных гуминовыми кислотами [8]. Причем, степень сорбции ионов тяжелых металлов сначала закономерно возрастает с увеличением содержания основного полисахарида с 3% до 6%, а затем при 9% и выше снижается, несмотря на большое содержание аминных групп в поверхностном слое (табл. 3). Это связано с тем, что увеличение толщины поверхностного слоя модификатора затрудняет диффузию ионов. Поэтому оптимальное содержание полисахарида на поверхности цеолита составляет 3. Это хорошо прослеживается при исследовании сорбции ионов меди в зависимости от содержания титозана (табл. 4).
Таблица 4. Зависимость сорбционных характеристик от содержания хитозана в природном цеолите
|
Содержание полисахарида в модифицированном цеолите, % |
||||||
0 |
0.5 |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
6.0 |
9.0 |
|
Величина суммарной адсорбции, ао, мг/г |
8.0 |
9.1 |
9.8 |
11.9 |
13.9 |
14.4 |
16.1 |
Величина адсорбции без носителя, аь мг/г |
0 |
1.1 |
1.8 |
3.9 |
5.9 |
6.4 |
8.1 |
Содержание N-гликоза-минных звеньев, ммоль/г |
- |
0.032 |
0.063 |
0.125 |
0.188 |
0.25 |
0.38 |
Содержание ионов меди в хитозане, мг-экв/г |
- |
0.034 |
0.056 |
0.123 |
0.185 |
0.20 |
0.25 |
Отношение аминогрупп к ионам меди |
- |
1:1.1 |
1:0.98 |
1:0.98 |
1:0.98 |
1:0.8 |
1:0.65. |
5
Как показывают данные таблицы 4, наблюдается прямая зависимость степени сорбции
ионов меди с увеличением содержания полисахарида в образце модифицированного сорбента. При этом наблюдается образование аминного комплекса с отношением, близким к единице, до 3% содержания хитозана в образце. При увеличении содержания хитозана в образце до 6% и выше отношение азот-медь падает, указывая на то, что остаются свободные аминогруппы. Такое возможно в случае, если эти группы становятся мало доступны даже при высокой концентрации ионов меди.
Таким образом, данные по сорбции ионов меди подтверждают, что доступность аминогрупп полисахаридной цепи практически не меняется при иммобилизации хитозана до 3% содержания его в образце сорбента. Такие представления хорошо объясняют и сорбцию красителей различной природы. Более высокое содержание хитозана в образце нецелесообразно, так как в связи с увеличением толщины слоя диффузионные затруднения начинают играть главную роль, которые препятствуют проникновению ионов или молекул сорбата внутрь гранулы.
Исходя из вышеизложенного, в клинических испытаниях использовали цеолит с 3%-ным содержанием хитозана (коммерческое название - "Хитамин"). Клинические испытания были проведены в Краевой больнице ветеранов войны и труда (г. Владивосток), Главном госпитале ТОФ (г. Владивосток), НИИ микробиологии и эпидемиологии, НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения СО РАН.
"Хитамин" принимала группа пациентов, страдающих сахарным диабетом и имеющих соответствующие нарушения обмена веществ. Дозировка: 0.6 г два раза в день (утром и вечером) за 1 час до приема пищи. Контролировали сахар в крови, артериальное давление и общий клинический минимум: анализ крови, мочи, а также проводили биохимические исследования: общий белок, мочевина, креатинин, билирубин, прямая и непрямая фракции, ACT и ФЛТ (транс амилаза), щелочная фосфатаза, липидный спектр - холестерин и р-липопротеи-ды, углеводный обмен, исследования анализов мочи (общий анализ, белок, сахар, ацетон). У пациентов с явлением кетоацидоза и ацетонурии при приеме "Хитамина" выявлено, что время выведения из этого состояния уменьшалось на 30% по сравнению с контрольной группой.
У больных с сахарным диабетом после приема "Хитамина" отмечено усиление к "Инсулину", суточная доза которого после применения "Хитамина" снижалась на 4-6 единиц. У пациентов с клиническими признаками почечной недостаточности наблюдалось снижение показателей мочевины и креатинина в крови до нормальных значений. В частности, больная поступила в стационар с сахарным диабетом в стадии декомпенсации, побочные явления:
6
гормоно-зависимая астма, отеки, анемический синдром; анализ крови: гемоглобин - 90 г/л, мочевина - 18ммоль/л, креатинин - 3860 мкмоль/л; артериальное давление -200/100ммрт.ст. После терапии с приемом "Хитамина" и мочегонных препаратов больная похудела на 10 кг (отеки исчезли); анализ крови: гемоглобин -110 г/л, мочевина -11 ммоль/л (норма - 8 ммоль/л), креатинин - 220 мкмоль/л (норма - ИЗ мкмоль/л); артериальное давление - 150/90 мм рт.ст.; приступы бронхиальной астмы исчезли. У больных с нарушенным липидным обменом при приеме только "Хитамина" происходило снижение холестерина с 7.7-7.9 ммоль/л до 6.5-6.4 ммоль/л.
Отрицательных побочных явлений при приеме "Хитамина" не обнаружено. У всех групп больных при приеме "Хитамина" этот препарат показал себя как элемент общеукрепляющей терапии. Наиболее показательными оказались результаты применения "Хитамина" в предоперационном и раннем послеоперационном периодах. Онкологические больные, принимавшие "Хитамин", отмечали улучшение общего самочувствия, нормализацию стула.
Литература
1. Muzzarelli R. AA. Chitin N.-Y. 1977. 309 р.