Никотинатоаскорбат железа: синтез, токсичность, перспективы применения
Дефицит микроэлементов является значимой проблемой современного общества. По статистическим данным, у 70–80% населения страны наблюдается нехватка трех и более необходимых микроэлементов. Существенно распространен дефицит железа — им страдают 25% женского населения страны. Во время беременности дефицит железа может являться причиной нарушения полноценного развития плода. Борьба с дефицитом железа — приоритетное направление работы системы ВОЗ во всем мире.
Железо является жизненно важным микроэлементом в организме человека. Оно выполняет такие функции, как транспорт кислорода, накопление кислорода в мышцах, обеспечение метаболизма клетки, участвует в синтезе гормонов и ферментов. Дефицит железа приводит не только к нарушению процесса кроветворения, анемии, но и к расстройствам иммунной и гормональной систем.
Организации здравоохранения выделяют следующие нормы потребления железа в сутки: для мужчин от 18 лет и старше — 8–10 мг, для женщин — 18 м. Продукты питания, употребляемые человеком ежедневно, часто не могут восполнить суточную норму, что приводит к риску возникновения дефицита железа. В качестве профилактики дефицита железа рекомендуется потреблять достаточное количество таких продуктов, как мясо, птица, рыба, морепродукты, яйца и орехи. Восполнить дефицит железа можно с помощью биологически активных добавок и других лекарственных препаратов.
Хелатные комплексы являются перспективным решением в области биологически активных добавок благодаря высокой биоусвояемости и уникальным биохимическим свойствам. Разработка тройного хелатного железосодержащего комплекса потенциально может способствовать в борьбе с железодефицитными состояниями.
Цели данной работы — разработка тройного хелатного железосодержащего комплекса и исследование острой, подострой токсичности и гематологических показателей лабораторных животных.
Материалы и методы исследования
Синтез хелатного железосодержащего комплекса проводили в ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» с использованием следующих реактивов: витамин В3(х. ч., ООО «ТД “ХИММЕД”», г. Москва, Россия), аскорбиновая кислота (ч. д. а., «ЛенРеактив», г. Санкт-Петербург, Россия), гидроксид бария и сульфат железа (ч. д. а., «Интерхим», г. Санкт-Петербург, Россия).
Для синтеза тройного хелатного железосодержащего комплекса смешивали витамин В3 с аскорбиновой кислотой в мольном соотношении 1:1. Затем к полученной смеси добавляли гидроксид бария, дистиллированную воду и сульфат железа (II). Из полученного раствора удаляли сульфат бария центрифугированием при 3000 об/мин в течение 5 мин.
Квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия железа с витаминами С и В3 проводилось с использованием программы QChem, построение молекул — в молекулярном редакторе IQmol при следующих параметрах построения: расчет — Energy, метод — B3LYP, базис — 6–31 G*, convergence — 5, силовое поле — Ghemical.
В рамках квантово-химического моделирования рассчитывались полная энергия молекулярного комплекса (E), энергия высшей заселенной молекулярной орбитали (EHOMO) и энергия низшей свободной молекулярной орбитали (ELUMO).
Далее проводили исследование влияния разработанного комплекса на гематологические показатели лабораторных животных, а также исследовали острую токсичность.
Для эксперимента использовали самок белых беспородных крыс массой 190–220 г. Животные были помещены в комнату карантинирования и адаптации на 14 суток. Во время этого периода осуществляли ежедневный осмотр внешнего состояния животных. Животные с обнаруженными в ходе осмотра отклонениями в экспериментальные группы включены не были. После карантинного периода животных перевели в экспериментальный зал вивария. Крыс (по 5 голов) содержали в поликарбонатных клетках, покрытых стальными решетчатыми крышками с кормовым углублением.
Животных кормили ad libitum комбикормом полнорационным экструдированным для лабораторных животных (крыс, мышей, хомяков) ГОСТ Р 51849-2011 Р.5 (поставщик ООО «Лабораторкорм», г. Москва, Россия).Животных поили ad libitum из стандартных поилок для грызунов водопроводной водой, соответствующей ГОСТ 51232-98.
Каждому животному был присвоен индивидуальный номер, помечаемый на шерсти. Клетки снабжались этикетками с указанием шифра исследования, вида, пола и группы животных.Выбор доз, кратность и методы введения препарата определяли в соответствии с Руководством по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ (Р.У. Хабриев, Москва, 2005 г.), Руководством по проведению доклинических исследований лекарственных средств (А.Н. Миронов, Москва, 2012 г.), Правилами проведения доклинического исследования лекарственного средства для ветеринарного применения, клинического исследования лекарственного препарата для ветеринарного применения, исследования биоэквивалентности лекарственного препарата для ветеринарного применения (Утверждены приказом Минсельхоза России от 6 марта 2018 года № 101).
Эксперименты на животных проводили согласно правилам, принятым Директивой № 2010/63/eu Европейского парламента и Совета Европейского союза (Directive No. 2010/63/eu of the European Рarlament and of the Сouncil on the protection of animals used for scientific purposes, 22 September 2010), Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей (European Convention for the Protection of Vertebrate Animais Used for Expérimental and other Scientific Purposes (ETS 123). Strasbourg, 1986).
Для изучения острой токсичности никотинатоаскорбата железа при внутрижелудочном введении формировали четыре опытных и одну контрольную группу белых крыс (по 10 особей в каждой группе).
Препарат вводили посредством внутрижелудочного зонда в дозе согласно схеме (табл. 1).
Период наблюдения — 14 суток.
Следили за общим состоянием, поведением, приемом корма и воды, проявлением симптомов интоксикации, возможной гибелью.
Для исследования подострую токсичность при внутрижелудочном введении формировали три опытных и одну контрольную группу белых крыс — по 6 голов в каждой. Препарат вводили животным опытных групп ежедневно один раз в сутки в течение 14 дней посредством внутрижелудочного зонда в дозах 5000, 3000 и 1000 мг/кг по препарату.
В течение всего периода исследований проводили наблюдение за общим состоянием и поведением животных, реакцией на раздражители (звук, свет), проявлением симптомов интоксикации, возможной гибелью.
На 1-е и 14-е сутки опыта регистрировали массу животных (лабораторные весы ViBRA CJ-2200ER, Япония; весы поверены).
На следующие сутки после последнего введения препарата (15-е сутки опыта) отбирали пробы крови (в пробирки с антикоагулянтом и без) для определения гематологических показателей (BC-2800 Vet — гематологический анализатор крови класса 3-diff Mindray, Китай).
Через 7 суток после последнего введения отбирали пробы крови для оценки степени обратимости возможных токсических эффектов после многократного применения препарата.
Статистическую обработку проводили по Стьюденту — Фишеру с использованием t-критерия.
Результаты и обсуждение
На первом этапе проводили синтез тройного хелатного комплекса эссенциального микроэлемента железа и исследовали оптимальный способ координирования железа с витаминами С и В3. Результаты приведены в таблице 2.
Было проведено квантово-химическое моделирование тройного хелатного комплекса эссенциального микроэлемента железа и витаминов C и B3, где рассматривалось взаимодействие атома железа с витамином B3 через карбоксильную группу и третичную аминогруппу в пиридиновом кольце и с витамином C через различные пары гидроксильных групп.
Установлено, что энергетически выгодным и более химически стабильным является взаимодействие атома железа с витамином B3 через карбоксильную группу и третичную аминогруппу в пиридиновом кольце и с витамином C через пару гидроксильных групп, присоединенных к C5 и C6 атомам витамина C (E = -2372,470 ккал/моль, η = 0,153 эВ).
При изучении острой токсичности никотинатоаскорбата железа поведенческие реакции, поедание корма и потребление воды, частота дыхания у всех животных опытных групп оставались в пределах нормы и не отличались от контроля.
За период наблюдения у белых крыс, находящихся в опыте, не было выявлено расстройств пищеварения и мочеотделения. Случаев летального исхода среди животных в ходе опыта не было.
Животные охотно поедали корм, равномерно прибавляли в весе.
Установлено, что токсические дозы превышают максимально возможные концентрации и максимально возможные объемы при внутрижелудочном введении препарата LD50 > 5000 мг/кг.
Таким образом, согласно ГОСТ 32644-2014, никотинатоаскорбат железа относится к V классу опасности, а по ГОСТ 12.1.007-76 — к IV классу опасности «Вещества малоопасные».
Далее исследовали подострую токсичность никотинатоаскорбата железа при внутрижелудочном введении.
Установили, что многократное применение препарата в испытанных дозах не вызывало значимых изменений в клиническом состоянии белых крыс. Поведенческие реакции, поедание корма и потребление воды, частота дыхания у всех животных опытных групп оставались в пределах нормы и не отличались от контроля.
За период наблюдения у крыс, находящихся в опыте, не было выявлено расстройств пищеварения и мочеотделения.
Случаев летального исхода среди животных в ходе опыта не было. Животные охотно поедали корм, равномерно прибавляли в весе.
Статистически значимых различий по данному показателю в ходе опыта не было отмечено.
Не выявлено зависимости от уровня дозирования препарата (табл. 3).
При оценке влияния исследуемого препарата на функциональное состояние центральной нервной системы отмечено, что крысы сохраняли двигательную активность, сопоставимую с активностью у контрольных животных. Подопытные крысы адекватно реагировали на внешние раздражители.
В испытуемом диапазоне доз показатели существенно не изменялись и колебались в пределах контрольных величин (табл. 4).
Все незначительные изменения, обнаруженные в гематологической картине крови подопытных крыс, соответствовали референтным значениям для данного вида животных, что соответствует литературным источникам.
Выводы
В данной работе проводили синтез тройного хелатного комплекса эссенциального микроэлемента железа механохимическим методом. В качестве прекурсора использовали сульфат железа (II) семиводный, а в качестве хелатирующих агентов — витамин С и никотиновую кислоту (витамин В3).
Проведение компьютерного квантово-химического моделирования позволило определить оптимальную модель взаимодействия атома железа с витаминами С и В3: координирование происходит через азот пиррольного кольца и карбоксильную группу никотиновой кислоты и через гидроксильные группы аскорбиновой кислоты, присоединенные к С5 и С6 атомам углерода.
Исследование влияния железосодержащего комплекса на острую токсичность показало, что среднесмертельная пероральная доза никотинатоаскорбата железа составляет более 5000 мг/кг, в соответствии с чем полученный комплекс можно отнести к малоопасным веществам.
При изучении подострой пероральной токсичности на крысах установлено, что многократное применение никотинатоаскорбата железа во всех испытанных дозах не вызывает значимых изменений в клиническом состоянии белых крыс.
Все изменения, обнаруженные в гематологической картине крови подопытных крыс, соответствовали физиологическим нормам для данного вида животных.
Не установлено негативного воздействия на основные физиологические функции организма, что подтверждает хорошую переносимость препарата.
Тройной хелатный комплекс эссенциального микроэлемента железа — никотинатоаскорбата железа — во всех испытанных дозах не оказывал влияния на содержание эозинофилов, что может служить косвенным доказательством отсутствия аллергизирующего действия.
Об авторах
Андрей Владимирович Блинов 1, кандидат технических наук, доцент департамента функциональных материалов и инженерного конструирования
blinov.a@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4701-8633
Артём Владимирович Самоволов 1, ассистент кафедры технологии переработки нефти и промышленной экологии
artem.samovolov@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-5570-6201
Елена Сергеевна Кастарнова 1, 2, кандидат биологических наук, доцент, и. о. заведующего
кафедрой фармакологии 1; кандидат биологических наук, доцент, научный сотрудник
кафедры терапии и фармакологии 2
elena-kastarnova@mail.ru https://orcid.org/ 0000-0003-2843-2473
Екатерина Дмитриевна Назаретова 1, лаборант департамента функциональных материалов
и инженерного конструирования
ekaterina.nazaretova@mail.ru https://orcid.org/ 0000-0002-1850-8043
Зафар Абдулович Рехман 1, преподаватель департамента функциональных материалов и инженерного конструирования
zafrehman1027@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-2809-4945
Максим Борисович Ребезов 3, 4, доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных
наук, профессор, главный научный сотрудник 3, доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор кафедры биотехнологии и пищевых продуктов 4
rebezov @ya.ru https://orcid.org/0000-0003-0857-5143
1 Северо-Кавказский федеральный университет, ул. им. Пушкина, 1, Ставрополь, 355002, Россия
2 Ставропольский государственный аграрный университет, пер. Зоотехнический, 12 Ставрополь, 355035, Россия
3 Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук, ул. им. Талалихина, 26, Москва, 109316, Россия
4 Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Карла Либкнехта, 42, Екатеринбург, 620075, Россия
УДК 636.084.085.12:612.392.6
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-392-03-137-143
Просмотров: 419
