Лецитины (холинфосфоглицериды) в живом организме являются основополагающим веществом для формирования межклеточного пространства, нормального функционирования нервной системы и рабочей деятельности мозговых клеток, служат одним из основных материалов печени. Смесь лецитинов и кефалинов содержится во всех без исключения животных и растительных тканях и почти во всех жидкостях животного организма. Так, из лецитина состоит 50% печени, 1/3 мозговых изолирующих и защитных тканей, окружающих головной и спинной мозг. Лецитины обеспечивает избирательную проницаемость и транспортную функцию клеточных мембран (участвуют в транспорте питательных веществ, витаминов и лекарств к клеткам), являются мощным, естественным для живого организма антиоксидантом и предупреждают образование высокотоксичных свободных радикалов. Транспортная функция лецитинов основана на поверхностно-активных и эмульгирующих свойствах молекул. Функционирование биологических объектов определяется и зависит от молекулярных кооперативных структур [9]. Так, агрегация лецитинов в нормально функционирующем живом организме сопровождается формированием ламеллярных бислоев, внутри которых аккумулируются водорастворимые и жирорастворимые биологически активные вещества и вода (рис. 1).
|
|
|
|
а) |
б) |
Рис. 1. Виды бислоев, сформированных дифильными молекулами лецитина, и включение в них различных биологически активных веществ: а) плоскостная структура бислоя в соответствии с геометрической моделью мицелл;
б) сферическая структура бислоя
Возможно образование не только плоскостных бислоев, но и сферических структур в формате бислоя (рис. 1), в которых водорастворимые биологически активные вещества и вода включаются во внутренний объем сферы, а жирорастворимые биологически активные вещества – в пространство внутри слоя. Именно в такие структуры-каркасы возможно включение различных фармакологически активных веществ и получение современных липосомальных лекарственных форм и ультраэмульсий [2].
Формирование периодических структур, называемых автоволновыми, выявлено для объектов живой и неживой природы. Автоволновые структуры в неживой природе характерны для осадков оксигидратов переходных металлов [5], в живой природе автоволновые образования наблюдаются при дегидратации сыворотки крови или растворов белков [9]. Причем структурная самоорганизация биологических жидкостей имеет свои особенности для нормы и патологических состояний. Лецитин является биологическим объектом, и, как было сказано ранее, в водных растворах могут формироваться коллоидные структуры ламеллярного или сферического строения. Изменение концентрации лецитина или изменение любого другого параметра окружающей среды может привести к периодическому изменению структурных и вязкостных характеристик объекта, содержащего лецитин. Образование ламелей лецитинов в растворе должно определенным образом отражаться на вязкости биологической системы. Если лецитин является компонентом жидкой лекарственной формы, то вязкость данной лекарственной формы при хранении и при попадании в организм человека будет изменяться под воздействием различных температур. При этом возможна перестройка ламеллярных образований. В связи с этим целью данного исследования являлось изучение коллигативных и вязкостных свойств водных растворов лецитина соевого, выявление возможных периодических изменений указанных характеристик и определение границ применимости уравнения Эйнштейна для описания функций вязкости.
Материалы и методы исследования
В качестве объекта исследования использовали водные растворы лецитина соевого (комплекс фосфолипидный гранулированный (лецитин соевый), изготовитель – ООО «Балтик Гранд Сервис», г. Санкт-Петербург). Вязкость растворов определяли при помощи капиллярного вискозиметра серии ВПЖ-2 (диаметр капилляра 0,73 мм, константа капилляра 0,02863 мм2/с2). Термостатирование при различных температурах осуществляли при помощи термостата ТС-1/80 СПУ и холодильной камеры. Определение температуры замерзания проводили на автоматическом криоскопическом осмометре ОМТ–5–02. Предварительно прибор калибровали с помощью серии растворов рабочих стандартных образцов натрия хлорида. Испытуемые растворы лецитина соевого различной концентрации помещали в кювету прибора, погружали в термостат с контролируемой температурой и замораживали. Осмолярность раствора автоматически определяется по фиксированной температуре замерзания.
Результаты и их обсуждение
На рис. 2 представлены графические зависимости динамической
вязкости водных растворов лецитина соевого от концентрации при различных
температурах. Форма кривых кинематической и относительной вязкости аналогична и
на начальных участках (при концентрации лецитина до 2% включительно) может быть
аппроксимирована прямой. Уравнение для аппроксимации изменения относительной
вязкости растворов от концентрации лецитина соевого 
аналогично
уравнению Эйнштейна для описания относительной вязкости растворов
высокомолекулярных веществ, не взаимодействующих с молекулами растворителя
(табл. 1).
Рис. 2. Зависимость динамической вязкости водных растворов лецитина соевого
от концентрации при различных температурах (1–8 °С; 2–16 °С; 3–25 °С; 4–30 °С)
Близость коэффициента 
к
единице свидетельствует о применимости классического уравнения Эйнштейна к
описанию вязкости водных растворов лецитина в данном интервале концентраций.
Указанные прямолинейные участки кривых относительной вязкости лецитина при
различных температурах практически совпадают. Графическое изображение
концентрационных срезов кинематической вязкости водных растворов лецитина (рис.
3) подтверждает вывод о том, что относительная вязкость водных растворов
лецитина практически не зависит от температуры в интервале от 8 до 30 °С
при концентрации лецитина соевого не выше 2%. Угловые коэффициенты
аппроксимирующих линейных зависимостей 1, 2 и 3 (рис. 3) составляют величину
порядка -0,03 – -0,04 с ошибкой определения, сопоставимой со значениями данных
коэффициентов. Это означает, что угловые коэффициенты указанных зависимостей
незначимо отличаются от нуля.
Таблица 1
Результаты аналитической аппроксимации значений относительной вязкости водных
растворов
лецитина (С ≤ 2,0%) при различных температурах по уравнению
|
Температура, °С |
Коэффициент
|
Коэффициент
|
Коэффициент корреляции |
|
30 |
1,078 |
33,346 |
|
|
25 |
1,033 |
38,327 |
|
|
16 |
0,998 |
40,066 |
|
|
8 |
1,069 |
35,391 |
|
Рис. 3. Концентрационные срезы изменения кинематической вязкости водных растворов лецитина соевого от температуры (1 – 0,5%-ный раствор (R=-0,97); 2 – 1,2%-ный раствор (R=-0,98); 3 – 2%-ный раствор; 4 – 3,8%-ный раствор (R=-0,99); 5 – 5%-ный раствор(R=-0,99))
При концентрациях лецитина выше 2,5% отклонения концентрационных зависимостей относительной вязкости от линейного закона становятся существенными, и экспериментальные данные при различных температурах удовлетворительно аппроксимируются полиномами второй степени (табл. 2). Линия концентрационного среза 5 для концентрации лецитина 5% имеет угловой коэффициент, значимо отличающийся от нуля (-0,13±0,04).
Таблица 2
Значения полиномиальных коэффициентов для зависимостей относительной вязкости
водных растворов лецитина (С ≥ 2,5%) при различных температурах
|
Температура, °С |
Коэффициенты
полинома второй степени |
||
|
a |
b |
c |
|
|
30 |
1,129 |
23,305 |
362,827 |
|
25 |
1,158 |
13,864 |
875,665 |
|
16 |
1,099 |
19,204 |
794,961 |
|
8 |
1,222 |
6,025 |
1042 |
Ламеллярные структурные образования, характерные для
агрегированного лецитина, имеют выраженную анизодиаметричность, что находит
отражение в экспериментально найденных значениях коэффициента 
- они на порядок превышают значения,
найденные для белков со сферической глобулярной конформацией молекул [1; 3; 4;
6]. Если для водных растворов альбумина и интерферона лейкоцитарного
человеческого 
, то для водных растворов
лецитина соевого находится в интервале от 30 до
40. Причем величина коэффициента претерпевает
некоторые изменения в изученном интервале температур 8–30 °С:
найденные значения образуют полупериод
периодической кривой (рис. 4). Поскольку изучен небольшой интервал температур,
данный вопрос по периодическому изменению свойств требует дальнейших
исследований.
Рис. 4. Влияние температуры на коэффициент α, входящий в уравнение Эйнштейна
Выводы
1. Определены границы применимости уравнения Эйнштейна для описания концентрационных и температурных зависимостей вязкости растворов лецитина соевого. Статистически установлена линейная зависимость между относительной вязкостью раствора и массовой долей лецитина соевого при концентрации менее 2,5%.
2. Полиномиальная зависимость относительной вязкости от концентрации найдена для диапазона концентраций лецитина соевого 2,5–5%.
3. Подтвержден вывод о том, что в биологических системах, включающих молекулы белков и лецитина, в значения коэффициентов в уравнении Эйнштейна заложена не только форма частиц вещества в растворе, но и способность молекул к агрегации, ассоциации и сольватации.
Рецензенты:Смолко В.А., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет), г. Челябинск;
Колесников О.Л., д.м.н., профессор, ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет», г. Челябинск.