Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

О КОЛЛИГАТИВНЫХ И ВЯЗКОСТНЫХ СВОЙСТВАХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЛЕЦИТИНА

Миняева О.А. 1 Зацепина М.Н. 1 Сидорченко А.С. 1
1 ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет»
Изучены коллигативные и вязкостные свойства водных растворов лецитина соевого, как компонента лекарственных форм, выполняющего эмульгирующую и транспортную функции за счет формирования молекулярных и надмолекулярных кооперативных структур. Экспериментально показано, что концентрационные зависимости относительной вязкости водных растворов лецитина соевого (С ≤ 2%) описываются уравнением Эйнштейна с поправкой на величину и физический смысл коэффициентов, и относительная вязкость растворов практически не зависит от температуры в интервале от 8 до 30 °С. При содержании лецитина соевого в системе от 2,5 до 5% кривые концентрационных зависимостей вязкости удовлетворительно аппроксимируются полиномами второй степени, и фиксируется снижение вязкости растворов с ростом температуры. Осмотическое давление и эффективная осмотическая концентрация водных растворов лецитина соевого при содержании лецитина до 5% незначимо отличаются от нуля.
ламеллярные структурные образования.
уравнение Эйнштейна
динамическая и относительная вязкость
кинематическая
лецитин соевый
1. Евсельева Е.А., Симонян Е.В., Миняева О.А. Определение молекулярных параметров и коллигативных свойств водных растворов альбумина // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. – С. 1023.
2. Медведев С.А., Нарышкина С.Л. Эффективность применения лецитиновой ультраэмульсии противотуберкулезных препаратов в лечении впервые выявленных больных туберкулезом легких // Сибирское медицинское обозрение. – 2009. – № 6. – С. 41-45.
3. Миняева О.А., Ботова Д.И., Нелюбина Е.С. Концентрационные зависимости вязкости белковых систем и рефрактометрический анализ растворов белков // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – С. 1797.
4. Миняева О.А., Ботова Д.И., Нелюбина Е.С. Коллигативные свойства растворов интерферона альфа лейкоцитарного человеческого // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – С. 800.
5. Миняева О.А. Изучение процессов формообразования и эволюции в гелях оксигидратов иттрия и гадолиния : дис. … канд. хим. наук. – Челябинск, 1998.
6. Миняева О.А., Симонян Е.В., Евсельева Е.А., Позднякова Е.С., Музафарова А.Р., Саедгалина О.Т. Совершенствование способов контроля качества белка в препаратах иммуноглобулина // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 1. – С. 364.
7. Поляк Р., Кату Р. Иммуноглобулины / под ред. Г. Литмена, Р. Гуда. – М. : Мир, 2001. – 495 с.
8. Физическая и коллоидная химия : учеб. для фармац. вузов и факультетов / под ред. проф. Беляева А.П. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 700 с.
9. Шатохина С.Д., Шабалин В.Н. Аутоволновые процессы в сыворотке крови // Альманах клинической медицины. – 1999. – № 2. – С. 354-363.
10. Шульц Г., Ширмер Р. Принципы структурной организации белков / под ред. Е.М. Попова. – М. : Мир, 1999. – 355 с.
Медицина и фармация используют в своем арсенале множество лекарственных препаратов, произведенных из биологических объектов. Это препараты крови и плазмы крови, препараты, содержащие определенный набор аминокислот, биологически активные добавки, включающие лецитин, витамины, ферменты, энзимы и т.д. Молекулы биологических жидкостей не только перемещаются на определенные расстояния, но и принимают необходимую пространственную ориентацию [7; 8; 10]. Структура биологических жидкостей характеризуется наличием дальнего порядка, т.е., помимо согласованного взаимного расположения и ориентации близко расположенных групп и сегментов молекул (ближний порядок), проявляется согласованное действие молекул определенного функционального назначения. Это отражается на коллигативных и вязкостных свойствах систем, содержащих биологические жидкости.

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

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.

 


Библиографическая ссылка

Миняева О.А., Зацепина М.Н., Сидорченко А.С. О КОЛЛИГАТИВНЫХ И ВЯЗКОСТНЫХ СВОЙСТВАХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЛЕЦИТИНА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-2. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19873 (дата обращения: 07.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074