М.Г Воронков, В.П. Барышок Новосибирск, изд. СО РАН, 2005, 255 с.
Открытие в 1963 г. М.Г. Воронковым специфической физиологической активности этих соединений кремния, названных позже силатранами, не только опрокинуло устоявшиеся представления о биологической инертности соединений кремния, но и инициировало интенсивные исследования в этой области.
Благодаря исследованиям школы Воронкова М.Г. кремний не остался лишь основой синтетических полимерных материалов – силиконов, обладающих замечательными техническими характеристиками, а стал основой новой отрасли науки – биокремнийорганической химии.
Спектр биологической активности силатранов необычайно широк: от противоопухолево эффекта до интенсификации биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, от нейротропного до мембраностабилизирующего действия.
Силатраны, как соединения, обладающие клеточной структурой и содержащие кремний как микроэлемент, оказывают физиологическое действие на живые организмы, находящиеся на всех этапах эволюционного развития (от микроорганизмов до человека). Это отчетливо прослеживается на любом уровне организации живой материи – молекулярном, клеточном, органном, системном.
Несмотря на постоянное присутствие кремния в биосфере, в современной нам живой природе не наблюдается его существенная ассимиляция и концентрирование. Исключение составляют древнейшие представители флоры и фауны – диатомовые водоросли, силикатные бактерии, мшанки, губки, насекомые и некоторые растения: хвощ полевой, крапива, горец птичий, в организме которых содержание кремния относительно велико.
Жизнеспособность всех земных организмов при той или иной температуре определяется устойчивостью клеточных мембран и определенной пространственной структуры белков – аминокислот, соединенных пептидными связями в установленном порядке.
Одним из путей повышения стабильности клеточных структур могут быть их невалентные взаимодействия с мономерной и олигомерными кремнекислотами.
Действительно, сохранившиеся до наших дней древние формы кремнефильных организмов способны обитать в экстремальных условиях: диатомовые водоросли – в холодных районах океанов, губки, насекомые, мшанки – в горячих вулканических и техногенных источниках.
Установлено, что в диапазоне температур среды 32-52оС содержание кремния в гидробионтах-с повышением температуры на 1оС возрастает в среднем на 0,6%, а при переходе через 42оС – увеличивается скачкообразно (в среднем на 3,9% на 1оС).
В организме теплокровных животных и человека, довлеющих к более умеренной температуре обитания, кремния меньше, чем углерода в 4000 раз.
Однако организм и высших животных, и человека испытывает воздействие сезонных и суточных перепадов температуры, а также ее колебаний вследствие реакции на клеточном уровне, вызванных болезнетворными организмами и некоторыми веществами. Если найденные природой на ранних этапах эволюции механизмы стабилизации клеточных структур с участием соединений кремния действительно эффективны, следует ожидать их проявление в организме высших животных и человека.
Во всем организме человека содержание кремния составляет 0,01% его веса. Но если в крови его содержится от 0,1 до 0,9 мг%, в мышцах – от 2 до 8 мг%, то в иммунокомпетентных органах: вилочковой железе – 310 мг%, надпочечниках – 250 мг%.
По-видимому, не случайно в народной медицине издавна широко использовались настои, экстракты, отвары растений с повышенным содержанием кремния, лечебное воздействие которых прямо или опосредовано обусловлено их влиянием на иммунную систему.
Аморфный диоксид кремния является одним из наиболее широко используемых средств в гомеопатии для лечения лимфатических желез и опорных тканей (кожи, костей, суставов, надкостницы), т.е. тканей, содержание кремния в которых относительно велико.
Тем не менее, столь широкое распространение кремния в неживой природе, с одной стороны, и низкое, почти на уровне случайных включений или ошибочных измерений, его содержание в большинстве живых организмов, с другой стороны, долгое время являлось причиной скептического отношения большинства ученых к самой мысли об участии этого элемента в биологических процессах.
В числе немногих ученых, почти не услышанных современниками, был Луи Пастер, еще в 1878 г. предрекавшим в своем докладе «Химические методы лечения. Перспективы применения кремния» терапевтическое будущее соединениям кремния, а также фармаколог Гуго Шульц, экспериментально опровергавший «теорию» балластного включения кремния в органы и ткани животных и человека. Однако еще почти столетие мнение априори о биологической инертности (бесполезности для живой природы) кремния с завидным постоянством тиражировалось на страницах книг и учебников.
Так случилось, что в один и тот же период, в 60-е годы ушедшего столетия, началось и стремительное (без изучения отдаленных последствий) внедрение кремнийорганических полимеров (силиконов) в медицину и косметологию, и в Институте органического синтеза Латвийской академии наук были начаты работы по исследованию биологической активности соединений кремния.
Первым из авторов настоящей работы, М.Г Воронковым, среди нового класса органических соединений пентакоординированного кремния, названного нами силатранами, были открыты вещества, обладающие необычно высокой специфической токсичностью для теплокровных животных.
Это открытие нанесло сокрушительный удар по доминировавшим в науке представлениям о биологической инертности соединений кремния по отношению к живым организмам, привело к переосмыслению роли этого элемента в живой природе и явилось отправным пунктом создания новой области науки на стыке химии, биологии и биохимии – биокремнийорганической химии.
В ходе становления этой области науки выкристаллизовались три основные направления ее развития:
1) создание кремнийсодержащих аналогов изоструктурных фармакологических препаратов и средств защиты растений, в которых отдельные атомы углерода или гетероатомы заменены атомами кремния («сила-фармака»);
2) модификация фармакологических препаратов и биоцидов соединениями кремния с образованием гидролитически лабильных связей Si-O-C или Si-O-N для изменения характера воздействия, скорости метаболического распада и транспорта активного агента к клеткам биообъекта;
3) синтез биологически активных соединений кремния, принципиально отличающихся по структуре от известных фармакологических препаратов и биоцидов.
Силатраны – внутрикомплексные трициклические кремниевые эфиры триэтаноламина с общей формулой RSi(OCH2CH2)3N и их производные, биологической активности которых посвящен настоящий обзор, являются наиболее исследованными представителями третьего – еще трудно прогнозируемого, но, по нашему мнению, самого интересного направления биокремнийорганической химии.
Некоторые из них обладают настолько широким спектром биологической активности, что нашли применение одновременно в медицине, косметологии, животноводстве, птицеводстве, практической энтомологии и растениеводстве.
Влияние ЧЕРКАЗА на физиологические показатели животных и птиц
Важная роль кремния в физиологических и биохимических процессах живых организмов в настоящее время надежно доказана. Хотя относительное содержание этого элемента в организме животных незначительное, оно существенно зависит не только от природы органов и тканей, но и от вида животного, его физиологического состояния и даже географического районирования.
Например, в крови сельскохозяйственных животных северо-западного Причерноморья наименьшее содержание кремния наблюдается у овец (в среднем 0,42 мг%). При этом у овец цигайской породы на 75% выше (0,54 мг%), чем у асканийской (0,31мг%).
В крови крупного рогатого скота и свиней уровень кремния выше, чем у овец, в среднем на 20 и 85% соответственно. В крови стельных коров содержится 0,55 мг% кремния, а после отела – 0,48 мг%. Содержание кремния в крови бычков 0.74 мг%, а у кастрированных бычков – 0,31 мг%. При патологии органов кремний транспортируется в них из других тканей и его содержание может возрастать в несколько раз.
Действие на норок изучено влияние 1-этоксисилатрана (ЭС) на рост, гематологические и биохимические показатели крови молодняка норок. Данные патогисталогических, гистохимических исследований свидетельствовали о стимулирующем воздействии ЭС на белковый, жировой и углеводный обмен в клетках печени и почек. Нормализуя обмен веществ в печени, ЭС одновременно повышает репаративную способность этого органа. Наиболее благоприятное воздействие на паренхиму исследованных органов ЭС оказало в дозах 5 и 10 мг на 1 кг живой массы. Количество особо крупных шкурок возрастало с увеличением дозы ЭС.
Действие на овец. Влияние 1-хлорметилсилатрана как источника микроэлемента кремния в рационах на рост и развитие молодняка овец изучено в сравнении с силикатом калия. В качестве «оптимальной» дозы, компенсирующей дефицит кремния в основном рационе, использовался ХМС в количестве 83 мг на одно животное в сутки в первой половине откорма, во второй – 497 мг. В сравнении с контрольной группой абсолютный прирост живой массы валухов, получавших ХМС, в конце откорма составил 26,69-27,42 кг (111-114% к контролю).
В среднем за опыт среднесуточный прирост в группе животных, получавших «оптимальную» дозу ХМС, составил 150 г, что на 13,6% выше, чем на контроле.
Применение ХМС в рационе зрелых валухов породы «прекос» увеличивало настриг у них шерсти и выход чистой шерсти на 10,9 и 0,5% по сравнению с этими показателями в контрольной группе.
Действие на свиней. Влияние ХМС и ЭС на рост молодняка свиней изучено на поросятах раннего отъема с физиологической незрелостью (живым весом 3,9-4,0 кг). В отличие от контрольных, поросята опытных групп с комбикормом СК-3, СК-4, СК-5, сухим молоком по технологической схеме дополнительно получали ЭС или ХМС ежедневно в дозе 5 мг на 1 кг живой массы на протяжении 97 дней.
Оба силатрана повышали резистентность поросят, нормализовали в их организме обменные процессы. В крови поросят увеличивался до нормы эритропоэз, возросли бактерицидная активность, содержание гамма-глобулинов.
ЭС и ХМС стимулировали восстановительные процессы в организме поросят гипотрофиков, ускоряли их рост и развитие. Обычно при гипотрофии поросят общее улучшение состояния их здоровья начинается с 7-10 дня, нормализуется температура тела и аппетит, улучшается здоровье и внешний вид, шерстный покров приобретает естественный блеск. Изначально пониженный вес тела существенно компенсируется к 20-у дню.
По сравнению с контролем добавка в рацион ХМС повышала среднесуточный привес поросят на 15-20 гр. В период доращивания это различие еще более возросло и составило 33-39 г.
Действие на крупный рогатый скот. Ежедневное скармливание ХМС в дозах 5 и 20 мг/кг в течение месяца молодняку крупного рогатого скота повышало по сравнению с контролем прирост живой массы на 5-10%.
Включение 0,005-0,02% ЭС и ХМС в соевом размоле оказалась наиболее эффективной при изучении влияния этих стимуляторов в составе соесодержащего корма на молочную продуктивность коров. ЭС и ХМС вводились с кормом, начиная с 60 суток перед отелом и в течение 200 суток лактации. Коровы контрольной группы получали стандартный рацион, включающий термически обработанный размол сои. Животным 1-й группы дополнительно в соевый размол вводилось 0.015% ЭС, 2-1 – 0,020% ЭС, 3-й – 0,015% ХМС и 4-й – 0,020% ХМС.
За период наблюдения молочная продуктивность коров, получавших в рационе ЭС и ХМС, по сравнению с контролем была выше на 5,0-7,6%. Молоко коров опытных групп имело лучший компонентный состав.
КРАТКО ОБ ИРКУТИНЕ
Научный руководитель Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского Сибирского Отделения РАН академик Борис Александрович Трофимов знает самые тонкие подробности жизни молекул и умеет договариваться с мельчайшими частицами так, чтобы они работали на благо и здоровье человека:
- Мы, как и любой академический институт, занимаемся прежде всего фундаментальными исследованиями. Нас интересует поиск новых закономерностей образования молекул, причем именно тех молекул, которые нужны людям. Результат исследований – синтез новых лекарственных препаратов. У нас около 2 тыс. документов, защищающих наши права на те или иные полезные вещества – в основном лекарства.
- Во времена Советского Союза у нас был отдел по исследованию биологической активности, но, к сожалению, в результате серьезного сокращения мы лишились наших биологов и медиков.
Остались одни химикисинтетики, спектроскописты и теоретики (квантовые химики).
Но академик Воронков на новом уровне продвинул исследования, направленные на получение новых медицинских препаратов.
Он создал совершенно новое в мире направление, основанное на использовании кремнийорганических соединений.
Академик впервые показал, что не только органические соединения могут быть невероятно активны: так, им основана биокремнийорганическая химия, благодаря которой создано несколько интересных и перспективных препаратов.
Еще в Советском Союзе родились кремнийорганические препараты типа мивала, мигугена – стимуляторы и адаптогены, стимуляторы роста растений.
Были также и другие препараты, не только кремнийорганические. Некоторые из них проходили под разными названиями.
Например, Иркутин позже стал называться Крезацином и Трекрезаном.
Это тоже адаптоген и стимулятор, повышающий работоспособность человеческого организма в трудных условиях. Он близок к природным гормонам класса арилуксусных кислот. Это соль крезоксиуксусной кислоты с триэтаноламином.
#ЗдравоохранениеЖивотных #Кремний #ОрганическийКремний #Биокремний #Силатран # #Черказ #Крезацин #Иркутин #Трекрезан #Криопротектор #Адаптоген
У НАС НА САЙТЕ:
1. Новый адаптоген и биостимулятор продуктивности животных Терра&Ферм. Кормовая биодобавка «Терра&Ферм 1.1» предназначена для формирования и биокоррекции продуктивного здоровья животных, птицы, рыбы и пчел
2. Всё об Иркутине. Биостимулятор продуктивности в животноводстве.
Доказательные исследования:
1. Влияние силатранов на физиологические функции животных и птиц.
3. Использование кремнийорганической добавки Черказ в рационах кур-несушек кросса Хайсекс браун.
4. Эффективность применения препарата "Черказ" в рационах кур-несушек.
5. ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА "ЧЕРКАЗ" НА БАЛАНС АЗОТА И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН В ОРГАНИЗМЕ ПТИЦЫ.
7. Особенности роста и развития ремонтного молодняка кур при включении в кормосмесь препарата «Черказ».
10. Силатраны в медицине и сельском хозяйстве.