Гуанидин

Применение производных гуанидина в сельском хозяйстве и в медицине

Постепенное внедрение современных технологий в привычный ход сельскохозяйственного производства невозможны без применения более широкого спектра средств для защиты растений и животных. Перечень активно применяемых пестицидов стремительно расширяется, и в него добавляются новые химические соединения. Одним из малоизученных, но достаточно перспективных препаратов являются производные такого вещества как гуанидин.

Хоть этот компонент давно присутствует в объектах животного и растительного происхождения, соединения на основе гуанидина отличаются токсичным эффектом. 17 лет назад уже были зафиксированы эпизоды массового отравления людей антисептическими средствами на основе гидрохлорида полигексаметиленгуанидина. Но, тем не менее, производные этого компонента по-прежнему востребованы в ветеринарной медицине и сельском хозяйстве.

Цель научной статьи – систематизировать и обобщить информацию, которая уже есть о применении в сельском хозяйстве и разных отраслях медицины производных гуанидина.

Как было открыто вещество?

Гуанидин, химическая формула которого ((NH2)2C = NH) – это бесцветное вещество, которое является одним из наиболее сильнодействующих среди известных однокислотных химических оснований. Предшественником этого вещества является гуанин. Он был синтезирован из гуано, поэтому и получил такое название.

Впервые получил гуанидин в 1861 году ученый Адольф Фридрих Людвиг Штреккер – он действовал на гуанин бертолетовой солью и соляной кислотой. Спустя 7 лет уже другой ученый, Эмиль Эрленмейер, синтезировал это вещество с помощью цианамида и аммиака.

Что же являют собой производные гуанидина – полигуанидины? Это дезинфицирующие средства пролонгированного действия, которые отличаются малотоксичным эффектом. Основным представителем этой группы является полигексаметиленгуанидин (ПГМГ), который был впервые синтезирован в 1940 году химиками Коффманом и Болтоном из США.

Краткая характеристика ПГМГ

Гуанидины – это группа соединений органического типа с общей структурой (R1R2N)(R3R4N)C=N‒R5.

Получить их можно несколькими способами:

• соединением солей аммония с циангуанидином или мочевиной;
• путем гидрогенолиза на никеле Ренея циангуанидина;
• реакцией взаимодействия на эфиры ортоугольной кислоты аммиака;
• синтезом из отходов от производства мочевины – для этого используются ионообменные смолы;
• методом термолиза тиомочевины или роданида аммония.

Гуанидин в чистом виде очень токсичен. При попадании на оголенный участок кожи он вызывает щелочный ожог. Гидрохлорид гуанидина, согласно гигиеническим нормативам, относится ко 2 классу опасности по уровню своей токсичности.

Действие полигексаметиленгуанидина гидрохлорида на кожу и слизистые оболочки не менее сильное – это вещество вызывает сильное раздражение. Отравление им приводит к поражению печени, органов дыхания, почек, нервной системы. Из-за его пагубного воздействия нарушается обмен белков и углеводов в организме, меняется морфологический состав крови, ухудшаются окислительно-восстановительные процессы. Полигидрохлорид относят к 3 классу опасности.

Где гуанидин содержится в естественных условиях?

Ученые выделяют это вещество из самых разных объектов животного и растительного происхождения – например, из плодов и листьев, мочи и крови животных. Производные гуанидина – жизненно важный биологический компонент, обеспечивающий аргинином и креатинином организмы животных и клетки растений.

Чем так важен аргинин? Данная условно заменимая аминокислота играет очень важную роль в энергетическом и пластическом обмене, она также регулирует метаболические и иммунные процессы.

Креатинин – один из компонентов энергообмена в разных видах тканей, он является одним из метаболитов реакций аминокислотно-белкового обмена. Наличие креатинина в крови и его количество – один из важных показателей нормальной работы почек. Эти 2 аминокислоты (креатинин и аргинин) служат строительной базой для молекул белков – полипептидов.

В рыбах, которые относятся к отряду четырехзубообразных, а также в синекольчатом осьминоге содержится большое количество тетродотоксина. Это ядовитое вещество гуанидиновой группы, в составе которого есть аминопергидрохиназолин. Впервые тетродотоксин был синтезирован в 1972 году в Японии. Эта производная гуанидиновой группы очень биологически активна и токсична, но в небольших дозах обладает спазмолитическими и обезболивающими свойствами. Эта особенность тетродоксина активно применяется в медицине для больных раком, которые страдают от сильных болей во время лечения.

В естественных условиях гуанин содержится в чайных листьях. В токсичный гуанидин он способен превратиться при длительном стоянии заваренного чая и при его последующем подогревании.

Варианты применения производных гуанидина в сельском хозяйстве

Это вещество и его производные можно применять в процессе консервации семян сельскохозяйственных растений. Чем они полезны? К примеру, метацид и фогуцид помогают замедлить темпы размножения бактерий.

Паноктин, который относится к алифатическим аминам и представляет собой смесь продуктов из полиаминов, применяется как репеллент для птиц и как контактный фунгицид. Основа его действия заключается в подавлении или нарушении процесса синтеза липидов в клетках фитопатогенов. С помощью паноктина можно:

1. Защитить зерновые культуры от воздействия патогенов вегетативных органов, а также от наружных видов головни.
2. Протравить семена озимой ржи с целью недопущения появления на ней корневой гнили и снежной плесени.
3. Обработать озимую и яровую пшеницу от снежной плесени, септориоза, корневой гнили и твердой головни.

Паноктин обладает токсичным воздействием на организмы теплокровных животных, для пчел это вещество малотоксично. Чаще всего его применяют для обработки картофеля и сахарного тростника перед посадкой, для обработки плодов цитрусовых после уборки от пенициллезных гнилей, а также для антисептической обработки древесины.

Производные гуанидина составляют основу таких известных инсектицидов как «Клотиамет», «Пончо», «Апачи», «Дантоп». Они используются для борьбы с сосущими насекомыми и некоторыми бабочками-вредителями, обладают системным, кишечным и контактным действием. Дополнительно их применяют для обработки почвы, протравливания семян перед посадкой.

Применение производных гуанидина в ветеринарии и медицине

Еще в 20-х годах прошлого века на основе этих компонентов были разработаны первые лекарственные препараты, которые стали называть бигуанидами. Изначально эти компоненты применяли для лечения еще в эпоху Средневековья, когда сахарный диабет лечили с помощью французской лилии – в своем составе она содержит гуанидин.

В 50-х годах в медицине появились современные варианты бигуанидов – фенформин, метформин и буформин. Но судьба всех этих трех препаратов сложилась по-разному.

Среди всех трех производных гуанидина наиболее выраженным сахароснижающим действием отличался фенформин. Но уже к середине 70-х годов учеными было собрано достаточно данных о том, что у пациентов, принимающих фенформин, развивался лактат-ацидоз и наблюдался высокий уровень смертности. Поэтому FDA в 1976 году в США были запрещены все лекарственные препараты, изготовленные на основе бигуанидов.

Что касается буформина, то препарат также был снят с производства из-за высокого потенциального риска лактат-ацидоза и очень слабого гипогликемического эффекта.

А вот метформин, начиная с 1995 года, снова был разрешен для использования на территории США. Это единственный препарат из группы бигуанидов, который применяют для моно- и комбинированной терапии сахарного диабета во всех странах мира. Механизм действия этого вещества заключается в:

• снижении степени всасывания глюкозы из кишечника;
• замедлении процесса глюконеогенеза, который происходит в печени;
• увеличении интенсивности процесса периферического расщепления глюкозы;
• уменьшении инсулинорезистентности клеток (повышается чувствительность клеток к действию инсулина).

Еще одним лекарственным препаратом на основе производных гуанидина является гуанетидин. Это средство, которое относится к группе симпатолитиков, помогает снизить внутриглазное давление. Также гуанетидин снижает диастолическое и систолическое артериальное давление.

К группе H2-блокаторов относится циметидин, который обладает противоязвенным действием, снижает уровень кислотности желудочного сока и замедляет скорость выработки соляной кислоты в желудке.

На данный момент средства на основе производных гуанидина – это перспективные варианты для антисептической обработки разных видов поверхностей. Их отличительное свойство – это способность усиливать антимикробную активность антибиотиков, а также растворять фибрин. Благодаря этому в раневом ложе устраняется питательная среда для развития патогенной микрофлоры. Гуанидины хорошо применять для ликвидации грамположительных и грамотрицательных бактерий. Увеличить эффект от применения гуанидинов можно, если сочетать их с ПАВами – так спектр их антибактериальной активности значительно расширится.

Отличным антисептическим и противомикробным средством является амбазон. Оно нарушает процесс синтеза у бактерий, проникая в их РНК, ДНК, белки и мембраны. Амбазон отличается еще и бактериостатическим эффектом.

Такое средство как роксацин обладает отличными моющими характеристиками. Оно проникает легко в разные виды ран, что позволяет обеспечить достаточную их санацию наряду с хирургическим иссечением мертвых тканей. Применение именно роксацина в процессе первичной обработки раны создает благоприятную среду для дальнейшего восстановления поврежденных тканей.

Еще один антисептик, изготовленный на основе производных гуанидина, – это октенидин. Это средство с широким спектром микроцидного действия. В отличие от других бигуанидинов октенилин отличается более сильными антимикробными свойствами, фактически он уже успел заменить привычные виды антисептиков – спирт и йод.

0,5‒1%-ные водные и спиртовые растворы производных гуанидина применяют для:

• обеззараживания изделий медицинского назначения;
• обработки эндоскопической аппаратуры и инструментов, используемых во время хирургических операций;
• ухода за руками у медицинского персонала и за ранами у больных.

Но есть у положительного эффекта бактерицидного действия гуанидинов и обратная сторона. Если с помощью кожных антисептиков на их основе обрабатывают раны, они формируют на их поверхности стойкую пленку – она гарантирует длительный бактерицидный эффект (от 3 до 7 дней). Но вместе с тем эти средства способны зафиксировать на ране разные виды загрязнений органического происхождения. Потом их трудно удалить, чтобы не повредить рану вновь. Еще один минус использования гуанидинов, кроме их ограниченного спектра противомикробного действия, это дороговизна.

Анализ доступной литературы по гуанидинам свидетельствует о широком применении производных этого вещества в медицине и сельском хозяйстве. Особо важными они являются в клинической практике, в процессе обработки ран разной этиологии, для защиты от насекомых-вредителей животных и растений.

Но, если нарушать правила их безопасного применения в сельском хозяйстве, опасность загрязнения окружающей среды возрастает в разы. К тому же, производные гуанидина способны накапливаться в организме человека и животных и обладают токсичным эффектом. Поэтому комплексную оценку фармакотоксикологических свойств гуанидина и препаратов на основе его производных стоит провести как можно быстрее.

Аннотация

Глубокий анализ ряда изданий зарубежного и отечественного авторства были систематизированы, также были изучены данные о производных гуанидина. В научной статье дано краткое описание этого вида химических веществ. Синтез гуанидина происходит на основе использования роданида аммония, мочевины, производных ортоугольной кислоты разными способами. Аргинин и креатинин – это производные гуанидина, они очень ценны для организма человека и животных.

Применение производных гуанидина возможно в виде инсектицидов, лекарственных препаратов, консервантов и антисептиков. Полигуанидин, а конкретно полигексаметиленгуанидин (ПГМГ), применяется как эффективное средство для дезинфекции с пролонгированным действием.

Хотя использование производных гуанидина достаточно разнообразное, в научной литературе содержится недостаточно информации о безопасности этих химических соединений. Есть данные о токсичности отдельных препаратов – гидрохлорид гуанидина относят ко 2 классу опасности. Если сравнить гуанидин и полигуанидины, то они обладают меньшей токсичностью, их относят ко 3 классу опасности.

Несмотря на выраженные токсические свойства многих веществ из группы гуанидиновых, их применение в низкой концентрации возможно в лечебных целях. Один из сильнейших зоотоксинов – это тетродоксин, полулетальная доза которого для крыс составляет 10 мкг/кг, в малых дозах обладает анестетическим эффектом. Клинические испытания препарата на основе этой производной гуанидина, которые проводились в 2013 году, показали, что он способен облегчить общее состояние онкобольных пациентов, которые проходят курс химиотерапии. Тетродоксин устраняет даже очень сильную нейропатическую боль.

Обширное применение производных гуанидина, а также то, что они потенциально опасны для здоровья человека, требует дальнейшего более пристального исследования природы и свойств этой группы химических веществ.