Гуанідін

Застосування похідних гуанідину в сільському господарстві та медицині

Поступове впровадження сучасних технологій у звичний перебіг сільськогосподарського виробництва неможливі без застосування ширшого спектру засобів захисту рослин та тварин. Перелік пестицидів, що активно застосовуються, стрімко розширюється, і в нього додаються нові хімічні сполуки. Одним із маловивчених, але досить перспективних препаратів є похідні такої речовини як гуанідин.

Хоча цей компонент давно присутній в об'єктах тваринного та рослинного походження, сполуки на основі гуанідину відрізняються токсичним ефектом. 17 років тому вже було зафіксовано епізоди масового отруєння людей антисептичними засобами на основі гідрохлориду полігексаметиленгуанідину. Проте похідні цього компонента, як і раніше, затребувані у ветеринарній медицині та сільському господарстві.

Мета наукової статті – систематизувати та узагальнити інформацію, яка вже є про застосування у сільському господарстві та різних галузях медицини похідних гуанідину.

Як було відкрито речовину?

Гуанідин, хімічна формула якого ((NH2)2C = NH) – це безбарвна речовина, яка є однією з найбільш сильнодіючих серед відомих однокислотних хімічних основ. Попередником цієї речовини є гуанін. Він був синтезований із гуано, тому й отримав таку назву.

Вперше отримав гуанідин у 1861 році вчений Адольф Фрідріх Людвіг Штреккер – він діяв на гуанін бертолетовою сіллю та соляною кислотою. Через 7 років вже інший вчений, Еміль Ерленмейєр, синтезував цю речовину за допомогою ціанаміду та аміаку.

Що ж являють собою похідні гуанідину – полігуанідини? Це дезінфікуючі засоби пролонгованої дії, що відрізняються малотоксичним ефектом. Основним представником цієї групи є полігексаметиленгуанідин (ПГМГ), який був уперше синтезований у 1940 році хіміками Коффманом та Болтоном із США.

Коротка характеристика ПГМГ

Гуанідини – це група сполук органічного типу із загальною структурою (R1R2N)(R3R4N)C=N‒R5.

Отримати їх можна кількома способами:

• з'єднанням солей амонію з ціангуанідином або сечовиною;
• шляхом гідрогенолізу на нікелі Ренея ціангуанідину;
• реакцією взаємодії на ефіри ортокутної кислоти аміаку;
• синтезом із відходів від виробництва сечовини – для цього використовуються іонообмінні смоли;
• методом термолізу тіомочевини або роданіду амонію.

Гуанідин у чистому вигляді дуже токсичний. При попаданні на оголену ділянку шкіри він викликає лужний опік. Гідрохлорид гуанідину, згідно з гігієнічними нормативами, відноситься до 2 класу небезпеки за рівнем своєї токсичності.

Дія полігексаметиленгуанідину гідрохлориду на шкіру та слизові оболонки не менш сильна – ця речовина викликає сильне подразнення. Отруєння їм призводить до ураження печінки, органів дихання, нирок, нервової системи. Через його згубний вплив порушується обмін білків і вуглеводів в організмі, змінюється морфологічний склад крові, погіршуються окислювально-відновні процеси. Полігідрохлорид відносять до 3 класу небезпеки.

Де гуанідин міститься у природних умовах?

Вчені виділяють цю речовину з різних об'єктів тваринного і рослинного походження - наприклад, з плодів і листя, сечі і крові тварин. Похідні гуанідину – життєво важливий біологічний компонент, що забезпечує аргініном та креатиніном організми тварин та клітини рослин.

Чим такий важливий аргінін? Ця умовно замінна амінокислота відіграє дуже важливу роль в енергетичному та пластичному обміні, вона також регулює метаболічні та імунні процеси.

Креатинін – один із компонентів енергообміну у різних видах тканин, він є одним із метаболітів реакцій амінокислотно-білкового обміну. Наявність креатиніну в крові та його кількість – один із важливих показників нормальної роботи нирок. Ці дві амінокислоти (креатинін і аргінін) є будівельною базою для молекул білків - поліпептидів.

У рибах, які належать до загону чотиризубоподібних, а також у синьокольчастому восьминозі міститься велика кількість тетродотоксину. Це отруйна речовина гуанідинової групи, у складі якої є амінопергідрохіназолін. Вперше тетродотоксин був синтезований у 1972 році в Японії. Ця похідна гуанідинової групи дуже біологічно активна і токсична, але в невеликих дозах має спазмолітичні та знеболювальні властивості. Ця особливість тетродоксину активно застосовується в медицині для хворих на рак, які страждають від сильного болю під час лікування.

У природних умовах гуанін міститься в чайному листі. У токсичний гуанідин він здатний перетворитися при тривалому стоянні завареного чаю та його подальшому підігріванні.

Варіанти застосування похідних гуанідину у сільському господарстві

Цю речовину та її похідні можна застосовувати у процесі консервації насіння сільськогосподарських рослин. Чим вони корисні? Наприклад, метацид та фогуцид допомагають уповільнити темпи розмноження бактерій.

Паноктин, який відноситься до аліфатичних амінів і є сумішшю продуктів з поліамінів, застосовується як репелент для птахів і як контактний фунгіцид. Основа його дії полягає у придушенні чи порушенні процесу синтезу ліпідів у клітинах фітопатогенів. За допомогою паноктину можна:

1. Захистити зернові культури від дії патогенів вегетативних органів, а також від зовнішніх видів сажки.
2. Протруїти насіння озимого жита з метою недопущення появи на ньому кореневої гнилі та сніжної плісняви.
3. Обробити озиму та яру пшеницю від снігової плісняви, септоріозу, кореневої гнилі та твердої сажки.

Паноктин має токсичну дію на організми теплокровних тварин, для бджіл ця речовина малотоксична. Найчастіше його застосовують для обробки картоплі та цукрової тростини перед посадкою, для обробки цитрусових плодів після збирання від пеніцилезних гнилей, а також для антисептичної обробки деревини.

Похідні гуанідину становлять основу таких відомих інсектицидів як "Клотіамет", "Пончо", "Апачі", "Дантоп". Вони використовуються для боротьби з комахами, що смокчуть, і деякими метеликами-шкідниками, мають системну, кишкову і контактну дію. Додатково їх застосовують для обробітку ґрунту, протруювання насіння перед посадкою.

Застосування похідних гуанідину у ветеринарії та медицині

Ще у 20-х роках минулого століття на основі цих компонентів було розроблено перші лікарські препарати, які стали називати бігуанідами. Спочатку ці компоненти застосовували для лікування ще в епоху Середньовіччя, коли цукровий діабет лікували за допомогою французької лілії – вона містить гуанідин.

У 50-х роках у медицині з'явилися сучасні варіанти бігуанідів – фенформін, метформін та буформін. Але доля цих трьох препаратів склалася по-різному.

Серед усіх трьох похідних гуанідину найбільш вираженою цукрознижувальною дією відрізнявся фенформін. Але вже до середини 70-х років вченими було зібрано достатньо даних про те, що у пацієнтів, які приймають фенформін, розвивався лактат-ацидоз та спостерігався високий рівень смертності. Тому FDA у 1976 році в США було заборонено всі лікарські препарати, виготовлені на основі бігуанідів.

Що стосується буформіну, то препарат також був знятий з виробництва через високий потенційний ризик лактат-ацидозу та дуже слабкий гіпоглікемічний ефект.

А ось метформін, починаючи з 1995 року, знову було дозволено для використання на території США. Це єдиний препарат із групи бігуанідів, який застосовують для моно- та комбінованої терапії цукрового діабету у всіх країнах світу. Механізм дії цієї речовини полягає в:

• зниження ступеня всмоктування глюкози із кишечника;
• уповільнення процесу глюконеогенезу, що відбувається у печінці;
• збільшення інтенсивності процесу периферичного розщеплення глюкози;
• зменшенні інсулінорезистентності клітин (підвищується чутливість клітин до дії інсуліну).

Ще одним лікарським препаратом на основі похідних гуанідину є гуанітидин. Цей засіб, який відноситься до групи симпатолітиків, допомагає знизити внутрішньоочний тиск. Також гуанетидин знижує діастолічний та систолічний артеріальний тиск.

До групи H2-блокаторів належить циметидин, який має противиразкову дію, знижує рівень кислотності шлункового соку та уповільнює швидкість вироблення соляної кислоти у шлунку.

На даний момент засоби на основі похідних гуанідину – це перспективні варіанти антисептичної обробки різних видів поверхонь. Їхня відмінна властивість – це здатність посилювати антимікробну активність антибіотиків, а також розчиняти фібрин. Завдяки цьому у раневому ложі усувається живильне середовище для розвитку патогенної мікрофлори. Гуанідини добре застосовувати для ліквідації грампозитивних та грамнегативних бактерій. Збільшити ефект від застосування гуанідинів можна, якщо поєднувати їх з ПАР – так спектр їх антибактеріальної активності значно розшириться.

Відмінним антисептичним та протимікробним засобом є амбазон. Воно порушує процес синтезу у бактерій, проникаючи в їх РНК, ДНК, білки та мембрани. Амбазон відрізняється ще й бактеріостатичним ефектом.

Такий засіб як роксацин має відмінні миючі характеристики. Воно проникає легко в різні види ран, що дозволяє забезпечити достатню їхню санацію поряд з хірургічним висіченням мертвих тканин. Застосування саме роксацину у процесі первинної обробки рани створює сприятливе середовище для подальшого відновлення пошкоджених тканин.

Ще один антисептик, виготовлений на основі похідних гуанідину, – це октенідин. Це засіб із широким спектром мікроцидної дії. На відміну від інших бігуанідинів, октенілін відрізняється сильнішими антимікробними властивостями, фактично він уже встиг замінити звичні види антисептиків – спирт та йод.

0,5-1%-ні водні та спиртові розчини похідних гуанідину застосовують для:

• знезараження виробів медичного призначення;
• обробки ендоскопічної апаратури та інструментів, що використовуються під час хірургічних операцій;
• догляду за руками у медичного персоналу та за ранами у хворих.

Але є позитивний ефект бактерицидної дії гуанідинів і зворотний бік. Якщо за допомогою шкірних антисептиків на їх основі обробляють рани, вони формують на поверхні стійку плівку – вона гарантує тривалий бактерицидний ефект (від 3 до 7 днів). Але натомість ці кошти здатні зафіксувати на рані різні види забруднень органічного походження. Потім їх важко видалити, щоб не зашкодити рані знову. Ще один мінус використання гуанідинів, крім їхнього обмеженого спектру протимікробної дії, це дорожнеча.

Аналіз доступної літератури з гуанідинів свідчить про широке застосування похідних цієї речовини в медицині та сільському господарстві. Особливо важливими вони є у клінічній практиці, у процесі обробки ран різної етіології, для захисту від комах-шкідників тварин та рослин.

Але якщо порушувати правила їх безпечного застосування в сільському господарстві, небезпека забруднення навколишнього середовища зростає в рази. До того ж, похідні гуанідину здатні накопичуватися в організмі людини і тварин і мають токсичний ефект. Тому комплексну оцінку фармакотоксикологічних властивостей гуанідину та препаратів на основі його похідних варто провести якнайшвидше.

Анотація

Глибокий аналіз низки видань зарубіжного та вітчизняного авторства було систематизовано, також було вивчено дані про похідні гуанідину. У науковій статті наведено короткий опис цього виду хімічних речовин. Синтез гуанідину відбувається на основі використання роданіду амонію, сечовини, похідних ортокутної кислоти різними способами. Аргінін та креатинін – це похідні гуанідину, вони дуже цінні для організму людини та тварин.

Застосування похідних гуанідину можливе у вигляді інсектицидів, лікарських препаратів, консервантів та антисептиків. Полігуанідин, а саме полігексаметиленгуанідин (ПГМГ), застосовується як ефективний засіб для дезінфекції з пролонгованою дією.

Хоча використання похідних гуанідину досить різноманітне, наукова література містить недостатньо інформації про безпеку цих хімічних сполук. Існують дані про токсичність окремих препаратів - гідрохлорид гуанідину відносять до 2 класу ризику. Якщо порівняти гуанідин і полігуанідини, то вони мають меншу токсичність, їх відносять до 3 класу небезпеки.

Незважаючи на виражені токсичні властивості багатьох речовин із групи гуанідинових, їх застосування в низькій концентрації можливе з лікувальною метою. Один із найсильніших зоотоксинів – це тетродоксин, напівлетальна доза якого для щурів становить 10 мкг/кг, у малих дозах має анестетичний ефект. Клінічні випробування препарату на основі цієї похідної гуанідину, які проводились у 2013 році, показали, що він здатний полегшити загальний стан онкохворих пацієнтів, які проходять курс хіміотерапії. Тетроксоксин усуває навіть дуже сильний нейропатичний біль.

Широке застосування похідних гуанідину, а також те, що вони потенційно небезпечні для здоров'я людини, потребує подальшого більш пильного дослідження природи та властивостей цієї групи хімічних речовин.