Энтеросорбция при кадмиевой и ртутной интоксикации
Энтеросорбция при кадмиевой и ртутной интоксикации
Аннотация
Этиотропная терапия — удаление токсического начала из организма является основным лечебным подходом при отравлениях тяжелыми металлами, в том числе кадмием и ртутью. В работе проведено сравнительное исследование действия комплексного энтеросорбента (ЭС) на основе альгината натрия и яблочного пектин в условиях хронической интоксикации крыс хлоридами кадмия и ртути на процессы, связанные с элиминацией этих металлов из организма.
Токсиканты и энтеросрбент вводили крысам дозировано внутрижелудочно зондом в течение 15 недель. Содержание кадмия и ртути в биосредах определяли спектрометрическим методом, а функцию почек (канальциевую реабсорбцию) оценивали по выведению фенолрота с мочой колориметрически.
Установлено, что интестинальная элиминация металлов более чем десятикратно превышает их выделение с мочой, причем кадмий выводится с калом в три раза интенсивнее чем ртуть. Применение ЭС значительно усиливает элиминацию обоих металлов, эффект более выражен для ренального удаления кадмия, чем для ртути и усиливается со временем; наблюдается нормализация содержания металлов в крови. ЭС оказывает позитивное влияние на канальциевую реабсорцию при интоксикации кадмием и ртутью.
1. Введение
Металлотоксикозы — нередкая форма заболеваний, вызванная поступлением в организм человека токсичных металлов (ТМ), отнесенных к первому классу опасности. По данным Фомичева А.В. с соавт. почти 3% населения России страны имеют превышение нормативных значений содержания тяжелых металлов в бисредах .
Отравления кадмием (код МКБ-10 T56.3) и ртутью (T56.1) занимают не последнее место среди металлотоксикозов. Таукин П.Б. в своей брошюре «Осторожно ртуть!» сообщает о более чем о 150 ставших известными инцидентах, связанных со ртутью в России только за 2002–2004 гг.
.Наиболее эффективным походом в лечении таких нозологических форм является этиотропая терапия — удаление токсиканта из организма. Научные обзоры свидетельствуют о широких возможностях этого способа терапии как при острых, так при хронических формах металлотоксикозов ,
, .Для элиминации ТМ используют хелатные препараты (Унитиол, BAL, DMSA, DMPS, EDTA и др.). Механизм их действия основан на образовании прочных комплексов с металлами и последующем выведением образовавшихся соединений через ренальную и интестинальную системы. Несмотря на достаточно высокую эффективность, препараты хелатной терапии обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение: хелатирующие агенты сами по себе являются ксенобиотиками и обладают достаточно высокой токсичностью. Например, «Унитиол» (дитиолпропансульфонат натрия) классифицируется в справочниках как «высоко токсичное вещество», при его применении у пациента могут развиться проходящие симптомы отравления; эти вещества меняют минеральный баланс в организме, удаляя из него эссенциальные металлы . Внутримышечное или подкожное введение этих препаратов должно осуществляться в условиях ЛПУ под наблюдением медицинского персонала. Исследователи ищут более селективные, мягкие и менее токсичные вещества, способные избирательно удалять из организма кадмий и ртуть.
Современный лечебно-профилактический подход к терапии токсического действия кадмия и ртути базируется на поиске и применении селективных органических природных сорбирующих средств с низкой токсичностью энтерального (перорального) способа применения. К настоящему времени сформировалась группа разнообразных по химическому составу и молекулярной организации веществ, способствующих выведению токсичных металлов, эти вещества при приеме внутрь (энтерально) за счет не до конца понятных механизмов выводят кадмий и ртуть с калом и мочой. Среди этой обширной группы веществ, названной энтеросорбентами (ЭС), последнее время выделяют препараты растительного происхождения полисахаридного ряда — альгинаты (производные альгиновой кислоты) и пектиновые вещества (пектины) ,
. Эти продукты, имея приемлемые органолептические свойства, давно и успешно применяются в пищевой промышленности в качестве загустителей, улучшителей структуры и вкуса кондитерских изделий, а также при производстве лекарственных препаратов; некоторые из них получили статус БАДов. Помимо сорбционной активности, эти вещества проявляют в ряде случаев другие полезные для организма свойства, оказывая антацидное, противоязвенное, иммуномоделирующее, гемостатическое, антиаллергическое действие, улучшают моторику кишечника. Разработчики полагают, что альгинаты и пектины являются перспективной основой для создания энтеросорбента как лекарственного препарата.Бурые многоклеточные водоросли Phaeophyta и морские красные водоросли Corallinaceae служат сырьем для получения альгиновых кислот, а затем и их солей — альгинатов. Соли альгиновых кислот по своей природе полиэлектролиты, растворимы в воде, т.е. являются хорошими ионообменниками, на чем основаны сорбционные свойства этих веществ. Установлен ряд сродства катионов к альгиновым кислотам — Ва > РЬ > Сu > Sr > Cd > Са > Zn > Ni > Со > Мn >Fе >Mg, чем левее положение катиона в ряду, тем прочнее он связывается с альгиновой кислотой , , .
Пектины — свободные от целлюлозы водорастворимые вещества, состоящие из частично или полностью метоксилированных остатков разной длины цепей полигалактуроновых кислот. Для применения в пищевой и фармацевтической промышленности пектины получают из апельсинов, лимонов, сахарной свеклы, топинамбура, яблок и других овощей и фруктов. Эксперименты in vitro показали высокую сорбционную способность пектинов по отношению к ТМ .
Практика применения ЭС основана большей частью на рекламных рекомендациях производителей и торговых агентов и не всегда подтверждена системными экспериментальными исследованиями того тили иного препарата в условиях in vivo. Модельные эксперименты in vitro, выполненные с растворами, необходимый этап исследования сорбционных свойств потенциальных ЭС, но реальные условия сорбции в ЖКТ могут быть далеки от пробирочных. Широкий диапазон кислотности, ферментативная активность, богатая микрофлора, эффект комкования могут значительно изменить сорбционную активность альгинатов и пектинов. В этих условиях исследование сорбционных и терапевтических свойств альгинатов и пектинов на животных становится необходимым этапом продвижения потенциальных препаратов для медицинского применения.
Целью настоящей работы стало сравнительное изучение сорбционных свойств альгинат-пектинового энтеросорберта (ЭС) в условиях интоксикации крыс солями кадмия и ртути.
2. Методы и принципы исследования
Работа выполнена на белых беспородных крысах обоего пола исходной массой 180–200 г., выращенных в Федеральном государственном унитарном предприятии «Питомник лабораторных животных «Рапполово» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» в Ленинградской области.
При содержании животных применяли питьевую водопроводную воду и комбикорм рецепта № ПК-120-2сх_1148.
С животным обращались в соответствии с требованиями ГОСТ 33044-2014 от 01.08.2015 — «Принципы надлежащей лабораторной практики». Исследование выполнено с соблюдением правил биоэтики, утвержденных в Директиве Европейского парламента и Совета Европейского Союза 2010/63/ЕС от 22 сентября 2010 г. о защите животных, используемых для научных целей. Работа одобрена биоэтическим комитетом ФГБУ НКЦТ им. С.Н. Голикова ФМБА России. (Протокол № 2.X-21 от 28.03. 21).
В работе использован предоставленный технологическим разработчиком препарата комплексный энтеросорбент (ЭС), представляющий собой смесь в виде водной суспензии альгината натрия (1%) и пектина яблочного (1%); низкоэтерифицированный яблочный пектин марки AU-701 (Германия), и альгинат натрия, выпускаемый Архангельским водорослевым опытным комбинатом для медицинских целей (ВФС 42-1680-87). ЭС вводили животным экспериментальной группы ежедневно в течение пяти дней в неделю на протяжении 15-ти недель в/ж с помощью зонда в объеме 10 мл/кг массы животного; доза сорбентов составляла пектина яблочного 100 мг/кг, альгината натрия — 100 мг/кг. При выборе дозы ЭС исходили из рекомендаций по применению подобных продуктов в качестве БАДов .
Для хронической интоксикации животных использовали хлориды кадмия и ртути, растворы которых вводили зондом на продолжении 15-ти недель.
В экспериментальных группах (контрольной и опытной) и фоновой было по 12 животных, каждая точка на графиках соответствует усредненным значениям соответствующих показателей, полученных от 12-ти животных.
Интоксикацию кадмием создавали путем в/ж введения раствора CdCl2, (чда., CAS 10108-64-2) в суточной дозе 0.1 мг/кг. Ртутную интоксикацию создавали путем введения раствора сулемы, HgCl2, (х.ч., CAS 7487-94-7) в суточной дозе 0.1 мг/кг.
Содержание кадмия в биосредах определяли спектрометрически [Свидетельство об аттестации № 224.0171/01.00258/2012 от 18.07.2012 г.] на анализаторе МГА-915 («Люмекс», Санкт-Петербург); использован стандарт ГСО 10128-2012. Ртуть определяли спктрометрически на анализаторе ртути [Свидетельство об аттестации № 224.0123/01.00258/2010 от 30.09.2010 г.]; использован стандарт ГСО 9652-2010.
Исследование канальциевой реабсорбции с применением фенолсульфофталеина (фенолрот, феноловый красный) было осуществлено на основе известных методических приемов изучения функции почек в эксперименте на животных. Краситель в норме практически полностью выделяется в мочу почечными канальцами и определяется колориметрически .
Динамика элиминации металлов построена на основе суточных заборов мочи и кала. Статистическая обработка данных выполнена с использованием прикладных программ параметрической статистики ОС Windows 10.
3. Основные результаты
В таблице 1 представлены данные элиминации кадмия и ртути в абсолютных и относительных (в скобках) величинах ренальным и интестинальным путями. Обращает на себя внимание то, что основная масса ТМ выводится из организма крысы с калом, ртути с мочой в абсолютном и относительном выражении выделяется больше, чем кадмия. Обращает на себя внимание значительное превышение массы выводимого кадмия интестинальным путем над аналогичной величиной для ртути. Это может свидетельствовать о том, что кадмий хуже всасывается в ЖКТ в отличие от ртути, обладающей хорошими кумулятивными свойствами и элиминация которой падает к концу наблюдения.
Сопоставление путей элиминации ртути и кадмия из организма крыс
величины в % указаны от суммарной массы, т.е. моча+кал
Биосреды | Суточное выделение кадмия одной крысой | Суточное выделение ртути одной крысой | ||||||
Наблюдение 10 недель | Наблюдение 15 недель | Наблюдение 10 недель | Наблюдение 15 недель | |||||
мкг/сутки | % | мкг/сутки | % | мкг/сутки | % | мкг/сутки | % | |
Моча | 0,03 | 2,3 | 0,04 | 0,9 | 0,09 | 7,8 | 0,06 | 8 |
Кал | 1,28 | 97,7 | 4,42 | 99,1 | 1,06 | 92,2 | 0,69 | 92 |
Моча+кал | 1,31 | - | 4,46 | - | 1,15 | - | 0,75 | - |
В таблице 2 собраны опытные данные влияния ЭС на содержание ртути и кадмия в биосредах через 10 и 15 недель интоксикации крыс этими металлами. Цифры представляют собой величины, отнесенные к контрольным значения, т.е. без применения ЭС. Самый общий вывод состоит в том, что ЭС способствует выведению и кадмия, и ртути, как с мочой, так и с калом, нормализует содержание токсикантов в крови и почках.
Следует отметить более глубокое действие ЭС на выделение кадмия с мочой и его содержание в почках, чем ртути.
Без дополнительных исследований трудно сказать что-то определенное относительно особенностей механизмов элиминации и распределения кадмия и ртути, но синхронность изменений во времени, близкий порядок величин может говорить об общности задействованных механизмов выделения.
Усилением интестинальной сорбции кадмия и ртути во времени можно объяснить как уменьшение содержания этих металлов в крови к 15-й неделе наблюдения, так и уменьшение ренального выведения, хотя сама причина усиления остается неясной. Более интенсивным ренальным выведением кадмия, по сравнению со ртутью, по-видимому, следует объяснить более низкое чем ртути содержание этого металла в почках.
Сравнительная таблица данных эффективности сорбента при интоксикации кадмием и ртутью
* — отличие значимо от контрольных значений, P ≤ 0,05
Токсикант | Сроки наблюдения (недели) | Относительное к контрольным значениям содержание кадмия и ртути (%) | |||
моча | кал | кровь | почки | ||
Кадмий | 10 | 267* | 123 | 70* | 55* |
15 | 175* | 185* | 35* | 54* | |
Ртуть | 10 | 122* | 172* | 63* | 75* |
15 | 67* | 193* | 35* | 75* | |
Лучшему пониманию сложной картины элиминации кадмия и ртути при интоксикации этими металлами и воздействию на этот процесс энтеросорбента помогают данные таблицы 3, в которой относительно фоновых значений представлено выделение фенолрота с мочой.
Этот краситель используется в медицинской практике для оценки канальциевой реабсорбции. В норме весь введенный в/м краситель переходит во вторичную мочу и покидает организм, при нарушении этой функции фенолрот задерживается в организме, его концентрация в моче падает. Фоновое, т.е. без интоксикации крыс и без использования ЭС количество фенолрота, выделяемого с мочой составило 238 мкг/100 г массы крысы.
Влияние ЭС на канальциевую секрецию почек условиях интоксикации кадмием и ртутью
* — отличие значимо от фоновых значений, P ≤ 0,05
Условия эксперимента (интоксикации) | Относительное количество фенолрота, выделяемого с мочой, % от фонового значения – 100% | |||
Кадмий | Ртуть | |||
Сроки наблюдения (недели) | ||||
10 | 15 | 10 | 15 | |
Металл | 97,6 | 60,7* | 74,0* | 47,9* |
Металл+сорбент | 98,7 | 90,6 | 95,5 | 86,7* |
Данные таблицы 3 свидетельствуют о позитивном влиянии ЭС на канальциевую реабсорцию как при интоксикации кадмием, так и ртутью; следует отметить значительное влияние ЭС на нормализацию канальциевой реабсорбции при ртутной интоксикации, сулема является классическими примером веществ, вызывающих острый некроз почечных канальцев
. В этом свете становится более понятным относительно невысокое по сравнению с кадмием содержание ртути в моче и наоборот — более высокое ее содержание в почках (табл. 2). В почках, несмотря на применение ЭС содержится почти в полтора раза больше металла, чем в тех же условиях кадмия.Еще одно наблюдение можно сделать из анализа данных таблицы 3 — токсическое действие металлов на почки усугубляется со временем, причем со ртутью это происходит в большей мере.
4. Заключение
В условиях проведенного эксперимента энтеральной интоксикации крыс кадмием и ртутью установлено, что менее 10% токсикантов покидает организм животного ренально, остальная часть элиминируется интестинально. Применение комплексного ЭС приводит к значительному усилению выведения из организма кадмия и ртути, как с калом, так и с мочой, при этом со временем ренальная элиминация ослабевает, а интестинальная усиливается.
Сопоставление влияния ЭС на кадмиевую и ртутную интоксикацию демонстрирует различное как по интенсивности, так и по качеству эффекты, которые, по-видимому, обусловлены не только взаимодействием металла с ЭС, но и специфическим влиянием токсиканта на выделительную систему организма. В целом, подтверждается тезис о том, что эффект применения энтеросорбента на организм не сводится исключительно к сорбционному взаимодействию металл–сорбент.
ЭС является перспективным препаратом для создания лекарственного средства при отравлении кадмием или ртутью.