Entersorption in cases of cadmium and mercury poisoning

Металлотоксикозы — нередкая форма заболеваний, вызванная поступлением в организм человека токсичных металлов (ТМ), отнесенных к первому классу опасности. По данным А.В. Фомичева с соавторами 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. П.Б. Таукин 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

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)

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.