Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

К ВОПРОСУ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНГАЛЯЦИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ ВЕЩЕСТВАМИ РАЗДРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Колбасов К.С. 1 Сибиряков В.К. 1 Бонитенко Е.Ю. 1
1 ФГБУН «Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства»
Поражения раздражающими веществами глаз, кожи и дыхательных путей достаточно часто встречаются в связи с применением средств самообороны гражданами и специальных средств органами правопорядка. В настоящее время отсутствует адекватная и воспроизводимая экспериментальная модель ингаляционного поражения раздражающими веществами. Поэтому целью настоящего исследования являлось моделирование тяжёлых ингаляционных поражений веществами раздражающего типа действия на крысах. В качестве раздражающего вещества использовали рецептуру МПК-05, которая представляет собой смесь морфолида пеларгоновой кислоты 70 % и этанола 30 %. Эксперименты проводили на белых нелинейных крысах-самцах массой 160–180 г. В результате экспериментов на белых крысах с использованием ингаляционного пути введения рецептуры МПК-05 разработана экспериментальная модель, воспроизводящая основные звенья патогенеза острой и хронической интоксикации веществами раздражающего действия. Разработанная модель может быть использована для изучения ингаляционного поражения раздражающими веществами и оценки эффективности лечебно-профилактических мероприятий.
экспериментальная модель
ингаляционные поражения
морфолид пеларгоновой кислоты (МПК)
острая токсичность
хроническая токсичность
раздражающее действие
крысы
1. Азбукин Г.В. К вопросу о патогенезе действия раздражающих веществ / Г.В. Азбукин // Военно-медицинский журнал. – 1982. – №11. – С. 52.
2. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. Система стандартов безопасности труда. – М., 1977.
3. Дик В.Н. Взрывчатые вещества, пороха и боеприпасы отечественного производства. Часть 1. Справочные материалы: Справочник / В.Н. Дик. – Минск: Охотконтракт, 2009. – 280 с.
4. Долина О.А. Анестезиология и реаниматология / О.А. Долина. – М., 1998. – С. 301–345.
5. Лапина Н.В. Токсикологическая характеристика морфолида пеларгоновой кислоты (экспериментальное исследование): диссертация кандидата медицинских наук / Н.В. Лапина. – Санкт-Петербург, 2006. – 112 с.
6. Приказ № 583н от 22.10.2008 г. Минздравсоцразвития РФ. О разрешении к применению слезоточивых и раздражающих веществ в составе патронов к газовому оружию, механических распылителей, аэрозольных и других устройств гражданского оружия самообороны. – 2008.
7. Рекомендации для предварительной оценки токсичности химических веществ ускоренным методом. Методическое письмо. – Ленинград: НИИ гигиены труда и профзаболеваний, 1971. – 51 с.
8. Сатишур О.Е. Механическая вентиляция легких / О.Е. Сатишур. – М., 2006. – С. 237–257.
9. Спас В.В. Респираторный дистресс-синдром взрослых / В.В. Спас, Р.Э. Якубцевич. – М., 2007. – 230 с.
10. Франке З. Химия отравляющих веществ / З. Франке. – М.: «Химия», 1973. – Т. 1. – С. 102–103.
11. Anderson P.J., Lau G.S.N., Taylor W.R.J. et al. Acute effect of the potent lachrymator O-chlorobenzylidene malononitrile (CS) tear gas / P.J. Anderson, G.S.N. Lau, W.R.J. Taylor et al. // Hum. and Exp. Toxicol. – 1996. – Vol. 15, № 6. – P. 461–465.
12. Balfaur D. Studies on the uptake and metabolism of dibenz(b,f)-1,4-oxazepine (CR) by guinea pig cornea / D. Balfaur // Toxicology. – 1978. – Vol. 9, № 1–2. – P. 11–20.
13. Ballantyne B. Evaluation of ophthalmic hazards from an aerosol generator of O-chlorobenzylidene malononitrile (CS) / B. Ballantyne // Military medicine. – 1979. – Vol. 144, № 10. – P. 691–694.
14. Ballantyne B., Gall D., Robson D.C. Effects on man of drenching with dilute solutions of O-chlorobenzylidene malononitrile (CS) and dibenz(b,f)-1,4-oxazepine (CR) / B. Ballantyne, D. Gall, D.C. Robson // Medicine, Science and Law. – 1976. – Vol. 16, № 3. – P. 159–170.
15. Barr Stepnen J. Chemical warfare agents / Stepnen J. Barr // Top. Emergency Med. – 1985. – Vol. 7, № 1. – P. 62–70.
16. Foster R.W., Weston Kathleel M. Chemical irritant algesia assessed using the human blister base / Kathleel M. Weston, R.W. Foster // Pain. – 1986. – Vol. 25, № 2. – P. 269–278.
17. Punte Charles L., Ballard Thomas A. and Warner John T. Inhalation Studies with Chloracetophenon, Diphenilaminochloroarsine and Pelargonic Morpholide. I. Animal Exposures / Charles L. Punte, Thomas A. Ballard, John T. Warner // Am. Ind.Hyg. Ass. – May 16, 1962. – Vol. 23. – P. 194–198.
18. Punte Charles L., Gutentag Philip J., Owens Edmund J. and Gongwer Louis E. Inhalation Studies with Chloracetophenon, Diphenilaminochloroarsine and Pelargonic Morpholide. II. Human Exposures / Charles L. Punte, Philip J. Gutentag, Edmund J. Owens, Louis E. Gongwer // Am. Ind.Hyg. Ass. – May 16, 1962. – Vol. 23. – P. 199–202.

Вещества, оказывающие в минимальных концентрациях выраженное раздражающее действие на чувствительные нервные окончания роговицы глаз, слизистой оболочки верхних дыхательных путей, кожных покровов и вызывающие кратковременную, длящуюся немногим дольше периода воздействия потерю дееспособности поражённых, привлекают пристальное внимание специалистов-токсикологов [1, 11, 15, 16]. По тактическому назначению такая группа веществ относится к временно выводящим из строя [12, 13, 14]. Действительно, ноцицептивное действие раздражающих веществ проявляется практически без латентного периода, сравнительно непродолжительное время, и, как правило, отсутствует период последействия. Токсикологические характеристики таких веществ позволяют рассматривать их в качестве одного из видов средств самообороны, обеспечения общественного порядка и пресечения противоправных действий нарушителей.

Актуальность

Поражения раздражающими веществами глаз, кожи и дыхательных путей достаточно часто встречаются в связи с применением средств самообороны гражданами и специальных средств органами правопорядка. Особенно опасны и труднокурабельны поражения дыхательных путей, которые приводят к респираторному дистресс-синдрому взрослых (РДСВ): происходит повреждение эндотелия капилляров лёгких и альвеолярного эпителия, резко увеличивается сосудистая проницаемость, спазмируются легочные капилляры и повышается давление в них, наблюдается выраженное пропотевание плазмы и эритроцитов в альвеолы и интерстициальную ткань легких, развивается отёк легких и ателектаз [4, 8, 9]. Для разработки средств лечения ингаляционных поражений раздражающими веществами необходимы модели таких поражений на животных. Вместе с тем в настоящее время отсутствует адекватная и воспроизводимая экспериментальная модель ингаляционного поражения раздражающими веществами. Поэтому целью настоящего исследования являлось моделирование тяжёлых ингаляционных поражений веществами раздражающего типа действия на крысах.

Материалы и методы исследования

В качестве раздражающего вещества использовали рецептуру МПК-05, которая представляет собой смесь морфолида пеларгоновой кислоты 70 % и этанола 30 %. По физико-химическим свойствам МПК-05 является прозрачной подвижной летучей жидкостью с резко выраженными раздражающими свойствами.

Морфолид пеларгоновой кислоты, С13Н25О2N – бесцветное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде, имеет плотность 0,965 г/см3 при температуре 25 °С, температуру кипения 120–130 °С при давлении 0,5 мм рт. ст., показатель преломления nD – 1,4684 при температуре 25 °С, представляет собой соединение, хорошо растворимое в полярных органических растворителях [10].

В России МПК применяется в качестве ирританта для снаряжения газового оружия самообороны [6].

МПК обладает выраженным раздражающим действием на слизистые оболочки глаз и носоглотки, что проявляется жжением в глазах, лакримацией, ринореей и жжением в горле [3]. Раздражающая концентрация, вызывающая эти проявления у 50 % добровольцев, оценивалась при экспозиции 1 мин – величиной 39 мг мин/м3 , при экспозиции 2 мин – величиной 29 мг мин/м3, а при 3-минутной экспозиции она составила – 21 мг∙мин/м3 [5, 18]. В высоких концентрациях МПК вызывает болевые ощущения на коже [3]. LD50 МПК при внутривенном введении кроликам составляет 21 мг/кг. Среднесмертельная токсодоза МПК – LCt50 в условиях динамической затравки в 200-литровой камере с экспозицией от 5 до 90 минут для крыс составляла 58 мг·мин/л, для мышей – 130 мг·мин/л, для морских свинок – 19 мг·мин/л [5, 17]. Расчётная среднесмертельная доза LD50 (мг/кг) при ингаляции аэрозоля МПК с диаметром частиц 1,8 микрон с учётом минутного объёма дыхания (л/мин), количества вещества в воздухе (мг/мин/л), процента осаждения вещества на массу тела (кг) составила для крыс – 23,2 мг/кг, для мышей – 104 мг/кг, для морских свинок – 5,7 мг/кг [5, 17].

Эксперименты проводили на белых нелинейных крысах-самцах массой 160–180 г. Содержание животных проводилось в соответствии с правилами, принятыми в Европейской конвенции по защите позвоночных животных и Приказу МЗ СР РФ № 708н от 23.08.2010 г. «Об утверждении правил лабораторной практики». При моделировании в качестве объективного показателя острой ингаляционной токсичности рецептуры использовали среднесмертельную концентрацию LC50, экспозиция которой в течение 4-х часов приводила к гибели 50 % подопытных животных.

Статистическая обработка результатов предусматривала оценку значимости различий средних с использованием t-критерия Стьюдента для несвязанных выборок.

Результаты исследования и их обсуждение

Моделирование ингаляционных поражений проводили рецептурой МПК-05. Динамическое ингаляционное воздействие данной рецептурой осуществляли в камерах типа Б.А. Курляндского объёмом 100 л каждая. Для этого крыс-самцов помещали на промежуточный сетчатый пол камеры. В ходе экспериментов расход воздуха через камеру составлял 10 л/мин, а время воздействия 4 часа. Дозированную подачу монодисперсного аэрозоля (80 % частиц имели диаметр около 5 микрон) с учетом сорбционных потерь на стенках камеры и в воздуховодах (40 %) осуществляли с помощью оригинального паро-аэрозольного дозирующего генератора гравиметрическим методом. В ходе эксперимента наблюдали картину интоксикации, фиксировали гибель животных в течение 14 дней после затравки и проводили патологоанатомическое вскрытие погибших животных. Среднесмертельную концентрацию рецептуры при ингаляционном воздействии рассчитывали методом Литчфильда-Уилкоксона. Выраженность раздражающего действия рецептуры оценивали по характеру паранекротических изменений в лёгких (способность фиксировать ими нейтральный красный) и изменению активности лёгочного сурфактанта. Резорбтивные пороговые сдвиги определяли по изменению суммационно-подпорогового показателя (СПП), времени свёртываемости крови, содержанию эритроцитов, гемоглобина венозной крови, активности трансаминаз (АлТ, АсТ), содержанию общего белка сыворотки крови, хлоридов и белка суточной мочи. Суточную мочу собирали с помощью обменных клеток для крыс итальянской фирмы «Tecniplast».

Схема моделирования острого ингаляционного поражения представлена в табл. 1.

Таблица 1

Дозозависимое моделирование острого ингаляционного поражения рецептурой МПК-05 на белых крысах

Способ введения

Доза (концентрация) рецептуры, мг*/л

Количество животных, пало/всего

Величина LC50, мг/л

Ингаляционный

0,1

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

10,0

0/10

1/10

2/10

3/10

5/10

8/10

10/10

LC50 = 2,5 ± 0,5

Примечание. * – Масса 1 мкл рецептуры принималась равной 1 мг.

Таблица 2

Влияние хронического ингаляционного воздействия рецептуры МПК-05 на белых крыс

Показатель, единица измерения

Контроль (3-й месяц) n = 10

Опыт

1-й месяц n = 10

2-й месяц n = 10

3-й месяц n = 10

1

2

3

4

5

ВКЛ, мг/100 г массы тела

6,2 ± 0,1

6,0 ± 0,2

6,5 ± 0,4

6,3 ± 0,3

Сорбция нейтрального красного лёгкими, единицы оптической плотности/г сырой ткани

0,120 ± 0,001

0,111 ± 0,008

0,080 ± 0,001*

0,070 ± 0,007*

ПНмин экстрактов лёгких, мН/м

(активность сурфаканта)

20,0 ± 0,5

25,2 ± 1,5

32,0 ± 0,9*

36,6 ± 1,5*

СПП, В

12,0 ± 1,4

12,1 ± 1,3

11,8 ± 1,3

11,7 ± 1,2

Время свёртывания, с

180 ± 10

175 ± 15

173 ± 10

179+10

Содержание эритроцитов, млн/мм3

7,0 ± 0,2

7,1 ± 0,3

7,4 ± 0,4

7,5 ± 0,3

Содержание гемоглобина, г %

13,4 ± 1,2

14,2 ± 1,1

14,0 ± 1,3

14,1 ± 1,5

АлТ, мккат/л

0,85 ± 0,04

1,17 ± 0,06

1,52 ± 0,07*

1,96 ± 0,08*

АсТ, мккат/л

0,68 ± 0,05

0,70 ± 0,04

1,75 ± 0,06*

1,68 ± 0,05*

Белок сыворотки, г/л

61 ± 3

63 ± 2

59 ± 1

57 ± 2

Белок мочи, г/л

0,34 ± 0,02

0,60 ± 0,03*

0,79 ± 0,11*

0,96 ± 0,18*

Хлориды мочи, мг/л

24,3 ± 4,3

20,0 ± 2,4

19,8 ± 2,1

19,4 ± 1,3

Примечание. * – Достоверные отличия от контроля при р < 0,05.

 

Клиническая картина отравления при ингаляционном воздействии сопровождалась резко выраженным раздражением верхних дыхательных путей и глаз, которое сочеталось с заторможенностью, сопором, боковым положением тела. Гибель отдельных особей наблюдалась в течение 0,5–1,5 часов затравки при явлениях локальных судорог, паралича и остановки дыхания. Гибель основной части экспериментальных животных при воздействии высоких концентраций рецептуры наблюдалась в течение первых 6–8 часов, причём на вскрытии отмечались венозный стаз, отёк лёгких, геморрагические инфаркты и субплевральные кровоизлияния, к которым в более поздние сроки присоединялись очаги воспаления (пневмонии) с ателектазами и компенсаторной эмфиземой лёгких. LC50 составила приблизительно 2,5 мг/л (2500 мг/м3), а LCt50 – 600 мг∙мин/л. Это соответствует II–III классу умеренно опасных веществ [2].

Моделирование хронического ингаляционного поражения осуществлялось при ингаляционном воздействии рецептуры в дозе 1/20 LC50 (0,1 мг/л) на протяжении 3 месяцев ежедневной 4-часовой затравки. Расход воздуха через камеры составлял 1 л/мин.

Средняя суммарная поглощенная доза (LC50n) составила 9 мг/л. По формуле Л.И. Медведя коэффициент кумуляции (К), равный отношению LC50n к LC50, составляет 3,6, т.е. рецептура обладает средними кумулятивными свойствами [7].

К окончанию эксперимента наблюдалась гибель 40 % подопытных животных.

В табл. 2 представлены результаты исследования физиологических и биохимических показателей при моделировании хронического ингаляционного поражения.

В результате длительного ингаляционного воздействия рецептуры МПК-05 в дозе 1/20 от LC50 оказалось, что в лёгких развились паранекротические изменения (снижение витального окрашивания клеток) и снизились защитные свойства сурфактантной системы (увеличение поверхностного натяжения – ПНмин лёгочных экстрактов). При этом величина весового коэффициента лёгких (ВКЛ) не изменялась.

Достоверно увеличилось содержание АлТ, что свидетельствует о цитолизе гепатоцитов. Вследствие поражения нефроэпителия отмечено увеличение содержания белка в моче (р < 0,05). Эти сдвиги в 2–3 раза превысили норму, что указывает на более чем пороговое действие исследуемой рецептуры.

Выводы

1. Разработанная модель позволяет изучать патогенез острого и хронического ингаляционного поражения раздражающими веществами.

2. На разработанной модели ингаляционных поражений возможна оценка эффективности препаратов на течение интоксикации по уменьшению летальности и увеличению продолжительности жизни.

Рецензенты:

Петров А.Н., д.м.н., профессор, заведующий лабораторией психофармакологии, ФГБУН «Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства», г. Санкт-Петербург;

Носов А.В., д.м.н., заведующий лабораторией токсикологии, ФГБУН «Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства», г. Санкт-Петербург.

Работа поступила в редакцию 19.02.2015.



Библиографическая ссылка

Колбасов К.С., Сибиряков В.К., Бонитенко Е.Ю. К ВОПРОСУ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНГАЛЯЦИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ ВЕЩЕСТВАМИ РАЗДРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-4. – С. 723-726;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36921 (дата обращения: 16.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074