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.