Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

EXAMINE THE POSSIBILITY OF USING THE BLUE CLAY AS A MEANS OF EFFERENT THERAPY

Sarkisyants L.O. 1 Skupnevskii S.V. 1 Chopikashvili L.V. 1
1 North-Ossetian state University after K.L. Khetagurov Laboratory of medical and ecological genetics
2122 KB
In the work the sorption characteristics of blue clay in relation to ions of heavy metals, the possibility of the introduction of this class of sorbents in bioprevention environmentally related chronic pathological processes were studied. In in vitro tests, the features of sorption of some heavy metals (Mn (II), Ni (II), Zn(II)) on the blue clay in comparison with the classical enterosorbent – activated coal was shown. The summarized results of in vitro and in vivo studies revealed the most pronounced sorption capacity of blue clay in relation to ions of Zn (II). The obtained results are interesting in the aspect of bioavailability of zinc (II) in liver and kidneys of Wistar rats after intragastric administration of zinc sulfate (II) in a concentration of 0.16 mg/kg.
blue clay
sorption exchange capacity (COE)
enterosorption
heavy metals
intracorporal detoxification
1. Andreeva A.E. Uralskie ceolity istochnik makro- i mikrojelementov v racionah kur-nesushek / A.E. Andreeva, V.V. Gadiev // Vestnik OGU. 2006. no. 12.
2. Artemenko P.D. Sovremennye mediko-biologicheskie problemy ispolzovanija mineralnyh i organicheskih jenterosorbentov v kachestve komponentov biologicheski aktivnyh dobavok k pishhe / P.D. Artemenko, A.V. Posohova, G.A. Tarasenko // Tihookeanskij medicinskij zhurnal. 2009. no. 1. рр. 29–32.
3. Astashkina E.G. Jeffektivnost primenenija termoobrabotannogo lomontita v kachestve podkormki pri vyrashhivanii bychkov: dis. … kand. s.-h. nauk / E.G. Astashkina. Velikij Novgorod, 2008.
4. Lebedev K.A. Ochag patologicheskogo (toksicheskogo) dejstvija metallov v organizme cheloveka i rol galvanicheskih tokov v ego vozniknovenii / K.A. Lebedev, I.D. Ponjakina // Fiziologija cheloveka. 2011. T. 37, no. 4. рр. 90–97.
5. Lebedev K.A. Sochetanie dvuh signalov opasnosti (mikroorganizmy i ksenobiotiki) osnovnaja prichina aktivacii hronicheskih vospalitelnyh processov / K.A. Lebedev // Fiziologija cheloveka. 2012. T. 38, no. 5. рр. 83–89.
6. Pyhteeva E.G. Metallotionein: biologicheskie funkcii. Rol metallotioneina v transporte metallov v organizme / E.G. Pyhteeva // Aktualnye problemy transportnoj mediciny. 2009. no. 4 (18). рр. 44–58.
7. Hotimchenko Ju.S. Polisorbovit / Ju.S. Hotimchenko, M.V. Odincova, V.V. Kovalev. Tomsk: Izd-vo NTL, 2001. 132 р.

Из числа известных поллютантов особую опасность для человека по ряду причин представляют тяжелые металлы. Во-первых, разнообразны пути поступления их в организм (аэрозольный перенос, с водой, продуктами питания, из зубопротезных конструкций и имплантатов). Во-вторых, химические, в частности, редокс-свойства металлов обусловливают их выраженную стабильность в биохимических циклах. В-третьих, спектр патологий, индуцируемых тяжелыми металлами, широк: гепато-, нефро-, нейротоксичность, индукция канцерогенеза.

Особый интерес представляет тот факт, что у людей редко наблюдаются признаки острой интоксикации тяжелыми металлами. Патологическое действие данного класса соединений, как правило, обусловлено длительным присутствием в организме их невысоких концентраций. Так, исследованиями последних лет показана роль металлов в качестве «второго сигнала опасности», наряду с микроорганизмами, в активации хронических воспалительных процессов [4, 5]. Этот факт обусловливает целесообразность проведения детоксикационной терапии как этапа профилактики хронических воспалений и связанных с ними онкологических заболеваний у населения из неблагоприятных экологических районов. Этот вопрос актуален и для РСО-А. В республике функционирует ряд металлургических предприятий и, в частности, АО «Электроцинк», на долю которого приходится 40 % всего производимого в России металлического цинка. В связи с этим поиск путей коррекции экзотоксикозов, обусловленных долгосрочной экспозицией металлов, представляет первостепенную значимость для населения региона.

Среди направлений детоксикационной фармакологии особое место занимает энтеросорбция. Данный вид эфферентной терапии характеризуется наличием широкого спектра как прямых лечебных (сорбция ксенобиотиков, эндогенных продуктов секрета и гидролиза, патогенных бактерий и бактериальных токсинов; связывание газов), так и выраженных дистантных эффектов (предотвращение токсико-аллергических реакций, коррекция обменных процессов и иммунного статуса, устранение дисбаланса БАВ, улучшение кровоснабжения и моторики кишечника, снижение метаболической нагрузки на органы экскреции и детоксикации). В частности, одним из направлений применения интракорпоральной дезинтоксикации сорбентами является выведение из организма тяжелых металлов.

В работе изучена возможность биосорбции ионов Zn (II) голубой глиной с целью профилактики негативных эффектов его аккумулирования на субклиническом этапе.

Цель исследования заключалась в изучении возможности использования голубой глины в энтеросорбционной профилактической терапии населения экологически неблагоприятных регионов на основании изучения степени сорбции ею ряда тяжелых металлов: Mn (II), Ni (II), Zn (II) – из водных растворов и выведения из организма лабораторных животных экзогенного цинка.

Дизайн эксперимента строился на логике предварительного отбора элемента с максимальным значением СОЕ в условиях, максимально приближенных к энтеральным (этап in vitro) с последующим изучением его сорбционных (детоксикационных) характеристик в условиях in vivo.

Материалы и методы исследования

Cорбционные характеристики голубой глины исследовались на крысах линии Wistar. In vivo испытаниям предшествовали испытания in vitro, в которых в качестве эталонного средства выбран активированный уголь. Также изучены особенности биоаккумулирования цинка (II) в печени и почках крыс при интрагастральном введении его растврра в воде в концентрации 0,16 мг/кг массы.

Исследовано содержание в глине тяжелых металлов.

Для in vitro испытаний глина высушивалась, засыпалась в колбу и вместе с анализируемым раствором, содержащим ионы тяжелых металлов, помещалась в термостат при температуре 37 °С. После установления равновесия в системах раствор приливался к глине и при постоянном перемешивании на магнитной мешалке, начинался отбор проб через промежутки времени: 1, 5, 10, 20, 30 мин, 1 и 24 часа. Пробы центрифугировались в течение 10 минут при 3000 об./мин. Анализ проводился по стандартным методикам с использованием градуировочных графиков, линейных в диапазоне 0,5–5,0 мг/л.

Активированный уголь тщательно растирался, очищался от мельчайших пылинок (фильтрованием водного раствора через бумажный фильтр), просушивался (до постоянной массы) и засыпался в колбу. Раствор и уголь помещались в термостат до установления температуры 37 °С. После прибавления раствора к углю при постоянном перемешивании начинали отбор проб через такие же промежутки времени, как и в случае с глиной. Анализ проводился по тем же методикам.

Исследования по изучению сорбции in vivo проведены при внутрижелудочном введении взвеси глины в воде в концентрации 1,43 г/кг через час после предварительного зондирования крыс водным раствором сульфата цинка (0,16 мг/кг).

Результаты исследования и их обсуждение

В работе изучены закономерности сорбции голубой глиной ионов Mn(II), Ni(II), Zn(II) из водных растворов в опытах in vitro. Условия проведения испытаний (рН 2 и 5, время, перемешивание) позволили моделировать энтеральные (переваривание пищи в ЖКТ). Сорбционную способность глины оценивали в сравнении с классическим сорбентом – активированным углем. Результаты приведены в табл. 1.

Анализ данных табл. 1 позволяет отметить самую высокую сорбционную емкость голубой глины в отношении ионов цинка. Величина СОЕ цинка выше, чем марганца и никеля на 45,26 и 29,20 % при рН 5 и на 62,50 и 72,66 при рН 2 соответственно.

В отличие от других исследуемых элементов (Mn(II), Ni(II)) d-орбиталь цинка полностью заполнена, что затрудняет донорно-акцепторное взаимодействие с матрицей сорбента. Однако известно, что ионы Zn (II) способны образовывать сорбционные комплексы (приципитаты) с глинистыми минералами. Это, по-видимому, определяет более высокую сорбируемость цинка глиной в сравнении как с другими исследуемыми элементами, так и с активированным углем. Как видно из табл. 1, степень сорбции цинка сорбентами при рН 5 сопоставима, при рН 2 – глины на 7 % выше.

Таблица 1

Частота встречаемости симптомов у девочек с оварикоцеле в зависимости от возраста (n = 40)

Клинический симптом

Девочки < 15 лет, %

(n = 20)

Девочки > 15 лет, %

(n = 20)

Хронические боли в низу живота

4 (20 %)

20 (100 %)

Дисменорея

8 (40 %)

13(65 %)

Обильные менструации (маточные кровотечения) пубертатного периода

19 (95 %)

17 (85 %)

Дизурия

1 (5 %)

4 (20 %)

Как известно, важным фактором, определяющим сорбционную способность материала, наряду с концентрацией тяжелых металлов, длительностью экспозиции, составом ионов матрицы сорбента, его дисперсностью, является рН среды. Полученные в настоящем исследовании зависимости значения СОЕ от данного показателя вполне согласуются с литературными данными. В частности, отмеченное увеличение сорбционной емкости глины при повышении кислотности может быть объяснено особенностями строения энтеросорбента. Известно, что алюмокислородный тетраэдр – основа структуры глинистых сорбентов – имеет общий единичный отрицательный заряд. Понятно, что увеличение последнего с возрастанием рН способствует абсорбции положительно заряженных ионов металлов.

В целом же можно отметить, что сорбционные характеристики глины хуже, чем активированного угля. Так, показатель сорбируемости марганца в 3–5 раз, никеля – в 1,5–3 раза выше с использованием последнего.

Однако необходимо отметить, что применение препаратов активированного угля сопряжено с рядом негативных моментов. В частности, большие дозы сорбента, необходимые для достижения клинического эффекта, могут вызывать нарушение эвакуации кишечного содержимого. Кроме того, неизбирательность углеродных адсорбентов может стать причиной различных микроэлементозов. Последнее существенно ограничивает их применение в профилактике и терапии экологически обусловленных патологий, которые, как правило, опосредованы дисбалансом нутриентов. В связи с данным фактом эффективная интракорпоральная дезинтоксикация помимо энтеросорбции должна включать нутриентную терапию. В этом аспекте использование глин предпочтительнее, чем активированного угля. В частности, бентонитовые глины, содержащие монтмориллонит (от 45 до 98 %) (торговое название – голубая глина), характеризуются, с одной стороны, подвижной кристаллической решеткой с высокими дисперсностью, свободной энергией частиц и удельной поверхностью, сообщающими им выраженные ионно-обменные свойства и повышенную адсорбционную способность, с другой – богатым минеральным составом. Рядом авторов получены положительные результаты при использовании минеральных кормовых добавок в животноводстве и птицеводстве не только в целях улучшения химического состава, функционально-технологических и показателей безопасности мясного сырья (по содержанию тяжелых металлов, пестицидов, микотоксинов и радионуклидов), но и для повышения среднесуточного прироста живой массы скота, яичной продуктивности птицы, улучшения обмена веществ и физиолого-биохимического статуса организма животных [1, 2, 3].

Нами изучалось биопрофилактическое действие голубой глины, ее способность сорбировать и выводить цинк из организма лабораторных животных.

Известно, что в условиях системных токсикозов резко возрастает нагрузка на органы детоксикации и экскреции (печень, почки, легкие). Назначение энтеросорбентов в данных условиях заключается в снижении функциональной нагрузки на данные системы организма посредством удаления токсических веществ, поступающих в просвет кишечника. В табл. 2 приведены результаты определения компартментализации цинка в печени и почках при отдельных экспозициях элемента и сорбирующего агента, а также изменение степени биоаккумулирования элемента в тканях при моделировании состояний хронической интоксикации на фоне активной терапии глиной.

Как видно из табл. 2, интрагастральное введение сульфата цинка (II) в дозе 0,16 мг/кг приводит к увеличению его содержания в почках и печени на 16,93 и 7,12 % соответственно по сравнению с контрольной группой. Более выраженное накопление металла в ткани почек согласуется с литературными данными и объясняется особенностями метаболизма цинка с участием металлотионеина. В частности, известно, что в гепатоцитах происходит связывание цинка в прочные комплексы с данным транспортным белком [6].

Таблица 2

Показатели тестов тромбоэластографии у девочек с оварикоцеле (n = 20) и у девочек, не имеющих сосудистой патологии (n = 20)

Показатель

Девочки с маточным кровотечением (n = 40)

С оварикоцеле (n = 20)

Без оварикоцеле (n = 20)

R, мин

7,2 ± 1,2

8,9 ± 1,9

K, мин

2,8 ± 0,7

3,5 ± 1,6

Angl, º

54,2 ± 7,9

40,8 ± 8,9

MA, мм

73,0 ± 1,9

50,0 ± 16

LY30, %

0

0,4 ± 0,5

Таблица 1

Сравнительные характеристики сорбентов в условиях in vitro, приближенных к энтеральным

Сорбент

рН

Величина сорбционной обменной емкости (СОЕ), мг/г

Mn(II)

Ni(II)

Zn(II)

Голубая глина

5

0,75

0,97

1,37

2

0,48

0,35

1,28

Активированный уголь

5

3,70

1,36

1,38

2

1,36

0,96

1,19

Таблица 2

Особенности накопления цинка в печени и почках

№ п/п

Вариант эксперимента

Содержание цинка, мг/ кг

почки

печень

1

Контроль

5,84 ± 0,32

9,66 ± 0,46

2

Цинк (II)

7,03 ± 0,54

10,40 ± 0,54

3

Глина

6,14 ± 0,27

6,61 ± 0,31

4

Цинк (II) + глина

4,31 ± 0,26

5,27 ± 0,21

Таблица 3

Состав голубой глины

Содержание тяжелого металла (мг/кг)

Zn(II)

Cd(II)

Ni(II)

Pb(II)

Co(II)

Cu(II)

Cr(II)

Mo(II)

44,11 ± 1,32

0,27 ± 0,01

322,67 ± 19,36

1,52 ± 0,03

2,42 ± 0,12

8,25 ± 0,33

7,12 ± 0,36

3,32 ± 0,13

Важно отметить, что выявленные в опытах in vitro сорбционные свойства голубой глины подтвердились на данном этапе исследований. Введение комплекса «цинк + глина» приводит к заметному снижению концентрации металла в органах относительно его отдельной экспозиции: на 38,69 и 49,33 % соответственно в почках и печени. Вместе с тем отмеченная тенденция обусловливает дефицит металла относительно контроля. Снижение содержания цинка на фоне сорбента составило в почках 26,20, в печени – 45,45 %. Выявленная закономерность противоречит одному из требований, предъявляемых к энтеросорбентам: «применение неизбирательных сорбентов должно приводить к минимальной потере полезных ингредиентов, в частности, эссенциальных элементов» [7].

Особый интерес вызывает выявленное увеличение концентрации цинка в почках и заметное снижение – в печени при отдельной экспозиции голубой глины. В табл. 3 приведены результаты определения содержания в глине тяжелых металлов, что позволяет обосновать выявленную закономерность с позиции состава минерала.

Анализ данных табл. 3 позволяет отметить высокие концентрации ионов цинка (II) и никеля (II) в составе голубой глины. Содержание в глине 44,11 мг/кг цинка, а также выявленные ранее особенности аккумулирования металла в органах, могут служить объяснением повышения его содержания в почках крыс при отдельной экспозиции сорбента.

Заключение

Показаны высокие значения сорбционной емкости голубой глины в отношении ионов ряда тяжелых металлов, в частности – цинка, в условиях in vitro, приближенных к энтеральным.

Наиболее выраженное аккумулирование цинка отмечено в почках крыс линии Wistar.

На основании изучения сорбционных свойств глины в опытах in vivo, можно рекомендовать данный вид сорбента в качестве средства эфферентной терапии экологически обусловленных патологий.

Внедрению энтеросорбента в практику патогенетического и этиологического лечения экзотоксикозов и биопрофилактики должен предшествовать этап тщательной апробации. Отмечены неспецифичность сорбента, приводящая к выведению из организма эссенциальных элементов, и высокое содержание в составе тяжелых металлов (Zn (II), Ni (II)).

Рецензенты:

Брин В.П., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой нормальной физиологии, ГБОУ ВПО «Северо-Осетинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения РФ, г. Владикавказ;

Джиоев И.Г., д.м.н., профессор, заведующий Центральной научно-исследовательской лабораторией, ГБОУ ВПО «Северо-Осетинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения РФ, г. Владикавказ.