Tеоретические основы адсорбционной терапии атеросклероза

Проблемы здоровья и экологии

103

1. Вихетр, А. М. Атлас диагностических биопсий кожи / 2. Меланоциты: строение, функции, методы выявления,

А. М. Вихерт, Г. А. Галил-Оглы, К. К. Порошин. — М.: Медицина, роль в кожной патологии / Т. Н. Кичигина [и др.] // Вестник

1973. — С. 42-57. ВГМУ. — 2007. — Т. 6, № 4. — С. 17-23.

Поступила 30.11.2009

УДК 612.014.462.9:616.13-004.6

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АДСОРБЦИОННОЙ ТЕРАПИИ АТЕРОСКЛЕРОЗА А. В. Лысенкова, В. А. Филиппова, Л. В. Прищепова, М. В. Одинцова Г омельский государственный медицинский университет

Настоящее исследование посвящено изучению эффективности применения методов сорбционной терапии для лечения и профилактики атеросклероза. С этой целью были рассмотрены кинетические закономерности адсорбции холестерина из водоспиртовых растворов, полученных ультразвуковым диспергированием атеросклеротических бляшек. В качестве адсорбентов использовались активированный уголь и микроцеллюлоза, широко применяемые в клинической практике в качестве энтеро- и гемосорбентов. Для количественного описания сорбционного процесса были рассчитаны кинетические константы сорбции и десорбции холестерина, а также константы адсорбционного равновесия, значения максимальной адсорбции и степень извлечения холестерина из модельных растворов, имитирующих состояние холестерина в кровяном русле. Изучение адсорбционных параметров процессов поглощения ионов кальция, магния, меди и аскорбиновой кислоты на активированном угле и микроцеллюлозе позволили выявить характер побочных процессов указанных сорбентов. Полученные данные позволило сделать вывод о преимуществах использования активированного угля для уменьшения содержания холестерина в крови.

Ключевые слова: атеросклероз, холестерин, сорбционная терапия, активированный уголь, микроцеллюлоза, кинетические константы адсорбции и десорбции, константа адсорбционного равновесия.

THEORETICAL BASES OF ATHEROSCLEROSIS’ ADSORPTIONAL THERAPY A. V. Lysenkova, V. A. Philippova, L. V. Prischepova, M. V. Odintsova Gomel State Medical University

The goal of the given investigation was to study the effectiveness of adsorption therapy applied to treat and prevent atherosclerosis. The kinetics of cholesterol adsorption from water-alcohol solutions prepared by ultrasonic degradation method was under study. Activated carbon and micro cellulose wide applied in medicine as entero- and hemosorbents were used to bind and remove cholesterol from model solutions. In order to give quantitative description for the adsorption process the rate constants of adsorption and desorption, the equilibrium constant of adsorption, the maximum adsorption and the degree of cholesterol excretion were calculated. The studying of calcium, magnesium, copper and ascorbic acid adsorption at activated carbon and micro cellulose made it possible to appreciate the side effects of adsorption therapy. The investigation revealed that effectiveness of activated carbon for treating and preventing atherosclerosis is greater than that of micro cellulose.

Key words: atherosclerosis, cholesterol, adsorption therapy, activated carbon, micro cellulose, rate constants of adsorption and desorption, the equilibrium constant of adsorption.

Введение

Адсорбционная терапия широко применяется в современной медицине как мощный способ детоксификации организма при отравлениях, а также для лечения целого ряда заболеваний: туберкулеза, СПИДа, бронхиальной астмы, острой почечной и печеночной недостаточности и других видов патологии [1, 2, 3]. Кроме того, использование сорбентов рассматривается как эффективный метод очистки организма от радионуклидов, что особенно актуально для жителей регионов, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС [4].

В последние годы появились многочисленные публикации о применении сорбентов для регулирования обмена холестерина и предупреждения развития атеросклероза и ишемической болезни сердца. Связывая холестерин, сорбенты уменьшают риск развития сердечно-сосудистой патологии [5, 6].

Однако наряду с несомненными достоинствами широко известны и побочные эффекты использования сорбентов: связывание и выведение из организма биометаллов, витаминов и других биологически активных соединений [7].

Для гемо- и энтеросорбции используются сорбенты двух классов: неселективные, поглощающие из крови, лимфы, плазмы, а также ЖКТ несколько веществ, и селективные, извлекающие вещества определенной структуры. К первой группе относятся активированные угли, на поверхности которых собираются индолы, скатолы, гуанидиновые основания, жирные кислоты, билирубин, органические кислоты и т. д. К селективным сорбентам относятся микроцеллюлоза и другие сорбенты, изготовленные на основе пищевого волокна [8, 9].

Исследование проводилось в двух направлениях:

Проблемы здоровья и экологии

• изучение кинетических и термодинамических параметров адсорбции холестерина на активированном угле и микроцеллюлозе;

• определение параметров сорбции и выведения ионов кальция, магния, меди и аскорбиновой кислоты (АК) из модельных растворов.

Методы исследования

Настоящее исследование выполнялось в 2007-2009 гг. на базе кафедры общей и биоорганической химии Гомельского государственного медицинского университета. Адсорбция холестерина изучалась из его водоспиртовых дисперсий, приготовленных методом ультразвукового диспергирования атеросклеротических бляшек. Изучение кинетики сорбционного процесса выполнялось путем пропускания модельных растворов с различными исходными концентрациями холестерина (1,64; 1,94; 2,41 ммоль/л) через колонки, заполненные активированным углем и микроцеллюлозой. Динамика сорбции исследовалась путем периодического отбора проб из растворов с последующим определением в них содержания холестерина. Концентрация холестерина измерялась энзиматическим колориметрическим методом. Принцип метода заключается в следующем: при гидролизе эфиров холестерина хо-лестеролэстеразой образуется свободный холестерин, который окисляется кислородом воздуха под действием холестеролоксидазы с образованием эквимолярного количества водородопероксида. Под действием пероксидазы водородопероксид окисляет хромогенные субстраты с образованием окрашенного продукта. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации холестерина в пробе. В качестве рабочего использовался раствор ферментов холе-стеролэстеразы и холестеролоксидазы, а также

хромогенов, активаторов и стабилизаторов в фосфатном буфере. В роли раствора сравнения (калибратора) применялся раствор с содержанием холестерина 5,17 ммоль/л [10].

Методика периодического отбора проб использовалась и для изучения сорбции катионов кальция, магния, меди и аскорбиновой кислоты из модельных водных растворов с различными исходными концентрациями адсорбатов на активированном угле и микроцеллюлозе. Содержание ионов кальция и магния в отбираемых пробах выполнялось методом комплексонометрии, а концентрация ионов меди и аскорбиновой кислоты определялась йодометрическим методом [11].

Результаты и обсуждение

Для гемо- и энтеросорбции холестерина обычно применяются углеродные сорбенты, которые, несмотря на их невысокую сорбционную емкость и некоторые побочные эффекты, нашли широкое применение в современной медицине. Перспективным считается применение микроцеллюлозы и других сорбентов, приготовленных на основе пищевых волокон.

Скорость изучаемых процессов адсорбции удовлетворительно описывается параболическим уравнением, напоминающим по виду уравнение Фрейндлиха [12]:

л_

ы = к т n ,

где k — константа скорости, зависящая от размера адсорбирующей поверхности и коэффициента диффузии адсорбтива, а — адсорбция вещества ммоль/г, т — время, мин. Логарифмическое преобразование данного уравнения позволяет рассчитать константу сорбции графическим методом. Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Кинетические параметры адсорбции холестерина на угле и микроцеллюлозе

Сорбент Константа скорости адсорбции, мин-1 Константа скорости десорбции, мин-1 травн., мин

Активированный уголь 1,0х10-7 4,2х10-6 25-30

Микроцеллюлоза 1,7х10-8 4,2х10-7 15-20

Полученные данные позволили установить, что:

• время достижения адсорбционного равновесия на активированном угле составляет 25-30 мин, а на микроцеллюлозе — 15-20 мин, что свидетельствует о высокой скорости сорбционных процессов, обусловленной, вероятно, высокой скоростью диффузии в растворах;

• скорость адсорбции холестерина на угле существенно выше, чем на микроцеллюлозе;

• поскольку константа скорости десорбции несколько превышает константу адсорбции, то

можно сделать вывод о невысоком сродстве холестерина как к углю, так и к микроцеллюлозе.

Полученные кинетические данные легли в основу расчета термодинамических параметров процессов адсорбции. Адсорбция холестерина из модельных растворов, протекающая при комнатной температуре (20-22 °С), удовлетворительно описывается уравнением Ленгмюра [13]:

a = a

max

Kc

Кс +1

где К — константа равновесия адсорбции, характеризующая сродство данного адсорби-

Проблемы здоровья и экологии

105

руемого вещества к данному сорбенту, с — Ленгмюра позволило рассчитать его параметры концентрация адсорбата, ммоль/л, a.max — мак- графическим методом. Результаты определения

симальная адсорбция, ммоль/г. параметров адсорбции представлены в таблице 2.

Линейное преобразование уравнения

Таблица 2 — Термодинамические параметры адсорбции холестерина на угле и микроцеллюлозе

Сорбент атах, ммоль/г Константа равновесия х102 Степень извлечения, %

Активированный уголь 40,0 4,10 8,40

Микроцеллюлоза 4,00 2,40 4,18

Полученные данные позволили сделать выводы:

• максимальная адсорбция холестерина на угле (атах), характеризующая сорбционную емкость (мощность сорбента), достаточно велика, что свидетельствует о значительной эффективности данных сорбентов для снижения уровня холестерина в крови. Максимальная адсорбция холестерина на микроцеллюлозе на порядок ниже, чем на угле, что позволяет сделать вывод о возможности их применения при лечении атеросклероза;

• константы адсорбционного равновесия свидетельствуют о преимуществе угля перед микроцеллюлозой: сродство холестерина к углю в два раза выше, чем к целлюлозе;

• степень извлечения холестерина на угле приблизительно в два раза превышает степень его извлечения на микроцеллюлозе, тем не менее этот сорбент можно использовать в начальных стадиях заболевания.

Для оценки побочных эффектов адсорбционной терапии атеросклероза были изучены кинетические и термодинамические параметры Таблица 3 — Кинетические параметры адсорбц кислоты

сорбции ионов кальция, магния, меди и аскорбиновой кислоты (АК) на активированном угле и микроцеллюлозе. Результаты расчетов кинетических параметров адсорбции представлены в таблице 3.

Приведенные данные позволили установить:

• микроцеллюлоза наиболее активно связывает и выводит биометаллы и АК. Сорбционные процессы на ней характеризуются наиболыпими значениями констант скорости,

изменяющимися в диапазоне 7,9-11,3-10"3мин"

1.

?

• наибольшая скорость сорбционных процессов на изучаемых сорбентах наблюдается для ионов кальция и магния; скорость извлечения АК и катионов меди значительно ниже.

Полученные кинетические данные легли в основу расчета термодинамических параметров процессов сорбции.

Параметры адсорбции биометаллов и АК представлены в таблице 4.

[ ионов кальция, магния, меди и аскорбиновой

Сорбент kx10 , мин" Степень извлечения, %

са2^ Mg2+ CU2^ АК Са2+ Mg2+ Си2+ АК

Уголь активированный 1,11 0,76 0,41 1,57 55,46 62,1 17,4 74,2

Микроцеллюлоза 11,3 9,4 7,9 8,9 76,7 43,5 48,75 60,5

Таблица 4 — Термодинамические параметры уравнения адсорбции Ленгмюра

Сорбент атах, ммоль/г Кх103, 1 ммоль

са2^ Mg2+ Си2+ АК са2^ Mg2+ Си2+ АК

Уголь активированный 8,33 20,0 9,98 2,94 4,6 4,0 2,0 0,37

Микроцеллюлоза 25,0 38,9 46,7 35,9 270 31,2 18,8 46,9

Полученные данные позволили сделать выводы:

• наиболее активным сорбентом, имеющим наибольшее сродство ко всем изученным адсорбатам, является микроцеллюлоза; она же обладает наибольшей селективностью по отношению к катионам кальция (К = 0,27);

• наименее активным сорбентом явился активированный уголь, имеющий, тем не менее, относительно высокое сродство к катионам кальция (К = 4,6х10'3) и магния (К = 4,0х 10"3).

Таким образом, активированный уголь характеризуется высокой степенью извлечения холестерина, но низкими побочными эффектами, что и способствует его широкому применению для коррекции уровня холестерина в крови.

Заключение

1. Изучены кинетические и термодинамические характеристики адсорбции холестерина из водноспиртовых растворов на активированном угле и микроцеллюлозе, свидетельствующие о сравни-

Проблемы здоровья и экологии

тельно высокой эффективности сорбционной терапии для лечения и профилактики атеросклероза.

2. Определены кинетические и термодинамические параметры сорбционных процессов, протекающих в водных растворах солей кальция, магния, меди (П) и АК под воздействием активированного угля и микроцеллюлозы. Полученные данные позволяют сделать вывод о незначительных побочных эффектах активированного угля.

3. С большой степенью вероятности можно утверждать, что применение активированного угля является одним из надежных способов понижения холестерина в крови и других биологических жидкостях человека.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Хотимченко, Ю. С. Применение энтеросорбентов в медицине / Ю. С. Хотимченко, А. В. Кропотов // Тихоокеанский медицинский журнал. — 1999. — № 2. — С. 84-89.

2. Хотимченко, Ю. С. Энтеросорбенты для больных и здоровых / Ю. С. Хотимченко, А В. Кропотов // Медико-фармацевтический вестник Приморья. — 1998. — № 4. — С. 99-107.

3. Timokhina, V. I. Toxicological aspects of preclinical studies of hemosorbents / V. I. Timokhina, S. Y. Lanina, V. G. Lappo // Med. Prog. Technol. — 1992. — Vol. 18(1-2). — Р. 15-17.

4. Лысенкова, А В. Адсорбция радиоцезия на глинах / А. В. Лысенкова, В. А. Филиппова, В. А. Игнатенко // Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем: матер. Междунар. науч. конф., VII съезд БООФиБ, Минск, 21-23 июня 2006 г. — Мн., 2006. — Т. 2. — С. 317-319.

5. Энтеросорбция /под. ред. Н. А. Белякова.—Л., 1991. — 245 с.

6. Markin, S. S. The programmatic hemosorption in the comprehensive treatment of atherosclerosis of various localization. Hemo-sorption in the treatment of atherosclerosis / S. S. Markin, E. S. Nalivaiko, E. M. Khalilov // Biomater Artif Cells Artif Organs. — 1987. — Vol. 1, № 15. — P. 125-135.

7. Лысенкова, А. В. Термодинамика энтеросорбции / А. В. Лы-сенкова, В. А. Филиппова, Л. В. Прищепова // Эколого-биологические вопросы просвещения и воспитания: матер. Междунар. науч.-метод. конф., Одесса, сент. 2007. — Одесса, 2007. — С. 81-84.

8. Кузнецов, Б. Н. Синтез и применение углеродных сорбентов / Б. Н. Кузнецов // Соросовский образовательный журнал. — 1999. — № 12. — С. 29-34.

9. Рощина, Т. М. Адсорбционные явления и поверхность / Т. М. Рощина // Соросовский образовательный журнал. — 1998. — № 2. — С. 89-94.

10. Пилипенко, А. Т. Аналитическая химия / А. Т. Пилипенко, И. В. Пятницкий: в 2 кн. — М.: Химия, 1990. — 846 с.

11. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство: учеб. пособие для вузов / под ред. Б. В. Алесковско-го. — Л.: Химия, 1988. — 376 с.

12. Воюцкий. С. С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюц-кий. — М.: Химия, 1976. — 512 с.

13. Евстратова, К. И. Физическая и коллоидная химия: учеб. для фарм. вузов и факультетов / К. И. Евстратова, Н. А. Купина, Е. Е. Малахова; под ред. К. И. Евстратовой. — М.: Высш. шк., 1990. — 487 с.

Поступила 10.07.2009

УДК 615.099.091:547.422.22

ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВО ВНУТРЕНИХ ОРГАНАХ ЧЕЛОВЕКА И БЕЛОЙ КРЫСЫ ПРИ ОТРАВЛЕНИИ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЕМ

Ю. А. Овсиюк, А. А. Жукова, Д. А. Зиновкин

Управление по Гомельской области Г осударственной службы медицинских судебных экспертиз Г омельский государственный медицинский университет

Данные судебно-медицинских исследований смертельных отравлений этиленгликолем позволили актуализировать общие специфические признаки патоморфологических изменений внутренних органов при экспериментальном введении летальных доз этиленгликоля лабораторным животным: выраженые расстройства кровообращения и микроциркуляции во внутренних органах; венозное полнокровие; кристаллы щавелевокислого кальция в канальцах почек; дистрофические изменения в почках и печени.

Ключевые слова: этиленгликоль, токсичность.

PATHOLOGICAL AND MORPHOLOGICAL CHANGES IN THE INTERNAL ORGANS OF HUMAN AND WHITE RAT AT ETHYLEN GUYCOLE POISONING

U. A. Ovseyuk, A. A. Zhukova, D. A. Zinovkin

Management of Judicial Medical Examinations of Gomel Region Gomel State Medical University

The data from medical researches of fatal poisonings by ethylen glycole have allowed to reveal the general specific attributes of pathological and morphological changes of internal organs at experimental introduction of fatal dozes of eth-ylen glycole to the laboratory animals: the expressed frustration of blood circulation and microcirculation in internal organs; venopressor plethora; crystals of lemon salt in tubules of kidneys; dystrophic changes into kidneys and liver.

Key words: ethylen glycole, toxicity.

Введение

Этиленгликоль (ЭГ) — сиропообразная бесцветная или желтоватая жидкость входит в состав антифризов и гидротормозных жидкостей. Отравления развиваются при употреблении его как суррогата алкоголя. Диагностика отравлений этиленгликолем нередко затруднительна в

связи с тем, что пострадавшие часто поступают в бессознательном состоянии, а специфические признаки отравлений данным ядом отсутствуют.

Дозы, вызывающие смертельное отравление человека этиленгликолем, подвержены большим колебаниям и варьируют в пределах от 50 до 500 мл. В большинстве случаев смер-