Определение степени выведения избыточного количества металлов из организма исходя из принимаемых доз биополимерных энтеросорбентов

Ю. А. Тунакова, Ю. А. Шмакова, А. В. Чирков ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ВЫВЕДЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО КОЛИЧЕСТВА МЕТАЛЛОВ ИЗ ОРГАНИЗМА ИСХОДЯ ИЗ ПРИНИМАЕМЫХ ДОЗ БИОПОЛИМЕРНЫХ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ

Ключевые слова: биополимеры, энтеросорбенты, металлы.

Описана методология расчета степени выведения большого перечня металлов из организма в зависимости от сорбционной эффективности используемых энтеросорбентов.

Keywords: the biopolymers, enterosorbents, metals.

The methodology of calculation of a degree of deducing of the big list of metals from an organism is described depending on sorbtion efficiency used enterosorbents.

Введение

Как рассматривалось нами в предыдущих публикациях, жители современных мегаполисов находятся под воздействием высоких уровней полиметаллического загрязнения [1-4]. Поскольку время, необходимое для снижения вдвое от исходного содержания накопившегося в органе или организме металла составляет 5-10 и более лет (если поглощение преобладает над выведением), то происходит кумуляция металлов с последующим токсическим действием на весь организм в целом, следовательно, необходимо применять различные методы их выведения, детоксикации и сорбции. Для реализации этих целей наиболее эффективным является метод энтеросорбции, основанный на связывании и выведения из организма через желудочно-кишечный тракт с лечебной или профилактической целью эндогенных и экзогенных веществ, надмолекулярных структур и клеток. В настоящее время самыми безопасными для реализации этих задач признаны энтеросорбенты на основе биополимеров [5-6]. Рекомендации производителей по приему энтеросорбентов универсальны и не зависят от уровня полиметаллической нагрузки, возраста и др. факторов, поэтому необходимо разработать рекомендации по оптимизации использования биополимерных энтеросорбентов в зависимости от фактического поступления металлов.

Нами оценивалась сорбционная емкость наиболее распространенных и доступных биополимерных энтеросорбентов «Полифепан» и «Феокарпин». В качестве энтеросорбента сравнения нами использовался самый эффективный сорбент -активированный уголь, являющийся

неспецифическим сорбентом, длительное использование которого не рекомендуется. Доказанным отрицательным фактором применения, угольных сорбентов, является сорбция витаминов, минеральных солей и других полезных веществ, а также неспецифическая сорбция ферментов (пепсина, трипсина, амилазы), что требует коррекции заместительной терапии ферментными препаратами. Кроме того, угольные энтеросорбенты могут оказывать повреждающее действие на слизистую, и их не следует длительно использовать при наличии эрозивного или язвенного процесса в

желудочно-кишечном тракте. Углеволокнистые адсорбенты способны острыми кромками перфорировать слизь, взаимодействуя с эритроцитами. Более безопасными в применении являются биополимерные энтеросорбенты [6,7]. Рассмотрим особенности структуры и свойств выбранных биополимерных энтеросорбентов. «Полифепан» создан на основе лигнина, который входит в состав ряда растительных пищевых продуктов и не является чужеродным для организма человека. Он изготавливается в виде влажного порошка (65-70%), обладает небольшой удельной поверхностью (15-209 м2/г) и объемом сорбционного пространства (0,15 см3/г), крупными размерами частиц (0,1-0,5 мм). Благодаря этим свойствам, «Полифепан» способен сорбировать

низко- и среднемолекулярные вещества, к которым относятся металлы. Имеющийся на его поверхности значительный набор функциональных групп (метаксильных, карбоксильных, карбонильных, различной природы гидроксильных и др.) обеспечивает адсорбцию, в т.ч. хемосорбцию и комплексообразование с различными сорбатами.

«Феокарпин» также является

представителем сорбентов растительного происхождения. Он создан на основе биологически активных веществ хвои и пищевого энтеросорбента

- микрокристаллической целлюлозы. Активными веществами его являются натуральный хвойный комплекс, содержащий производные хлорофилла, каротиноиды, полипренолы, соли жирных кислот и смоляных кислот. По механизму сорбции «Феокарпин» сходен с «Полифепаном», однако, благодаря большей удельной поверхности (в 2-26.7 раз) и объему сорбционного пространства пор (в 2.54 раза), соответствующих размерам мезо- и, преимущественно, микропор «Феокарпин» обладает свойством сорбции низкомолекулярных

ксенобиотиков, в т.ч. и металлов [5,7].

Экспериментальная часть

Навеска сорбента заливалась раствором солей металлов. Выдерживалась, периодически перемешиваясь определенное, заданное время и отфильтровывалась через беззольный фильтр. В фильтрате измерялась конечная концентрация металлов методом атомно-абсорбционной

спектрофотометрии (ААС), как один из наиболее селективных, воспроизводимых методов,

позволяющих решать задачи определения сравнительной эффективности сорбентов в отношении металлов. Следует отметить, что в настоящее время атомно-абсорбционный анализ является одним из наиболее точных аналитических методов, отличающимся высокой избирательностью и быстротой исполнения. Кроме того, во многих случаях этот метод является арбитражным, большинство нормативов ориентировано на применение именно метода ААС.

Данный метод особенно удобен для анализа растворов, так как в этом случае диссоциация молекул анализируемого вещества на атомы может быть достигнута термически в пламени газовой горелки. В сильно окисленном воздушноацетиленовом пламени определение уровня металлов достаточно селективно.

Для каждого сорбента был проведен ряд параллельных наблюдений с различной экспозицией в растворе солей металлов. Растворы анализировались через 5 мин, 1 час, 6 часов и сутки экспозиции.

Навеска каждого сорбента отбиралась в соответствии с его рекомендуемым суточным количеством приема. Объем раствора солей металлов соответствовал 10-ти кратному (по весу) количеству сорбента (т.е. на 1 г сорбента 10 мл раствора). При подготовке металлов в составе смеси солей и их концентраций мы руководствовались следующими положениями: для анализа

применялись азотнокислые соли 2п, Си, Ре, Со, Са, РЬ, Мп, N1 - т.е. наиболее распространенные как эссенциальные, так и токсичные металлы. При подготовке растворов использовались

государственные стандарты (ГСО 7877-2000 (РЬ), 7874-2000 (Сф, 7837-2000 (2п), 7873-2000 (N1), 6073-91 (Си), 7834-2000 (Мп)) в соответствующих разведениях дистиллированной водой (фон ГСО 1 н HNOз). Применялась стандартная стеклянная лабораторная посуда: пробирки и мерные цилиндры ГОСТ 1770-74.

Концентрации металлов в растворе подбирались таким образом, чтобы во-первых, возможно было зафиксировать вероятные флуктуации концентраций, во-вторых, чтобы эти концентрации были близки к физиологическим. Исключением являются типичные тяжелые металлы (РЬ, Со, N1), так как в норме в организме их концентрации очень низки, поэтому для них была выбрана условная величина 1 мг/л. Таким образом, начальные концентрации металлов в тестовом растворе составили: Бе, Си - 2 мг/л; 2п - 5 мг/л; Мп, N1, Со, С4 РЬ - 1 мг/л.

Результаты исследования представлены в Таблица 1 с принятыми сокращениями: У-

активированный уголь, Ф-Феокарпин, П-Полифепан.

В результате исследования установлено, что наиболее эффективную сорбционную способность продемонстрировал активированный уголь (63%). Но его курсовое использование запрещено ввиду

неселективного выведения металлов и нарушения слизистой оболочки желудка. На втором месте по эффективности стоит «Полифепан», достаточно эффективно (35-40%), поглощающий большинство исследованных металлов. «Феокарпин» проявил

меньшую сорбционную способность. По инструкциям к препаратам Полифепана» может использоваться не более 10 дней, «Феокарпин» может использоваться и более длительное время (15 дней и более), что выгодно его отличает в практическом применении (щадящая сорбция, сохранение микроэлементного баланса в организме).

Таблица 1 - Сорбция металлов в модельных и тестовом растворах

Образец У., 5 м У., 1 ч У., 6 ч У., 24 ч Ф., 5 м Ф., 1 ч Ф., 6 ч Ф., 24 ч П., 5 м П., 1 ч П., 6 ч П., 24 ч

Бе 0,18 2,86 3,39

(1,94) 0,29 3,80 4,66

0,30 4,47 5,75

0 3,84 7,70

Си 0 10,1 1,25

(1,87) 0 12,51 1,39

0 16,60 1,72

0 19,04 1,67

2п 0 2,84 2,97

(5,1) 0 2,85 4,70

0 2,91 3,28

0 2,37 1,55

Мп 3,18 1,32 1,44

(0,97) 3,07 1,40 1,19

1,42 1,44 1,65

3,08 0,98 1,27

N1 0 1,00 1,10

(1,09) 0 0,71 0,66

0 0,77 0,57

0 0,80 0,60

Со 0,14 0,64 0,90

(0,96) 0,08 0,62 0,53

0 0,52 0,22

0 0,41 0,22

РЬ 0 0,9 0,6

(0,99) 0 0,8 0,61

0 0,82 0,63

0 0,81 0,51

Са 0,06 0,81 0,87

(0,96) 0,06 0,86 0,95

0,05 0,77 0,88

0,01 0,88 0,82

Для обоснованного определения доз применения препаратов мы руководствовались следующими положениями. Согласно нашим расчетам, сорбционная эффективность различных сорбентов в заданном диапазоне концентраций колеблется в пределах 5-50 мкг/г. Учитывая то обстоятельство, что в эксперименте на каждый грамм сорбента бралось 10 мл раствора, можно использовать следующее отношение: 100 г сорбента

на 1 литр дуоденального содержимого - часовой объем секреции желудочного сока у детей-подростков 12-14 лет. Снижение концентрации металлов при этом отношении составит от 17,2 до 23,5% (в среднем 20,4%), в зависимости от металла и характерной для него концентрации. Иначе говоря, каждый 1 г сорбента дает увеличение сорбции на 20,4/100=0,2% на 1 л дуоденального содержимого в течение часа. Таким образом, 10 г сорбента снизят концентрацию металлов в дуоденальном содержимом на 2% в течение часа, что через 10 дней обеспечит снижение концентрации металлов в сыворотке не менее чем на 20% (в среднем по всем металлам или до 35,3% по свинцу). Таким образом, прием 10 г сорбента в течение суток может обеспечить снижение металлов в сыворотке на 2% от исходного.

Отметим также, что увеличение/снижение дозировки сорбента на 1 г, через 10 суток приведет к увеличению/замедлению снижения концентрации металлов в сыворотке крови на 2% от исходного.

Проверим предлагаемые положения для определения выведения свинца из организма с помощью биополимерных энтеросорбентов.

На 100 г сорбента -1 литр дуоденального содержимого - часовой объем секреции желудочного сока у детей-подростков 12-14 лет. Снижение концентрации свинца при этом отношении составит от 16,5% (0,033 мкг/мл от 0,2), то есть каждый 1 г сорбента дает увеличение сорбции на 16,5/100=0,165% на 1 л дуоденального содержимого в течение часа. 10 г сорбента снизят концентрацию металла в дуоденальном содержимом

на 1,65% в течение часа, что через 10 дней обеспечит снижение концентрации свинца в сыворотке не менее чем на 35%.

В результате всех проведенных исследований и экспериментов, за основу усредненной сорбционной эффективности условного

семидневного курса энтеросорбции взяты следующие значения: содержание свинца в

организме снижается на 35%, меди на 15%, цинка на 19%, хрома на 39,6%, стронция на 40%, железа на 45%, кобальта на 22%, кадмия на 66%, никеля на 35% и марганца на 18%.

Литература

1. Ю.А. Тунакова, Е.С. Мухаметшина, Ю.А. Шмакова, Вестник казан. технол. ун-та, 14, 9, 74-79 (2011).

2. Ю.А. Тунакова, Е.С. Мухаметшина, Ю.А. Шмакова, Вестник казан. технол. ун-та, 14, 10, 96-102 (2011).

3. Ю.А. Тунакова, Е.С. Мухаметшина, Ю.А. Шмакова, Вестник казан. технол. ун-та, 14,12, 82-86 (2011).

4. Ю.А. Тунакова, Е.С. Мухаметшина, Ю.А. Шмакова, Вестник казан. технол. ун-та, 14, 14, 141-149 (2011).

5. В.Г. Фотеев, Г.П. Вдовина, И.П. Корюкина, Р.Р. Задин и др. Всероссийской науч. конф. Современные проблемы валеологии и эндокринологической реабилитации в лечебном и учебном процессе. Сб. материалов. Пенза, 1998.С. 39-40.

6. Н.А. Беляков Энтеросорбция - механизм лечебного действия / Н.А.Беляков, А.В. Соломенников //Эфферентная терапия- т. 3- № 2-1997.

7. Ильина А.В., Ткачева Ю.В., Варламов В.П. // Прикл. биохим. и микробиол., Т. 8, 2, 132-135 (2002).

© Ю. А. Тунакова - д-р хим. наук, проф., зав. каф. общей химии и экологии КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ, ]иНарго1'@та11.ги; Ю. А. Шмакова - асп. каф. технологии пластических масс КНИТУ, к81и-та1епа1@та11.ги; А. В. Чирков

- магистр КНИТУ.