Современные подходы к использованию сорбционных технологий в коррекции микроэлементных нарушений у детей
- Аннотация
- Статья
- Ссылки
Впредыдущие годы изучение микроэлементов ограничивалось в основном оценкой клинического значения эссенциальных МЭ (цинка, железа, меди, магния и ряда др.) в этиологии и патогенезе некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта у детей (язвенной болезни двенадцатиперстной кишки, хронических заболеваниях кишечника, целиакии, гепатите). Исследования роли токсичных МЭ были единичными [1, 14].
Распределение микроэлементов на эссенциальные, относительно нейтральные и токсичные достаточно условно, поскольку при превышении определенного уровня концентраций эссенциальные микроэлементы способны проявлять токсический эффект и, наоборот, традиционно токсичные МЭ, такие как свинец, рубидий, мышьяк, при определенных условиях дозировки и экспозиции могут оказывать благоприятное воздействие [5].
Постоянное поступление в организм ребенка некоторых МЭ (свинца, стронция, хрома, цинка и др.) чрезвычайно опасно для здоровья, что связано с их кумулятивными свойствами, длительным периодом биологической полужизни, возможностью мутагенного, канцерогенного, тератогенного, иммунотоксического, эмбрио- и гонадотоксического действия и неспособностью к самостоятельной деструкции и элиминации из организма [3].
Металлы поступают в организм с водой, пищевыми продуктами, вдыхаемым воздухом [3–5]. Проникновение металлов в организм происходит через взаимодействие с поверхностью желудочно-кишечного тракта, поскольку в процессе дыхания часть содержащихся в воздухе аэрозолей и их соединений оседает в носоглотке. Значительное количество ингалированных металлов задерживается слизью, продвигается мерцательным эпителием в носоглотку, заглатывается со слюной и поступает в пищеварительный тракт.
Неблагоприятным фоном, создающим условия для повышенного всасывания тяжелых металлов, является нерациональное питание (недостаток белка, кальция и др.). На всасывание МЭ влияет секреция пищеварительных желез, моторика ЖКТ, эндокринная и нейрогенная регуляция, состояние микроциркуляции и лимфотока, микрофлора кишечника, сопутствующие заболевания [3].
Вступая в непосредственный контакт со слизистой желудочно-кишечного тракта, металлы могут оказывать токсическое влияние на функциональное состояние организма. Механизмы повреждающего действия различных металлов на детский организм во многом похожи. В результате нарушается структура и функция мембран клеток, внутриклеточных ферментов, отмечается каскадное усиление перекисного окисления липидов, сопряженное с угнетением иммунного ответа.
Таким образом, повышенное содержание металлов в среде обитания сопровождается увеличением их концентрации в органах и тканях с развитием различных патологических состояний. Время, необходимое для двукратного снижения концентрации накопившихся в организме металлов, составляет в среднем от 5 до 10 лет и более (если поглощение преобладает над выведением). Соответственно, происходит кумуляция элементов с последующим хроническим токсическим действием на важнейшие системы организма [4].
Исходя из этого, становится очевидной необходимость применения различных методов детоксикации и сорбции. Для реализации этих целей наиболее эффективными являются энтеросорбционные технологии. Энтеросорбцией называется метод эфферентной терапии, основанный на связывании и выведении из организма через желудочно-кишечный тракт эндогенных и экзогенных веществ, надмолекулярных структур и клеток. Энтеросорбция осуществляется с помощью особых веществ, способных сорбировать на своей поверхности токсические агенты (в том числе эндотоксины), инактивировать их действие и выводить из организма в виде связанных комплексов. В результате уменьшается метаболическая нагрузка на печень и почки с характерным снижением потребления этими органами кислорода, выделения из организма углекислого газа и непредельных углеводородов [2].
Энтеросорбенты выпускаются в виде лечебных препаратов различной структуры и состава, которые связывают вещества в желудочно-кишечном тракте путем адсорбции, ионообмена и комплексообразования.
Сорбенты имеют различные свойства и могут различаться по ряду признаков:
- по лекарственной форме и физическим свойствам: гранулы, порошки, таблетки, пасты, гели, взвеси, коллоиды, инкапсулированные материалы, пищевые добавки;
- по химической структуре: активированный уголь, силикагели, цеолиты, алюмогели, окисные и другие неорганические сорбенты, пищевые волокна и др.;
- по механизмам сорбции: адсорбенты, абсорбенты, ионообменные материалы, сорбенты с сочетанным механизмом действия, сорбенты с каталитическими свойствами;
- по селективности: неселективные, селективные монофункциональные, селективные би- и полифункциональные.
Разделение энтеросорбентов по лекарственной форме имеет существенное значение для медицинской практики, так как с этим связаны удобство применения препаратов и выбор сорбента для лечения больных с конкретными заболеваниями [2].
Все современные энтеросорбенты должны соответствовать основным медицинским требованиям, к которым относятся:
а) отсутствие токсических свойств;
б) нетравматичность для слизистых оболочек;
в) хорошая эвакуация из кишечника;
г) хорошие функциональные (сорбционные) свойства;
д) удобная лекарственная форма.
Механизмы лечебного действия энтеросорбции зависят от вида сорбентов и структуры сорбатов (токсинов и ксенобиотиков), путей поступления ядов в организм, стадии токсикоза, состояния обмена между кровью и энтеральной средой.
В массообмене с сорбентом участвуют слюна, желудочный сок, желчь, панкреатический сок, сок тощей и подвздошной кишки; объем этих секретов, выделяемый в течение суток, соответственно равен 1 л, 2 л, 0,5 л, 1 л, 2 л, 0,5 л. Уже в желудке происходит равномерное распределение сорбента в жидкой фазе секрета и пищевых компонентов, с которыми препарат поступает в двенадцатиперстную кишку. Вероятно, этап сорбции в желудке в кислой среде является весьма важным, так как сорбент не насыщен и имеет максимальную способность к связыванию токсических продуктов. В тонкой кишке происходит сорбция как веществ, принятых перорально, так и компонентов секрета слизистой оболочки, печени и поджелудочной железы. При пролонгированном приеме энтеросорбента в тонкой кишке на 1 г препарата приходится в среднем 100 мл химуса. Площадь контакта с химусом обратно пропорциональна размерам частиц сорбента. В связи с этим можно полагать, что скорость сорбции и насыщения сорбента при прочих равных условиях будет большей при использовании мелкодисперсных препаратов. Увеличение размера частиц приводит к пролонгированию процесса сорбции в дистальных отделах кишечника. По мере продвижения энтеросорбента по кишечнику соотношение между количеством препарата и химусом увеличивается за счет концентрации кишечного содержимого и составляет в терминальном отделе толстой кишки 1:2–1:4. Концентрация кишечного содержимого меняет условия сорбции, и сорбционная емкость препарата снижается.
Компоненты, проходящие из сосудистого русла в интерстиций, а затем в просвет кишки через железистый аппарат, транс- или парацеллюлярно, достигают гликокаликса и транспортируются в слизистом слое в основном за счет диффузии. В просвете кишки транспорт веществ к сорбенту происходит путем облегченной диффузии по градиенту концентрации за счет конвективных потоков, поддерживаемых перистальтикой кишечника. В тех случаях, когда слой слизистых наложений непрерывен, соприкосновения сорбента и эпителия не происходит. Не исключена возможность образования пристеночного слоя из сорбента, в чем можно убедиться при аутопсии резецированного отдела кишки. На поверхности и в складках слизистой оболочки выявляются гранулы адсорбента. Природный адсорбент Полифепан оставляет тонкий коричневый слой на слизистых наложениях. Углеволокнистые адсорбенты способны острыми кромками перфорировать слизь, взаимодействуя с эритроцитами.
Начиная с двенадцатиперстной кишки, процесс сорбции идет в щелочной среде, что позволяет использовать широкий спектр потенциальных сорбатов. При этом доказано, что длительный прием энтеросорбентов не оказывает патологического влияния на физиологические функции организма и не сопровождается существенными нарушениями биохимического состава крови. Вместе с тем показано, что при использовании углеродных сорбентов предпочтительны калий-магний-сбалан-сированные формы, предотвращающие развитие гипокалиемии и способные десорбировать до 2 г калия и 0,12–0,15 г магния с каждых 50 г сорбента.
В последние годы на фармацевтическом рынке появилось много лекарственных препаратов, биологически активных добавок, которые объединяются производящими и торгующими организациями под единым названием сорбенты, подразумевая применение этих препаратов с целью энтеросорбции. Наиболее известные из них: на основе углей – АУВМ Днепр, Ваулен, Арболен, Гемосфер, на основе лигнина – Полифепан, на основе хитина – Хитозан, на основе цеолитов – Литовит, углеродминеральные композиты – СУМС-1, на основе кремния – Смекта, Полисорб МП и др. Эти препараты успешно применяются при лечении различных заболеваний.
Целый ряд исследований, проведенных в последние годы, показал высокую эффективность энтеросорбентов не только при лечении различных заболеваний дисметаболического генеза, но и при реабилитации лиц, подвергшихся воздействию различных доз и экспозиций радионуклидов и тяжелых металлов.
Для реализации этих целей наиболее эффективными являются энтеросорбенты и БАД, поглощающие радионуклиды и тяжелые металлы, инактивирующие их действие и выводящие их из организма в виде нетоксичных метаболитов. В последние годы на потребительском рынке появилось много подобных препаратов. Данные, касающиеся эффективности различных энтеросорбентов, отрывочны, носят в основном узкоспециализированный характер, практически отсутствуют сведения о сравнительной эффективности сорбентов. Практические врачи вынуждены при выборе препарата (биологически активной пищевой добавки) и методики его применения (дозы, кратности, длительности и т.п.) опираться на рекламные проспекты производителей и торгующих организаций, в которых далеко не всегда содержится достоверная и полная информация.
В связи с этим актуальным представляется изучение сорбционной способности энтеросорбентов различной химической структуры, которые можно использовать для выведения избыточного количества металлов из организма детей.
В ходе исследований были использованы препараты и биологические активные добавки, обладающие свойством сорбировать металлы: Полифепан, Литовит, Феокарпин, Полисорб МП. Для оценки их физико-химических свойств сначала были использованы данные литературы, которые приведены в таблице 1 [2, 15].
Все изученные энтеросорбенты/БАД имеют природное происхождение. 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 м 2/г) и объемом сорбционного пространства (0,15 см 3/г), крупными размерами частиц (0,1–0,5 мм). Благодаря этим свойствам Полифепан способен сорбировать низко- и среднемолекулярные вещества, к которым относятся металлы, и не уступает многим препаратам активированного угля. На поверхности частиц порошка находится много функциональных групп (метаксильных, карбоксильных, карбонильных, различной природы гидроксильных и др.), что обеспечивает адсорбцию, в том числе 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 препарата являются натуральный хвойный комплекс, содержащий производные хлорофилла, каротиноиды, полипренолы, соли жирных и смоляных кислот, витамины и микроэлементы (цинк, кальций, магний, медь, железо). По механизму сорбции Феокарпин сходен с Полифепаном, однако, благодаря бóльшей удельной поверхности (в 2–26,7 раз) и объему сорбционного пространства пор (в 2,5–4 раза), Феокарпин обладает свойством поглощения низкомолекулярных ксенобиотиков, в том числе и металлов.
Диоктаэдрический смектит (Смекта) обладает выраженными адсорбирующими (имеет дискоидно-кристаллическую структуру) и обволакивающими (вследствие высокого уровня текучести) свойствами, оказывает протективное действие на слизистую оболочку пищевода, желудка и кишечника (стабилизирует слизистый барьер). Образует поливалентные связи с гликопротеинами слизи, увеличивает продолжительность ее функционирования и потенцирует защиту слизистой оболочки ЖКТ от действия Н+-ионов, желчных солей, кишечных микроорганизмов, их токсинов и других раздражителей. Характеризуется незначительным эффектом набухания. В терапевтических дозах не влияет на моторику кишечника. Не всасывается из ЖКТ, выводится из организма в неизмененном виде.
Активированный уголь – углеродсодержащий сорбент органического происхождения, содержит огромное количество пор и поэтому обладает очень большой удельной поверхностью на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбцией. В зависимости от технологии изготовления 1 г активированного угля имеет удельную поверхность от 500 до 1500 м². В медицине, токсикологии используется для адсорбции газообразных и токсических веществ, органических соединений.
Несмотря на то, что в литературе имеются сведения о физико-химических свойствах отдельных сорбентов, нами не найдено сведений о сорбционной емкости каждого препарата в отношении конкретных металлов и сравнительной оценки эффективности их использования.
Для выяснения сорбционной активности используемых препаратов по отношению к азотнокислым солям Zn, Cu, Fe, Co, Cd, Pb, Mn, Ni для устранения микроэлементных нарушений у детей и подростков с хроническими заболеваниями мы заливали (in vitro) навески лигнина (Полифепан), микрокристаллической целлюлозы (БАД Феокарпин), активированного угля и диоктаэдрического смектита (Смекта) растворами стандартных наборов этих солей (ГСОРМ-1, ГСОРМ-2) в соответствующем разведении водой. Концентрация элементов в полученном растворе была близка к физиологической. Затем растворы отфильтровывали и в фильтратах измеряли концентрацию металлов. 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. Содержание изучаемых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на аппарате ААС-СА 10 МП.
В качестве исследуемых образцов сорбентов были отобраны различные по своим физико-химическим свойствам препараты: активированный уголь, Смекта, Феокарпин и Полифепан. Результаты исследования представлены в таблице 2.
Полученные результаты сравнительной оценки сорбционной способности различных сорбентов (Смекты, активированного угля, Полифепана и Феокарпина) по отношению к некоторым металлам показало различную силу (рис. 1). Выявленная высокая сорбционная емкость энтеросорбента активированного угля обосновывает возможность использования его при значительном накоплении в организме токсичных микроэлементов, особенно Pb, Ni, Co, Cd, а также для получения быстрого эффекта энтеросорбции.
В тех же случаях, когда имеется умеренный микроэлементный дисбаланс, особенно возникший на фоне каких-либо хронических заболеваний (в частности, заболеваний ЖКТ, почек, когда нарушаются процессы всасывания и выведения металлов), а также для людей, проживающих в неблагоприятных условиях антропогенного загрязнения, показано назначение энтеросорбента Смекты, так как он обладает также выраженным сорбционным эффектом по отношению к токсичным металлам, но более щадящей сорбцией эссенциальных металлов.
Использование Полифепана и Феокарпина выявило достаточно низкий уровень сорбции токсичных металлов и при этом снижение концентрации эссенциальных металлов, что может ограничивать использование препаратов.
Помимо этого существенным ограничением в использовании сорбентов у детей является их неблагоприятное воздействие на различные физиологические процессы в организме. Так, применение углеродных сорбентов более 10 дней в суточной дозе не менее 1 г/кг приводит к замедлению прироста массы тела без биохимических и гематологических нарушений. Кроме того, при измельчении таблетированных форм препараты механически раздражают слизистые оболочки. Препараты на основе лигнина при использовании более 10 суток вызывают ощущение дискомфорта и тяжести в животе, задержку стула.