Способ профилактики токсического действия кадмия у экспериментальных животных при хроническом отравлении

Изобретение относится к экологии, медицине, токсикологии, экспериментальной биологии и может быть использовано при исследовании механизмов выведения тяжелых металлов, в частности кадмия, из организма и профилактики отравления. Способ заключается в введении цеолита ирлита-1 в виде 6% взвеси через зонд в желудок в количестве 2,5% массы тела одновременно с ежедневным введением раствора сульфата кадмия подкожно или через зонд в желудок в дозе 0,5 мг/кг. Способ обеспечивает профилактику токсического действия кадмия при хроническом отравлении. 4 табл.

 

Изобретение относится к экологии, медицине, токсикологии, экспериментальной биологии и может быть использовано при исследовании механизмов выведения тяжелых металлов, в частности кадмия, из организма.

Кадмий не является жизненно необходимым для человека микроэлементом, а при избыточном поступлении его в организм оказывает патологическое влияние на различные уровни обмена веществ: так на молекулярном уровне кадмий способен соединяться с меркаптогруппами различных энзимов; разобщать процессы окислительного фосфорилирования; замещать цинк в ряде металлоэнзимов, изменяя их активность (M.R.Fox, 1976). В ряде исследований выявлена зависимость обмена жизненно важных электролитов, в частности кальция от токсического воздействия соединений кадмия, в том числе на уровне мембранного транспорта, выявлена связь патогенетического действия кадмия на кальциевый обмен с его специфическим влиянием на щелочную фосфатазу (Н.Ю.Тарасенко с соавт., 1975) и повышением выведения кальция из организма (Kazantis F. et al., 1963; Ликутова И.В. с соавт., 1987). Процесс очищения организма от кадмия характеризуется очень низкой скоростью с эффективным процессом полувыведения, равным 140±20 сут, выделение его происходит в основном через ЖКТ и почки.

Увеличивающаяся в последние десятилетия промышленная добыча и применение кадмия приводит к повышению его уровня в окружающей среде и развитию тяжелых состояний, связанных с избыточным проникновением и накоплением кадмия в организме. В связи с этим возникла насущная необходимость создания и разработки способов профилактики поступления и усиления выведения избытка кадмия из организма.

Известно множество детоксикантов, способных выводить тяжелые металлы из организма. К ним относятся тиоловые соединения - унитиол, сукцимер, тиосульфат натрия, различные комплексоны - пентацин, динатриевая соль этилендиаминтетрауксуснои кислоты, дефероксамин, α-пеницилламин и др (Машковский М.Д. Лекарственные средства: в 2-х томах. Т.2. - Харьков: Торсинг, 1998. С.212-220). Применение, особенно длительное, этих синтетических препаратов способно вызвать различные побочные эффекты: расстройства ЖКТ, аллергические реакции, лейкопению, тромбоцитопению и др. Также наряду с токсинами они способны выводить из организма микроэлементы и такие жизненно важные ионы, как железо, кальций и др., и вызывать нарушение обменных процессов, что затрудняет их длительное и профилактическое применение.

Внимание многих исследователей привлекли уникальные по своим физико-химическим свойствам и широте использования природные минералы - цеолиты, которые представляют собой алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов. Благодаря своей структуре и разнообразию вещественного состава они обладают сорбционными, ионообменными и каталитическими свойствами (А.В.Горбунов с соавт., 1990; Н.И.Петункин, А.А.Михайлов и соавт., 1990; Leach et al., 1990). Сорбционные свойства цеолитов обусловлены специфической открытой жесткой микропористой кристаллической решеткой каркасного типа с особой способностью присоединять и легко удалять воду без разрушения структуры минерала. Цеолиты могут выступать в качестве энтеросорбента, способствуя выведению из организма различных соединений, таких как мочевина, креатинин и др., что приводит к уменьшению доли веществ экскретируемых почками (А.Д.Герасев и соавт.,2001), способны адсорбировать соли тяжелых металлов, обладают детоксикационным действием к нитратам, нитритам и микотоксинам (Б.А.Тимофеев и соавт., 1981; А.Ф.Кузнецов и соавт., 1992). Благодаря своим ионообменным свойствам цеолиты могут выступать в роли источников микроэлементов и необходимых для организма ионов. Так, в работах исследователей (В.В.Байраков и соавт., 1985; N.Herron, 1989; И.Д.Тменов и соавт., 2000; И.Д.Тменов, Б.А.Дзагуров, 2001) показано, что благодаря наличию цеолитов в рационе животных повышается коэффициент усвояемости ионов кальция, фосфора, железа, цинка и др. Цеолиты разных месторождений имеют некоторые отличия в физико-химических свойствах, а следовательно, и степенью положительного эффекта. В 1995 году в горах Северного Кавказа, на территории РСО-Алания было открыто месторождение природных образований, отнесенных к группе цеолитов, которые превосходят по многим показателям известные ранее цеолиты. Они были названы ирлитами. В них в дальнейшем стали различать два типа - ирлит-1 и ирлит-7. Нами была поставлена задача изучить профилактическое влияние природного цеолита ирлит-1 на накопление кадмия в организме животных при хронической интоксикации.

Наиболее близким является способ (Л.Н.Гамко, Т.А.Талызина. Природный цеолит как абсорбент тяжелых металлов в организме свиней // Зоотехния. - 1997. - №2. - С.14-16) выведения свинца и кадмия из организма свиней, используя минеральные вещества - цеолиты - в количестве 4-6% от рациона, который был взят нами за прототип.

Недостатком прототипа является то, что цеолиты используются как подкорм в рационе, что снижает точность контроля дозозависимого эффекта, а также не исследовано профилактическое действие цеолита в условиях хронической интоксикации.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в разработке способа профилактики токсического действия кадмия при хроническом отравлении, включающего введение природного цеолита ирлит-1 одновременно с введением раствора сульфата кадмия подкожно или интрагастрально.

Решение этой задачи обеспечивает значительное снижение токсического действия кадмия при хроническом отравлении путем уменьшения накопления и повышения выведения тяжелого металла.

Для достижения этого технического результата заявляемое изобретение способа профилактики токсического действия кадмия у экспериментальных животных при хроническом отравлении, включающего введение цеолита, имеет следующие существенные признаки: животным через день вводят природный сорбент цеолит ирлит-1 в виде 6% взвеси через зонд в желудок в количестве 2,5% массы тела одновременно с ежедневным введением раствора сульфата кадмия подкожно или через зонд в желудок в дозе 0,5 мг/кг.

Предлагаемый способ отличается от прототипа, во-первых, тем, что осуществляется дозированное введение цеолита ирлит-1, что облегчает точный контроль дозозависимого эффекта, во-вторых, одновременное введение (что обозначает введение в пределах одного срока - 2 мес.) ирлита-1 и сульфата кадмия обеспечивает снижение накопления кадмия в организме и увеличение его выведения.

Профилактическое введение природного цеолита - ирлит-1 в виде 6% взвеси через зонд в желудок, в количестве 2,5%, через день, одновременно с введением раствора сульфата кадмия подкожно или интрагастрально, приводит к увеличению элиминации кадмия из организма через желудочно-кишечный тракт, уменьшению его содержания в плазме крови, снижению накопления в тканях печени и почек и уменьшению патологического воздействия тяжелого металла у экспериментальных животных. Заявленный способ является эффективным, экономически выгодным и легко воспроизводимым.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию “новизна”.

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалистов явным образом из известного уровня медицины, так как из него не выявляется выше указанная возможность получения способа профилактики токсического действия кадмия у экспериментальных животных при хроническом отравлении, включающего введение цеолита - ирлит-1 в виде 6% взвеси через зонд в желудок, через день, в количестве 2,5% массы тела одновременно с ежедневным введением раствора сульфата кадмия подкожно или через зонд в желудок, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию “изобретательский уровень”.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в медицине с получением результата, заключающегося в эффективном и легко воспроизводимом способе профилактики токсического действия кадмия, путем снижения накопления и повышения выведения его из организма при хроническом отравлении, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию “промышленная применимость”.

Данный способ осуществляется следующим образом.

Для получения токсического вещества сульфат кадмия растворяется в стерильной дистиллированной воде таким образом, что на единицу раствора, равную 1 мл, приходится 0,5 мг кадмия (в пересчете на металл). На каждые 100 г веса крысы вводится 0,1 мл токсического раствора, что не является чрезмерной водной нагрузкой на организм экспериментального животного. Путем измельчения и растворения в воде цеолита ирлит-1 готовится 6% водная взвесь и вводится в количестве 2,5% массы тела. Раствор сульфата кадмия вводится подкожно или через зонд в желудок ежедневно 1 раз в сутки в течение двух месяцев двум группам животных (№1 и №2). Одновременно с первого дня введения сульфата кадмия группе №2 через день вводится взвесь цеолита через зонд в желудок с помощью шприца многоразового использования со специально изогнутой иглой, на которую надет зонд.

По истечении времени эксперимента (2 мес) определяли содержания кадмия в моче и кале в обеих группах животных. Крысы забивались с использованием тиопентала для исследования накопления кадмия в ткани печени и почек, определения концентрации его в плазме крови. Полученные результаты в группе №2 сравнивали с контролем (гр. №1) и фоновыми показателями интактной группы.

Для гистологических исследований образцы тканей (печень, почка, сердце) фиксировали в 10% нейтральном формалине, после чего подвергали заливке в парафин с последующим приготовлением срезов толщиной 7-8 микрон. Срезы окрашивались гематоксилином и эозином. Изучение срезов проводилось в проходящем свете при помощи микроскопа Микмед-1 под увеличением 80×200×400.

Пример 1. Двум группам крыс-самцов (№1 - контроль, №2) линии Вистар массой 200-300 г вводили подкожно раствор сульфата кадмия в дозе 0,5 мг/кг каждый день в течение двух месяцев. Природный цеолит ирлит-1 виде 6% взвеси в количестве 2,5% массы тела вводится через зонд в желудок группе №2 через день. Через 2 месяца проводили исследование содержания кадмия в ткани почек и печени, концентрации его в плазме крови, в моче и кале в двух группах животных. Анализ данных показал (табл.1; 2), что подкожное введение сульфата кадмия приводит к значительному накоплению тяжелого металла в тканях печени и почек, увеличению его содержания в плазме крови, моче и кале. Однако в группе №2, на фоне одновременного введения глины ирлит-1, отмечаются достоверно меньшие значения накопления кадмия в тканях печени (p<0,05) и почек (p<0,05), как и концентрации этого металла в плазме крови (p<0,05) и моче (p<0,05). Выведение кадмия с калом в этой группе становится выше (p<0,01)

Таблица 1 Накопление кадмия в тканях печени и почек при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,5 мг/кг. Профилактическое влияние ирлита-1 (М±м)
Группы;	Почка, мкг/г	Печень, мкг/г
ФОН	0,156±0,03	0,466±0,18
№1(CdSO4 0,5 мг/кг	254,7±12,8	452,5±43,7
№2 (CdSO4 0,5 мг/кг+ирлит)	220,3±10,8 *)	345,3±33,1 *)
*) - p относительно опыта
Таблица 2 Содержание кадмия в плазме крови, моче и кале при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,5 мг/кг. Профилактическое влияние ирлита-1 (М±м)
Группы	Плазма, мкг/мл	Моча, сод-е, мкг/мл	Кал, мкг/г
ФОН	0,0096±0,002	0,024±0,032	0,406±0,3
№1(CdSO4 0,5 мг/кг	0,619±0,096	2,85±1,02	3,74±1,9
№2 (CdSO4 0,5 мг/кг+ирлит)	0.397±0.044 *)	0,72±0,24 *)	11,8±1,3 *)
*) - р относительно опыта

При гистологическом исследовании во всех исследуемых органах выявлены альтеративные и некробиотические процессы. В почках отмечены очаговые дистрофические и некробиотические изменения эпителия извитых канальцев. Разрыхление, мукоидное набухание мембранных структур капиллярных петель сосудистых клубочков и капсулы Боумена-Шумлянского и др. В печени гистоструктурные изменения представлены в виде фокальных дистрофических (жировая дистрофия) и некробиотических изменений гепатоцитов, купферовских клеток с выраженными дисциркуляторными (плазматическое пропитывание, диапедезные периваскулярные геморрагии) процессами в системе интралобулярной и портальной микроциркуляции. В группе с профилактическим введением ирлит-1 патоморфологические изменения выражены в значительно меньшей степени, отмечена реакция иммунокомпетентной ткани на повреждение стромально-сосудистых структур (гиперплазия лимфо-гистиоцитарных элементов, экстравазаты, эндотелиальная и макрофагальная активность).

Пример 2. Двум группам крыс-самцов (№1 - контроль, №2) линии Вистар массой 200-300 г вводили через зонд в желудок раствор сульфата кадмия в дозе 0,5 мг/кг каждый день в течение двух месяцев. Природный цеолит - ирлит-1 виде 6% взвеси в количестве 2,5% массы тела вводится через зонд в желудок группе №2 через день. Через 2 месяца проводили исследование содержания кадмия в ткани почек и печени, концентрации его в плазме крови, в моче и кале в двух группах животных. Сравнение полученных результатов, представленных в таблицах 1; 2, позволяет отметить, что при интрагастральном введении сульфата кадмия применение ирлит-1 достоверно снижает накопление кадмия в ткани печени (p<0,05) и почек (p<0,001), а также содержание в плазме крови (p<0,001) и моче (p<0,05). Отмечается значительное увеличение выведения кадмия с калом (p<0,02).

Таблица 1 Накопление кадмия в тканях печени и почек при интрагастральном введении сульфата кадмия в дозе 0,5 мг/кг. Влияние ирлита-1 (М±м)
Группы	Почка, мкг/г	Печень, мкг/г
ФОН	0,156±0,03	0,466±0,18
№1(CdSO4 0,5 мг/кг	31,29±1,38	18,14±2,89
№2 (CdSO4 0,5 мг/кг+ирлит)	19,87=Н,13 *)	12,7±1,9 *)
*) – p относительно опыта
Таблица 2 Содержание кадмия в плазме крови, моче и кале при интрагастральном введении сульфата кадмия в дозе 0,5 мг/кг. Влияние ирлита-1 (М±м)
Группы;	Плазма; мкг/мл	Моча, сод-е; мкг/мл	Кал; мкг/г
ФОН	0,0096±0,002	0,024±0,032	0,406±0,3
№1(CdSO4 0,5 мг/кг	0,116±0,005	0.605±0,135	9,57±2,7
№2 (CdSO4 0,5 мг/кг+ирлит)	0,075±0.0017 *)	0,22±0,135 *)	16,2±0,5 *)
*) - p относительно опыта

Гистологические исследования, так же как и в первом примере, выявили положительное влияние профилактического введения ирлит-1 при хронической интоксикации кадмием, что проявилось в значительно меньшей степени выраженности дистрофических изменений нефротелия тубулярных структур, появлением участков реституции (полной регенерации) кортикального и медуллярного нефротелия, признаков активной регенерации эндотелия и подоцитов (компенсаторная клеточная репарация). В печени отмечена умеренная жировая дистрофия гепатоцитов с признаками их очаговой регенерации, пролиферация и гипертрофия купферовских клеток, периваскулярная и стромальная лимфоидно-клеточная реакция (показатели иммунологической активности).

Из вышеизложенного видно, что профилактическое введение цеолита - ирлит-1 является эффективным способом уменьшения накопления и коррекции токсического действия кадмия при хроническом отравлении его соединениями.

Способ профилактики токсического действия кадмия у экспериментальных животных при хроническом отравлении, включающий введение цеолита, отличающийся тем, что животным через день вводят природный сорбент цеолит ирлит-1 в виде 6% взвеси через зонд в желудок в количестве 2,5% массы тела одновременно с ежедневным введением раствора сульфата кадмия подкожно или через зонд в желудок в дозе 0,5 мг/кг.