УДК 615.1+615.9:541.183

ДЕЯКІ ПРОБЛЕМИ ТОКСИЧНОСТІ І ПОБІЧНОЇ ДІЇ ВОДНИХ КОНЦЕНТРАТІВ ПІРОГЕННОГО ДІОКСИДУ КРЕМНІЮ

Бурушкіна Т.М. кандидат хім. наук, Алєйніков В.Г., Количєв В.І.

Інститут харчової хімії і технології НАН України, м. Київ

SUMMARY. The influence of aerosil (pyrogenic silica) suspended in water on structural changes of internal organs, parameters of blood and other biochemical factors (including immune status) of white rats was studied. The treatment consists in long-term(3 months) daily per os input of concentrated aqueous aerosil suspension(scaled to 0,5 g of dry silica per 1 kg of the weight of the animal). As well as the specialties of the after-effects of the immobilization-and-cold stress for preliminary single treated by silica animals were watched. Long-term treatment of white rats by input of concentrated aerosil is not followed by animals' death and structural changes of the internal organs. Nevertheless these animals have depressed immune status, widened and plethoric vessels of the cortex layer of the kidneys. The differences in effect of the immobilization-and-cold stress on stomach of the white rats that were preliminary treated with aerosil concentrate and non-treated animals are significant.

В Україні в останні 10—12 років докладено багато зусиль для широкого використання пірогенного діоксиду кремнію (під назвами аероcил, оксил, полісорб, силард і інш.) як аплікаційного і перорального дезінтоксикаційних препаратів [1—4], а тепер ще й як загущуючої добавки у ковбасні вироби [5]. Пірогенний кремнію діокcид (аеросил) — майже безводні аморфні часточки SiO₂ у вигляді розпушеного високодисперсного порошку, який отримують при температурі вище за 900 °С [6]. За кордоном нетехнічне застосування аеросилу обмежується виготовленням на його основі діагностичних реагентів [7], використанням в якості формуючої добавки при виготовленні таблеток з активованого вугілля [8], складової частини паст, присипок, стоматологічних цементів, косметичних засобів ("Clearosil").

Аналіз відомостей про властивості і вплив аеросилу та ряду адсорбентів, іонообмінників органічного і біологічного походження (гемо- і ентеросорбентів вуглецевих, гемосорбентів з макропористих вуглеводневих полімерів, ентеросорбентів з лігніну, хітину та ін. [9]) на біологічні рідини, клітини й організм тварин свідчить про те, що основні відмінності аеросилу від інших вищевказаних твердих дисперсних матеріалів медичного призначення полягають у підвищеній цитотоксичній дії [10], суттєво підвищеній кількості зв'язуваного білка, "рістстимулюючій" дії на тварин [1, 2]. Висока сорбційна здатність по відношенню до білків і денатурація білків, цитотоксичність часточок аеросилу обумовлені рядом причин, головна з яких — утворення численних водневих зв'язків між силанольними групами поверхні аеросилу та функціональними групами білків, мембран клітин [1, 10].

Виявлена в експериментах з пацюками і свинями "рістстимулююча" (за визначенням авторів) дія перорально введених тваринам водних сумішей аеросилу не має задовільного пояснення, її віддалені наслідки невідомі. Отже, ця позитивна, на перший погляд, для сільськогосподарських тварин властивість аеросилу скоріше повинна бути віднесена до факторів ризику, а не прийнятності для застосування аеросилу як ентеросорбенту та харчових добавок для людей загалом і особливо дітей .

У зв'язку з високою спорідненістю білків до поверхні пірогенного діоксиду кремнію не можна нехтувати також питанням про кількісне виведення мікрочасточок його з організму природним шляхом, але такі дані відсутні. Разом з тим, відомо, що здатність молекул полікремнієвої кислоти утворювати міцні водневі зв'язки з фрагментами білків, взагалі, та білків шкіри, зокрема, неодноразово використовувалася при розробленні методів дублення шкіри тварин [6]. Удавалося доречним спробувати використати означену властивість пірогенного діоксиду кремнію при з'ясуванні умов пригнічення або запобігання розвитку порушень цілісності слизової оболонки шлунку, які мають місце при виразкових ураженнях. На відміну від аеросилу структуровані гідратовані форми діоксиду кремнію — гелі кремнієвої кислоти, поліметилсилоксану — не мають підвищеної сорбційної здібності відносно до молекул білків і не проявляють соматотропної властивості [11].

Метою роботи було вивчення впливу водного концентрату пірогенного SiO₂ на біохімічні показники, кількісні і якісні зміни крові, на структуру внутрішніх органів та імунологічний статус при тривалому введенні тваринам, а також з'ясування можливості запобігання виразкових уражень шлунку (на моделі імобілізаційного холодового стресу [12—14]) шляхом одноразового попереднього введення тваринам концентрату пірогенного діоксиду кремнію.

Експериментальні дослідження проводились співробітниками Тернопільського медінституту на на шістдесяти шести білих нелінійних щурах-самцях масою від 180 до 220 г. Дослідні тварини були поділені на три рівні частини, які щоденно отримували перорально водний концентрат SiO₂: протягом 30-ти діб (1-ша група), — 60-ти діб (2-га гр.) та 90-та діб (3-тя гр.). Контрольна група (22 тварини) була на звичайному віварному раціоні. Водний концентрат пірогенного діоксиду кремнію являв собою пастоподібний конгломерат, виготовлений змішуванням наважки аеросилу марки А-300 з дистильованою водою у заданому співвідношенні, витриманий певний час при кімнатній температурі, але не більш, як 2 год. Концентрат вводили у шлунок тварин через металевий зонд у кількості , що не перевищувала дози 0,5 г сухої речовини на 1 кг маси тварини. Така кількість концентрату не призводила до загибелі тварин протягом 90-та діб спостережень. Використання більших доз (1г/1кг) викликало (за результатами патолого-анатомічних досліджень загиблих тварин) непрохідність кишок.

В ході експерименту функціональний стан печінки оцінювали за швидкістю секреції жовчі, за показ- никами активності трансаміназ, білка в сироватці крові, загального холестерину та концентрації сумарних жовчних кислот. Визначали також гемоглобін крові, відновлений глутатіон крові, фагоцитарну активність лейкоцитів, кількість імуноглобулінів і циркулюючих імунних комплексів (ЦІК) у сироватці крові. Дослідження проводили з використанням загальновживаних методик. Макро- та мікроскопічно вивчали головний мозок, печінку, легені, нирки, надниркові залози, шлунок, кишечник. Парафінові зрізи фарбували гематоксиліном та еозіном, проводили морфо- і гістометрію тканини печінки. Результати експериментів оброблено статистично.

Експерименти з вивчення впливу попереднього введення концентрату аеросилу на патоморфогенез стресової виразки шлунку проведено на 15-ти білих безпородних щурах-самцях з масою 180—220 г. Вони були поділені на 2 групи. У 1-шій групі (7 тварин) моделювали стресорне виразкове ураження шляхом знедвиження тварин на спеціальному столику і вміщення тварин у холодильну камеру при температурі +4 °С на 2 години. Тваринам другої групи (8 тварин) безпосередньо перед стресорною дією вводили 2 см³ водного концентрату аеросилу в дозі 1г/1кг маси. Через 2 год. тварин знеживлювали шляхом швидкої декапітації. Макроскопічно оцінювали стан слизової оболонки шлунку за кількістю виразок, ерозій, крововиливів, виразністю гіперемії та набряків.

При щоденному пероральному введенні водного концентрату А-300 в дозі (0,530±0,010) г/кг маси тварин протягом від 30 до 90 діб спостережень у всіх дослідних тварин практично незмінною залишалася активність каталази і трансаміназ (АЛТ, АСТ), не виявлено зміни вмісту холестерину у крові. Це відрізняє наші дані від результатів, наведених в роботі Луцюка Н.В. [1], про зниження рівня холестерину у крові при пероральному введенні водних сумішей аеросилу. У тварин 1-ої дослідної групи кількість загального білка у плазмі крові не змінювалася, проте статистично достовірним було зменшення білка у тварин 2-гої і 3-тьої дослідних груп. Найбільш помітним виявився вплив введення концентрату аеросилу на вміст відновленого глутатіону порівняно з контрольною групою у тварин 1-ої і 3-ої дослідних груп рівень відновленого глутатіону зменшувався на 21 і 30%, відповідно. Біохімічний склад жовчі і швидкість її секреції істотно не змінювалися при тривалому введенні концентрату А-300 (табл. 1), така ж закономірність спостерігалася і відносно холестерину, фосфоліпідів, проте помітною ставала тенденція зниження жовчоутворювальної і видільної функції печінки порівняно з інтактними тваринами. Вивчення впливу перорального введення концентратів аеросилу на характеристики імунологічної реактивності білих щурів показало, що кількість циркулюючих імунних комплексів у сироватці крові на 30-ту добу встановилася більшою (24,333±1,889), ніж у контрольних тварин (19,800±2,600), через 60 діб помітною стала тенденція до зниження кількості ЦІК (22,286±0,857), а через 90 діб — мало відрізнялася від контролю (19,500±3,224). Цим результатам не суперечать дані про динаміку вмісту імуноглобулінів у крові дослідних тварин: введення концентратів аеросилу супроводжується збільшенням кількості ig a у тварин 1-ої і 2-ої дослідних груп (табл. 2), на підставі чого припускаємо взаємозв'язок між умовами утворення імуноглобуліну класу А і підвищенням рівня ЦІК.

Наведені в табл. 2 дані свідчать також про те, що на початковій стадії експерименту (до 30 діб) у дослідних тварин відзначається зниження фагоцитарної активності лейкоцитів. Дослідженнями цитологічного складу крові не виявлено суттєвого впливу тривалого введення тваринам концентрату аеросилу на вміст еритроцитів, не встановлено достовірних змін лейкоцитарної формули крові. При морфологічному дослідженні патологічних змін в міокарді, легенях, надниркових залозах, головному мозку, шлунку та кишечнику не виявлено. Лише в нирках мала місце помітна повнокровність кровоносних судин коркового шару, яка спостерігається при евтаназії тварин (шокові зміни), але у щурів дослідних груп вона була у 1,5—2 рази частіше, ніж у інтактних тварин. Гістологічними та морфологічними дослідженнями препаратів печінки інтактних і дослідних щурів патологічних змін не виявлено. Протягом всього експерименту (90 діб) контролювали масу тварин, достовірного збільшення маси тварин, яким вводили водний концентрат пірогенного діоксиду кремнію, не встановлено.

Одержані результати свідчать про те, що тривале (90 діб) щоденне пероральне введення білим щурам пірогенного діоксиду кремнію у вигляді пастоподібного водного концентрату при дозі 0,5 г сухої речовини на 1 кг маси тварини, не призводить до загибелі тварин, не викликає структурних змін внутрішніх органів, не зумовлює підвищення маси тварин. Разом з тим, у дослідних щурів, на відміну від контрольних, було виявлено деяке пригнічення імунного статусу і більш часте розширення і повнокровність судин коркового шару нирок, що диктує необхідність дуже обережного і поміркованого використання аеросилу як ентеросорбенту і, особливо, як добавки до харчових продуктів.

Дослідження впливу введення водного концентрату аеросилу безпосередньо перед стресорною дією показали, що ерозії, крововиливи і набряк слизової оболонки шлунку спостерігалися лише у тварин 1-ої дослідної групи. Слизова оболонка шлунку щурів цієї групи була набряклою, надмірно повнокровною з нашаруванням слизу, десквамованого епітелію, з численними крововиливами (від точкових до 0,5 см у діаметрі), з ерозіями та виразками, які простягалися до шару м'язів. Краї виразок нерівні, на дні їх частіше всього була згорнута кров. У щурів 2-гої групи спостерігалися лише невеликі поодинокі крововиливи на фоні незначної гіперемії та набряку слизової оболонки (табл. 3).

Таким чином, введення тваринам водного концентрату пірогенного діоксиду кремнію перед стресом практично повністю попереджає виникнення ерозій, виразок, крововиливів у слизовій оболонці шлунку. Цей факт, на наш погляд, заслуговує на увагу фахівців і спонукає на подальші дослідження в цьому напрямку з використанням і інших гелеподібних і твердих поруватих і непористих матеріалів.

Література
1. Сб. научн. трудов под ред. А.А. Чуйко "Кремнеземы в медицине и биологии". Киев-Ставрополь, 1993. —С.: 1—41, 51—88, 89—96, 109—112.
2. Н.Б.Луцюк, А.А.Пентюк, В.И.Богомаз и др. // Тез. докл. 4-ой респ. конф. "Сорбенты медицинского назначения и механизм их лечебного действия". Донецк, 1988. —С. 17—18.
3. А.А.Чуйко, В.И.Богомаз, Н.Б.Луцюк и др. // Там же. —С. 39.
4. Загниборода П.К., Терентьев Г.В. // Там же. —С. 246—247.
5. Л.Сич, В.Погорєлий, В.Барвінченко і др. // Харчова і переробна промисловість. —1998. —№3. —С. 29.
6. Айлер Р. Химия кремнезема / Пер. с англ. —М.: Мир, 1982. Ч.1. —416 с.
7. Пат. 3880714 (США) Bobson A.L., Chester N.J. Diagnostic reagent . МКLP G01 N33/09, оп. 02.04.1975.
8. Кинле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. / Пер. с нем. —Л.: Наука, 1984. —216 с.
9. Энтеросорбция. /Под ред. Н.А.Белякова. —Л.: Центр сорбционных технологий, 1991. —336 с.
10. Воронков М.Г., Зелчан Г.И., Луковиц Э.Я. Кремний и жизнь. Биохимия. Фармакология и токсикология соединений кремния. / Изд. 2-ое. —Рига: Зинатне, 1978. —588 с.
11. А.П.Кабан, Л.В.Кейсевич, И.М.Самодумова и др. // Антибиотики и химиотерапия. —1988. —№9. —С. 666—671.
12. Судаков В.В. Системные механизмы эмоционального стресса. М.: Медицина, 1981. —129 с.
13. Симутенко Л.В., Серебрякова Т.М., Баргесян Г.Г. // Бюл. Эксперимент. Биологии и медицины. —1992. —Т. 114, №8. —С. 115—117.
15. А. Али Хижази , Мадоян М.В., Сытникова К.А., Липкан Г.Н. // Лік. Справа. —1998. —№2. —С. 13—18.