СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ Российский патент 1999 года по МПК G01N33/68 

Изобретение относится к медицине, а именно к экологии и гастроэнтерологии, и может быть использовано для определения токсического действия тяжелых металлов на организм.

Экологическая обстановка промышленных городов характеризуется интенсивным загрязнением окружающей среды химическими веществами. Одним из приоритетных загрязнителей являются тяжелые металлы /Cd, Pb, Ni, Cr и др./, накопление которых в организме оказывает токсический эффект, создавая метаболическую и структурную основу для снижения резистентности организма с последующим развитием различных заболеваний и их хронизацией.

Известны клинико-лабораторные тесты по оценке статуса микроэлементов в организме. Они основаны на выявлении содержания самих металлов и специфических симптомов отравления (Авцын А.П. Микроэлементозы человека//Клиническая медицина. - 1987. - т. 65, N 6, с. - 36-44).

Данные тесты по оценке статуса микроэлементов имеют свои ограничения, поскольку отражают глубокую степень интоксикации организма и используются в токсикологии.

В настоящее время для выявления ранней стадии токсического действия тяжелых металлов на организм проводится их биомониторинг на основе определения количества тяжелых металлов в биосубстратах /сыворотке, моче, волосах/. Токсическим считают любой уровень, превышающий нормативные значения (Авцын А.П. Микроэлементозы человека//Клиническая медицина. - 1987. - т. 65, N 6. - с. 36-44).

Способ недостаточно информативен, поскольку не дает представления о взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов и степенью их токсического действия.

В современных условиях организм человека, как правило, подвергается комбинированному, комплексному и сочетанному воздействию различных металлов. Комбинированное воздействие может вести как к суммированию эффектов, так и их потенцированию. Поэтому для ранней и объективной оценки статуса микроэлементов и определения степени адаптированности организма к действию тяжелых металлов необходимы неспецифические интегральные критерии. В качестве последних используют характеристику состояния систем детоксикации.

Известен способ выявления ранних признаков токсического действия тяжелых металлов на организм, включающий определение активности цитохрома Р-450 в биоптате печени (Iscan M. Comparison of in vitro effects of cadmium and nickel on the components of the liver microsomal drug metabilozing enzyme system of the guinea-pig//Comp. Biochem. and Physiol. - 1985, C 81, N 1. - C. 155-158). При сочетании повышенного уровня тяжелых металлов в организме со снижением активности цитохрома Р-450 гепатоцитов судят о токсическом действии тяжелых металлов.

Способ является трудоемким и травматичным, поэтому недоступен для широкого применения.

За прототип изобретения принят способ определения токсического действия тяжелых металлов на организм, включающий определение уровня тяжелых металлов в сыворотке крови в сочетании с определением уровня эссенциальных микроэлементов, и при нарушении микроэлементного баланса в виде повышения уровня тяжелых металлов и снижения уровня эссенциальных микроэлементов действие тяжелых металлов считают токсическим (Б.А. Ревич. Биомониторинг химических элементов в организме человека//"Экологическая безопасность городов". - С. - Петербург, 1993. - стр. 20-21).

Способ недостаточно точен, поскольку антагонистические взаимоотношения между различными микроэлементами в настоящее время еще мало изучены. Кроме того, накопление тяжелых металлов в условиях дефицита эссенциальных микроэлементов не является первичным
Целью изобретения является повышение точности способа за счет повышения информативности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения токсичности действия тяжелых металлов на организм, включающем определение уровня тяжелых металлов в сыворотке крови, дополнительно определяют активность каталазы в эритроцитах, и при ее снижении (при норме 72,5-106,1 сек^-1/г гемоглобина) в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое.

Признак является новым, поскольку определение активности каталазы для определения токсичности действия тяжелых металлов на организм не использовалось.

Обоснованием предлагаемого признака являются следующие научные данные. Известно, что уже на ранних стадиях накопления тяжелых металлов в организме происходит активация свободнорадикальных процессов. В ответ должна активироваться антиоксидантная защита организма, в соответствии с современными представлениями об антиоксидантной защите как неспецифическом механизме развития адаптационных процессов при экстремальных воздействиях. Одним из важнейших компонентов антиоксидантной защиты организма является каталаза. Учитывая ферментотоксическое действие тяжелых металлов, можно предполагать, что при накоплении тяжелых металлов организм в ряде случаев будет отвечать не повышением, а снижением активности фермента. Реакция будет зависеть от длительности накопления металлов и индивидуальных резервов адаптации организма. Поэтому один и тот же повышенный уровень тяжелых металлов в сыворотке крови различных пациентов, по-видимому, может сочетаться как с высокой, так и низкой активностью каталазы.

Работоспособность способа доказана на репрезентативном материале путем верификации с характером течения гастроэнтерологических заболеваний, как модели снижения резистентности организма, поскольку желудочно-кишечный тракт и печень являются органами-мишенями, одними из первых подвергающимися токсическому действию тяжелых металлов техногенного происхождения.

Обследование 10 здоровых детей и 380 детей дошкольного и школьного возраста с различными гастроэнтерологическими заболеваниями. Среди них 98 детей с язвенной болезнью 12-перстной кишки /ЯБДК/ (176 наблюдений); 77 детей с хроническим гастродуоденитом /ХГД/ (85 наблюдений); 22 ребенка с хроническим гастродуоденитом в сочетании с атопическим дерматитом /ХГД+АД/ (29 наблюдений); 82 ребенка с дискинезией толстой кишки /ДТК/ (87 наблюдений); 63 ребенка с долихосигмой /ДС/ (109 наблюдений); 38 детей с синдромом мальабсорбции /СМА/ (44 наблюдения). В сыворотке крови детей проведено определение уровня тяжелых металлов /Pd, Cd и Ni/, а в эритроцитах крови - активности каталазы. Среди обследованных детей в каждой нозологической форме выделена группа с повышенным уровнем хотя бы одного из трех исследованных металлов относительно верхней границы соответствующей нормы, рассчитанной в диапазоне М ± 2 м. Для свинца диапазон нормальных значений в сыворотке крови составляет 0,048 - 0,432 мкМ/л, для кадмия - 0,044 -0,144 мкМ/л, для никеля - 0,01 - 0,103 мкМ/л. Повышенным уровнем считали: для свинца - значения, выше 0,432 мкМ/л, для кадмия и никеля - соответственно выше 0,144 мкМ/л и 0,103 мкМ/л. Группы детей с повышенным уровнем тяжелых металлов были разделены на 2 подгруппы: 1-я - с низкой активностью каталазы относительно нижней границы нормы, рассчитанной в диапазоне М ± 2 м; 2-я - с нормальной и высокой активностью каталазы. Активность каталазы в подгруппах детей показана в табл. 1 (им. в конце описания).

В обеих подгруппах был проанализирован характер течения гастроэнтерологических заболеваний. Оказалось, что у детей 1-ой подгруппы/высокий уровень тяжелых металлов в сочетании с низкой активностью каталазы/ течение заболевания менее благоприятно, чем у детей 2-ой подгруппы. Это проявляется как в выраженности специфических симптомов заболевания, так и в характере сопутствующей патологии, отражающей состояние неспецифической резистентности организма. Так, при ЯБДК неблагоприятный характер течения заболевания в виде частых обострений в 1-ой подгруппе имели 70% детей, во 2-ой - только 25%. У детей с ХГД, ХГД + АД, ДТК, ДС менее благоприятное течение заболевания в 1-ой подгруппе выражалось большей частотой встречаемости дисбактриоза, лактазной недостаточности, гельминтоза, полиадении, ринофарингита и ОРВИ.

Способ осуществляют следующим образом.

У обследуемого натощак забирают венозную кровь в 2 пробирки: в одну - без антикоагулянта (5 мл), в другую - с 3,8% цитрата натрия (0,1 мл цитрата + 0,9 мл крови). Для определения уровня тяжелых металлов используют сыворотку из первой пробирки, для определения активности каталазы - эритроциты, выделенные из крови второй пробирки.

Уровень тяжелых металлов определяют методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии общепринятым методом и выражают в мМ/л.

Активность каталазы определяют по скорости разложения перекиси водорода. По контрольной кювете, содержащей 2,9 мл фосфатного буфера 0,05 М pH 8,0 и 0,1 мл гемолизата в разведении 1:100, устанавливаем щель на спектрофотометре при длине волны 240 нм. В опытную кювету, содержащую 1,9 мл фосфатного буфера, 0,1 мл гемолизата, вносят 1 мл 30 мкМ перекиси водорода и регистрируют Е1. Через 20 сек регистрируют Е2. Расчет активности фермента ведут по формуле:

где A - активность фермента;
t - время реакции, с;
2, 3 - коэффициент расчета скорости реакции первого порядка.

Затем сопоставляют уровень тяжелых металлов сыворотки крови с активностью каталазы эритроцитов и при значении ее ниже нормы в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое.

Примеры конкретного исполнения даны в виде выписок из историй болезни.

Пример 1.

Петр Д. , 11 лет. Наблюдается в НИИ детской гастроэнтерологии с 1994 г. по поводу язвенной болезни 12-перстной кишки.

25.11.95 г. ребенку проведено контрольное фиброгастроскопическое исследование, при котором выявлена стадия рубцевания язвенного дефекта. В сыворотке крови установлены повышенные уровни свинца (1,240 мМ/л) и никеля (1,440 мМ/л), активность каталазы эритроцитов составила 57.4 сек/г Нв, т.е. оказалась сниженной. На основании биохимических показателей действие тяжелых металлов оценено как токсическое, что отразилось на последующем характере течения заболевания: у пациента в ближайшие 3 месяца имело место обострения ЯБДК.

Пример 2.

Дима О. , 15 лет. Наблюдается в Нижегородском НИИ детской гастроэнтерологии с 1993 г. по поводу язвенной болезни12-перстной кишки.

3.11.95 г. ребенку проведено контрольное фиброгастроскопическое исследование, при котором выявления стадия рубцевания язвенного дефекта. В сыворотке крови выявлен повышенный уровень никеля, который составил 1,7 мМ/л. Активность каталазы эритроцитов - 123,6 сек/г Нв, что свидетельствовало об отсутсвии токсического действия тяжелых металлов на организм. При последующем катамнестическом наблюдении за пациентом обострения заболевания не отмечалось на протяжении 6 месяцев.

Использование предлагаемого способа определения токсического действия тяжелых металлов на организм позволяет получить следующий положительный эффект:
- возможность выявления ранней стадии интоксикации;
- обеспечении прогноза возникновения и характера течения заболевания;
- разработка показаний к включению в лечебной комплекс эфферентной терапии и актиоксидантов.

Изобретение может быть использовано в медицине, а именно в экологии и гастроэнтерологии. Определяют уровень тяжелых металлов в сыворотке крови и дополнительно определяют активность каталазы в эритроцитах. При снижении ее (при норме 72,5-106,1 с^-1/г) в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое. Способ обеспечивает возможность выявления ранней стадии интоксикации и обеспечивает прогноз возникновения и характер течения заболевания. 1 табл.

Способ определения токсичности действия тяжелых металлов на организм, включающий определение уровня тяжелых металлов в сыворотке крови, отличающийся тем, что дополнительно определяют активность каталазы в эритроцитах и при ее снижении (при норме 72,5-106,1 c^-1/г гемоглобина) в сочетании с повышенным уровнем тяжелых металлов действие последних определяют как токсическое.