СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ Российский патент 1999 года по МПК B01J20/30 A61M1/38 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины и медицинской химии, может быть использовано для лечения экзо- и эндогенной интоксикации.

Известно, что большинство процессов и заболеваний в организме протекают с симптомами интоксикации, что нередко приводит к появлению печеночно-почечной недостаточности (Лопухин Ю.М. Основы иммунологии. - 1986. - С. 254). Значительный интерес в лечении интоксикационного синдрома до настоящего времени представляют различные немедикаментозные методы детоксикации (мембранные, сорбционные, электрохимическое окисление и др.), которые направлены на поддержание и восстановление естественных систем и функций организма (Лопухин Ю. М., Молоденков М.П. 1978; Комаров Б.Д., Лужников Е.А., Шиманко И. И., 1981; Николаев В.Г., Стрелко В.В., Коровкин Ю.Ф., 1982; Горчаков В.Д., Сергиенко В.И., Владимиров В.В., 1989; Лопаткин Н.А., Лопухин Ю. М. , 1989; Беляков И.А., 1991; Петросян Э.А., 1991). Из представленных методов, положительный эффект сорбционных методов детоксикации (гемо-, плазма-, лимфо-, иммуно- и энтеросорбции) можно считать доказанным при большинстве состояний, сопровождающихся эндо- и экзотоксемией.

Одним из наиболее эффективных способов детоксикации до настоящего времени считается гемосорбция (ГС), неотъемлемым атрибутом которой является использование различных по химической природе марок сорбентов.

Согласно литературным данным, наиболее широко применяемыми сорбентами являются углеродные гемосорбенты, обладающие свойствами сорбции и хемоабсорбции (Лопухин Ю.М., Молоденков М.Н. Гемосорбция. - М.: Медицина. - 1978. - 301 с. ; Картель Н.Т. Возможности терапевтического использования медицинских сорбентов на основе активированных углей. Эфферентная терапия. - 1995. - N 4. - С. 11-20). Существенным недостатком метода гемосорбции является малая эффективность при интоксикациях гидрофобными ксенобиотиками (Лопухин Ю.М., Молоденков М.Н. Гемосорбция. - М.: Медицина, 1978).

Исходя из вышеизложенного, одним из возможных путей повышения эффективности гемосорбции в лечении эндо- и экзогенной интоксикации является разработка перспективной технологии модификации используемых гемосорбентов.

В связи с этим поиск способов, позволяющих повысить эффективность детоксикации за счет разработки перспективной технологии модификации гемосорбентов является чрезвычайно актуальной задачей.

В настоящее время известны разнообразные способы модификации сорбентов медицинского назначения (введение в углеродную матрицу азота, серы и др. гетероатомов, усиление ионообменных и окислительно-восстановительных свойств углей, создание на поверхности различных кислородсодержащих групп, прививка на поверхность углеродных сорбентов функциональных комплексообразователей, модификация углеродных сорбентов штатными медицинскими комплексонами, иммобилизация на углеродных сорбентах биологически активных молекул (Картель Н. Т. Углеродные гемосорбенты на основе синтетических активных углей. Автореф. дисс. ... д-ра хим. наук. - Киев, 1989. - 37 с.).

Общеизвестным способом модификации углеродистых сорбентов является варьирование пористой структуры (молекулярная сорбция на основе ситового принципа) (Терновой К.С., Картель Н.Т., Стрелко Н.К. Пористая структура активных углей как критерий анализа молекулярных механизмов гемосорбции и целенаправленного выбора гемосорбентов. //Докл. АН УССР, сер. Б. - 1983. - N 9. - С. 80-84). К недостаткам рассматриваемого аналога можно отнести неспецифичность получаемых сорбентов и отсутствие универсального механизма действия за счет их узких сорбционных возможностей.

Известен также способ модификации активированного угля путем частичного окисления maghara - угля концентрированной азотной кислотой (HNO₃) и перманганатом калия (KMnO₄). Обработка окислителями позволила зафиксировать большое количество O-комплексов на поверхности углеродного материала, что привело к образованию ε-углерод-кислородных комплексов, которые действуют как активные сорбционные центры (Yossef A.M., Thazy T.M., EI-Nabarawy Th. Moisture sorbtion by modified-activated carbons. "Carbon". - 1982. - V. 20. - N 2. - p. 113-116).

К недостаткам представленного аналога следует отнести большую трудоемкость, многоэтапность процесса, работу во вредных условиях с использованием концентрированной азотной кислоты.

Таким образом, малая эффективность применяемых в настоящее время способов модификации сорбентов и отсутствие способов модификации медицинских сорбентов обусловливает необходимость поиска и разработки простых, экологически чистых и эффективных технологий модификации гемосорбентов, пригодных для использования в медицинской практике.

В качестве прототипа нами выбран способ получения окисленного угля путем его обработки смесями окислителей и минеральных кислот. Показано, что при оптимальных условиях возможно получение окисленных углей особой чистоты с емкостью от 1,65 до 2,7 мг-экв/г (А.И. Лоскутов и др. Разработка технологии получения окисленного угля особой чистоты и энтеросорбента на его основе. //Республ. науч. -практич. конфер. "Синтез и применение энтеросорбентов". - Конаково, 1990, с. 38). Недостатком способа является трудоемкость технологического процесса, работа с концентрированными щелочами и кислотами, невозможность использования окисленных углей в качестве гемосорбентов в связи с загрязненностью сорбентов остатками непромытой кислоты, возможностью сорбции двух- и четырехвалентных ионов марганца на активированном угле.

Поэтому, мы обратили свое внимание на возможность использования в качестве модифицирующего агента гемосорбентов на такой мощный окислитель, как гипохлорит натрия (ГХН). Последний значительно дешевле других известных модифицирующих агентов, легко готовится, не требует дорогостоящего оборудования, технология модификации экологически чиста.

Предлагаемая технология обработки гемосорбентов гипохлоритом натрия приводит к появлению нового детоксицирующего механизма - окисления гидрофобных токсинов в гидрофильные с освобождением активных центров за счет иммобилизованного на радикалах гемосорбентов гипохлорит-аниона. Именно в этом механизме мы видим, патогенетическую обоснованность увеличения эффективности процессов детоксикации по предлагаемой нами технологии модификации гемосорбентов.

Задачей изобретения является повышение детоксицирующих свойств сорбентов путем разработки доступной, экономически выгодной, экологически чистой и эффективной технологии модификации гемосорбентов.

Для выполнения поставленной задачи достигались следующие цели:
1. Разработать экономически выгодную и доступную технологию модификации гемосорбентов.

2. Разработать экологически чистую технологию получения конечного продукта модификации гемосорбентов.

3. Разработать технологию модификации гемосорбентов, позволяющую получить дополнительные детоксицирующие свойства, превосходящие исходные.

Сущность изобретения заключается в следующем: гемосорбент подвергают окислению 0,10-0,15 н. раствором гипохлорита натрия в течение 30-40 мин из расчета 10-12 мл/г сорбента.

Способ осуществляют следующим образом: навеску гемосорбента окисляют 0,10-0,15 н. раствором гипохлорита натрия в течение 30-40 мин из расчета 10-12 мл/г сорбента. Затем раствор гипохлорита натрия сливают и промывают гемосорбент дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах гипохлорит-аниона. Отмытый сорбент и является конечной формой в технологии получения модифицированных гемосорбентов.

Гипохлорит натрия получают путем электролиза раствора хлористого натрия на аппарате "Электрохимический детоксикатор организма-3" (ЭДО-3). Концентрацию гипохлорита натрия определяли методом йодометрического титрования.

В стендовых условиях проведены статические опыты по модификации гипохлоритом натрия 5-ти углеродных гемосорбентов (Симплекс-Ф, СКН-1К, СКТ-6А-ВЧ, ВНИИТУ-1, Гемосфер), обладающих достаточной системой транспортных пор и развитой сорбционной поверхностью. Степень модификации гемосорбентов оценивали по количеству сорбированных на угле гипохлорит-анионов.

Методика определения количества сорбированного на модифицированном гемосорбенте гипохлорит-аниона заключалась в следующем: 5 г навески гемосорбента обрабатывали в 50 мл 0,1 н. раствора гипохлорита натрия в течение 40 мин. По окончании времени обработки раствор сливали и гемосорбент промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах гипохлорит-иона. Обработанный таким образом гемосорбент, после этого инкубировали в течение 40 мин в 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, после чего йодометрическим титрованием определяли остаточную концентрацию тиосульфата натрия.

В контроле навеску 5 г исходного гемосорбента инкубировали в течение 40 мин в 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, после чего йодометрически определяли остаточную концентрацию тиосульфата натрия. Количество сорбированного на угле гипохлорит-аниона (в г) определяли по формуле:
a = (D²Na₂S₂O₃-D¹Na₂S₂O₃)•37.221, г
где D¹Na₂S₂O₃ - потери тиосульфата после первой сорбции (на не модифицированном сорбенте);
D²Na₂S₂O₃ - потери тиосульфата после второй сорбции (на модифицированном сорбенте).

Опыты проводили не менее 5 раз и более, с последующей статистической обработкой полученных данных.

Как видно из табл. 1, наиболее эффективной является модификация гемосорбента 0,10-0,15 н. раствором гипохлорита натрия в течение 30-40 мин. При применении гипохлорита натрия с концентрацией ниже 0,1 н. раствора степень модификации гемосорбентов заметно снижается. Увеличение же концентрации гипохлорита натрия выше 0,15 н. раствора приводит к деструкции гемосорбентов. Подобная же зависимость обнаружена со временем экспозиции гипохлорита натрия с гемосорбентами, когда время сорбции гипохлорита натрия менее 30 мин и более 40 мин не позволяет получить максимального модифицирующего эффекта со стороны гемосорбента. Поэтому, оптимальным временем обработки гемосорбентов гипохлоритом натрия для получения максимального модифицирующего эффекта является 30-40 минутная экспозиция.

Аналогичные результаты при выявлении зависимости между временем экспозиции, концентрацией гипохлорита натрия и степенью модификации получены и на остальных гемосорбентах.

Проведенные стендовые исследования позволили перейти к оценке эффективности степени детоксикации и гемосовместимости модифицированных сорбентов при операции гемосорбции с использованием модельного маркера (тиосульфата натрия), гидрофобного токсина (билирубина в комплексе с альбумином), донорской крови и в эксперименте на животных.

Для изучения детоксицирующих свойств модифицированных гемосорбентов проведено 6 стендовых опытов с использованием модельного маркера-сорбента - тиосульфата натрия.

Суть опыта состояла в том, что навеску исходного и модифицированного гемосорбента СКН-1К помещали в коническую колбу и 30 минут экспонировали с 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия. По окончании времени экспозиции отбирали раствор тиосульфата натрия и йодометрическим титрованием определяли его концентрацию.

В результате проведенных опытов при сравнительной оценке детоксицирующих свойств исходного и модифицированного гемосорбента СКН-1К, отмечено увеличение на 57% потерь тиосульфата натрия при сорбции на сорбентах, модифицированных гипохлоритом натрия (табл. 2).

Данный результат можно объяснить следующим образом, при контакте молекул тиосульфата натрия с модифицированным сорбентом, сорбированный на активных центрах гипохлорит-анион подвергается конкурентной десорбции и окисляет тиосульфат натрия.

Для изучения детоксицирующих свойств модифицированных гемосорбентов проведено 6 стендовых опытов с использованием гидрофобного токсина билирубина (табл. 3).

Как видно из табл. 3, потери билирубина при сорбции на модифицированном гемосорбенте возрастают в 2,2 раза по сравнению с сорбцией на исходном гемосорбенте, что можно объяснить дополнительным детоксицирующим (окислительным) механизмом действия модифицированного гемосорбента.

Последующее изучение гемосовместимости модифицированных гемосорбентов на 10 образцах донорской крови показало, что в процессе перфузии 400 мл донорской крови через колонку с модифицированным гемосорбентом СКН-1К количество эритроцитов достоверно уменьшается на 11,4±3% (p<0.05) по отношению к количеству эритроцитов после сорбции с использованием немодифицированного гемосорбента, в то время как концентрация общего белка в крови имеет тенденцию к падению, однако падение не достоверно (p>0.05).

Полученные результаты позволили нам провести опыты на экспериментальных животных по изучению токсичности и пирогенности смывов с модифицированных гемосорбентов.

Изучение токсичности смывов с 5 модифицированных сорбентов (Симплекс-Ф, СКТ-6А-ВЧ, ВНИИТУ-1, СКН-1К, Гемосфер) было проведено на 40 белых мышах, разделенных на две равные группы по 20 животных в каждой (Лопухина Ю.М., Молоденков М.Н. Гемосорбцияю. М.: Медицина. - 1978. - С. 43-44).

В первую группу вошли мыши, которым подкожно вводили 0.1 мл смыва физиологического раствора с модифицированного гемосорбента, в то время как животным второй группы вводили 0.4 мл смыва внутрибрюшинно. За состоянием животных наблюдали в течение 10 дней.

В результате проведенных опытов не было отмечено каких-либо изменений со стороны поведения и общего состояния животных. Все мыши были клинически здоровы и в течение наблюдаемого срока оставались живы.

Оценку реакции организма экспериментальных животных на пирогенность смывов с модифицированных сорбентов проводили по методике Джиордано К. (Сорбенты и их клиническое применение. - Киев, Выща школа, 1989. - С. 89-90).

Опыты проведены на 75 кроликах с использованием смывов с 5 модифицированных сорбентов (Симплекс-Ф, СКТ-6А-ВЧ, ВНИИТУ-1, СКН-1К, Гемосфер).

Суть опыта заключалась в том, что 3 кроликам приблизительно одинаковой массы 3.2-3.7 кг, породы Шиншилла одновременно вводили смывы физиологического раствора с модифицированного гемосорбента в ушную вену из расчета 10 мл/кг массы тела. У животных проводили регистрацию температуры тела через каждый час в течение 3 часов после инъекции. При этом, если сумма трех индивидуальных максимальных повышений температуры не превосходила 1.15^oC, то эксперимент на отсутствие пирогенов считался положительным.

Проведенные опыты на присутствие пирогенов в смывах с изучаемых модифицированных гемосорбентов не выявили превышения допустимой температурной реакции у экспериментальных животных. Аналогичные результаты были получены со всеми вышеперечисленными гемосорбентами, что позволило нам говорить об отсутствии пирогенной реакции у изучаемых модифицированных гемосорбентов по предложенной технологии (табл. 4).

Таким образом, материалы стендовых и экспериментальных опытов на модифицированных гемосорбентах, представленных в данной заявке, свидетельствуют о принципиально новом подходе к их возможному использованию в клинической практике и открывают перспективы достижения положительных результатов в лечении широкого круга заболеваний. Разработанная технология является экологически чистой, высокоэкономичной и достаточно простой для налаживания производственных мощностей.

Способ иллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Для проведения модификации гемосорбента СКН-1К гипохлоритом натрия 5 г навески гемосорбента обрабатывали 0,066 н. раствором гипохлорита натрия в течение 60 мин из расчета 10 мл/г сорбента. По окончании экспозиции раствор сливали и гемосорбент промывали 100 мл дистиллированной воды до отрицательного результата на присутствие в промысловых водах гипохлорит-аниона. Обработанный подобным образом гемосорбент инкубировали в течение 40 мин в 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, после чего методом йодометрического титрования определяли остаточную концентрацию тиосульфата натрия.

В контрольном опыте 5 г навески гемосорбента инкубировали в течение 40 мин с 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, после чего методом йодометрического титрования определяли остаточную концентрацию тиосульфата натрия.

Количество сорбированного на угле гипохлорит-аниона (в г/г сорбента) определяли по формуле, приведенной выше.

Сорбция гипохлорита натрия в данном примере составила 0,260±0,028 г на 1 г сорбента.

Пример 2. 5 г навески гемосорбента СКН-1К инкубировали в конической колбе с 0,1 н. раствором гипохлорита натрия в течение 40 минут. Проведение опыта и оценку результатов - проводили аналогично описанному в примере 1.

Сорбция гипохлорита натрия в данном примере составила 0,661±0,051 г на 1 г сорбента.

Пример 3. 5 г навески гемосорбента СКН-1К инкубировали в конической колбе с 0,147 н. раствором гипохлорита натрия в течение 10 минут. Проведение опыта и оценку результатов проводили аналогично описанному в примере 1.

Сорбция гипохлорита натрия в данном примере составила 0,722±0,053 г на 1 г сорбента.

Пример 4. 5 г навески гемосорбента СКН-1К инкубировали в конической колбе с 0,187 н. раствором гипохлорита натрия в течение 10 минут. Проведение опыта и оценку результатов проводили аналогично описанному в примере 1.

Сорбция гипохлорита натрия столь высокой концентрации вызывает деструкцию гемосорбента, что свидетельствует о неприемлимости выбранных параметров технологии модификации.

Аналогичные результаты были получены и у остальных гемосорбентов (Симплекс-Ф, СКТ-6А-ВЧ, ВНИИТУ-1, Гемосфер).

Медико-социальная эффективность. Предлагаемое изобретение будет способствовать повышению эффективности лечения больных с экзо- и эндогенной интоксикацией, снижению процента летальности, сокращению сроков и стоимости лечения. Предлагаемая нами технологии модификации гемосорбентов является достаточно простой, экологически чистой, высокоэкономичной и не требует дорогостоящего оборудования.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для лечения экзо- и эндогенной интоксикации. Гемосорбент окисляют 0,1-0,15 н. раствором гипохлорита натрия в течение 30-40 мин из расчета 10-12 мл/г сорбента. Способ позволяет увеличить эффективность процесса детоксикации при гемосорбции. 4 табл.

Способ модификации гемосорбентов, включающий обработку гемосорбентов препаратами, отличающийся тем, что гемосорбенты окисляют 0,1 - 0,15 н раствором гипохлорита натрия в течение 30 - 40 мин из расчета 10 - 12 мл/г.