Эффективность неселективных гемосорбентов при полиорганной недостаточности у собак Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 4 - P. 251-256

Раздел VII РЕДАКЦИОННЫЙ ПОРТФЕЛЬ

УДК: 616.94

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕСЕЛЕКТИВНЫХ ГЕМОСОРБЕНТОВ ПРИ ПОЛИОРГАННОЙ

НЕДОСТАТОЧНОСТИ У СОБАК

Е.В. ЗАХАРОВ

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский онкологический научный центр имени Н.Н. Блохина» РАМН (Москва), Каширское шоссе д.23 г. Москва, 115478, Россия

Аннотация. Несмотря на раннюю диагностику и адекватное применение антибиотиков, смертность от сепсиса остается чрезвычайно высокой и достигает по разным оценкам 50-80% от числа заболевших. В патогенезе сепсиса ведущая роль принадлежит бактериальному эндотокси-ну(липополисахарид), индуцирующему гиперпродукцию провоспалительных медиаторов, ФНО, ИЛ-6 и ИЛ-1. Развитие органных и системных повреждений при сепсисе, прежде всего, связано с неконтролируемым распространением из первичного очага инфекционного воспаления провоспалитель-ных медиаторов эндогенного происхождения с последующей активацией под их влиянием макрофагов, нейтрофилов, лимфоцитов и ряда других клеток в других органах и тканях, с вторичным выделением аналогичных эндогенных субстанций, повреждением эндотелия и снижением органной перфузии и доставки кислородаВ связи с этим всё чаще в комплексной терапии сепсиса и как следствие полиорганной недостаточности применяют методы экстракорпоральной детоксикации. Целью настоящего исследования являлась оценка эффективности неселективных гемосорбентов при полиорганной недостаточности и сепсисе у собак. Сравнивался коммерческий угольный гемосорбент «ВНИИТУ-1» и новый перспективный гемосорбент на основе наномезопористого полистирола «Стиросорб-514». Установлена способность неселективных гемосорбентов элиминировать бактериальный эндотоксин. Было отмечено, что при применении угольного сорбента требовалась большая гепариновая нагрузка. Элиминация билирубина оказалась эффективнее у сорбента на основе полистирола.

Ключевые слова: сепсис, гемосорбция, гемосорбенты, липополисахарид, фагоцитарный индекс, фагоцитарное число.

THE EFFECTIVENESS OF NON-SELECTIVE HEMOSORBENTS IN MULTIPLE

ORGAN FAILURE IN DOGS

E.V.ZAKHAROV

Clinical N. N. Blokhin Oncology Research Institute, RCRC, RAMS, Kashirskoye sh., 24, Moscow, 115478, Russia

Abstract. Despite early diagnostics and adequate application of antibiotics, sepsis mortality remains extremely high and reaches 50-80% of number of the diseased. In pathogenesis of sepsis the leading role belongs to the bacterial endotoxin (lipopolysaccharide) inducing hyperproduction of pro-inflammatory mediators (TNF, IL-1, IL-6). Development of organ and multiple organ dysfunction at sepsis, first of all, is uncontrollable distribution from primary center of an infectious inflammation of pro-inflammatory mediators with the subsequent activation under their influence of macrophages, neutrophils, lymphocytes and some other cages in other organs and tissues, with secondary release of similar endogenous substances, damage an en-dothelium and decrease in organ perfusion and delivery of oxygen. In this regard even more often in complex therapy of sepsis and as a result of multiple organ failure apply methods of an extracorporeal detoxica-tion. The purpose of this study was the assessment of efficiency of non-selective hemosorbents in dogs with

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 4 - P. 251-256

multiple organ failure and sepsis. The commercial coal hemosorbent "VNIITU-1" and new perspective nano-structured hemosorbent based on hypercrosslinked styrene polymers Styrosorb-514 was compared. The result of this study are established, that non-selective hemosorbents can eliminate bacterial endotoxin. The author notes that at application of a coal sorbent a heparin is necessary in high dose. The elimination of biliru-bin was more effective at a sorbent based on hypercrosslinked styrene polymers.

Key words: sepsis, hemosorbtion, hemosorbents, lipopolysaccharidae, phagocytic index, phagocytic number.

Согласно современным преставлениям, сепсис - это системная воспалительная реакция макроорганизма, развившаяся в результате взаимодействия иммунной системы с микроорганизмами или их токсинами и опосредованная гиперэкспрессией совокупности гуморальных факторов [9]. Бактериальные эндотоксины, и в частности, липополисахарид (ЛИС) - компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий, относят к одним из наиболее значимых триггерных факторов развития системной воспалительной реакции.

Развитие органных и системных повреждений при сепсисе, прежде всего, связано с неконтролируемым распространением из первичного очага инфекционного воспаления провоспа-лительных медиаторов эндогенного происхождения (цитокины, фактор активации тромбоцитов, метаболиты арахидоновой кислоты, эн-дотелин-1, оксид азота, компоненты комплемента и др.), с последующей активацией под их влиянием макрофагов, нейтрофилов, лимфоцитов и ряда других клеток в других органах и тканях, с вторичным выделением аналогичных эндогенных субстанций, повреждением эндотелия и снижением органной перфузии и доставки кислорода [11].

Дезорганизация системы естественной де-токсикации организма при тяжёлом сепсисе влечёт за собой нарушения со стороны систем кровообращения, дыхания, центральной нервной системы, с быстрым развитием синдрома полиорганной недостаточности.

В настоящее время зреет убеждение, что в комплексном лечении гнойно-септических осложнений лечебные мероприятия системного характера (антибактериальная и иммунная терапия) могут быть выгодно дополнены методами экстракорпоральной детоксикации, и, в частности, неспецифической гемо- и лимфосорб-цией [8]. Гемосорбция (ГС) - экстракорпоральный терапевтический метод детоксикации и регуляции гомеостаза, основанный на фильт-

рации (перфузии) крови пациента через угольные или синтетические сорбенты. Эта процедура не только способствует улучшению реологических свойств крови, но и значительно снижает содержание в системном кровотоке триггеров и медиаторов воспаления (бактериальные эндо- и экзотоксины, цитокины) [10]. Кроме того, имеются данные, что некоторые сорбенты способны прочно иммобилизировать на своей поверхности бактериальные клетки [4,6]. В подавляющем большинстве случаев в качестве основы гемосорбционных колонок используют гранулированный активированный уголь (например, ВНИИТУ-1). Современные достижения в области разработки пористых синтетических материалов расширили спектр потенциально перспективных гемосорбентов [5,14,15]. Эти сорбенты благодаря своей нанопористой структуре и значительной сорбционной активности [12] способны связывать широкий спектр биологически активных молекул, выполняющих в том числе и функции медиаторов воспаления (бактериальный эндотоксин, цитокины, гормоны) [1,3,13]. Также существуют исследования, показавшие способность элиминировать из крови неселективными сорбентами, и, в частности, сверхсшитыми полистиролами, различных видов бактерий (S.aureus, K. pneumoniae), которые, наряду с грибами, могут выступать в качестве триггерных факторов развития системного гнойно-септического воспалительного процесса. Преимуществами данного типа перспективных сорбентов является высокая гемосовмести-мость, что может позволить существенно снизить гепариновую нагрузку по сравнению с классическими угольными сорбентами [2,6].

Цель исследования - оценка эффективности неселективных гемосорбентов при полиорганной недостаточности и сепсисе у собак.

Материалы и методы исследования. В исследование включено 22 собаки в возрасте от 1 до 14 лет (средний возраст 7,5 лет), массой от 70 кг до 10 кг (средняя масса 30,5 кг). В качестве

10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТБСНМОШСТББ - 2016 - V. 23, № 4 - Р. 251-256

критерия отбора животных использовали оценку тяжести общего состояния животного (не ниже средней) и наличие клинических признаков полиорганной недостаточности и/или сепсиса. Животные были разделены на две группы. Первой ГС проводилась с использованием коммерческого угольного гемосорбента «ВНИИТУ-1» (N=14), второй - с использованием нового перспективного гемосорбента на основе наномезопористого полистирола «Стиросорб-514» (N=8). В первой группе было 7 собак в тяжелом состоянии и 7 собак в состоянии средней тяжести. Во второй группе у 3 собак диагностировано тяжелое

состояние, а у 5 - средней тяжести.

Постановка внутривенного катетера осуществлялась в яремную вену. Процедура ГС проводилась на аппарате «Гемо-феникс». До и после процедуры проводился забор крови для общеклинического, биохимического анализа, коагуло-граммы, газово-электролитного состава крови, исследования активности лейкоцитов, а также определения бактериального эндотоксина (ЛПС). Гепариновая нагрузка составляла 100-200 Ед/кг и 0-100 ЕД/кг в первой и второй группе соответственно. Во время выполнения процедуры проводился мониторинг показателей гемодинамики: частота сердечных сокращений (ЧСС), среднее артериальное давление (АДср.) и велась запись в протокол с 10 минутным интервалом. При необходимости стабилизации гемодинамики, проводили инфузионную терапию (кристаллоиды, коллоиды). При АДср.<50тт ^ вводили вазоконстрикторы (допамин 3-10 мкг/кг/мин). Все изменения фиксировали в протоколе. Обработки данных проводили с использованием непараметрических методов статистики. Достоверными считали различия показателей при р<0,05.

Результаты и их обсуждение. Было проведено 37 процедур ГС (в среднем 1-2 процедуры у каждого животного). Длительность процедуры ГС составляла 1,5-2 часа. 6 собак получали инфузиюдопамина во время процедуры.

В первой группе улучшение общего состояния было отмечено у одной (14%) собаки в тяжелом состоянии, а ухудшение у 2 (28%) собак в тяжелом и 1 (14%) собаки в средне тяжелом состоянии. Во второй группе улучшение

было отмечено у 1 (33%) собаки в тяжелом состоянии и у 3 (60%) собак в средне тяжелом состоянии, а ухудшение общего состояния отмечалось у 2 (40%) собак в средне тяжелом состоянии. Улучшение состояния животных после ГС сопровождалось нормализацией ЧСС с 116±13.1 до 104±10.2 (р<0.05) и уровня НАДср. с 120± 17.2 по 108±16.4 (р<0.05).

Таблица 1

Изменение показателей крови у животных на фоне процедуры ГС

оказатель ВНИИТУ-1 Стиросорб-514 Норма

До ГС После ГС До ГС После ГС

Билирубин общий, мкмоль/л 35 (8,6-124,3) 32,5 (8,2-116,6) 55,4 (10,7-180,9) 13,6 (7,8-161) 0-12

Мочевина, ммоль/л 14,5 (6,4-46,8) 12 (4,6-42,1) 27,6 (5,5-61,5) 25,2 (5,6-57,8) 3,5-10

Креати- нин, мкмоль/ л 120,8 (78,5-350,7) 74,4 (54,9-382,1) 213,7 (89,3-609,9) 165,1 (90,9-700,4) 45-140

Альбумин, г/л 19,8 (18,5-24,3) 20,8 (17,1-24,5) 24,9 (22-27,8) 20,8 (17-22,9) 25-39

ЛПС, МЕ/л 0,100 (0,054-0,394) 0,005 (0-0,084) 0,114 (0,097-0,241) 0* (0-0,003) 0-0,0001

рН 7,33 (7,29-7,42) 7,35 (7,31-7,44) 7,25 (7,22-7,33) 7,34 (7,20-7,37) 7,35-7,45

Лейкоциты, 109/л 23,7 (12,4-10,3) 14,7 (10,3-20,9) 26,7 (20,6-36,5) 20,7 (15,8-25,9) 4-16

Эритроциты, 1012/л 4,7 (3,7-5,7) 4,2 (3,1-4,6) 4,7 (4,5-4,8) 3,6 (3,3-4) 6-12

Тромбоциты, 109/л 120 (29-267,3) 151 (29-259) 217,5 (36-327,5) 180,5 (156,5-343,5) 150-600

Как следует из данных табл. 1 - у животных отмечался повышенный исходный уровень билирубина, креатинина, мочевины, ЛПС и количества лейкоцитов крови. Билирубин превышал показатели физиологической нормы у 9 (64,3%) собак из 1 группы и 4 (50%) собак из 2 группы. Исходный уровень креатинина был повышен у 6 (42,9%) собак в первой группе и у 4 (50%) собак из второй группы. После гемосорбции наблюдалась очевидная тенденция к снижению уровня билирубина в среднем по группам, при этом выраженное снижение рассматриваемого параметра регистрировали у животных с исходно высоким содержанием данного метаболита в крови (рис. 1,

10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТБСНМОШСТББ - 2016 - V. 23, № 4 - Р. 251-256

2). Сходная тенденция к снижению после процедур ГС имела место у животных с повышенным уровнем креатинина.

Рис. 1. Изменение уровня билирубина с использованием «Стиросорб-514»

/ои

600

500 ■ до ГС

400 [

300 ■ после ГС

200 1 1

■И1 1ГПИ

1 2 3 4 5 6 7 Л1| Ир 8 9

Рис. 2. Изменение уровня билирубина с использованием «ВНИИТУ-1»

Таблица 2

Фагоцитарная активность лейкоцитов до и после ГС

Параметры Стимулятор фагоцитоза ВНИИТУ-1 Стиросорб-514

До ГС После ГС До ГС После ГС

ФИ, % латекс 22,4 (17,9-27,5) 10,5 (8,8-31) 13,5 (10,3-16,8) 65,5 (49,3-81,8)

ФЧ латекс 4 (2-7,5) 4,3 (3,4-11,8) 8,2 (6,3-10,1) 22,1 (11,7-32,6)

влияние процедуры ГС оказывали на исходно повышенный уровень ЛИС, который достоверно снижается в обеих группах животных.

Как показано в табл. 2 ГС с использованием сорбента «Стиросорб-514» в отличие от угольных сорбентов способствовала усилению фагоцитарной активности лейкоцитов, при этом отмечалось достоверное повышение фагоцитарного индекса (ФИ) и фагоцитарного числа (ФЧ).

Выводы:

1. Следует отметить, что пациентам, которым проводилась ГС с использованием угольной колонки понадобилось большая гепариновая нагрузка 100-200 ЕД/кг. Ири использовании сорбента Стиросорб-514 доза гепарина не превышала 100 ЕД/кг, а у пациентов с нарушением свертываемости крови антикоагулянты не применялись. У этих особей не отмечалось признаков повышенноготромбообразования.

2. В группе с использованием колонки на основе Стиросорб-514 отмечается более эффективная элиминация билирубина, чем в группе с использованием ВНИИТУ-1.

3. Хотя снижение мочевины и креатинина является недостоверным, видна четкая тенденция к снижению их уровня в крови.

4. Отмечается выраженная элиминация ЛИС в обеих группах.

5. В группе с использованием колонки на основе «Стиросорб-514» происходит активация иммунной системы, отмеченная в усиление фагоцитарной активности лейкоцитов, благодаря повышению фагоцитарного индекса и фагоцитарного числа.

6. Новый перспективный наноструктури-рованый сорбент на основе сверхсшитого поли-стерола «Стиросорб-514» обладающий высокой гемосовместимостью, более эффективно элиминирует бактериальный эндотоксин, и способствует восстановлению фагоцитарной активности лейкоцитов.

7. Таким образом, экстракорпоральная де-токсикация с применением неселективных гемо-сорбентов позволяет элиминировать из крови бактериальный эндотоксин и токсические метаболиты, что подтверждает целесообразность применения гемосорбции в комплексной терапии органной и полиорганной недостаточности.

Содержание в крови форменных элементов после проведения процедур существенно нее изменялось в обеих группах. Наиболее выраженное

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 4 - P. 251-256

Литература

References

1. Анисимова Н.Ю., Громова Е.Г., Кузнецова Л.С., Ситдикова С.М., Киселевский М.В. Динамика элиминации бактериальных эндотоксинов и цитокинов из крови онкологических больных с сепсисом при гемосорбции с использованием угольных сорбентов // Бюллетень экспериментальной медицины и биологи. 2011. Т. 151, № 5. С. 560-563.

2. Анисимова Н.Ю., Даванков В.А., Будник М.И., Спирина Т.С., Киселевский М.В. Новые перспективные сорбенты на основе полистирола, способные элиминировать микроорганизмы из крови // Российский биотерапевтический журн. 2010. Т. 9, №. 4. С. 113-114.

3. Анисимова Н.Ю., Даванков В.А., Корнюшенков Е.А., Митин В.В.,. Соловьева О.В., Будник М.И., Донен-ко Ф.В., Киселевский М.В. Эффективность применения сверхсшитых полистиролов для экстракорпоральной детоксикации при сепсисе // Российский ветеринарный журнал. Мелкие домашние и дикие животные. 2011. №2. С. 23-25.

4. Ложкомоев А.С. Адсорбционная способность нано-структурногооксогидроксида алюминия, иммобилизованного на ацетилцеллюлозных микроволокнах: Автореф.дисс. ... канд. хим. наук, 2009. 20 с.

5. Пастухов А.В., Даванков В.А., Волков В.В., Дем-бо К.А., Зубавичус Я.В., Корлюков А.А., Филатова А.Г. Магнитные нанокомпозиты на основе сверхсшитых полистиролов // Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т. 73, № 4. С. 496-498.

6. Anisimova N.Yu., Spirina T.S., Titov K.S., Malakho-va N.V., Sitdikova S.M., Kiselevsky M.V. Possibility of microorganism elimination from the blood using modified coal hemosorbents // Bulletin of experimental biology and medicine 2011. V. 151, № 2. P. 273-274.

7. Choi J.-W., Choi N.-C., Mahendran B., Kim D.-J. , Lee C.E. Sorption kinetics of aqueous benzene for attached bacteria on sorbents // Current Applied Physics. 2007.

V. 7, № 1. P. 13-17.

8. De Pont A.C. Hemofiltration in the early phase of sepsis: friend or foe? // Critical Care Medicine. 2009. V. 37, № 3. P. 1125-1126.

9. Jean-Baptiste E. Cellular Mechanismsin Sepsis // J Intensive Care Med. 2007. Vol. 22, №2. P. 63-72.

10. Johnson G.B., Brunn G.J., Platt J.L. Activation of mammalian Toll-like receptors by endogenous agonists // Critical Reviews in Immunology. 2003. V. 23. P. 15-44.

11. Maier R.V. Pathogenesis of Multiple Organ Dysfunction

Anisimova NYu, Gromova EG, Kuznetsova LS, Sitdikova SM, Kiselevskiy MV. Dinamika eliminatsii bak-terial'nykh endotoksinov i tsitokinov iz krovi onkologi-cheskikh bol'nykh s sepsisom pri gemosorbtsii s is-pol'zovaniem ugol'nykh sorbentov [Dynamics of the elimination of bacterial endotoxins and cytokines from the blood of cancer patients with sepsis at hemosorp-tion using carbon sorbents]. Byulleten' eksperimen-tal'noy meditsiny i biologi. 2011;151(5):560-3. Russian. Anisimova NYu, Davankov VA, Budnik MI, Spirina TS, Kiselevskiy MV. Novye perspektivnye sorbenty na os-nove polistirola, sposobnye eliminirovat' mikroorga-nizmy iz krovi [Promising new sorbents based on polystyrene capable eliminate microorganisms from blood]. Rossiyskiy bioterapevticheskiy zhurn. 2010;9(4):113-4. Russian.

Anisimova NYu, Davankov VA, Kornyushenkov EA, Mitin VV, Solov'eva OV, Budnik MI, Donenko FV, Kiselevskiy MV. Effektivnost' primeneniya sverkhsshitykh polistirolov dlya ekstrakorporal'noy detoksikatsii pri sepsise [The effectiveness of hypercrosslinked polystyrene for extracorporeal detoxification in sepsis]. Ros-siyskiy veterinarnyy zhurnal. Melkie domashnie i dikie zhivotnye. 2011;2:23-5. Russian.

Lozhkomoev AS. Adsorbtsionnaya sposobnost' nanostrukturnogooksogidroksida alyuminiya,

immobilizovannogo na atsetiltsellyuloznykh mikrovoloknakh [The adsorption capacity of aluminum nanostrukturnogooksogidroksida immobilized on atsetiltsellyuloznyhmikrovoloknah] [dissertation]; 2009. Russian.

Pastukhov AV, Davankov VA, Volkov VV, Dembo KA, Zubavichus YaV, Korlyukov AA, Filatova AG. Magnit-nye nanokompozity na osnove sverkhsshitykh polisti-rolov [Magnetic nanocomposites based on polystyrene hypercrosslinked]. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya. 2009;73(4):496-8. Russian.

Anisimova NYu, Spirina TS, Titov KS, Malakhova NV, Sitdikova SM, Kiselevsky MV. Possibility of microorganism elimination from the blood using modified coal hemosorbents. Bulletin of experimental biology and medicine 2011;151(2):273-4.

Choi J-W, Choi N-C, Mahendran B, Kim D-J, Lee CE. Sorption kinetics of aqueous benzene for attached bacteria on sorbents. Current Applied Physics. 2007;7(1):13-7.

De Pont AC. Hemofiltration in the early phase of sepsis: friend or foe? Critical Care Medicine. 2009;37(3):1125-6.

Jean-Baptiste E. Cellular Mechanismsin Sepsis. J Intensive Care Med. 2007;22(2):63-72.

Johnson GB, Brunn GJ, Platt JL. Activation of mammalian Toll-like receptors by endogenous agonists. Critical Reviews in Immunology. 2003;23:15-44. Maier RV. Pathogenesis of Multiple Organ Dysfunction

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2016 - Т. 23, № 4 - С. 251-256 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 4 - P. 251-256

Syndrome - Endotoxin, Inflammatory Cells, and Their Mediators: Cytokines and Reactive Oxygen Species // Surgical Infections. 2000. 1(3). P. 197-205.

12. Murphy M.C., Patel S., Phillips G.J., Davies J.G., Lloyd A.W, Gun'ko V.M., Mikhalovsky S.V. Adsorption of inflammatory cytokines and endotoxin by mesopor-ous polymers and activated carbons // Studies in Surface Science and Catalysis. 2002. V. 144. P. 515-520.

13. Saha B., Karounou E., Strea M. Removal of 17p-oestradiol and 17a-ethinyloestradiol from water by activated carbons and hypercrosslinked polymeric phases // Reactive and Functional Polymers. 2010. V. 70, №8. P. 531-544.

14. Tlustakova M., Horak J., Vavrouch J., Kulisek J., Kalal J. Method for producing a biocompatible layer on the surface of particles of porous synthetic sorbents . US Patent 4634604. 06.01.1987.

15. Tsyurupa M.P., Blinnikova Z.K., Proskurina N.A., Pas-tukhov A.V., Pavlova L.A., Davankov V.A. Hypercros-slinked Polystyrene: The First Nanoporous Polymeric Material // Nanotechnologies in Russia. 2009. V.4. № 910. P. 665-675.

Syndrome - Endotoxin, Inflammatory Cells, and Their Mediators: Cytokines and Reactive Oxygen Species // Surgical Infections. 2000;1(3):197-205. Murphy MC, Patel S, Phillips GJ, Davies JG, Lloyd AW, Gun'ko VM, Mikhalovsky SV. Adsorption of inflammatory cytokines and endotoxin by mesoporous polymers and activated carbons. Studies in Surface Science and Catalysis. 2002;144:515-20.

Saha B, Karounou E, Strea M. Removal of 17p-oestradiol and 17a-ethinyloestradiol from water by activated carbons and hypercrosslinked polymeric phases. Reactive and Functional Polymers. 2010;70(8):531-44.

Tlustakova M, Horak J, Vavrouch J, Kulisek J, Kalal J. Method for producing a biocompatible layer on the surface of particles of porous synthetic sorbents . US Patent 4634604. 06.01.1987.

Tsyurupa MP, Blinnikova ZK, Proskurina NA, Pastuk-hov AV, Pavlova LA, Davankov VA. Hypercrosslinked Polystyrene: The First Nanoporous Polymeric Material. Nanotechnologies in Russia. 2009;4(9-10):665-75.