Экспериментальное обоснование новой лекарственной формы антидота оксида углерода и других продуктов горения Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 614.84:616-099:615.246.9

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОВОЙ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ АНТИДОТА ОКСИДА УГЛЕРОДА И ДРУГИХ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ

© 2006 г. В. А. Баринов, В. В. Чумаков, *С. П. Нечипоренко, **Е. Л. Баринова

1-й Центральный НИИ МО РФ, *Институт токсикологии ФМБА России, **Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова, г. Санкт-Петербург

Одной из основных причин поражения людей в условиях пожаров является отравление оксидом углерода и другими продуктами горения. Для медикаментозной защиты людей и расширения объема медицинской помощи пострадавшим разработан антидот оксида углерода препарат ацизол в лекарственной форме для внутримышечного применения.

В работе представлены некоторые результаты исследований по разработке лекарственной формы ацизола для применения внутрь.

Ключевые слова: оксид углерода, продукты горения, острые отравления, ацизол, антидотные свойства, антигипоксантная активность.

В настоящее время в развитых странах пожары составляют до 30 % от всех чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Одной из основных причин поражения людей в условиях пожаров является отравление оксидом углерода (СО) и другими продуктами горения. Источниками воздействия высоких концентраций СО на людей являются также автомобильные выхлопные газы и неисправное отопительное оборудование [7]. Возможно токсическое действие СО при метаболических превращениях метиленхлорида, входящего в состав ряда растворителей и средств для удаления красок.

В развитых странах ежегодно регистрируется несколько тысяч отравлений СО. Почти 20 % этих случаев заканчиваются гибелью пострадавших, а у тех, кого удается спасти, серьезной проблемой является высокий уровень инвалидизации вследствие необратимых изменений в миокарде и центральной нервной системе, что требует целого ряда мероприятий по медицинской и социальной реабилитации.

Поэтому разработка средств фармакологической защиты персонала промышленных объектов, аварийно-спасательных формирований и населения от токсического действия СО и других химических веществ, образующихся при пожарах, а также возможно более раннее оказание помощи пораженным является важной медико-социальной задачей.

До недавнего времени защита от токсического действия СО и других продуктов горения, образующихся при пожарах, обеспечивалась только использованием средств защиты органов дыхания преимущественно изолирующего типа. Для медикаментозной защиты людей и расширения объема медицинской помощи пострадавшим разработан антидот оксида углерода — препарат ацизол [2].

Ацизол представляет собой комплексное цинкорганическое соединение. Его химическая структура — [бис (1-винилимидазол) цинк-диацетат]. Препарат разработан в лекарственной форме в виде 6 % раствора для инъекций в ампулах по 1,0 мл и предназначен для внутримышечного применения как в лечебных, так и в профилактических (защитных) целях.

Механизм фармакологического действия ацизола и ряда других соединений цинка при гипоксических состояниях связывают с влиянием на кооперативное взаимодействие субъединиц гемоглобина [10]. Под влиянием ацизола уменьшается относительное сродство гемоглобина к СО, что проявляется в уменьшении константы Дугласа. Ацизол снижает кооперативное взаимодействие субъединиц гемоглобина, что выражается в уменьшении константы Хилла, а клинически проявляется в снятии эффекта Холдейна. Под влиянием ацизола повышается сродство гемоглобина к кислороду и происходит сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево [4]. Таким образом, ацизол сочетает в себе

специфические антидотные свойства в отношении СО и свойства антигипоксанта [1, 2, 9, 10].

Введение ацизола пострадавшим непосредственно на месте аварии повышает их шансы на выживание при тяжелых формах интоксикации оксидом углерода, ускоряет элиминацию СО из организма и способствует успеху последующих медицинских мероприятий (ок-сигенотерапия, симптоматическая медикаментозная терапия). С профилактической целью ацизол может применяться при высоком риске ингаляции СО и других продуктов термоокислительной деструкции, что наиболее важно для людей, участвующих в ликвидации последствий аварий, сопровождающихся пожарами [1]. Однако наличие только ампульной лекарственной формы ацизола затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным его применение в условиях чрезвычайных ситуаций.

В статье представлены некоторые результаты наших исследований по разработке более удобной лекарственной формы ацизола для применения внутрь.

Методика

В работе использовали субстанцию ацизола, синтезированную в лаборатории гетероциклических соединений Иркутского института химии Сибирского отделения Российской академии наук, в соответствии с ВФС 42-1988-90.

Опыты по исследованию защитной эффективности препарата проводили на двух видах половозрелых лабораторных животных: белых беспородных кры-сах-самцах массой 160—200 г и белых беспородных мышах-самцах массой 18—22 г.

Острые ингаляционные затравки экспериментальных животных оксидом углерода осуществляли статическим способом в стеклянных 5-литровых эксикаторах и в металлических гермокамерах типа Б. Курляндского вместимостью 0,45 м3, снабженных вентиляторами для равномерного перемешивания воздуха. Экспозиция при затравках составляла от 20 минут до 3,5 часа. Для связывания накапливающегося углекислого газа в затравочные емкости помещали химический поглотитель известковый. Оксид углерода получали путем разложения муравьиной кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании [5] и хранили в стеклянных емкостях.

После герметизации затравочной емкости с помещенными туда животными в камеру на протяжении 3—5 минут при непрерывном перемешивании воздуха подавали определенные количества СО для создания необходимых концентраций газа, приводящих к различной степени интоксикации — от несмертельной до абсолютно летальной. Концентрация СО в камере на протяжении затравки контролировалась с помощью оптико-акустического газоанализатора ГИАМ-5.

При оценке результатов ориентировались прежде всего на показатели выживаемости животных при разной интенсивности воздействия СО, которые

использовали при расчете токсикометрических параметров этого яда (LC16, LC50, LC84).

В ряде опытов на белых крысах использовали метод внутрибрюшинного введения 100 % СО, как это описано в работе [11]. Выдыхаемый воздух у животных собирали с использованием индивидуального пробоотборника [8]. Концентрацию СО в выдыхаемом воздухе определяли при помощи газоанализатора ПГА-ВПМ с использованием индикаторных трубок ПО «Химаналит».

Для исследования эффективности ацизола при сочетанном действии СО и других продуктов горения использовали методику, разработанную Санкт-Петербургским филиалом ВНИИ ПО МВД РФ. Затравки животных осуществлялись на специальной установке с замкнутым контуром циркуляции газов при сжигании материала на основе фенол-формальдегидных смол (пенопласт марки «Виларес-5»), а также древесины сосны. Синтетические материалы, подобные «Виларес-5», широко распространены в качестве отделочных и теплоизолирующих материалов. При их горении и термокаталитическом разложении, помимо оксида и диоксида углерода, образуются высокие концентрации хлористого водорода, цианистого водорода, ацетона и ряда других токсичных веществ. Древесина сосны была выбрана в качестве эталонного источника двухкомпонентной смеси летучих продуктов термодеструкции, так как при горении она выделяет в основном СО, углекислый газ и небольшое количество смолистых веществ. В каждой серии затравок определяли показатель HLC50, характеризующий массу сгоревшего материала, при которой погибает 50 % животных.

Гипоксическую гипоксию с гиперкапнией у белых мышей моделировали помещением животного в банку вместимостью 250 мл, плотно закрытую стеклянной крышкой, смазанной герметиком. Фиксировали с помощью секундомера максимальную продолжительность жизни и симптомы танатогенеза. Банки с животными во время исследования находились в кондиционере, обеспечивающем постоянство условий эксперимента (температура +20 °C, влажность 65—70 %, атмосферное давление (760 ± 10) мм рт. ст.). После гибели у каждого животного ex tempore получали головной мозг, проводили его гемогенезацию (400 оборотов/мин, 10 ходов пестика) и определяли в гомогенате активность каталазы, уровни малонового диальдегида и гидроперекисей липидов.

Токсикометрические параметры (LC16, LC50, LC84) СО рассчитывали методом Беренса и Кербера, а также с использованием пробит-анализа [6]. Достоверность отличий параметров у различных групп животных оценивали по критерию t Стьюдента и Фишера. Кроме того, в работе использовали методы непараметрической статистики [4]. Для обработки данных, представленных в альтернативной форме, применяли точный метод Фишера для четырехпольной таблицы [3].

Результаты исследований и их обсуждение

Продолжительность защитного действия ацизола при его внутрижелудочном введении исследовали в экспериментах на белых крысах. В первой серии опытов ацизол в эффективной дозе (60 мг/кг) вводили внутрижелудочно за 20, 60, 120 и 180 минут, а во второй серии — за 240, 300 и 360 минут до начала затравки. В каждой серии опытов животные помещались в одну камеру и подвергались статической затравке СО в концентрации

10,5 г/м3 с экспозицией 30 минут. Обобщенные результаты экспериментов по определению эффективности ацизола при различных сроках его внутрижелудочного введения представлены в табл. 1.

Таблица 1

Эффективность ацизола при различных сроках его внутрижелудочного введения белым крысам (статическая затравка СО в концентрации 10 500 мг/м3 с экспозицией 30 минут)

Сроки введения ацизола перед началом затравки, мин Число животных в группе Число выживших животных Число погибших животных Выживаемость, %

Контроль 12 3 9 25

60 12 б б 50*

120 12 б б 50*

180 12 8 10 б7*

240 б 4 2 б7*

300 б 3 3 50

360 б 2 4 33

Примечание. Во всех таблицах * — отличие достоверно по сравнению с контролем при р < 0,05.

Полученные данные свидетельствует, что защитный эффект развивается уже через 1 час после внутрижелудочного введения ацизола. Зона максимального эффекта регистрируется через 2,5—3 часа после введения ацизола и сохраняется еще на протяжении 1 часа. Таким образом, защитный эффект препарата обеспечивается в диапазоне от 1 до 4 часов после его приема внутрь. Ранее в опытах на различных видах экспериментальных животных (мыши, крысы, собаки) было показано, что защитный эффект ацизола в отношении СО развивается через 10—15 минут после внутримышечного введения и сохраняется на протяжении 1,5 часа [9].

Для уточнения параметров антидотного эффекта ацизола была проведена серия экспериментов, в которых изменялись такие параметры, как «экспозиция» и «концентрация яда», при относительной стабильности параметра «эффект» (смертность животных). Ацизол вводили животным подопытных групп в стандартных условиях (внутрижелудочно за

1,5 часа до начала затравки), а значения экспозиций и концентраций СО подбирали таким образом, чтобы обеспечить необходимое значение эффекта на уровне ЬС84. Экспериментальные данные, полученные при исследовании эффективности ацизола при внутри-желудочном введении в зависимости от условий воздействия СО представлены в табл. 2.

Таблица 2

Эффективность ацизола при различных сроках экспозиции и при различных концентрациях оксида углерода

Концентрация СО, мг/м3 Экспозиция, мин Контроль (без защиты) Опыт (защита ацизолом)

Число живот- ных Из них погибло Число живот- ных Из них погибло

17500 20 10 8 10 б

8300 б0 10 9 10 3*

4100 100 10 9 10 4*

2б0 210 10 8 10 3*

Результаты экспериментов свидетельствуют, что при применении ацизола per os его защитные свойства более выражены в области меньших концентраций СО, но достаточно большой продолжительности воздействия (до 3,5 часа), чем в области высоких концентраций СО, но меньшей экспозиции.

Следующий этап работы был связан с проведением оценки антидотной эффективности ацизола при его внутрижелудочном введении на основе токсикометри-ческих параметров СО. Для этого в опытах на белых крысах проводили исследование токсикометрических параметров СО при острых 30-минутных статических затравках этим веществом. Первой группе подопытных животных вводили ацизол внутрижелудочно в эффективной дозе 60 мг/кг за 90 минут до начала воздействия СО. Второй группе животных вводили ацизол внутримышечно в эффективной дозе 30 мг/кг за 30 минут до начала затравки СО. Контрольная группа животных получала аналогичный объем физиологического раствора внутрижелудочно. Затем все три группы животных помещали на 30 минут в затравочную камеру, где от опыта к опыту наращивали концентрацию оксида углерода, начиная от концентрации 5,0 г/м3 (LC0) до концентрации 11,0 г/м3, при которой все незащищенные животные погибали в ходе затравки. Величина интервала возрастания концентрации СО в опытах составляла 2,0 г/м3. Полученные данные были обработаны с помощью пробит-анализа и по результатам расчета значений LC50 СО для каждой группы животных были вычислены значения защитных индексов, интегрально характеризующих величину защитного эффекта при внутрижелудочном и внутримышечном введении ацизола. Результаты экспериментов представлены в табл. 3.

Таблица 3

Токсикометрические параметры оксида углерода, установленные в опытах на белых крысах

Число Концентрация СО, мг/м3 За-

Группа животных животных в группе LC16 LC 50 LC 84 щит- ный индекс

Контроль 24 5,02 б,75±0,32 8,7б —

Ацизол внутри-

желудочно, б0 мг/кг 24 7,87 9,05±0,49* 10,05 1,34

Ацизол внутри-

мышечно,

30 мг/кг 24 8,48 9,79±0,52* 10,97 1,45

Для исследования процессов элиминации СО из организма отравленных животных использовали экспериментальную модель внутрибрюшинного введения белым крысам оксида углерода, которая позволяет адекватно моделировать условия непродолжительных (до 20 минут) несмертельных затравок СО [11]. Внут-рибрюшинное введение СО белым крысам производили, исходя из расчета 2,5 мл газа на 100 г массы тела. За 90 минут до инъекции газа животным внутрижелудочно вводили препарат ацизол. Отбор проб воздуха и исследование концентраций СО проводили в течение первого часа с интервалом 20 минут, а в дальнейшем через каждые б0 минут на протяжении б часов. Результаты эксперимента представлены в табл. 4. Полученные данные свидетельствуют о более интенсивном процессе элиминации оксида углерода из тканевых депо организма отравленных СО животных при профилактическом применении ацизола (рисунок).

Таблица 4

Концентрация оксида углерода (мг/м3) в выдыхаемом воздухе у белых крыс через различные сроки после внутрибрюшинного введения СО

Время после введения СО, мин Группа животных Время после введения СО, мин Группа животных

Опыт (защита ацизолом) Контроль (без защиты) Опыт (защита ацизолом) Контроль (без защиты)

15 31,3±13,3* 9б±4,4 105 152 + 10,9* 51,0±2,5

30 389±15,2* 1б0±б,5 1б5 5б,4±2,0 12±0,8

45 343±33,9 229±7,5 225 13,2±2,б* 0,89±0,3б

500

1 100 S

0

50 100 150 200 Время, мин

—х— Опыт (защита ацизолом) —□— Контроль (без защиты)

Динамика концентрации оксида углерода в выдыхаемом воздухе при внутрижелудочном введении ацизола белым крысам

Обобщенные экспериментальные данные по токсичности продуктов сгорания материала «Виларес-5» и древесины сосны при профилактическом внутри-желудочном применении ацизола в опытах на белых крысах представлены в табл. 5.

Исследования на модели гипоксической гипоксии с гиперкапнией при дыхании из замкнутого пространства показали, что ацизол при его внутрижелудочном введении белым мышам в эффективной дозе достоверно увеличивает время их жизни. При этом у защищенных животных были более стабильны показатели перекисного окисления липидов (уровень

малонового диальдегида и гидроперекисей липидов мозга) и каталазная активность, что свидетельствует об увеличении резервной антиокислительной активности мозга (табл. 6).

Таблица 5

Токсичность продуктов термоокислительной деструкции материала «Виларес-5» и древесины сосны для защищенных ацизолом (опыт) и для незащищенных (контроль) белых крыс

Материал Группа животных Число животных в группе HCL50, г/м3 Защитный коэффи- циент

«Виларес-5» Опыт 18 20,б±1,03 1,20

Контроль 18 17,1 ± 1,20 —

Древесина Опыт 18 73,2±3,9* 1,22

сосны Контроль 18 59,8±3,4 —

Таблица б

Эффективность ацизола в тесте «баночной гипоксии»

Группа животных

Показатель

Продол-

житель-

ность

жизни,

мин

Малоновый диальдегид в ткани мозга, нмоль/мг белка

Гидропе-

Активность рекиси

каталазы липидов

в ткани в ткани

мозга, мозга,

мкмоль- единицы

Н202/мг оптической

мин плотности

при 480 нм

9,57±0,58 0,11±0,01

3,50±0,50 0,50±0,04

5,55±0,50* 0,25±0,03*

Интактные Контроль Защита ацизо-лом

34,2±2,б

49,0±1,0*

2,77±0,2б

4,б1±0,55

3,19±0,47*

Результаты исследований позволяют заключить, что ацизол при его применении per os обладает антидотной эффективностью в отношении оксида углерода и других продуктов горения, проявляет ан-тигипоксантные свойства и обладает антиоксидантной активностью.

Проведенные исследования позволили обосновать терапевтическую дозу препарата для взрослого человека (120 мг) и разработать лекарственную форму ацизола для приема внутрь. В исследованиях, выполненных в Институте токсикологии Федерального медико-биологического агентства РФ, получены данные о возможности создания устойчивых лекарственных форм ацизола в виде капсул и проведены в необходимом объеме доклинические исследования и клинические испытания по оценке безопасности новой лекарственной формы и фармакокинетики препарата.

Список литературы

1. Баринов В. А. Антидотная профилактика и терапия острых отравлений оксидом углерода / В. А. Баринов, В. В. Чумаков, С. П. Нечипоренко и др. // Медицинские аспекты радиационной и химической безопасности : материалы Рос. науч. конф. — СПб. : ВМедА, 2001. — С. 419—420.

2. Баринов В. А. Итоги и перспективы исследований по созданию средств антидотной профилактики и терапии острых отравлений оксидом углерода / В. А. Баринов, Г. А. Софронов, В. В. Чумаков и др. // Фундаментальные

и прикладные проблемы современной военной токсикологии : сб. трудов 6-й Всеармейской конф. — СПб. : ВМедА, 1996. — С. 8—10.

3. Генес В. С. Таблицы достоверных различий между группами наблюдений по качественным показателям / В. С. Генес. — М. : Медицина, 1964. — 79 с.

4. Гублер Е. В. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях / Е. В. Гублер, А. А. Генкин. — Л., 1975. — 141 с.

5. Карякин Ю. В. Чистые химические вещества : руководство по приготовлению неорганических реактивов и препаратов в лабораторных условиях / Ю. В. Карякин, И. И. Ангелов. — М. : Химия, 1974. — 407 с.

6. Рекомендации по статистической обработке результатов экспериментально-токсикологических исследований.

— М. : Институт гигиены труда и проф. заболеваний АМН СССР, 1965. — 80 с.

7. Тиунов Л. А. Токсикология окиси углерода / Л. А. Тиунов, В. В. Кустов. — М. : Медицина, 1980. — 286 с.

8. Тиунов Л. А. Устройство для отбора проб выдыхаемого воздуха в токсикологическом эксперименте / Л. А. Тиунов, В. В. Кустов, С. И. Арутюнян и др. // Гигиена и санитария.

— 1984. — № 2. — С. 55—56.

9. Урюпов О. Ю. Антидотная и антигипоксическая активность комплексных соединений металлов : дис. ... д-ра мед. наук / Урюпов О. Ю. — Л., 1985. — 250 с.

10. Урюпов О. Ю. Механизм противогипоксического действия соединений цинка / О. Ю. Урюпов, Э. Н. Сумина // Бюл. эксперим. биологии и медицины. — 1985. — Т. ХС1Х, № 5. — С. 578—580.

11. Fontain S. B. Behavioral consequences of intraperito-neal carbon monoxide administration in rats / S. B. Fontain, K. C. Rassaele // Toxicol. and Appl. Pharmacol. —1986.

— Vol. 83, N 3. — P. 546—555.

EXPERIMENTAL GROUNDING OF NEW DRUG FORM OF CARBON MONOXIDE ANTIDOTE AND OTHER COMBUSTION PRODUCTS

V. А. Barinov, V. V. Chumakov, *S. P. Nechiporenko, **Е. L. Barinova

1st Central Scientific-Research Institute Ministry of Education,

*Institute of Toxicology,

**Military-Medical Academy named after S. M. Kirov, Saint-Petersburg

Poisoning with carbon monoxide and other combustion products is one of the key factors causing human injuries in fire conditions. Acyzol, a carbon monoxide antidote, has been developed to provide pharmaceutical protection of humans and expand the scope of medical care for exposed individuals. This report has described some results of our studies aimed at developing optimum drug forms of acyzol for oral administration.

Key words: carbon monoxide, combustion products, acute poisoning, acyzol, antidote efficacy, antihypoxant properties.