CC BY
9
УДК 614.445 : 614.48+628.16] : 576.851.553.097.29
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ВОДЫ, ЗАРАЖЕННОЙ ТОКСИНОМ БОТУЛИНУСА, С ПОМОЩЬЮ ИОНООБМЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ
Канд. мед. наук Е. В. Штанников, В. А. Журавлев •
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова, Ленинград
Изыскание надежных и эффективных средств удаления из воды ботулинуса представляет не только теоретический, но и практический интерес, поскольку водный путь передачи этого агента вполне реален (И. И. Рогозин). Существование природных очагов ботулизма со всей убедительностью доказывает возможность передачи этой токсикоин-фекции через воду. Не исключено образование ботулинического токсина (тип С) в стоячей воде (К. И. Матвеев).
В настоящей работе излагаются материалы экспериментальных исследований по применению ионообменных полимеров для обезвреживания воды, зараженной токсином ботулинуса. Мы использовали кристаллически ботулинический токсин CI. Botulinum (тип А). Этот яд представляет собой белок с изоэлектрической точкой при рН 5,6, обладающий свойствами глобулина и состоящий из 19 аминокислот (Bucher). По своей величине этот токсин меньше, нежели вирусы (К. И. Матвеев).
Молекула токсина ботулинуса, как микробная клетка или вирус, имеет электрический заряд (положительный или отрицательный), по своему знаку противоположный заряду дисперсионной * среды. Токсины, по-видимому, являются амфотерными электролитами, образуя соли как и кислотами, так и со щелочами, поэтому они могут давать с кислотами катионы, а со щелочами — анионы. Очевидно, способность молекул этого яда нести определенный электрический заря, а также образовывать с кислотами или со щелочами катионы и анионы может обусловить их активное взаимодействие с ионогенными группами ионитов и фиксацию на полимере.
В связи с высокой способностью ионитов изменять активную реакцию среды обрабатываемых вод не только в кислую, но и в щелочную сторону мы находили важным выяснить степень устойчивости токсина к различным рН среды. По мнению большинства ученых, устойчивость этого яда зависит от характера и величины рН: в кислой среде стабильность его больше, а в щелочной, наоборот, меньше. Prevot и Brygoo установили, что при рН 7,0 токсин терял в течение 24 часов 95% своей активности, а при рН 3,5 токсичность яда не уменьшалась. По данным Е. Д. Кушнир, щелочные растворы еще значительнее понижают активность токсина (тип Е), а подкисление не оказывает заметного влияния. Выяснением устойчивости ботулинических токсинов в во-допроводой воде занимался Brygoo. Оказалось, что из взятых штаммов, особенно устойчив тип С, тип А терял более 80% активности через 24—48 часов, а тип В — за 2—3 дня.
Данные о возможности использования ионитов для обезвреживания воды, зараженной токсинами, весьма скудны. Лишь в опытах Lalli для удаления из воды токсина ботулинуса (тип А) применялся сильнокислотный катионит IR-120 (Н-форма) и высокоосновный анио-нит IRA-400 (ОН-форма). При обработке воды катионитом наблюдалось уменьшение токсичности исходного раствора наполовину независимо от величины рН фильтрата, а при фильтрации воды через анио-нит отмечалась почти полная его инактивация.
Для обезвреживания воды мы использовали сильнокислотный катионит КУ-2 и высокоосновный анионит АВ-17. Взятые образцы полимеров отличались друг от друга содержанием мостикосшивающего компонента (дивинилбензола). Это обусловило
различную набухаемость и пористость сорбента, создавая, таким образом, возможность для выяснения влияния структуры смолы на сорбцию яда.
Катионит КУ-2 содержит 4, б и 18% дивинилбензола, а анионит АВ-17—6, 16 и 18% этого компонента. Измельченные иониты мы помещали в стеклянные колонки, оборудованные для фильтрации через них зараженной воды. Фильтрацию воды осуществляли через слой сорбента высотой 12—15 см и скоростью 3—5 м/час.
Чтобы установить степень обезвреживания воды, производили интраперитонеаль-ное заражение белых мышей пробами исходной и обработанной ионитами воды. Для заражения применяли не только цельные фильтраты, но и их разведения (1:1, 1:2 и 1:4), что позволило установить величину инактивации яда. Опыты были поставлены более чем на 700 мышах примерно одинакового веса. Титрование каждого разведения фильтрата проводили на 5 мышах: наблюдение за их поведением и состоянием здоровья осуществляли в течение 4—5 дней. Контрольная группа животных, инъецированная зараженными исходными растворами и их разведениями, не обработанными ионитами, как правило, погибала на 2-й день после инъекций с характерной для ботулизма клинической картиной.
Для изучения денатурирующего влияния растворов с высокой кислотностью и щелочностью, образующихся при деминерализации соленых вод, использовали воды, отличающиеся не только величиной минерализации (5 и 10 г/л), но и характером ионного состава (сульфатный и хлоридный классы). Кроме того, брали воды, содержащие хлориды и сульфаты в концентрациях, наиболее часто встречающихся в природных водах.
Сорбцию токсина ионитами изучали, применяя дистиллированную воду, в которую вводили кристаллический токсин в концентрации 25 000 Dim (в 1 л); денатурирующий эффект рН выясняли, используя высокоминералйзованную воду, заражаемую такой же концентрацией яда. Взятая доза токсина была, по-видимому, достаточно велика, так как в 1 мл исходной воды содержание патогенного агента равнялось 4 мкг. Это значительно больше летальной для человека дозы (0,25—0,3 мкг, по Lamann).
Возможности обезвреживания воды путем сорбции яда ионитами мы изучали в опытах с фильтрованием зараженной воды раздельно через катионит (Н-форма) или анионит (ОН-форма). Эксперименты показали, что высокая сорбционная способность ионитов к патогенному агенту присуща не только катио-ниту, но и аниониту. Достаточно сказать, что после фильтрования воды, содержащей токсин, через сорбенты ни в одном из опытов не наблюдалось гибели или заболевания животных, зараженных не только разведениями обработанной воды, но и цельным фильтратом.
В этих экспериментах установлено, что поглотительная способность яда свойственна не только высоко-, но и низкопористым полимерам. Так, полная инактивация (100% удаление) яда наблюдалась у катионита КУ-2 и анионита АВ-17 с 4 и 6% дивинилбензола, а также у этих же ионитов с более высоким содержанием (16 и 18%) сшивающего компонента.
Комбинированное применение катионита и анионита (КУ-2-j-АВ-17) для обезвреживания воды также показало высокую эффективность совместного применения сорбентов (табл. 1). В этих опытах установлена полная инактивация яда (100%), о чем убедительно свидетельствовало отсутствие каких-либо признаков интоксикации у животных. Высокая сорбционная способность наблюдалась не только при комбинации ионитов с низким содержанием дивинилбензола (4 и 6%), но и при значительном удельном весе (16 и 18%) этого компонента.
Таким образом, иониты отличаются высокой сорбционной активностью к токсину и способны обезвреживать воду, зараженную патогенным агентом в большой концентрации. Исследования показали, что токсин чрезвычайно устойчив в растворе соляной кислоты (0,1 н.) в течение 1—2 часов. Это подтверждала полная гибель зараженных пробой этой жидкости животных. Больше того, яд не терял своей токсичности
Таблица I Сорбция токсина комбинацией ионитов
Разведение
Инактивация (в %)
КУ-2+АВ-17 (16 и 18% дивинилбензола)
КУ-2+АВ-17 (4 и 6% диви нилбензола)
1:0 1:1
1:2 1:4
100 100 100 100
100 100 100 100
даже после 5-часового контакта с кислотой. Другие закономерности установлены в характере инактивации токсина в растворе серной кислоты такой же 'концентрации (0,1 н.). Оказалось, что эта кислота отличается высокой обезвреживающей способностью и разрушает яд в течение 2 часов и даже 1 часа. Животные, зараженные пробой обработанной жидкости, не только не погибали, но у них не наблюдалось каких-либо признаков интоксикации.
При опреснении соленой воды образуется смесь кислот, главным образом соляной и серной, поэтому нам представлялось необходимым проверить ее инактивирующее действие. Исследования показали, что
совместное присутствие соляной и серной кислот в отличие от их раздельного действия вызывает изменение эффективности денатурирующего влияния на токсин. Например, если в 0,1 н. растворе серной кислоты наблюдалось 100% разрушение яда за 2 часа и даже 1 час, то в смеси с равными концентрациями обеих кислот (Н2504: НС1 = 1:1), наоборот, отмечалось в течение этого времени отсутствие потери токсичности не только цельного фильтрата, но и некоторых его разведений. В смеси с преобладанием соляной кислоты (Н2504: НС1= 1 : 2) также не установлено полного разрушения токсина: отсутствие потери токсичности у яда наблюдалось в растворах, обработанных в течение 1 часа, а при увеличении времени 'контакта (до 2 часов) наблюдается некоторая инактивация только в растворах слабых разведений (1:2 и 1:4).
Таким образом, на основании предварительных исследований можно было предполагать, что фильтрат от вод хлоридного класса, содержащий преимущественно малоактивный денатурирующий агент (НС1), будет отличаться меньшей обезвреживающей способностью, а фильтрат от вод сульфатного класса, наоборот, будет более эффективен.
Исследования по изучению денатурирующего влияния высокой щелочности (0,1 н. раствора едкого натра) показали чрезвычайно высокую их обезвреживающую способность (табл. 2). Например, в отличие от действия 0,1 н. растворов соляной кислоты, не разрушающих яд даже за 5 часов, раствор едкого натра такой же концентрации вызывал 100% потерю токсичности не только за 1—2 часа, но и в течение 10—20 мин.
Таким образом, токсин ботулинуса, как вирус, может быть полностью инактивирован в щелочной среде за довольно короткий срок.
Полученные нами данные о влиянии кислых и щелочных растворов на токсин были проверены в опытах по опреснению высокоминерализованных вод ионитами. Исследования показали, что опреснение соленых вод (НнкатионитЧ-ОН-анионит) сопровождается 100% инактивацией яда (табл. 3). Потеря токсичности наблюдалась не только при обессоливании высокоминерализованной воды (10 г/л), но и в водах
с меньшей минерализацией (5 г/л).
Разрушение яда отмечалось в водах сульфатного класса вследствие образования в фильтрате высокоэффективного денатурирующего агента (Н2504), а также в водах хлоридного типа в результате не только влияния соляной кислоты, денатурирующее действие которой невелико, а главным образом за счет высокой сорбционной активности смол к этому патогенному агенту.
Таблица 2
Инактивацкято ксика (в %) в щелочной
среде (рН 13.0)
Разведение 1 I 10 мин. • а о сч # X X и со 3" со о а у сч
1:0 ф 100 100 100 100 100
1:1 100 100 100 100, 100
1:2 100 100 100 100 ^ 100
1:4 100 100 100 * 100 100
•
Обработка соленых вод (5 и 10 г/л) по схеме (ОН-анионитЧ--Ь Н-катионит), обусловливающей образование в начале фильтроцикла фильтрата высокой щелочности, также высокоэффективна (табл: 4): во всех экспериментах произошла 100% потеря токсичности яда независимо от минерализации исходной воды.
Таблица 3
Инактивация токсина (в %) при комбинированной обработке соленой воды
иопитами (КУ-2+АВ-17)
Таблица 4
Инактивация токсина (в %) при комбинированной обработке соленоА воды ионитами (АВ~17-|-КУ-2)
Разведение Хлоридный класс 1 Сульфатный класс Разведение 5 9f А 10 г/А
5 г/4 10 г/л J 10 г!Л
1:0 100 100 100 100 1:0 100 100
1:1 100 100 100 ! 100 1:1 100 100
1:2 10 100 100 100 1:2 100 100
1:4 100 100 100 100 100 100
Гфи опреснении соленых вод, не отличающихся значительным преобладанием одних ионов над другими и имеющих, наоборот, близкие концентрации этих компонентов солевого состава, также наблюдается Ф00% инактивация яда. Потеря токсичности отмечалась при обработке воды по обычно принятой схеме (Н-катионит +ОН-анионит), а также по схеме ОН-анионит-ЬН-катионит, обусловливающей образование щелочного фильтрата.
Выводы
1. Ионообменные полимеры — эффективное средство обеззараживания воды не только от бактерий, но и от высокопатогенных агентов — биологических ядов (токсин ботулинуса).
2. Механизм инактивации токсина объясняется комбинированным влиянием сорбции, удельный вес которой в этом процессе довольно значителен, а также денатурирующим влиянием агрессивных сред (кислый фильтрат, преимущественно за счет серной кислоты, и щелочные растворы), образующихся вследствие ионного обмена. Оба процесса взаимодействия ионитов с токсином не являются взаимоисключающими, а, наоборот, протекают параллельно и дополняют друг друга.
3. Опреснение соленой воды ионитами по обычно принятой схеме (Н-катионит + ОН-анионит), обусловливающей образование кислого фильтрата, сопровождается полной инактивацией токсина, что объясняется главным образом сорбцией яда, а также денатурирующим действием кислот. Особенно эффективно обезвреживание вод сульфатного класса вследствие образования высокоактивного детоксинационного агента — серной кислоты.
4. Обработка ионитами воды по схеме ОН-анионит+ Н-катионит, обусловливающей образование щелочного фильтрата (рН 12,0—13,0),
позволяет особенно эффективно и быстро (за 10—20 мин.) инактивиро-вать токсин.
5. Установленные закономерности инактивации токсина ботулинуса при деминерализации ионитами соленых вод создают реальные предпосылки для предупреждения распространения через опресненную воду этого патогенного агента.
ЛИТЕРАТУРА
К У ш н и р Е. Д. Труды Омск, областного ин-та эпидемиологии и микробиологии, 1952, J\is 1, стр. 163.—Матвеев К. И. Ботулизм. М., 1959— Р о г о з и и И. И. Военная эпидемиология. Л., 1957.—В г у goo Е. R., Ann. Inst. Pasteur, 1953, v. 84, p. 1039 —
Suehler H. J. et al., J. biol. Chem., 1947, v. 169, p. 295.—L alii G., Minerva med. 1954, v. 2, p. 1372.—La manna C. et al., J. Bact., 1946, v. 52, p. l.-Prevot A r' В r y«g о о E. R., Ann. Inst. Pasteur, 1953, v. 84, p. 544. ' '
Поступила 11 /V 1964 г.
#
PURIFICATION OF WATER CONTAMINATED WITH BOTULINUS TOXIN BY MEANS
OF IONEXCHANGE POLYMERS
E. V. Shtannikov, V. A. Zhuravlev
The paper presents data on the use of ionites for the purification of water contaminated with Botulinus toxin. It was found that the ionexchange polymers may be effectively used for the decontamination of water from the toxin. The inactivation mechanism may be due to the joint action of sorption and that of the denaturating effect of the aggressive media (acid and alkali filtrates), resulting from the freshening of the highly mineralized waters. Both of the processes, occuring in between dfetionites and the toxin, do not oppose each other but run parallely and supplement опё an^mer.
УДК 614.777 : 543.33] : 628.39
К НОРМИРОВАНИЮ ГАЛОИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮ^НИЯ
В ВОДЕ ВОДОЕМОВ
А. А. Петина
Свердловский институт гигиены труда и профпатологии
Применение фтористого и хлористого алюминия в производстве алюминия, спирта и фенолов обусловливает их поступление со сточными водами в открытые водоемы. Сточные воды содержат хлористый алюминий 800—1000 мг/л в пересчете на А120з.
Влияние соединений алюминия на органолептические свойства воды, санитарный режим водоемов, а также на организм теплокровных животных до настоящего времени не было изучено. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований по гигиеническому нормированию хлористого и фтористого алюминия.
По своим физико-химическим свойствам и поведению в водной среде названные выше соединения алюминия резко отличаются друг от друга. Безводный хлористый алюминий представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде (44,9% при 20°). При растворении в воде хлористый алюминий быстро гидролизуется, в результате чего образуется гидрат окиси алюминия, который выпадает в осадок. В противоположность хлористому алюминию безводный фторид алюминия — химически инертное и практически нерастворимое в воде вещество. Растворимость же кристаллогидратов фтористого алюминия зависит от их формы. Пятиводная форма фторида алюминия (А1Рч-5Н20) при 20° имеет растворимость 0,5%, А1Рз -3,5Н20—2,7%. Растворение кристаллогидратов фтористого алюминия в воде также сопровождается гидролизом, но в данном случае гидролиз протекает ступенчато, с образованием ряда промежуточных фторидных комплексов. Вследствие этого водные растворы фтористого алюминия могут содержать свободные ионы фтора, комплексные катионы (А1Р2+, А1Р+2),
а также анионы (АШг, А1Р2"2) (И. Г. Рысс).
О стабильности указанных соединений в воде судили по количеству алюминия и фтора, остающихся в растворе. Для количественного определения алюминия мы использовали методику исследования с помощью алюминона, разработанного в Свердловском институте гигиены труда
и профпатологии А. А. Хайкис.
