CC BY
6
Методы исследования
УДК «13:616.462
Проф. А. Ф. Аксюк, кандидаты мед. наук В. Г. Jlanno и Н.М. Перова, канд. биол. наук A.A. Гайсинович
ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ГИГИЕНИЧЕСКОМУ ИЗУЧЕНИЮ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ
I Московский медицинский институт им. И. М. Сеченова; Всесоюзный научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники Минздрава СССР, Москва
В настоящее время насчитывается более 300Э наименований изделий медицинского назначения (больничная мебель, оборудование, инструменты, крове- и плазмозамгщающие препараты, протезы внутренних органов и др.), а в перспективном плане Минздрава СССР в 1980 г. предусмотрена замена 50% традиционных материалов (металла, стекла, резины) полимерными.
Однако в силу своеобразия химической структуры материала на основе высокомолекулярных соединений могуг представлять потенциальную опасность для здоровья человека, вступающего с ним в более или менее тесный и продолжительный по времени контакт, продиктованный условиями эксплуатации конкретного полимерного изделия. Экспериментальные данные и клинические наблюдения свидетельствуют о вредном их действии на организм, проявления которого чрезвычайно разнообразны — от прямого цитотоксического эффекта до тезаурисмоза.
Широкое внедрение полимерных изделий практически во все области медицины обусловило возникновение по существу нового направления в гигиене, связанного с изучением биологического действия высокомолекулярных соединений, химического сырья, используемого для их синтеза, и полимерных композиций.
Научные принципы, цели, задачи и методы исследования искусственных высокомолекулярных соединений, предназначенных для клинической медицины, в целом существенно не отличаются от общих подходов к оценке полимерных материалов, использование которых предусматривает контакт с организмом человека. Основным гигиеническим критерием возможности применения полимерного изделия в медицине является биологическая индифферентность материала. Необходимость особой чистоты исходного сырья, гигиенической регламентации композиционного состава, соблюдение . технологии получения, способа использования, а также режимов стерилизации и сроков хранения — о новные требования к полимерам медицинского назначения, выполнение которых позволит обеспечить их безвредность для здоровья человека. Разнообразие же условий их применения требует дифференциации в оценке одного и того же материала, но используемого в различных по степени и про-
должительности контакта с организмом изделиях. Следовательно, и методические подходы к санитар-но-химическому и токсикологическому изучению могут быть сформулированы лишь для идентичных групп изделий. Одна из важнейших гигиенических задач — оценка высокомолекулярных соединений для эндопротезирования. Специфичность гигиенической оценки полимеров этой группы в том, что при решении вопроса об использовании материала в условиях контакта с внутренними средами организма необходимо учитывать возможность действия на организм не только мигрирующих из композиции компонентов, но и самой молекулы, продуктов ее деструкции и метаболизма.
В сзязи с этим особую актуальность приобретает изучение биологического действия полимеров, име-юцих различную молекулярную массу, с целью отбора нетоксичных и в то же время оптимальных по физико-химическим и функциональным свойствам образцов.
Из полимеров, которые могли бы найти применение в композициях для деструктирующих эндо-протезов, заслуживает внимания широко использующийся в некоторых областях народного хозяйства полиакриламид (ПАА) и специально синтезированный поливинилкапролактам (ПВКЛ). Хорошая растворимость в воде, гидролитическая и ферментная неустойчивость и в то же время достаточная механическая прочность делают их пригодными к использованию в биодеструктирующих изделиях.
Предлагаемая сфера применения композиций на основе ПВКЛ — эндопротезы для соединения отрезков и пластики мочеточников, почечных лоханок, пищевода и др. Использование ПАА памеча-лось при создании конструкций для бесшовного соединения полых органов (трахеи, бронхов, сосудов, кишок). Представлялось необходимым изучить биологическое действие названных материалов в эксперименте, наиболее близко отвечающем реальным условиям применения их в клинике, т. е. при парентеральном поступлении в организм. Кро-ме того, в связи с литературными данными о связи * токсичности полимера с молекулярной массой имело большое гигиеническое значение установление указанной зависимости и в ряду ПВКЛ и ПАА, что позволило бы вскрыть различия в действии на
организм полимеров, имеющих одну мономерную основу, но отличающихся величиной макромолекулы, и соответственно с этим регламентировать их применение не только в зависимости от химического состава, но и от величины молекулы, и тем самым прогнозировать создание изделий с заранее заданными свойствами (рассасывающихся в различные сроки, пролонгирующих действие лекарственных веществ и др.)- Наряду с решением частного вопроса о возможности использования ПАА и ПВКЛ в имплантируемых изделиях ставилась задача разработать методические принципы и схему гигиенической оценки полимерных материалов для эндо-протезирования. На примере ПВКЛ и ПАА приведены материалы эксперимента, позволившие еы-явить и сформулировать особенности методических подходов к изучению высокомолекулярных соединений для эндопротезов. Изучены 4 образца ПВКЛ с молекулярной массой 8000, 16 ООО, 37 ООО и 92 ООО и 6 образцов ПАА с молекулярной массой от 72 С00 до 960 000, а такжеих исходные мономеры. Образцы полимеров синтезировали путем полимеризации соответствующего мономера, молекулярную массу определяли вискозиметрически. Характеристическая вязкость растворов полимеров на протяжении периода затравки не изменялась, что свидетельствовало о стабильности молекулярно-массового состава образцов.
Исходя из того, что «рассасывающиеся» полимеры должны отвечать условию равномерного разрушения, что обусловливает поступление в организм примерно одинаковых количеств их на протяжении всего пребывания in situ, в подостром и хроническом экспериментах применяли постоянные одноразовые дозы и объемы ПВКЛ и ПАА. Суммарные же дозы соответствовали максимальному количеству полимера в рецептуре имплантируемых изделий с учетом степени агравацни и составляли 250 мг/кг (в подостром) и 200 мг/кг (в хроническом) для ПАА и 1000 мг/кг при изучении биологического действия ПВКЛ в хроническом эксперименте. Предположительные сроки рассасывания различных изделий для восстановительной хирургии были от нескольких недель до 2 мес при содержании в них ПАА и 2—3 мес — для изделий, включающих ПВКЛ. Наблюдение за животными длилось 211г мес в подостром опыте, 4 мес в хроническом при изучении биологического действия ПАА и 5 мес при исследовании ПВКЛ.
Выбор методов исследования токсичности ПАА и ПВКЛ определялся данными о характере биологического действия акриламида, ПАА и других соединений акрилового ряда, а также веществ, близких по химической структуре к ПВКЛ. Биологическое действие образцов ПВКЛ и ПАА изучали в остром, подостром и хроническом экспериментах на 150 белых мышах и 836 белых крысах обоего пола при внутрибрюшинном их введении в водных растворах. Токсические свойства исследовали с использованием большого набора тестов, позволяющих оценить состояние систем и функций
организма подопытных животных, ответственных за метаболизм и элиминацию чужеродного химического агента.
В процессе динамических исследований подопытных животных,подвергавшихся воздействию ПВКЛ, выявлены изменения функции печени, почек, нервной системы и периферической крови. Наиболее значительные нарушения обнаружены у крыс при введении низкоколекулярного (8000 и 16 000) полимера. У животных этих групп функциональные изменения были более Еыраженнымн и выявлялись раньше, чем у остальных подопытных животных. Например, увеличение активности аланиновой и аспарагиновой трансаминаз в крови и снижение их активности в печени раньше появились у крыс под воздействием полимера с молекулярной массой 8000 и 16 000. В дальнейшем к указанным сдвигам присоединились нарушения функции почек, нервной системы и изменения периферической крови. При гистологических исследованиях выявлены существенные нарушения в структуре внутренних органов. Наиболее выраженные патологические изменения вплоть до некроза и отторжения эпителия канальцев имелись в почках после введения полимера с молекулярной массой 8000 и 16 000. В печени и селезенке крыс, получавших эти образцы полимера, обнаруживались очаговые скопления светлых клеток с пенистой цитоплазмой, представляющие собой гипертрофированные макрофаги с явлениями дегенерации. В почках животных, по-лучаЕШИх полимер с молекулярной массой 37 000, выявлены лишь счагоЕые продуктивные процессы в межуточной ткани. В структуре внутренних органов крыс, подвергавшихся воздействию образца с молекулярной массой 92 С00, нарушений не обнаружено. Полученные результаты указывают на наличие зависимости токсичности ПВКЛ от его молекулярной массы. Нкзксмслекулярные образцы оказали токсическое действие вплоть до глубоких необратимых изменений структуры жизненно важных органов. При введении высокомолекулярного полимера (92 000) появились лишь функциональные изменения в организме животных без выраженного нарушения структуры внутренних органов. На основании результатов эксперимента образцы ПВКЛ с молекулярной массой от 8000 до 40 000, а также мономер per se не рекомендуются к использованию в композициях для эндопротези-рования.
Изучение токсичности ПАА с молекулярной массой 72 000, 360 СОО и 740 000 в остром опыте показало, что гибель 50% животных наступила от доз 5,3 4,9 и 3,8 г/кг соответственно. Абсолютно смертельные дозы лля средне- и высокомолекулярных образцов так»е бьли примерно одинаковы. Токсичность низксмслекулярного ПАА наименьшая: введение его в максимально возможных количествах не позеслило достичь абсолютного летального эффекта. Однако при исследовании микроструктуры внутренних ерганев животных ЕЫЯЕлено различие в характере действия на организм высоко-
и низкомолекулярных образцов полимера. Введение ПАА с молекулярной массой 360 0Э0 и 740 ООО вызвало выраженную белковую дистрофию паренхимы печени и повреждение эпителия канальцев семенников, применение образца с молекулярной массой 72 ООО — нарушение структуры почек. Для выявления особенностей биологического действия ПАА при продолжительном его контакте с организмом были проведены подострый и хронический эксперименты. Изучали более широкий спектр полимеров с различной молекулярной массой (6 образцов с диапазоном ее от 80 ООО до 960 ООО). Исследование токсичности ПАА в подостром и хроническом опытах показало, что полимер вызывает полисимптомную картину интоксикации. У животных выявлены функциональные изменения и нарушения структуры печени, почек и семенникоз. Как и при однократном введении ПАА., получены данные, свидетельствующие о различии характера биологического действия образцов с различной молекулярной массой. Низкэмолекулярные (от 80 000 до 170 ООО) образцы оказызали позрежлао-щее действие на почки: появились застойные яз-ления в области извитых канальцев, набухание клеток канальцевого эпителия. При введении срэд-немолекулярных образцов полимера (молекулярная масса от 270 000 до 700 ООО) в первую очередь определялись структурные нарушения в печени: вакуолизация цитоплазмы гепатоцитоз, пролиферация клеток ретикулоэндотелия, застойное полнокровие органа и в некоторых случаях обеднение паренхиматозных клеток гликогеном. У крыс, получавших средне- и высокомолекулярный ПАА, наряду с дистрофическими изменениями ретикулоэндотелия наблюдались грубые изменения структуры семенников в виде дегенеративных и атрофи-ческих процессов, в большинстве случаев приводивших к полной атрофии сперматогенного эпителия. В сперматогенном эпителии семенников крыс, получавших низкомолекулярный ПАА (72 000 в
остром, 80 0Э0 и 170 000 в подостром, 90 000 в хроническом), отклонений от контроля не выявлено.
Полученные экспериментальные данные свиде-тельствуюг о том, что ПВКЛ и ПАА при парентеральном способе введения в дозах, близких к предполагавшимся к использованию в клинике, оказывают вредное воздействие на организм. Результаты изучения зависимости степени токсичности образ-цоз пэлимэроз от их молекулярной массы в ряде ПВКЛ и ПАА дают основание предположить, что указанная корреляция присуща полимерным соединениям, но характер ее не является общим для всех классов полимеров. Так, в ряду ПВКЛ более выраженной биологической активностью обладали низкомэлекулярные, а в ряду ПАА — средне- и высокомолекулярные изученные образцы. Эти данные подтверждают предположение о том, что токсичность полимерного соединения обусловлена величиной, структурой, а также пространственным положением молекулы, определяющими возможность проникновения ее через мембранные обра-зозания микрососудов организма.
Выводы. 1. Гигиеническая оценка полимеров медицинского назначения должна проводиться в эксперименте, наиболее близко имитирующем ус-лозия их применения с учетом таких факторов, как путь введения, сроки пребывания изделия в организме и др., что позволяет дифференцированно подходить к определению сфер использования материала.
2. Установленная в эксперименте зависимость характера и степени биологической активности высокомолекулярного соединения от величины его молекулы указывает на необходимость изучения токсичности имплантируемых полимеров с учетом их молекулярной массы. Это дает возможность находить границы, в пределах которых искусственные материалы могут быть биологически индифферентны.
Поступила 16.09.80
УДК 616.277.4:632.961.076
Кандидаты мед. наук Р. А. Рязанова и Л. С. Дедова
ОРГАННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ЭМБРИОНАЛЬНОЙ ТКАНИ КАК СКРИНИНГОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ БЛАСТОМОГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Оценка бластомогенной активности химических соединений классическим методом связана с определенными трудностями, в основном сдлительным (не менее 2—3 лет) проведением опытов на животных.
При наличии значительного разрыва между количеством вновь синтезируемых химических соединений и числом выполняемых исследований их влияния на бластомогенность применение уско-
ренных методов приобретает особое значение. К таким методам относится органное культивирование эмбриональной ткани на трансплацентарном поступлении химических веществ, разработанное акад. Л. М. Шабадом и соавт. Метод основан на повышенной чувствительности эмбриональной ткани к действию химических агентов.
В данном сообщении изложены материалы экспериментальных иследований по выявлению воз-
