CC BY
36
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 76.01.21
А.М. Айткулов
канд. биол. наук, декан биол.-геогр. фак., Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова
С.У. Тлеукенова
канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник, Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова
М.Ю. Ишмуратова
канд. биол. наук, доцент, ст. науч. сотрудник, Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова
Е.А. Гаврилькова
науч. сотрудник, Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова
А. Алимбаева
мл. науч. сотрудник, Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова
М.Ж. Буркеев
д-р хим. наук, профессор, ведущий науч. сотрудник, Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ГИДРОГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОМАТЕИНАТА
Аннотация. В статье приводятся результаты оценки токсичности влагосорбентов в опыте с лабораторными животными. Изучены общерезорбтивные, кожно-резорбтивные, сенсибилизирующие свойства при перо-ральном введении полиэтиленгликоматеината в организм животных. На основании проведенных исследований полиэтиленгликоматеинат отнесён к четвертому классу опасности.
Ключевые слова: токсичность, гидрогель, полиэтиленгликоматеинат, класс опасности.
A.M. Aitkulov, Karagandy State University named after E.A. Buketov S.U. Tleukenova, Karagandy State University named after E.A. Buketov M.Yu. Ishmuratova, Karagandy State University named after E.A. Buketov E.A. Gavrilkova, Karagandy State University named after E.A. Buketov A. Alimbaeva, Karagandy State University named after E.A. Buketov M.Zh. Burkeev, Karagandy State University named after E.A. Buketov
ASSESSMENT OF TOXICITY OF HYDROGELS ON THE BASIS OF POLYETHYLENGLYCOMATEINAT Abstract. In article results of the assessment of toxicity of moisture sorbents are given in experience with laboratory animals. The general are studied resorbtive, skin resorbtive, sensibility properties at oral introduction of poly-ethylenglycomateinat on the organism of animals. On the basis of the conducted researches polyethylenglycomateinat it is carried to the fourth class of danger.
Keywords: toxicity, hydrogel, polyethylenglycomateinat, danger class.
Введение. В настоящее время все больше стран мира сталкиваются с проблемами дефицита питьевой и поливочной воды, особенно в странах аридного пояса. Так, Египет, ОАЭ, Мексика, Аргентина, Израиль, США начали испытывать данные проблемы с начала 70-х годов
прошлого столетия, поэтому именно в данных странах были начаты исследования и успешно внедрены в практику методы капельного орошения с применением сильно-набухающих полимерных гидрогелей, или влагосорбентов [1-3]. При таком варианте растениеводства увеличивается всхожесть, повышается количество и качество растений, растет урожайность.
На базе химического факультета Карагандинского государственного университета имени академика Е.А. Букетова (КарГУ им. Е.А. Букетова) были разработаны гидрогели на основе полиэтиленгликомалеината (ПЭГМ) и ненасыщенных карбоновых кислот [4; 5], которые показали эффективность для овощных культур [6].
Цель настоящего исследования - дать токсикологическую оценку влагосорбентов на основе полиэтиленгликомалеината с определением класса токсичности.
Методика. В качестве исходного материала был взят образец полиэтиленгликольмалеина-та в виде гидрогеля, разработанный и синтезированный на химическом факультете КарГУ им. Е.А. Букетова [5]. Исследуемое вещество вводилось перорально, натощак в водных растворах. Срок наблюдения за животными в остром опыте составлял 14-15 дней.
В экспериментах использовали половозрелых беспородных животных различной половой принадлежности - белые крысы, кролики и морские свинки, - которых содержали на стандартном виварном рационе. Изучение токсичности и характера биологического действия проводили в однократных и повторных экспериментах с нанесением на неповрежденную кожу [7-9].
Животные были разделены на 3 группы по 10 особей в каждой. 1 группа (самцы) - испытывали воздействие данного вещества в концентрации 0,06 г/мл перорально; 2 группа (самки) -испытывали воздействие вещества в концентрации 0,06 г/мл перорально; 3 группа (контроль) -получали дистиллированную воду в эквивалентном объеме.
В ходе эксперимента следили за поведением, внешним видом (состоянием волосяного покрова и слизистых оболочек), двигательной активностью, динамикой общей массы тела животных. Непосредственно перед началом эксперимента и на следующий день после введения изучали ориентировочно-исследовательское поведение крыс в условиях методики «Открытое поле». Показатели двигательной активности (горизонтальные и вертикальные перемещения) и эмоциональной компоненты (груминг, количество фекальных болюсов и актов уринаций) регистрировали в течение 2 минут.
Через один месяц после введения полиэтиленгликольмалеината забирали кровь у крыс путем перерезки шейных вен для определения биохимических показателей. В сыворотке крови определяли следующие биохимические показатели: Алат, Асат, ГГТ, амилазу, глюкозу, креати-нин, мочевину, общий белок.
После декапитации животных и взятия крови проводили вскрытие крыс, макроскопическое исследование внутренних органов (мозг, сердце, легкие, печень, почки, щитовидная железа) и определение их массы.
Статистическая обработка результатов проводилась с использованием пакета программ «^айэйсаЮ». Исследования проведены с соблюдением общих этических принципов экспериментов над животными.
Параметры острой токсичности определяли при пероральном введении на 50 белых крысах, по 10 животных в группе. О токсичности ПЭГМ судили по количеству павших животных. Расчет средне-смертельной дозы проводили по формуле Кербера:
Ш х d)
ДЛ 50 = Дм
М
где ДЛ50 - среднесмертельная доза, Дм - абсолютно смертельная доза, Ъ - половина суммы павших животных в опытах с испытанием двух последующих доз, d - разница численного значения двух доз, стоящих рядом, М - число животных в каждой группе.
Результаты и их обсуждение. Анализ результатов изучения токсичности на крысах показал, что введение ПЭГМ в дозе (0,06 г/мл) в течение одного месяца не вызывало патологических изменений в общем состоянии (табл. 1).
Таблица 1 - Влияние ПЭГМ на массу тела лабораторных животных
Показатели Группы лабораторных животных, доза затравки (мг/мл)
1 группа п (10) самцы 2 группа п (10) самки 3 группа п (10) контроль
Масса тела исходная, г 262± 6,2 259± 5,7 257± 5,1
Масса тела после затравки, г 261± 6,2 258± 5,7 258± 5,1
Как видно из таблицы 1, наблюдается возрастание массы тела животных в контрольной группе по сравнению с массой тела до затравки. В опытной группе наблюдается незначительное уменьшение массы тела. Величины прироста общей массы тела у опытных животных были ниже, чем в контроле. Динамика массы тела является значимым показателем при действии токсических факторов. Имеющиеся результаты указывают на процесс незначительной интоксикации.
При проведении теста «Открытое поле» животные контрольной и опытной групп были подвижными, быстро адаптировались к незнакомой обстановке, выглядели спокойными и уверенными. Исследование местности ими производилось быстро и качественно, с большим запасом ориентировочного потенциала. Стресс от попадания в незнакомую обстановку проходил быстро, и сильного чувства страха не наблюдалось (табл. 2).
Таблица 2 - Показатели теста «Открытое поле» до и после проведения эксперимента
Исследуемые показатели Количество раз
до эксперимента после эксперимента
самцы самки самцы самки
Горизонтальная активность Опыт 16,3 16,5 16,6 16,8
Контроль 16,5 16,5 16,7 16,7
Вертикальная активность Опыт 2,4 2,2 2,4 2,4
Контроль 2,3 2,3 2,3 2,3
Груминг Опыт 1,7 1,6 1,8 1,8
Контроль 1,8 1,8 1,9 1,9
Дефекация Опыт 2,9 2,8 2,8 2,8
Контроль 2,8 2,8 2,8 2,8
Уринация Опыт 0,7 0,8 0,8 0,8
Контроль 0,9 0,9 0,9 0,9
После введения исследуемого вещества показатели теста «Открытое поле», горизонтальная двигательная активность, груминг, дефекация, уринация оставались в пределах нормы.
Таблица 3 - Гематологические показатели у экспериментальных животных
Объект исследования Физиологические пределы 1 группа самцы N = 10 2 группа самки N = 10 3 группа контроль N = 10
Нв (г/л) 120-180 147±2,3 148±2,5 150±2,7
эритроциты х 109/л 7,2-9,6 8,4±0,2 8,5±0,2 8,8±0,2
лейкоциты х 109/л 8-14 14,2±0,4 14,4±0,3 14,6±0,3
гемотокрит % 0,40-0,50 0,45±0,007 0,48±0,004 0,48±0,004
лимфоциты % 65-77 67,9±1,9 66,1 ±1,7 68,1 ±1,6
моноциты % 0-4 3,9±0,6 4,0±1,3 4,1±1,2
эозинофилы % 0-1 1,8±1,14 1,6±0,7 1,08±0,7
По результатам гематологических исследований было показано, что через один месяц после затравки изменения со стороны клеток периферической крови не было выявлено (табл. 3 и 4).
Как видно из полученных данных биохимические показатели плазмы крови экспериментальных животных при введении ПЭГМ перорально в дозе 0,06 г/мл не выходили за пределы биохимических показателей плазмы крови контрольной группы.
Таблица 4 - Биохимические показатели плазмы крови экспериментальных животных
Название Контроль Самцы Самки
показателя (n = 10) (n = 10) (n = 10)
Алат 90,5 U/l 88,4 U/l 89,4 U/l
Асат 91,4 U/l 87,1 U/l 87,5 U/l
Глюкоза 3,14 мкмоль/л 3,2 мкмоль/л 3,6 мкмоль/л
Белок 44,5 г/л 42,5 г/л 42,3 г/л
ЩФ 93,5 U/l 91,8 U/l 91,6 U/l
Мочевина 3,5 мкмоль/л 3,2 мкмоль/л 3,4 мкмоль/л
ГГТ 4,1 U/l 3,9 U/l 3,7 U/l
Макроскопическое исследование остальных внутренних органов всех опытных животных при вскрытии не выявило какой-либо патологии. Масса внутренних органов у всех крыс колебалась в пределах фоновых значений. Весовые коэффициенты внутренних органов контрольных и опытных крыс практически не отличались (табл. 5).
Таблица 5 - Масса внутренних органов крыс через один месяц введения ПЭГМ перорально,однократно
Группа животных Мозг Сердце Легкие Печень Щитовидная железа Почки
Контроль n=10 1,822±0,04 1,005±0,05 2,217±0,3 8,234±0,6 1,069±0,07 0,900±0,03
Самцы n=10 1,878±0,07 0,934±0,02 2,503±0,3 7,177±0,5 1,121 ±0,13 0,971±0,03
Самки n=10 1,888±0,07 0,938±0,02 2,505±0,3 7,179±0,5 1, 124±0,13 0,975±0,03
Исследования по изучению действия ПЭГМ на кожные покровы были поставлены на белых беспородных крысах, хвосты которых на 2/3 длины погружались в исследуемое вещество. Длительность экспозиции вещества составляло 4 часа. Экспериментальные исследования проводились в 2 серии. В первой серии опытные животные подвергались однократному воздействию, во второй - повторному воздействию.
Однократное опускание хвостов в гидрогель изменений на кожных покровах не выявило. При повторных воздействиях изучаемого вещества видимых изменений со стороны кожи хвостов также не обнаружено. Таким образом, полученные данные экспериментальных исследований показали, что полиэтиленгликольмалеинат не обладает кожно-резорбтивным действием.
Заключение. Результаты исследования кожного покрова показали, что при однократных и повторных накожных аппликациях исследуемое вещество не оказывает раздражающее действие. Анализ используемых показателей позволяет предположить, что испытуемое вещество при пероральном введении в дозе 0,06 г/мл не обладает токсическим воздействием.
На основании проведенных исследований ПЭГМ общетоксикологических, биохимических, гематологических, физиологических существенных изменений не было выявлено. В связи с этим ПЭГМ можно отнести к четвертому классу опасности.
Список литературы:
1. Alburquerque N., Burgos L., Egea J. Apricot flower bud development and abscission related to chilling, irrigation and type of shoots // Scientia Horticulturae. 2003. Vol. 98, N 3. P. 265276.
2. Dodd I.C. Rhizosphere manipulations to maximize 'crop per drop' during deficit irrigation // Journal of Experimental Botany. 2009. Vol. 60, N 9. P. 2454-2459.
3. Nazir A.K., Azzam W.R. Improving of bearing capacity of footing on soft clay with sand pile with/without skirts // Alexandria Engineering Journal. 2010. N 49. Р. 371-377.
4. Новые гидрогели на основе полиэтиленгликольмалеината, обладающие высокими влагосорбирующими свойствами // Заявка на патент (№ 2013/0221.1). Буркеев М.Ж., Касенов Р.З., Хамитова Т.О. и др.
5. Способ получения новых гидрогелей обладающие высокими влагосорбирующими качествами на основе полиэтиленгликольмалеината с некоторыми ионогенными мономерами // Заявка на патент (№ 2013/0221.1). Буркеев М.Ж., Касенов Р.З., Хамитова Т.О. и др.
6. Ишмуратова М.Ю., Гаврилькова Е.А., Буркеев М.Ж., Айткулов А.М., Хамитова Т.О., Алимбаева А.Е. Изучение влияния гидрогелей на основе сополимеров ненасыщенных полиэфирных смол на развитие проростков некоторых овощных и цветочно-декоративных культурах // Вестник КарГУ. Серия биология, медицина, география. 2014. № 2 (74). С. 48.
7. Сборник санитарных норм и правил, инструкций, методических указаний и других нормативных документов, используемых в отделении токсикологии полимеров и других химических веществ санэпидстанций: Т. 1, ч. 2. Алматы, 2000. 540 с.
8. Гигиенические нормативы ГН2.1.6.2309-07, дополнение № 1 от 18 февраля 2008 г.
9. Саноцкий И.Ф., Фоменко В.М. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм. М.: Медицина, 1979. 232 с.
