CC BY
19
Вестник К03НЛЛУ № I - 2020
УДК 541.1:542.98
А.М.Нуралы12, С.Х.Акназаров12, А.Ж.Мутушев2, А.С.Кожамжарова3
1 Казахский национальный университет им. аль-Фараби 2Научно-производственный технический центр «Жалын» 3Казахский Национальный Медицинский Университет имени С.Д.Асфендиярова
РАЗРАБОТКА УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ КРОВИ
Углерод не является одним из самых распространенных в природе
элементов - от общего количества атомов в земной коре на него приходится всего 0,14%. Однако этот элемент является основой строения всего животного и растительного мира. Поэтому среди химических элементов углерод занимает особое положение. Углерод-углеродные материалы, композитно-углеродные композиционные материалы на основе углеродной матрицы. В качестве матрицы используются пироуглерод, остатки кокса и растительные материалы, подвергнутые карбонизации. Области применения углеродных материалов в медицине и фармацевтике расширяются. Так, например, углеродные гемосорбенты используются для очистки крови пациентов, а энтеросорбенты используются внутри помещений для очистки организма от вредных веществ и микробов.
Ключевые слова:углерод,углеродныематериалы,углеродные гемосорбенты, очистка крови, энтеросорбенты.
Введение. Материалы на основе углерода, объединяемые термином углеграфитовые, принадлежат к группе дисперсных структур. Различия в исходном сырье и условиях производства позволяют получать углеграфитовые материалы с резко отличными свойствами. Кроме того, различия в структуре углеродов, обнаруживаемые рентгено - и электронографическими методами, обусловлены способностью атома углерода находиться в различных валентных состояниях и образовывать связи разных типов. Это открывает перед химической технологией углерода большие возможности в создании материалов с заданной структурой и свойствами, отвечающих требованиям современной и будущей техники. Обычно качество материалов на основе углерода характеризуется эмпирическими соотношениями, которые относятся только к данному конкретному материалу или его партии, образцу. Поэтому наряду с использованием такой, до некоторой степени произвольной, характеристики целесообразно определить хотя бы в широких пределах различные пористые структуры, наиболее характерные для углеродных материалов [1]. Для каждой области использования этих материалов необходимо иметь как можно больше характеристик структурных особенностей, что может служить критерием применимости данного углеродного материала.
Медицинские изделия из углеродных материалов широко применяются в клинической практике. Важной задачей медицинского материаловедения является выбор материала для изделия в зависимости от места и функции органа человека с учетом его пола, возраста, а также климатических условий и других требований[2]. Необходимым условием работоспособности материалов, находящихся в контакте с живой тканью, является их биосовместимость, то есть длительное сосуществование в организме без отторжения и коррозии.
Гемосорбция- метод эфферентной терапии (экстракорпоральной детоксикации, гравитационной хирургии крови), направленный на удаление из крови различных токсических продуктов путем контакта крови с сорбентом вне организма[3].
Сорбционные методы основаны на такой особенности многих молекул токсических веществ, как наличие заряда или свободных радикалов в их структуре. При контакте с сорбентом, состоящим из поверхностно-активных структур, такие молекулы способны адсорбироваться (т.е. фиксироваться на поверхности сорбента) или абсорбироваться (т.е. фиксироваться в объеме сорбента) к последним. Учитывая особую значимость проблемы детоксикации организма, связанную с загрязнением среды обитания, разработка способов защиты внутренней среды (гомеостаза) человека от воздействия различного рода ксенобиотиков, считается актуальной задачей современности. Углеродные гемосорбенты для
очистки крови применяются в клинической практике как эффективное средство детоксикации при отравлениях и
ряде тяжелых заболеваний. Гемосорбенты должны соответствовать комплексу установленных медико-технических требований, а именно: биосовместимость с кровью, высокая механическая прочность и выраженная сорбционная способность по широкому спектру вредных и токсичных веществ[4].
Предназначены для экстракорпорального очищения (детоксикации) крови, плазмы и лимфы от патогенной микрофлоры, экзогенных и эндогенных токсических веществ, медиаторов воспаления, вызывающих септические состояния, преимущественно цитокинов и эндотоксинов. Материал и методы. Исходным сырьем углеродного материала для получения экспериментальных углеродных монолитов является карбонизованная рисовая шелуха. Углеродный гемосорбент получали методом, включающий просеивание углеродно-кремниевого пиролизата с
содержанием кремния до 38-43 % через вибросито - до фракции 40 мкр, и смешиванием с карбоксиметилцеллюлозой в количестве 48 г и декстрином 48 г, в смесителе для сухих компонентов в течении 20-30 мин - до однородной массы, и добавление «маточного молоко», состава: спирт -125 мл, вода -140 мл и насыщенный раствор магниевой соли лимонной кислоты - 150 мл, проводится тщательное перемешивание сухих и жидких компонентов в течении двух часов с получением однородной пластичной массы, которая подвергается прокатыванию и экструзии с получением сорбционного блока гемосорбента [5]. Полученный сорбционный блок гемосорбента проходит обработку в 75°С спиртовом растворе для для обеспечения предварительной сушки и придания жесткости формы, и обжигается при температуре 900-1200°С в течении 1 часа для создания прочной блочной структуры, высокой удельной поверхности и беспрепятственного течения биологической жидкости. Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: методика получения пластичной массы с возможностью дальнейшей экструзии и получением заготовки изделия.
Выбор карбонизованной рисовой шелухи обусловлен тем, что в состав данного сырья входят углерод и диоксид кремния. Сырье из карбонизованной рисовой шелухи относится к быстро возобновляемым источникам и является экологически чистым.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: деминерализация карбонизованной рисовой шелухи проводят 5% азотной кислотой при соотношении рисовая шелуха: 5% азотная кислота=1:(3-7); кипячение в течение 2-3 часов; промывание, нейтрализация до рН=7[6]. Использование для гидролиза 5% азотной кислоты обусловлено доступностью, безопасностью. При использовании 1-4% азотной кислоты - низкие физико-химические показатели (сорбционная способность, удельная поверхность).
Состав и качественные характеристики карбонизованной рисовой шелухи и ингредиентов позволяют создать
VeStnik KaznmU № I - 2020
пластичную массу углеродного гемосорбента с высокой адсорбционной активностью, настроенного на извлечение патологических токсических веществ. .
Пример 1. Массу гемосорбента изготавливают следующим образом: КС - 52 гр, Вода - 240 мл, оп - 8 гр, ПВП - 4 гр, ЗРШ - 250 - 320 гр. указанные ингредиенты смешивают готовят углеродное тесто, затем получают форму. Пример 2. Массу гемосорбента изготавливают следующим образом: ЗРШ - 120-160 гр, КС - 24 г, оп - 4 гр, Вода - 60 мл, ПВП - 2 гр. указанные ингредиенты смешивают готовят углеродное тесто, затем получают форму. Пример 3. В вышеуказанных примерах, ингредиенты массы гемосорбента были сразу смешаны с ЗРШ, в данном примере изготавливают «маточное молоко», затем добавляют ЗРШ в соотношении 1:1 : КС - 100 г, оп - 16 г, Вода - 480 мл, ПВП -8 г. Полученную массу выдавливают, затем получают готовый углеродный материал.
Результаты и обсуждения. Проведена оценка адсорбционной активности полученных образцов. Измерение адсорбционной активности массы углеродного материала проводилось по следующей методике: адсорбционная активность по метиленовому голубому -ГОСТ 4453-74. Для определения адсорбционной активности использовали маркер-краситель метиленовый голубой, моделирующий среднемолекулярные токсиканты. Методика заключается в измерении оптической плотности осветленного раствора метиленового голубого после контакта его с определенной навеской сырья. Полученная масса углеродного материала обладает высокой адсорбционной способностью 235 мг/литр (0,1 г активированного угля из рисовой шелухи способен сорбировать метиленово голубой краситель 235 мг/литр) (фигура 4).
Выводы. Полученный материал может быть применен в качестве сорбентов в медицинских устройствах по очистке крови. Основным свойством данного гемосорбента является
способность поглощать и удерживать токсичные для организма вещества из ламинарного потока крови. Полученные гемосорбенты безопасны для организма и не обладают раздражающим и аллергическим действием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Сравнение адсорбционных свойств пищевой клетчатки, полученной из растительного сырья. Нуралы Э.М., Бексейтова К.С., Бийсенбаев М.А., Нуралиев М.А., Панов С.А., Мырзагалиев А.К. - Журнал "Биомедицина". - 4 (56). - 2017. -С. 35-39.
2 Медицинская токсикология. Национальное руководство. Под редакцией академика РАМН Е.А. Лужникова. М., Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа». - 2012. - С.923 .
3 A selective sorbent for removing bacterial endotoxins from blood. Morozov A.S., Kopitsyna M.N., Bessonov I.V., Karelina N.V., Nuzhdina A.V., Sarkisov I.Y., Pavlova L.A., Tsyurupa M.P., Blinnikova Z.K., Davankov V.A. Rus. J. Physic. Chem. A. 2016; 90 (12): 2465-2470. DOI: 10.7868/S0044453716120165. [In Russ., In Engl.]
4 «Вестник» КазНМУ. Нуралы A.M., Акназаров С.Х., Варол Е.А. и др. - №4. - 2019. - С.291-293.
5 Первый клинический опыт применения колонок для ЛПС-адсорбции «Токсипак» в лечении пациентов с сепсисом. Гендель Л.Л., Соколов А.А., Губанова С.Н., Адамова И.Ю., Левашов П.А. Вестник Анестезиологии и реаниматологии. -2017. - 14 (5). - С. 42-50.
6 Preparation of Lotus Root-Type Monolithic-Activated Carbons with an Hiearchical Pore Structure from Rice Husks and Their Adsorption of Vitamin B 12.-ACS Omega. Yuyao Li, Biisembaev M.A., Qianming Gong, Aknazarov S.KH, Fangping Lu, Yilun Huang. - 2019, 4, 20. - P.18930-18935.
А.М.Нуралы1'2, СХАкназаров1'2, А.Ж.Мутушев2, А.С.Кожамжарова3
1Эл-Фараби атындагы К,азац ¥лттъщ УниверситетI 2«Жалын» гылыми-енд1р1ст!ктехникалыц орталыгы 3С.ЖАсфендияров атындагы К,азац ¥лттыц Медицина УниверситетI
КАНДЫ ДЕТОКСИКАЦИЯЛАУДА КОЛДАНЫЛАТЫН К0М1РТЕКТ1 МАТЕРИАЛДЬЩ ДАМУЫ
ТYЙiн. Квмiртек табигатта кец таралган элементтердщ бiрi болып табылмайды- жер кыртысында квмiртек атомдарыныц жалпы саныныц тек 0,14% курайды. Алайда, бул элемент бугал жануарлар мен вймдштер элемшщ курылымыныц негiзi болып табылады. Сондьщтан химиялык; элементтердщ арасында квмiртеri ерекше орын алады. Квмiртек-квмiртектi материалдар, квмiртегi матрицасына непзделген композиттi-квмiртектi композициялы; материалдар. Матрица ретшде пирокарбон, кокс ;алды;тары, K0мiрленген вймдш материалдары колданылады. Квмiртектi материалдарды медицинада жэне фармацевтикада колдану салалары кецеюде. Мысалы, квмiртектi гемосорбенттер пациенттердщ канын тазарту ушш, ал энтеросорбенттер уй-жайларды зиянды заттар мен микробтардан тазарту ушш колданылады.
ТYЙiндi сездер; квмiртек, квмiртектi материалдар, квмiртектi гемосорбенттер, кан тазарту, энтеросорбенттер.
A.M.Nuraly1-2, S.H.Aknazarov1"2, A.Zh.Mutushev2 A.S.Kozhamzharova3
1Al-Farabi Kazakh national University 2Scientific production and technical center «Zhalyn» 3Asfendiyarov Kazakh National Medical University
DEVELOMENT OF CARBON MATERIAL FOR BLOOD DETOXICATION
Resume. Carbon is not one of the most common in nature elements - of the total number of atoms in the earth's crust it accounts for only 0.14%. However, this animal world is growing all over the world. Therefore, among chemical elements, carbon occupies a special position. Carbon-carbon materials, composite-carbon composite materials based on a carbon matrix. Pyro carbon, coke residues, and carbonized plant materials are used as the matrix.
The fields of application of carbon materials in medicine and pharmaceuticals are expanding. For example, carbon hemosorbents are used to purify the blood of patients, and enterosorbents are used indoors to cleanse the body of harmful substances and microbes. Key words: carbon, carbon materials, carbon hemosorbents blood purification and enterosorbents.
