CC BY
21УДК 619:615.099
влияние гентамицина на гистологическую структуру некоторых органов кролика при однократном аэрозольном применении
И.А.Тер-Аветисьянц - кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник;
М.П.Семененко - доктор ветеринарных наук, зав. лабораторией;
Е.В.Кузьминова - доктор ветеринарных наук, вед. научный сотрудник;
П.В.Мирошниченко - кандидат ветеринарных наук, зав. лабораторией.
ФГБНУ«Краснодарский научно-исследовательский ветеринарный институт», г.Краснодар (350004, г.Краснодар, ул.1-ялиния, 1, тел. +7(861) 221-60-84, e-mail: [email protected]; [email protected]).
Вопрос эффективной антимикробной терапии остается принципиально важным и сложным, при этом выбор антибактериальных препаратов для лечения инфекционных процессов, как у людей, так и у животных зачастую затруднен недостаточным знанием практикующих врачей об особенностях фармакокинетики, антимикробной активности и токсичности антибактериальных препаратов. В статье приведены результаты исследований авторов о влиянии гентамицина в виде аэрозоля на морфологическую структуру тканей легкого и почек. Материалы и методы. Эксперимент проводился на кроликах породы шиншилла, которым гентамицина сульфат ингалировали в дозе 1000 мг/м3, что соответствовало 4 мг/кг массы животного. Аэрозоль гентамицина получали при помощи ингаляционного аппарата АИ-1 с объемом используемой камеры 0,2 м3. Через час после ингаляции животных забивали. Результаты исследований. При клиническом осмотре кроликов, подвергшихся ингаляционному воздействию гентамицина сульфата, изменения ритма дыхания и сердцебиения установлено не было. Некоторое учащение дыхания объяснялось возбуждением животных, связанным со стрессовой ситуацией, и не являлось патологическим. Патоморфологические исследования почек и легких как опытных, так и контрольных животных не выявили отклонений и особенностей в строении органов. Их расположение было анатомически правильным, нормальных объемов, серозные оболочки полостей имели ярко-розовый цвет, гладкую и блестящую поверхность. При гистологическом исследовании препаратов почек и легких животных по истечению одного часа после однократного применения гентамицина путем ингаляции выявлено определенное влияние антибиотика на легкие и почки, проявляющееся активацией десквамации почечного эпителия и гиперемией кровеносных капилляров легких. Вышеперечисленные изменения не приводят к патологии, а являются следствием незначительного раздражающего действия аэрозоля гентамицина. Заключение. Ингаляционный способ введения кроликам антибиотика гентамицина сульфат способствовал нивелированию его нефротоксического действия. Это подтверждается результатами проведенных па-томорфологических исследований, исключающих наличие значительных патологических процессов в клеточной структуре тканей почек и легких животных под влиянием препарата.
клюЧЕВЫЕ слоВА: антимикробная терапия, гентамицин, животные, аэрозоль, гистология.
дним из величайших открытий мировой меди- Выбор антибактериальных препаратов для лече-
О
'цины, обеспечившее сохранение жизни сот- ния инфекционных процессов, как у людей, так и у жи-
ням тысяч, миллионам больных, явилось получение вотных зачастую затруднен недостаточным знанием
антибактериальных препаратов. Современная меди- практикующих врачей об особенностях фармакокине-
цина немыслима без антимикробной терапии, которая тики, антимикробной активности и токсичности анти-
представляет собой особую разновидность фарма- бактериальных препаратов [6]. котерапии, поскольку подразумевает использование Клиническая эффективность антибиотиков опре-
антибиотиков - уникальной, поистине выдающейся деляется рядом параметров, основным из которых
группы лекарственных средств, занимающих ведущее является способность воздействовать на мишень, что
место в лечении бактериальных инфекций. Это одна из определяется минимальной подавляющей концентра-
наиболее динамичных групп лекарств, так как в связи с цией (МПК) в отношении данного микроорганизма.
ростом антибиотикорезистентности микрофлоры, ар- Важна и способность препарата достигать мишени
сенал антибактериальных препаратов постоянно рас- воздействия в условиях макроорганизма, определяе-
ширяется и обновляется [6]. мая параметрами фармакокинетики препарата. К ним
Однако, несмотря на появление в арсенале вра- относится скорость всасывания и выведения, рас-
чей огромного перечня лекарственных средств, ак- пределение в жидкостях организма, способность на-
тивных в отношении практически всех патогенных капливаться в клетках [4]. Поэтому подбор удобной
микроорганизмов, проблема антимикробной терапии лекарственной формы и способа введения антими-
и на нынешнем этапе развития остается принципи- кробного препарата является одним из важных момен-
ально важной и сложной [7]. тов правильной и эффективной антибиотикотерапии.
В лечении органов дыхания важное место занимает респираторная терапия, основу которой составляют ингаляции аэрозолей лекарственных веществ. Преимущества ингаляционной терапии перед другими методами заключаются в более быстром всасывании лекарственных препаратов, увеличении активной поверхности лекарственного вещества, депонировании его в подсли-зистом слое (богатом кровеносными и лимфатическими сосудами), создании высоких концентраций лекарственных веществ непосредственно в очаге поражения [10]. Кроме того, минуя печень, лекарственные вещества в неизмененном виде действуют при заболеваниях верхних дыхательных путей и легких более эффективно, чем при их пероральном применении.
Одним из антибиотиков, применяемых при аэрозольной терапии, является гентамицин, относящийся к группе аминогликозидных аминоциклитолов - антибиотиков, подавляющих синтез белка [1]. Они представлены обширной группой препаратов, в которую входят как уже длительно применяемые в медицине антибиотики I поколения (стрептомицин, неомицин, мономицин, канамицин), так и современные амино-гликозиды П поколения (гентамицин, сизомицин, то-брамицин, амикацин и др.) [3].
Гентамицина сульфат (грамицин) продуцируется культурами гриба Micromonospora purpurea. Белый порошок (или пористая масса) с кремовым оттенком, без запаха, гигроскопичен, легко растворяется в воде. Водные растворы стойкие; выдерживают стерилизацию при температуре 120°С в течение 30 мин, а при комнатной температуре сохраняются несколько лет, поэтому гентамицин нередко выпускают и в форме стерильного водного раствора для инъекций. Является наиболее активным и наименее токсичным аминогликозидом из применяемых антибиотиков. Характеризуется очень широким спектром бактерицидного действия, охватывающим большинство грамположительных и грамо-трицательных бактерий [2].
В пищеварительном тракте гентамицина сульфат почти не всасывается: при этом с мочой выделяется не более 0,5-1% введенного количества. Поэтому его применяют преимущественно парентерально, чаще внутримышечно, реже внутривенно и в полости местно - в гнойные очаги и на пораженные слизистые оболочки, а также в виде аэрозоля. При внутримышечном введении гентамицина сульфат быстро проникает в кровь, обнаруживаясь в ней уже через 30-45 мин. Максимальные концентрации в крови отмечаются через 1-1,5 ч после введения, а терапевтическое содержание в ней может сохраняться до 6-12 ч (в зависимости от дозы). Из крови гентамицина сульфат быстро и в терапевтических концентрациях проникает в различные ткани и органы: печень, легкие, селезенку, лимфатические узлы, хрящевую ткань и в больших концентрациях - в почки и мочу [8].
При введении в аэрозоле гентамицина сульфат накапливается в легких, бронхах и мокроте, где длительно сохраняется в высоких концентрациях, но в
кровь при этом проникает слабо, что в таких случаях уменьшает его токсичность [5].
Существуют сравнительно немногочисленные данные о влиянии гентамицина в виде аэрозоля на легочную и почечную ткань. Поскольку при аэрозольном применении антибиотик непосредственно контактирует с тканью легкого, а, также учитывая, что гентамицин в основном выводится мочой, нами было изучено его влияние на морфологическую структуру тканей легкого и почек.
Материалы и методы. Эксперимент проводился на 10 кроликах породы шиншилла с массой тела 2,3±0,5 кг, разделенных на две группы. Первой группе (5 кроликов) гентамицин ингалировали в дозе 1000 мг/м3, что соответствовало 4 мг/кг массы животного. Вторая группа служила интактным контролем.
Для опытов был использован гентамицина сульфат в ампулах по 2 мл, содержащих 40 мг активно действующей субстанции. Дозу антибиотика, попавшего при дыхании в организм животного, определяли по формуле Т.Розбери [9].
Д=Сх1хУ1, где: Д - доза антибиотика;
С - концентрация антибиотика (мг/л);
1 - время ингаляции (мин.);
VI - объем легочной вентиляции (мл/мин).
Объем легочной вентиляции у кролика равен 0,33 мл/мин.
Поскольку некоторое количество поступивших в легкие аэрозольных частиц удаляется с выдыхаемым воздухом, фактическая поглощенная доза антибиотика не будет соответствовать дозе, рассчитанной по формуле Т. Розбери.
Для учета степени задержки части аэрозоля в органах дыхания в формулу вводили поправочный коэффициент (Я), установленный экспериментально, соответствующий 0,81 [9].
Таким образом, ингалируемая доза антибиотика рассчитывалась по формуле:
Д=СхtхVtхR.
При этом полученные результаты умножались на 0,5 - коэффициент потери аэрозоля.
При дозе 1000мг/м3 (концентрация 1,0 мг/л) аэрозольной камеры доза антибиотика на животное соответствовала 8,0 мг.
Аэрозоль гентамицина получали при помощи ингаляционного аппарата АИ-1 с объемом используемой камеры 0,2 м3. Через час после ингаляции животных забивали.
От каждого кролика брали кусочки легкого и почек и фиксировали в 10% формалине и жидкости Буэна. Парафиновые срезы в 5-6 микрон окрашивали гематоксилин эозином. Гистологические препараты фотографировали на фотопленке «Микрат-300» с помощью
ЕГЕПШАРНЫЙ
Врач
Цейсовского исследовательского микроскопа, при объективах 25 и 63, окуляре 12,5.
Предварительно определяли спектр частиц аэрозоля и степень дисперсности. Нами установлено, что частицы размером от 0 до 1,5 мкм составляли 1,67%, от 1,5-до 3,0 мкм - 17,7%, от 3,0 до 5,0 мкм - 42,1% и от 5,0 до 10,0 мкм - 38,5%. Следует отметить, что размер частиц аэрозоля является основным фактором, определяющим глубину проникновения и степень задержки их в органах дыхания.
Результаты исследований. При клиническом осмотре кроликов, подвергшихся ингаляционному воздействию гентамицина сульфата, изменения ритма дыхания и сердцебиения установлено не было. Движения мышц носовой полости и гортани были синхронны с дыхательными движениями грудной клетки. Частота дыхательных движений составляла, в среднем, 65±3 дых/мин. Некоторое учащение дыхания объяснялось возбуждением животных, связанным со стрессовой ситуацией и не являлось патологическим. Развивающихся явлений раздражения в носовой, ротовой полости и гортани установлено не было. Слизистые оболочки - бледно-розовые, не отечные, без признаков покраснения и сухости. Наличие сыпи, зуда, крапивницы не выявлено.
Грудная клетка обычной формы, не уменьшена в объеме, что указывает на отсутствие ателектатическо-го спадения легких. Сердечный ритм сохранен. Астматических приступов, одышки, ларингоспазмов и отека легких не установлено.
Со стороны выделительной системы патологических изменений выявлено не было. Пальпацией почек изменения локализации, объема, болезненности и отека не установлены.
Патоморфологические исследования почек и легких как опытных, так и контрольных животных не выявили отклонений и особенностей в строении органов. Их расположение было анатомически правильным, нормальных объемов, серозные оболочки полостей имели ярко-розовый цвет, гладкую и блестящую поверхность.
Почки - бобовидной формы, расположены в поясничном отделе тела с обеих сторон позвоночника, не увеличены, симметричные, темно-вишневого цвета. Фиброзная капсула почек легко снимается. Корковое и мозговое вещество на разрезе хорошо различимы. Слизистая лоханки светло-розового цвета, гладкая, блестящая.
При гистологическом исследовании препаратов почек у опытных и контрольных животных особых различий отмечено не было.
Все соединительнотканные структуры были хорошо выражены. В паренхиме наблюдалось четкое разделение на корковое и мозговое вещество. В корковом веществе хорошо определялись крупные почечные тельца нефронов. Капсула нефрона имела выраженную узкую полость. Капилляры в почечном тельце расширены не были. Вокруг почечного тельца расположены проксимальные извитые канальцы, выстланные
однослойным призматическим эпителием. В цитоплазме некоторых эпителиоцитов выявлялось характерное для этого отдела помутнение, образующееся за счет происходящего в них процесса реадсорбции. Мозговое вещество содержало радиально расположенные собирательные трубки и петли Генле, между которыми находились тонкие соединительнотканные прослойки с мелкими и крупными сосудами. В кровеносных сосудах нарушений структуры не отмечали.
У контрольных животных в просветах канальцев встречались единичные десквамированные эпителиальные клетки в количестве 1-2 (рис. 1), у опытных животных - более 3-4 клеток (рис. 2).
Рис. 1. Гистологический срез почки интактного кролика. Ув.х188.
Рис. 2. Гистологический срез почки после ингаляции гентамицином. Ув.х188.
При патоморфологическом исследовании просветы трахеи и бронхов были свободны, плевра имела гладкую поверхность. Альвеолярные перегородки без утолщений. Просветы респираторных бронхиол и альвеол не расширены. Легкие не увеличены, не спавшиеся, симметрично расположены, ткань розового цвета.
На гистологических срезах структурные компоненты легких хорошо определялись и были представлены различного диаметра бронхами, альвеолами, междольковой соединительной тканью с кровеносными сосудами различного диаметра. Бронхи имели
разветвляющую структуру и заканчивались альвеолами. Внутренняя поверхность альвеол была выстлана альвеолярным эпителием.
В препаратах из ткани легких у контрольных животных перегородки межальвеолярных ходов и альвеол были представлены сравнительно мелкими прослойками соединительной ткани, а кровеносные капилляры не гиперемированы и непосредственно прилегали к респираторному эпителию альвеол (рис. 3).
Рис. 3. Гистологический срез ткани легкого интактного кролика. Ув.х790.
У опытных животных межальвеолярные прослойки были значительно расширены, а капилляры находились в состоянии гиперемии (рис. 4).
Заключение. Таким образом, следует отметить, что низкая концентрация гентамицина в почках при ингаляционном введении в период его максимального содержания в организме не снижает терапевтический эффект от его применения. При этом именно ингаляционный способ введения антибиотика способствовал нивелированию его нефротоксического действия. Это наглядно подтверждается результатами проведенных
Литература
Рис. 4. Гистологический срез ткани легкого после ингаляции гентамицином. Ув.х790.
Патологических изменений ни в почках, ни в легких не наблюдалось.
Из проведенных нами ранее исследований было установлено, что при аэрозольном введении концентрация антибиотика в легких составила, в среднем, 48,6 мкг/г. При этом, процент связывания гентамицина сульфат с тканью легкого равнялся 47%. В то же время концентрация антибиотика в почках при аэрозольном введении была более чем в 30 раз меньше, составляя 1,53 мкг/г, а процент связывания гентамицина с клетками почечной ткани оказался в 1,2 раза больше (55,5%).
патоморфологических исследований, исключающих наличие значительных патологических процессов в клеточной структуре тканей почек и легких.
Выявленная активация десквамации почечного эпителия и гиперемия кровеносных капилляров легких не приводят к патологии, а являются следствием незначительного раздражающего действия аэрозоля гентамицина.
1.Клиническая фармакология по Гудману и Гилману. Т.3. / под ред. проф. А.Г.Гилмана. - М.: Практика, 2006. - 176 с.
2.Навашин, С.М. Рациональная антибиотикотерапия / С.М.Навашин, И.П.Фомина. - М.: Медицина, 1982. - 496 с.
3.Позднякова, В.П. Аминогликозиды в монотерапии и в комбинациях с пенициллинами при гнойной инфекции: дис. ... канд. биол. наук / В.П.Позднякова. - М., 1984. - 176 с.
4.Татотченко, В.К. Антибиотики в лекарственной форме Солютаб / В.К.Татотченко // Фарматека. - 2010. -№14. - С. 46-50.
5.Тер-Аветисьянц, И.А. Влияние аэрозольной ингаляции гентамицина на иммунореактивность организма кролика: автореф. дис. ... канд. биол. наук / И.А.Тер-Аветисьянц. - Ереван, 1987. - 187 с.
6.Трошин, А.Н. Рациональное применение ветеринарных препаратов на Кубани в 2014 году / А.Н.Трошин // Ветеринарные препараты Кубани. - 2014. - Сер. 10. - С. 28-29.
7.Тяпкина, Е.В. Рациональное использование лекарственных препаратов в ветеринарии / Е.В.Тяпкина, Л.А. Хахов, М.П.Семененко // Ветеринарные препараты Кубани. - 2014. - Сер. 10. - С. 30-31.
8.Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / под общ. ред. чл.-кор. РАМН, профессора Хабриева Р.У. - 2-изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2005. - 832 с.
9.Ярных, В.С. Аэрозоли в ветеринарии / В.С.Ярных. - М.: Сельхозиздат, 1972. - 352 с.
10.Электронный ресурс http://www.medafarm.ru [дата обращения 18.12.2015].
ЕГЕПШАРНЫЙ
Врач
influence of gentamicin on the histological structure of some organs in rabbits after a single aerosol application
Ter-Avetisyants I.A. - Candidate of Biological Sciences; Semenenko M.P. - Doctor of Veterinary Medicine;
Kuzminova E.V. - Doctor of Veterinary Medicine; Miroshnichenko P.V. - Candidate of Veterinary Sciences.
Krasnodar Research Veterinary Institute, Krasnodar (e-mail: [email protected]).
The question of effective antimicrobial therapy is important and complex, and a choice of antibacterial medicine for the treatment of the infectious processes of humans and animals is often difficult due to insufficient knowledge of medical practitioners about the peculiarities of pharmacokinetics, antimicrobial activity and toxicity of antibiotics. This article shows the results of authors' studies on the impact of gentamicin as an aerosol on the morphological structure of the lung tissue and kidneys. Materials and methods: an experiment was made on chinchilla rabbits, who were inhaled with gentamicin sulfate in a dose of 1000 mg/m3, which corresponds to 4 mg/kg body weight. An aerosol gentamicin was prepared by inhalation machine AI-1 with the 0.2 m3 volume of the used camera. An hour later the animals were sacrificed after inhalation. Results of the research: in a clinical examination of rabbits exposed to gentamicin sulfate inhalation, changes in the rhythm of breathing and heartbeat have not been established. There was some shortness of breath due to the anxiousness of animals associated with a stressful situation and was not a pathological case. Pathological examination of the kidneys and lungs of both experimental and control animals did not reveal any abnormalities in the structure and characteristics of organs. Their location was anatomically correct with a normal volume, serous membrane cavity had a bright pink color and smooth and shiny surface. The histological examination of the kidneys and lungs of the animals one hour after a single application of gentamicin by inhalation revealed a definite effect of the antibiotic on the lungs and kidneys, which manifests in activation of renal epithelial desquamation and hyperemia of blood capillaries of the lungs. The above changes do not cause a disease but can be a consequence of slight irritant of aerosol gentamicin. Conclusion: inhalation method of introduction to rabbits of the antibiotic gentamicin sulfate supported eliminating its nephrotoxicity. This is confirmed by the results of the carried out postmortem examination excluding the presence of the significant pathological processes in the cell structure of the lungs and kidneys tissue under the influence of the preparation.
KEYWORDS: antimicrobial therapy, gentamicin, animals, aerosol, histology.
References
1. Klinicheskaya farmakologiya po Gudmanu i Gilmanu. [Goodman and Gilman Clinical pharmacology] Vol.3. / edited by prof. A.G. Gilman.- Moscow: Praktika, 2006. - 176p.
2. Navashin, S.M. Ratsionalnaya antibiotikoterapiya [Rational antibiotics-based therapy] /S.M. Navashin, I.P. Fomina. - Moscow: Medicina, 1982. - 496 p.
3. Pozdnyakova, V.P. Aminoglikozidy v monoterapii i v kombinatsiyah s penitsillinami pri gnoynoy infektsii [Using aminoglycosides in monotherapy and in combination with penicillin at purulent infection]: abstract from Candidate of Biology dissertation /V.P. Pozdnyakova. - Moscow, 1984. -p.176.
4. Tatochenko, V.K. Antibiotiki v lekarstvennoy forme Solyutab [Solutab. Antibiotics in drug form] /V.K. Tatotchenko // Farmateka. - 2010. - Vol. 14.- p.46-50.
5. Ter-Avetisyants, I.A. Vliyanie aerozolnoy ingalyatsii gentamitsina na immunoreaktivnost organizma krolika [An influence of inhalation of gentamicin in aerosol drug form on rabbit immune response]: abstract from thesis for degree of candidate of Biological Sciences/ I.A. Ter-Avetisyants, Erevan.- 1987. - 187p.
6. Troshin, A.N. Ratsionalnoe primenenie veterinarnyh preparatov na Kubani v 2014 godu [A rational use of veterinary drugs in Kuban in 2014]/A.N. Troshin // Veterinarniye preparaty Kubani.- Krasnodar, 2014. Series 10. - P. 28-29.
7. Tyapkina, E.V. Ratsionalnoe ispolzovanie lekarstvennyh preparatov v veterinarii [A rational use of therapeutical drugs in Animal Health] /E.V. Tyapkina, L.A.Xahov, M.P. Semenenko, E.V. Kuzminova // Veterinarniye preparaty Kubani.-Krasnodar, 2014. Series 10. - P.30-31.
8. Xabriev, R.U. Rukovodstvo po eksperimentalnomu (doklinicheskomu) izucheniyu novyh farmakologicheskih veschestv [A guideline on experimental (preclinic) studies of novel pharmaceutical drugs] /edited by Xabriev R.U., corresponding member of Russian Academy of Medical Sciences. - 2nd edition edited and revised. - Moscow: «Meditsina», 2005. - 832 p.
9. Yarnyh, V.S. Aerozoli v veterinarii [Using drugs in aerosol form in Animal Health] /V.S.Yarnyx. - Moscow: Selxozizdat, 1972. - 352 p.
10. On-line resource http://www.medafarm.ru [used on 18.12.2015].
