CC BY
36
УДК 541.135:661.183.2:612.111
Санкова А.О., Царькова Т.Г., Горончаровская И.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕМОСОВМЕСТИМОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ МАРКИ АГ-3
Санкова Ангелина Олеговна, студентка 4 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Царькова Татьяна Григорьевна, к.х.н., профессор кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Горончаровская Ирина Викторовна, научный сотрудник лаборатории клеточных и физико-химических медицинских технологий, e-mail: [email protected];
ГБУЗ «Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского ДЗМ», Москва, Россия 129090, Москва, Б. Сухаревская площадь, д.3
Поиск материалов, обладающих высокой адсорбционной активностью для выведения из организма токсическим веществ с помощью метода гемосорбции и путей увеличения их гемосовместимости является важным направлением в медицине. В настоящей работе исследовано взаимодействие эритроцитов с электрохимически модифицированным до различных потенциалов активированным углем марки АГ-3. Установлено, что в широком диапазоне потенциалов модифицированный уголь АГ-3 обладает гемолитической активностью по отношению к эритроцитам. Сделан вывод о том, что для применения угля АГ-3 в качестве гемосорбента необходимо дополнительное модифицирование его поверхности.
Ключевые слова: активированный уголь, электрохимическая модификация, эритроциты, гемосорбция, гемосовместимость.
STUDY OF HEMOCOMPABILITY OF ELECTROCHEMICALLY MODIFIED ACTIVATED CARBON AG-3
Sankova A.O., Tsar'kova T.G., Goroncharovskaya I.V.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*N.V. Sklifosovsky Research Institute of Emergency Medicine, Moscow, Russia
Searching of materials with high sorption activity for blood detoxication by hemoperfusion technique and the paths of its modification to improve their hemocompatibility is the important medical direction. In this paper the interaction of erythrocytes with electrochemically modified activated carbon AG-3 was investigated. It was obtained that the modified activated carbon AG-3 has a hemolytic activity to erythrocytes in wide region of open circuit potential values. It was concluded that activated carbon AG-3 needs additional surface modification to use it as a hemosorbent.
Keywords: activated carbon, electrochemical modification, erythrocytes, hemosorption, hemocompability.
В настоящее время экстракорпоральные методы очистки организма от токсинов различного происхождения являются неотъемлемой частью интенсивной терапии. Наибольшим суммарным детоксикационным эффектом обладают такие методы как гемосорбция, гемодиализ, плазмаферез и гемофильтрация. Среди указанных методов гемосорбция занимает особое место, поскольку этот метод обладает такими преимуществами как возможность эффективного удаления широкого спектра токсических соединений различного молекулярного размера за счет высокой сорбционной активности используемых сорбентов, простота контура и отсутствие необходимости использования дорогостоящей аппаратуры. Гемосорбцию применяют в случае острых интоксикаций, в терапии больных с диффузными заболеваниями соединительной ткани, при лечении
эндотоксикозов на почве развития септических состояний, при бактериальных инфекциях и др. [1]. Суть метода гемосорбции заключается в пропускании крови пациента через колонку, заполненную сорбентом с последующим ее возвращением в вену пациента.
В качестве сорбентов для проведения процедуры гемосорбции могут быть использованы материалы натурального и синтетического происхождения, например, активированные угли, алюмосиликаты, полимеры и ионообменные смолы. Наиболее широко используемыми сорбентами в медицинской практике являются активированные угли, поскольку они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими сорбентами, такими как высокая сорбционная активность по отношению к различным классам токсических веществ, невысокая стоимость и промышленный масштаб их производства [2].
Основным недостатком углеродных сорбентов является их неселективность и возможность травмирования клеток крови. Таким образом, вопрос о поиске путей придания углеродным сорбентам свойства гемосовместимости и селективности при сохранении высокой адсорбционной активности является весьма важным. На рис.1 представлена схема гемосорбционного контура.
Рис. 1. Схема гемосорбционного контура: 1-устройство ввода антикоагулянта, 2,4,6- манометры, 3-насос, 5-колонка с гемосорбентом, 7-датчик воздуха, 8-магнитный клапан
Одним из возможных путей повышения гемосовместимости и селективности углеродных сорбентов является изменение их физико-химических свойств с помощью электрохимического модифицирования их поверхности [3]. Этот метод позволяет управлять составом поверхностных групп на поверхности активированного угля и их гидрофильно-гидрофобными свойствами, а значит, придавать им новые сорбционные свойства. Ранее было показано [3,4], что травмирующая способность активированных углей по отношению к клеткам крови зависит от величины их стационарного потенциала. Это следует из того, что электропроводный уголь-сорбент можно рассматривать как электрод, при погружении которого в биологическую среду, содержащую растворы электролитов, на границе раздела фаз уголь-сорбент/биологическая среда происходит формирование двойного электрического слоя. Так, была определена область потенциалов активированных углей в диапазоне от -150 мВ до 50 мВ (нас.х.с.э.), при которых не происходило травмирования форменных элементов крови вследствие их контакта с углями.
Для исследования был выбран активированный уголь марки АГ-3, поскольку он производится промышленно и достаточно дешев и может являться потенциальным сорбентом для удаления токсических веществ из организма. Однако известно
также, что немодифицированный уголь АГ-3 является достаточно агрессивным по отношению к клеткам крови.
Целью настоящей работы является исследование гемосовместимости электрохимически
модифицированного угля марки АГ-3.
В работе был использован обеззоленый активированный уголь марки АГ-3, обработанный 10% HCl и прокаленный при температуре 1100°С. Электрохимическое модифицирование
активированного угля проводили путем катодной и анодной обработки в проточном электролизере объемом 50 мл в растворе 0,15М NaCl (физиологический раствор) с помощью источника тока MASTECH HY 3005-2. Измерение величин потенциалов углей при разомкнутой цепи проводили в специальной электрохимической ячейке представленной на рис. 2 по методу [5].
Рис. 2 Электрохимическая ячейка для измерения потенциалов углей при разомкнутой цепи: 1-крышка, 2-корпус,3-камера, 4,5-болты, 6,7-токоподводы
В результате модифицирования были получены образцы углей с величинами потенциалов при разомкнутой цепи от -530 мВ до 820 мВ. Полученные образцы модифицированных углей отмывали физиологическим раствором до рН=7,2-7,4. Во всех измерениях в качестве электрода сравнения выступал насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения.
В качестве биологического объекта исследования выступала эритроцитная масса, полученная из цельной крови практически здоровых доноров. Перед исследованием эритроцитную массу подвергали трехкратному отмыванию
физиологическим раствором от стабилизатора с помощью центрифугирования при 1500g в течение 10 минут в центрифуге А1^га X13R. Полученную суспензию разбавляли физиологическим раствором в 2 раза по объему до концентрации клеток ~41012 кл/л, что соответствует средней концентрации эритроцитов в крови. Гемосовместимость модифицированных образцов активированного угля марки АГ-3 оценивалась по степени гемолиза эритроцитов после контакта с указанными образцами.
Исследование взаимодействия активированного угля с суспензией эритроцитов проводили в 5 мл суспензии, приведенной в контакт с образцом модифицированного угля в соотношении 1:10 по объему в течение 30 минут при перемешивании. После этого суспензию отделяли от активированного угля, центрифугировали и
исследовали ее на содержание в ней свободного гемоглобина по методике [6] с помощью спектрофотометра Beckman Coulter DU 800. График зависимости изменения содержания свободного гемоглобина в суспензии эритроцитов после контакта с модифицированным активированным углем АГ-3 от стационарного потенциала угля приведен на рис. 3.
Рис.3 График зависимости изменения концентрации
свободного гемоглобина после контакта с модифицированным активированным углем АГ-3 от величины его потенциала
Как можно видеть из представленных данных на рис.3, при взаимодействии эритроцитов с электрохимически модифицированным углем АГ-3 во всем диапазоне потенциалов наблюдалось разрушение эритроцитов, о чем свидетельствует увеличение концентрации свободного гемоглобина после контакта клеток с исследуемыми образцами угля. В то же время, при контакте эритроцитов с углем, модифицированным до потенциалов в диапазоне от 0 мВ до 400 мВ прибыль свободного гемоглобина минимальна - до 80 мг/л (в норме содержание свободного гемоглобина в крови не должно превышать 220 мг/л). Однако при
патологических состояниях, когда показано проведение процедуры гемосорбции, уровень гемолиза у пациента может превышать физиологическое значение и взаимодействие крови с таким углем может увеличить степень гемолиза. Таким образом, изменяя потенциал угля с помощью электрохимического модифицирования, можно увеличивать его гемосовместимость, однако на взаимодействие угля с клетками крови помимо потенциала влияет и его природа. Поэтому для возможности применения активированного угля АГ-3 в медицинской практике необходимо дополнительное модифицирование его поверхности с целью увеличения его гемосовместимости.
Список литературы
1. Лопухин Ю.М. Гемосорбция / Ю.М. Лопухин, М.Н. Молоденков. — М.: Медицина, 1978. - 302 с.
2. Пьянова Л.Г. Углеродные сорбенты в медицине и протеомике // Химия в интересах устойчивого развития. - 2011. - №19. - С. 113122.
3. Goldin M.M., Volkov A.G., Goldfarb Y.S. [et al.] Electrochemical Aspects of Hemosorption // J. Electrochem. Soc. - 2006. - V. 153. - P. J91-J99.
4. Тарасевич М.Р., Гольдин М.М., Лужников Е.А. и др. Электрохимически управляемая гемосорбция // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Электрохимия. - 1990. - Т. 31. - С. 127-150.
5. Goldin M.M., Kolesnikov V.A., M.S. Khubutiya [et al.] Open Circuit Potential Shifts of Activated Carbon in Aqueous Solutions During Chemical and Adsorption Interactions // J. Appl. Electrochem. - 2008. - V. 38. - № 10. - P. 13691374.
6. Harboe M. A Method for Determination of Hemoglobin in Plasma by Near-Ultraviolet Spectrophotometry // Scand. J. Clin. Lab. Invest. -1959. - V. 11 - P. 66-70.
