CC BY
183
УДК 619:615.326:552.52
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕДИЦИНСКИХ ГЛИН
Е.Т. ЖИЛЯКОВА А.В. БОНДАРЕВ М.Ю. НОВИКОВА
В статье представлены результаты исследований адсорбционных и микробиологических характеристик медицинских глин. Полученные данные внесены в проект фармакопейной статьи на фармацевтическую субстанцию медицинской монтмориллонито-вой глины.
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: глина, адсорбция, поры, микроорганизм.
Введение. Интоксикация является серьезной проблемой современности не только при острых отравлениях, но и при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. По данным Всемирной организации здравоохранения, Национального центра по отравлениям США частота различных интоксикаций в мире по сравнению с 2000 годом возросла в два раза. Острые кишечные инфекции занимают одно из ведущих мест в инфекционной патологии всех возрастных групп. По данным ВОЗ (2010 г.) в мире ежегодно болеют острыми желудочно-кишечными инфекционными болезнями более 1 млрд человек, из которых 65-70% составляют дети в возрасте до 5 лет.
Область применение энтеросорбентов в медицине далеко не ограничивается пищевыми отравлениями и включает в себя: гастроэнтерологию, токсикологию, инфекционные болезни, аллергологию, дерматологию, хирургию, онкологию, наркологию, гепатологию и нефрологию.
В настоящее время широко обсуждается возможность применения глин для лечения и профилактики различных интоксикаций. Столь высокий и стабильный интерес обусловлен наличием у данной группы широкого спектра прямых и опосредованных лечебно-профилактических эффектов, которые достигаются за счет физико-химических свойств сорбирующего вещества, способного связывать и выводить из организма токсические продукты [1].
Для возможности использования глин в медицинской практике, по данным литературных источников [3, 4], необходима информация о параметрах пористой структуры (удельная поверхность, удельный объем пор, средний размер пор, распределение пор и частиц по размерам) и информация о возможности адсорбции различных микроорганизмов.
Цели исследования. Изучение и анализ адсорбционных и микробиологических характеристик медицинских глин.
Задачи исследования:
1. изучение параметров пористой структуры исследуемых образцов;
2. изучение чувствительности микроорганизмов Escherichia coli, Shigella sonnei, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aures по отношению к исследуемым образцам.
Материалы исследования. Монтмориллонитовая глина (МГ) Белгородского месторождения с содержанием монтмориллонита 40-45 масс. %, каолиновая глина Еленского месторождения (ГОСТ 19608-84), смектит диоктаэдрический (РУ nN 015155/01), страна производитель - Франция. Для исследования особенностей взаимодействия глин и микроорганизмов были использованы музейные культуры Escherichia coli, Shigella sonnei, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aures.
Методы исследования. Определение удельной площади поверхности и пористости на анализаторе TriStar II 3020*, определение чувствительности микроорганизмов по отношению к исследуемым образцам микробиологическим методом секторальных посевов** [2].
Результаты исследования. Измерение удельной площади поверхности и пористости образцов медицинских глин проводили на автоматическом газо-адсорбционном анализаторе TriStar II 3020. Адсорбционные характеристики представлены в табл. 1.
На рис. 3-5 представлены зависимость диаметра пор от суммарного объема пор в исследуемых образцах. Ось абсцисс отражает диаметр пор в ангстремах (10 А=1 нм), ось ординат отражает объем пор в см3/г*А.
BJH Adsorption Cumulative Pore Volume
Halsey : Faas Correction
Pore Diameter (A)
Рис. 1. Зависимость диаметра пор от суммарного объема пор в образце МГ Белгородского месторождения (по оси Х-диаметр пор (А), по оси У - объем пор (см3/г))
Как видно из рис. 1, МГ Белгородского месторождения имеет макро-, мезо- и микропоры.
BJH Adsorption Cumulative Pore Volume
Halsey : Faas Correction
Kaolin
^—H—■
"3 -! -
Е . о . > Ф • о CL -
0.00—1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
60 80 100 200 400 600 800 1,000
Pore Diameter (A)
Рис. 2. Зависимость диаметра пор от суммарного объема пор в образце каолина Еленского месторождения (по оси Х-диаметр пор (А), по оси У - объем пор (см3/г))
Как видно из рис. 2, каолиновая глина Еленского месторождения имеет макро- и мезопоры.
BJH Adsorption Cumulative Pore Volume
Halsey : Faas Correction
Pore Diameter (A)
Рис. 3. Зависимость диаметра пор от суммарного объема пор в образце смектита диоктаэдрического (по оси Х-диаметр пор (А), по оси У - объем пор (см3/г))
Как видно из рис. 3, смектит диоктаэдрический имеет макро- и мезопоры. В таблице 1 показана анализ адсорбционных характеристик исследуемых образцов.
Таблица 1
Адсорбционные характеристики
Наименование глин Удельная поверхность, м2/г Объем пор, см3/г Средний размер пор, нм
МГ Белгородского месторождения 53,4591 0,064901 4,8
Каолиновая глина Еленского месторождения 5,4086 0,029896 22
Смектит диоктаэдрический, Франция 5,7774 0,042747 29
Как видно из табл. 1, большую удельную поверхность и объем пор имеет МГ глина Белгородского месторождения. Так как удельная поверхность является усреднённой характеристикой размеров внутренних пор пористого тела, высокие показатели данной характеристики взаимосвязаны с малым средним размером пор, который у МГ глины составляет 4,8 нм.
На основании зависимости диаметра пор от суммарного объема пор в исследуемых образцах была составлена диаграмма распределения пор в процентном соотношении (рис. 4):
100 80 60 40 20 0
-%
□ микропоры
□ мезопоры
□ макропоры
МГ каолин смектит Исследуемые глины
Рис.4. Зависимость вида пор от общего количества пор
Как видно из рис. 4, МГ Белгородского месторождения является адсорбентом со смешанной пористостью, каолиновая глина Еленского месторождения и смектит диоктаэдрический, Франция -комбинированными мезомакропористыми адсорбентами. У МГ глины Белгородского месторождения первичная пористость представлена микропорами, образованными межпакетным пространством минерала монтмориллонита, вторичная пористость - мезо- и макропорами, образованными зазорами между контактирующими частицами глины.
Для исследования адсорбционного взаимодействия глин и бактерий были использованы штаммы наиболее встречающихся условно-патогенных и патогенных микроорганизмов:
1. Escherichia coli - грамотрицательная условно-патогенная палочковидная бактерия размером 0,4-0,6 мкм - 2-3 мкм. Может вызывать инфекции мочевых путей, а также энтериты у детей до 2 лет.
2. Shigella sonnei - грамотрицательная палочковидная патогенная бактерия с закругленными концами размером 2-3 мкм - 0,5-7 мкм. Может вызывать дизентерию.
3. Klebsiella pneumoniae - прямая грамотрицательная палочковидная условно-патогенная бактерия размером 0,5-0,8 мкм - 1-2 мкм. Может вызывать пневмонию.
4. Staphylococcus aures - шаровидная грамположительная условно-патогенная бактерия диаметром 0,6-1 мкм. Может вызывать инфекции кожных покровов, мочевых путей, дыхательных путей, пищевой токсикоз и токсический шок.
Методика исследования включает следующие этапы: предварительно исследуемые образцы глин автоклавировали при давлении 0,5 атмосфер в течение 30 минут. Навеску глины разводили в 0,9 % растворе натрия хлорида до получения 10 % суспензии. В пробирку помещали 1 мл 10 % суспензии глины, добавляли музейную культуру микроорганизма с концентрацией 105 КОЕ (колониеобра-зующая единица). Одну пробирку использовали как контрольную без добавления микроорганизма. Пробирки инкубировали при 37° C 24 часа. Платиновой петлей, диаметром 2 мм, емкостью 0,005 мл,
производят посев 10 % суспензии глины (30-40 штрихов) на сектор A чашки Петри с простым питательным агаром. После этого петлю прожигают и производят 4 штриховых посева из сектора A в сектор I и аналогичным образом - из сектора I во II и из II в III. Чашки Петри инкубировали при 37° C 24 часа, после чего подсчитывали число колоний, выросших в разных секторах. Определяли количество выделенных колоний. С этой целью применяли количественные методы исследования, основанные на определении числа микробных клеток в 1 мл 10% суспензии глины. Для сходимости результатов исследования проводили три раза.
Полученные результаты по изучению микробиологических свойств исследуемых глин при концентрации 100 мг глины на 1 мл простого питательного агара представлены в таблице 2.
Таблица 2
Анализ микробиологических свойств исследуемых глин
№ п/п Наименование Микроорганизм, размер Контроль, кое Мг Белгородского месторождения, кое Каолиновая глина еленского месторождения, кое Смектит диоктаэдрический, франциякое
1 Escherichia coli, 0,4-3 мкм 105 105 104 104
2 Shigella sonnei, 2-7 мкм 105 5*106 5*104 5*105
3 Klebsiella pneumoniae, 0,5-2 мкм 105 108 5*105 5*106
4 Staphylococcus aures, диаметром 1 мкм более 108 107 108 108
Как видно из таблицы 2, результаты микробиологического исследования влияния медицинских глин на рост микроорганизмов представлены следующим образом: выявлено подавление роста Escherichia coli каолиновой глиной Еленского месторождения и смектитом диоктаэдрическим в 10 раз, выявлено замедление роста Escherichia coli МГ глиной Белгородского месторождения, выявлено подавление роста Shigella sonnei каолиновой глиной Еленского месторождения - в 5 раз, выявлено подавление роста Staphylococcus aures МГ глиной Белгородского месторождения - в 10 раз. В отношении Klebsiella pneumoniae не отмечено уменьшения роста колоний микроорганизмов.
Заключение:
1. Проведены исследования изучения параметров пористой структуры образцов монтморил-лонитовой глины Белгородского месторождения, каолиновой глины Еленского месторождения и смектита диоктаэдрического. Установлено, что по показателям удельная поверхность и объем пор МГ Белгородского месторождения превосходит стандартизированные субстанции каолина и смектита. МГ Белгородского месторождения является адсорбентом со смешанной пористостью, каолиновая глина Еленского месторождения и смектит диоктаэдрический, страна производитель - Франция -комбинированными мезомакропористыми адсорбентами.
2. Результаты микробиологического исследования позволяют сделать вывод о наличии адсорбционных свойств у каолиновой глины Еленского месторождения и смектита диоктаэдрического по отношению к Escherichia coli, у каолиновой глины Еленского месторождения по отношению к Shigella sonnei, у МГ глины Белгородского месторождения по отношению к Staphylococcus aures и Escherichia coli.
3. МГ можно рекомендовать для дальнейшего изучения как адросорбент, способный адсорбировать токсические вещества размером 1,5 нм до 100 нм, а также микроорганизмы вида Staphylococcus aures и Escherichia coli, которые являются одними из причин острых отравлений.
* Исследования выполнены с использованием оборудования Центра коллективного пользования БелГУ «Диагностика структуры и свойства наноматериалов».
** Исследования выполнены с использованием оборудования Контрольно-диагностической лаборатории Областного государственного бюджетного учреждения здравоохранения «Шебекинская центральная районная больница».
Литература
1. И.В. Маев, А.А. Самсонов, Н.Н. Голубев. Аспекты клинического применения энтеросорбента Не-осмектин / / РМЖ «Болезни органов пищеварения». - 2008. - № 2.
2. Приказ МЗ СССР от 22.04.1985 г. № 535 «Об унификации микробиологических (бактериологических) методов исследования, применяемых в клинико-диагностических лабораториях лечебно-профилактических учреждений».
3. Е.Т. Жилякова, О.О. Новиков, А.В. Бондарев, Г.В. Фролов. Опеределение технологических и адсорбционных показателей медицинских глин // Научные ведомости БелГУ. Серия: Медицина. Фармация. - 2013. -№ 18. - С. 229-234.
4. О.М. Хребтова, Е.М. Моисеева. Микробиологические исследования глауконита Пальмникенского месторождения для потенциального применения в медицинской практике // Актуальные проблемы современной науки. 2012. - Т. 1, № 3.
DETERMINATION OF THE ADSORPTION AND MICROBIOLOGICAL INDICES OF MEDICAL CLAYS E.T. ZHILYAKOVA
Belgorod National Researh University
A.V. BONDAREV M.Y. NOVIKOVA
The article presents the results of investigations of adsorption and microbiological characteristics of medical clay. The obtained data made to the project pharmacopoeial article for the drug substance medical montmorillonite clay.
e-mail: [email protected]
Keywords: clay, adsorption, pores, microorganism.
