Энтеросорбция используется в медицине и ветеринарии для лечения острых и хронических заболеваний, сопровождающихся токсикозами, нарушениями пищеварения, иммунного статуса, метаболизма липидов, желчных кислот и других видов обмена.
С каждым годом показания для энтеросорбции расширяются, энтеральное использование сорбентов позволяет исключить или снизить интенсивность медикаментозной терапии, в том числе и антибиотикотерапии, гормонотерапии, десенсибилизирующего лечения. Энтеросорбенты компенсируют недостаток естественных пищевых волокон в рационе, способны связывать многие виды ксенобиотиков, число которых уже исчисляется миллионами. При многих патологических процессах энтеросорбция стала основным методом лечения, на фоне которого используются фармакотерапия и экстракорпоральные методы детоксикации. Научные исследования в этом направлении активизировались в последнее время в связи с широким применением энтеросорбентов, обладающих различными сорбционными свойствами. Интерес к сорбционным методам детоксикации и коррекции гомеостаза инфекционных больных в последние годы существенно возрос в связи с полирезистентностью многих бактерий к антибиотикам и сульфаниламидам, увеличением частоты побочных явлений, связанных с их использованием. Сорбенты способны поглощать из многокомпонентных растворов эндо — и экзотоксины, а вещества с макро — и мезопорами, кроме того, могут фиксировать на своей поверхности возбудителей бактериальной и вирусной природы, выключая их таким образом из патологического процесса. В настоящий момент широко используются продукты переработки древесного сырья (лигнины, целлюлоза, активированный уголь), вещества минеральной природы (алюмосиликаты, цеолиты) и др.
В связи с разработкой все новых сорбционных материалов становится особо актуальной всесторонняя оценка свойств новых энтеросорбентов, анализ данных о рельефе поверхности, возможности связывать и удалять конечные продукты метаболизма. Следует отметить, что до настоящего времени не рассматривался вопрос о действии на энтеросорбент пищеварительных соков: слюны, желудочного, поджелудочного и т. д. Если это отношение сложилось при использовании весьма инертных в химическом смысле сорбционных продуктов (активированного угля, целлюлозы), то при появлении энтеросорбентов нового поколения их инертность становится не столь очевидной и превращения сорбента по мере продвижения по желудочно-кишечному тракту требуют специального исследования. Сегодня актуален поиск оптимальных методов, способных осуществлять общую детоксикацию организма животных с тем, чтобы, с одной стороны, нормализовать статус их здоровья, с другой — организовать разрыв порочной цепи перехода и кумуляции токсинов в системе: животное — продукция животноводства — человек.
Наиболее адекватным для решения задач детоксикации и наименее травматичным является метод энтеросорбции, заключающийся в пероральном введении ряда адсорбентов — веществ, способных удерживать на своей поверхности токсические компоненты химуса. Связанные вещества затем удаляются из организма с каловыми массами и исключаются из процессов всасывания и циркуляции. Разработаны и внедрены в производство и лекарственную практику целые классы адсорбентов. Активное применение в ветеринарии нашли такие энтеросорбенты, как лечебный лигнин (полифепан), активированный уголь, хитин и хитозан, алюмосиликаты — каолин, энтеросорбент-В и др.
В зависимости от своей химической природы каждый адсорбент обладает рядом уникальных свойств, отличающих его от других адсорбентов. Для того чтобы оценить адсорбционную способность продукта, обычно используется набор параметров и технических характеристик. Прежде всего, это параметры пористой структуры материала и его удельная поверхность. Наиболее распространенными методами порометрии являются метод БЭТ и метод ртутной порометрии. В первом случае удельная поверхность образца определяется по величине адсорбции или десорбции какого-либо вещества, например, паров бензола. Недостатком метода БЭТ является получение разных значений при адсорбции различных веществ данным образцом. С помощью метода ртутной порометрии изучают распределение пор по радиусам. Этот метод очень эффективен и нагляден, но при больших значениях прилагаемого давления может наблюдаться разрушение материала образца. Поэтому параметры пористой структуры часто изучают по данным рентгенографии и электронной микроскопии.
По принятой в настоящее время классификации, активированные угли являются адсорбентами, содержащими поры всех типов, цеолиты — микропористыми, алюмосиликаты — мезо-макропористыми, а адсорбенты на основе целлюлозы являются макропористыми. Отметим, что роль макропор в адсорбционных процессах возрастает при рассмотрении фиксации на адсорбентах микроорганизмов, вирусов и других частиц, размеры которых соизмеримы с размерами макропор.
Применение активированного угля в качестве энтеросорбента связано с его известными адсорбционными свойствами. Сырьем для активированных углей различных марок являются каменный уголь, торф, древесина, косточки плодов и другие природные материалы. В медицине и ветеринарии нашли применение угли из синтетического и природного сырья. По форме и размеру частиц активированные угли для энтеросорбции подразделяются на порошковые (карболен, корболонг), гранулированные (энтеросорбент СКН) и волокнистые (ваулен). Они имеют больший объем мезопор, что позволяет им сорбировать на себя вещества молекулярной массы широкого спектра.
Из природных адсорбентов на основе алюмосиликатов наиболее известны каолин — белая глина, выпускаемый в виде белого порошка, и препарат «Смекта» на основе природного минерала смектит-монтмориллонита. Применяются они внутрь в виде водной суспензии, обладают противодиарейными, обволакивающими, адсорбирующими, антацидными свойствами, однако по сорбционным характеристикам уступают активированным углям и препаратам на основе лигнина.
Основными компонентами клеточных стенок растительного сырья, к которому относятся древесина различных пород (ель, сосна, береза, осина и др.) являются целлюлоза и лигнин, они служат ценным сырьем для производства адсорбентов различного назначения.
Целлюлоза представляет собой полисахарид, элементарным звеном макромолекулы которого является моносахарид — β-ангидро-D-глюкопираноза. Для целлюлозы характерны высокая степень гидрофильности и склонность к образованию многочисленных водородных связей между нитями полимеров. Водородные связи, являющиеся по сути сшивками между линейными цепями целлюлозы, на отдельных участках могут образовывать псевдокристаллические структуры, которые чередуются с более рыхлыми, аморфными областями. Между этими областями не существует фазовых переходов и резкой фазовой разграниченности. В целом получается микрогетерогенная структура, характер которой зависит от исходного материала и технологии обработки целлюлозы.
Природная целлюлоза имеет волокнистую структуру. Зазоры между волокнами внутри агрегатов и между ними образуют пористую структуру целлюлозы, которая характеризуется, в основном, макропорами с радиусом более 500 нм. Удельная поверхность составляет 1 м2/г. В силу своего большого сродства к молекулам воды целлюлоза хорошо адсорбирует воду и набухает, в результате чего ее удельная поверхность увеличивается до 108 м2/г. При удалении воды в процессе сушки целлюлозы образуются дополнительные водородные связи, и объем пор резко уменьшается. Природная целлюлоза является одним из видов пищевых волокон (ПВ). Наиболее доступным и используемым источником ПВ являются отруби. Положительный результат введения ПВ в рацион заключается в связывании в кишечнике некоторых соединений, например, желчных кислот, в снижении гиперлипидемии, в адсорбции патогенной микрофлоры и ее токсинов.
Лечебный лигнин (полифепан) является сорбентом на основе гидролизного лигнина и представляет собой природный полимер растительного происхождения иррегулярного строения.
Будучи ковалентно связанным с целлюлозой и гемицеллюлозой, лигнин формирует клеточные стенки растений. Наибольшее количество лигнина обнаружено в древесине хвойных и лиственных пород деревьев, в стеблях злаков. Основные структурные единицы макромолекулы лигнина — фенилпропановые фрагменты — соединены между собой эфирными, алкил-алкильными, арил-алкильными связями. Полимер содержит большое количество свободных гидроксильных, метоксильных, карбонильных и карбоксильных функциональных групп как в алифатических, так и в ароматических частях.
Гидролизный лигнин получают при кислотном гидролизе целлюлозы в качестве побочного продукта с последующим облагораживанием, нейтрализацией и промывкой. В результате выпускают фармакопейные препараты полифепан, лигносорб и энтеросорбент для животных под названием лечебный лигнин. Полифепан является мелкодисперсным порошком без запаха и вкуса, имеющим мезо — и макропоры. Данные ртутной порометрии свидетельствуют о наличии у полифепана мезопор радиусом 3-10 нм и 100-150 нм и макропор с радиусами 500-5000 нм. Наличие данных структур предполагает возможную адсорбцию крупных олиго — и полимерных молекул физиологически активных веществ. Фармакологическое действие полифепана направлено на выведение из организма токсинов экзогенной и эндогенной природы, ксенобиотиков, микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, продуктов биодеградации организма. Исследование сорбционной активности лечебного лигнина по отношению к ионам тяжелых металлов показало, что свинец, кадмий и медь сорбируются в количестве 0,04, 0,025 и 0,01 мг-ион/г соответственно. Проходя через желудочно-кишечный тракт, полифепан не всасывается ни в одном из его отделов; препарат химически инертен и биологически неактивен.
В наших исследованиях мы выявили микроструктуры энтеросорбентов, полученных в результате переработки лигнинов (полифепан), растений (фильтрум) и минерального сырья — вермикулита (энтеросорбент-В), провели подробный светооптический анализ различных фракций препарата фильтрум и широко используемых полифепана и энтеросорбента-В. Получили следующие результаты:
1. Препарат фильтрум получают, подвергая переработке растительное сырье. Имеется 4 фракции фитосорба: фракция 0,1— 1 мм — при микроскопическом исследовании наблюдали волокна бежевого цвета, слегка блестящие, длиной от 1 мм до 5 мм, шириной 0,1-1 мм; фракция 0,25—0,5 мм — волокна светло-бежевого цвета, гладкие, блестящие, а также частицы темно-коричневого и песочного цвета, имеющие пористую структуру, длина частиц до 4 мм, ширина 0,25-0,5 мм; фракция 0,125-0,25 мм — мелкие частицы коричневого цвета пористой структуры размером от 0,12 мм до 0,3 мм; фракция < 0,125 мм — длина пористых частиц 0,035-0,14 мм, ширина 0,014-0,125 мм.
2. Препарат полифепан — природный полимер растительного происхождения, состоящий в основном из лигнина (80%) и непрогидролизованной целлюлозы (20%). Морфологически представляет собой мелкодисперсный порошок, состоящий из фрагментов растительных частиц со слабо выраженной пористостью.
3. Препарат Энтеросорбент-В, получаемый из алюмосиликатов, представляет собой чешуйчатые гранулы серо-белого цвета, размером частиц до 3 мм. Морфологическая картина представлена мелкозернистым рельефом и углублениями диаметром 10-15 мкм
Пероральное использование сорбента предусматривает, что сам сорбент, находясь в полости кишки, ведет себя как относительно инертный материал. Его присутствие не должно вызывать каких-либо реактивных изменений в ткани кишки или эти изменения должны быть минимальными и сопоставимыми с теми, которые прослеживаются при смене рациона. Отечественными авторами показано, что использование мелкодиспергированных энтеросорбентов сопровождается всасыванием субмикронной фракции и поступлением частиц сорбента в лимфу. Учитывая то, что активная поверхность сорбента, имеющая множество центров химического и физического взаимодействия, способна вызывать в биологических структурах определенные изменения, исследователи полагают, что лучше исключить использование пылевидных фракций адсорбентов (субмикронные размеры частиц), отдав предпочтение препаратам меньшего размельчения.
В зависимости от вида сорбента, структуры сорбатов, путей поступления в организм ядов, стадии токсикоза, состояния обмена между кровью и энтеральной средой возможны различные механизмы энтеросорбции. Токсинами являются неоднородные по структуре и природе неорганические и органические вещества, продукты жизнедеятельности бактерий, растений и животных. При всех путях проникновения в организм токсины попадают в кровь и распределяются по органам и тканям с возможной альтерацией в зоне проникновения, а также избирательным действием на какой-либо орган или систему. В процессе распределения токсические компоненты в нативном или трансформированном виде через секрет слизистой оболочки, печени и поджелудочной железы поступают в просвет желудочно-кишечного тракта, откуда вновь могут всасываться в кровь. Первичное повреждение организма может усугубляться накоплением в организме эндогенных токсинов, к которым относятся: бактериальные экзо — и эндотоксины, поступающие в кровь из энтеральной среды и гнойных очагов; конечные метаболиты и промежуточные продукты обмена в высоких концентрациях; биологически активные вещества различных классов в концентрациях, превышающих физиологические; перекисные продукты; протеолитические, липолитические и другие виды ферментов. Эндогенные продукты также способны распределяться между кровью, тканями и энтеральной средой по известным путям массообмена.
Механизмы лечебного действия энтеросорбции связаны с прямым и опосредованным эффектами. В массообмене с сорбентом участвуют слюна, желудочный сок, желчь, панкреатический сок, соки тощей и подвздошной кишок. Уже в желудке происходит равномерное распределение сорбента в жидкой фазе секрета и пищевых компонентов, с которыми препарат поступает в двенадцатиперстную кишку. Вероятно, этап сорбции в желудке в кислой среде является весьма важным, так как сорбент не насыщен и имеет максимальную способность к связыванию токсических продуктов. В тонкой кишке происходит сорбция как веществ, принятых per os, так и компонентов секрета слизистой оболочки, печени и поджелудочной железы. При пролонгированном по времени приеме энтеросорбента в тонкой кишке на 1 г препарата приходится в среднем 100 мл химуса. Площадь контакта с химусом обратно пропорциональна размерам частиц сорбента. В связи с этим можно предполагать, что скорость сорбции и насыщения сорбента при прочих равных условиях будет большей при использовании мелкодиспергированных препаратов. Увеличение размера частиц должно повлечь за собой пролонгирование и усиление этого процесса в дистальных отделах кишечника. По мере продвижения энтеросорбента по кишечнику соотношение между количеством препарата и химусом повышается за счет концентрации кишечного содержимого и составляет в терминальном отделе толстой кишки 1 : 2-1 : 4. Концентрация кишечного содержимого меняет условия сорбции, и сорбционная емкость препарата снижается. Компоненты, проходящие из сосудистого русла в интерстиций, а затем в просвет кишки через железистый аппарат, транс — или парацеллюлярно, достигают гликокаликса и транспортируются в слизистом слое в основном за счет диффузии. В просвете кишки транспорт веществ к сорбенту происходит путем облегченной диффузии по градиенту концентрации и за счет конвективных потоков, поддерживаемых перистальтикой кишечника. В тех случаях, когда слой слизистых наложений непрерывен, соприкосновения сорбента и эпителия не происходит. Возможно образование пристеночного слоя из сорбента: на поверхности и в складках слизистой оболочки выявляются гранулы адсорбента. Природный адсорбент полифепан оставляет тонкий коричневый слой на слизистых наложениях. Углеволокнистые адсорбенты способны острыми кромками перфорировать слизь, взаимодействуя с энтероцитами.
Начиная с двенадцатиперстной кишки, процесс сорбции идет в щелочной среде и включает широкий спектр потенциальных сорбатов (микробы, бактериальные токсины, индол, скатол, газы). Сорбенты связывают некоторые пищеварительные ферменты и продукты гидролиза. В тонкой кишке возможна сорбция большого перечня БАВ (регуляторных пептидов, простагландинов, серотонина, гистамина и др.), поступающих в просвет с соками кишечника и желчью. Сорбция микробных клеток и их токсинов начинается с того отдела желудочно-кишечного тракта, где существует бактериальная колонизация. При некоторых заболеваниях различные штаммы микробов встречаются во всех отделах желудочно-кишечного тракта. Современные сорбенты связывают многие патогенные штаммы и их токсины. Первичные сорбционные эффекты сопровождаются вторичными позитивными реакциями. Сорбция токсинов и предотвращение их всасывания уменьшает метаболическую нагрузку на другие органы детоксикации и экскреции, способствует улучшению гуморальной среды и иммунного статуса. Известно, что прием пищи улучшает тканевую перфузию кишечника в полтора—два раза, усиливает моторику и потребление тканями кислорода во всех отделах желудочно-кишечного тракта. Голодная диета снижает моторику и эвакуацию гнилостных продуктов. Перераздутие кишечника газами приводит к блоку микроциркуляции и ингибированию обменных процессов. В процессе энтеросорбции происходит связывание газов при гнилостном брожении, что дает возможность устранить метеоризм и улучшить кровоснабжение кишечника. Проведенные электроэнтерограммы и механоэнтерограммы до и на фоне энтеросорбции у наркотизированной крысы показали увеличение амплитуды волн при наличии полифепана в кишечнике.
Продвигаясь по желудочно-кишечному тракту, сорбенты за счет раздражения рецепторных зон способны усиливать моторику кишечника и эвакуацию кишечного содержимого. Стимулирующий механизм энтеросорбции отмечен при острых и хронических поражениях желудочно-кишечного тракта. В литературе имеются сведения о позитивных изменениях биохимических и гематологических показателей крови при энтеросорбции. Так, при острых воспалениях, онкологических, аллергических заболеваниях, экзо — и эндотоксикозах наблюдалось восстановление показателей, характеризующих эндотоксемию (снижение лейкоцитоза, лейкоцитарного индекса интоксикации, исчезновение зернистости нейтрофилов, уменьшение токсичности плазмы), происходило снижение концентрации метаболитов (олигопептидов, мочевины, остаточного азота, креатинина, билирубина), улучшение клеточного и гуморального иммунитета, снижение сенсибилизации (увеличение количества Т-лимфоцитов, снижение эозинофилии, ЦИК, стабилизация иммуноглобулинов М и Е). Также было установлено, что энтеросорбенты не приводят к значительным изменениям гомеостаза у животных.
В работе с природными энтеросорбентами полифепаном и хитином было отмечено, что при достаточно устойчивом уровне общеклинических критериев отмечается отставание в росте белых крыс и смещение активности некоторых пищеварительных ферментов в слизистых наложениях желудка и кишечника. Соломенников (1988) установил изменение газового состава капиллярной крови кишечника и печени крыс на фоне длительной энтеросорбции, понижение метаболической нагрузки на органы и утилизации тканями кислорода. Длительное введение гранулированных энтеросорбентов кроликам также замедляло прирост массы тела, но не влияло на биохимические и гематологические показатели крови и функцию печени. Снижение массы тела у животных авторы объясняют сорбцией нутриентов (сахаров, жиров, пептидов) или воздействием на процессы пищеварения и всасывания. В пользу первого механизма свидетельствует сорбция указанных веществ практически на всех неселективных энтеросорбентах. Сорбция пищеварительных ферментов и смещение ферментативной активности слизистых наложений допускает существование второго пути воздействия. В ряде случаев на фоне энтеросорбции выявлялось усиление роста молодых животных, что, вероятно, обусловлено в большей мере профилактикой кишечных инфекций и других заболеваний.
Система гомеостаза, поддерживающая относительное постоянство биохимического состава крови в физиологических условиях, дестабилизируется после приема пищи и всасывания ее компонентов и вновь восстанавливается в достаточно короткий период времени. Процесс носит циклический нестационарный характер. Избыток или недостаток тех или иных компонентов в рационе способны вызывать нарушения гомеостаза со сдвигами констант крови. Подобный эффект может прослеживаться при нарушении полостного, мембранного или внутриклеточного пищеварения, например, в результате недостатка ферментов, изменения моторики или транспортных систем энтероцитов. Вещества, обладающие сорбционной активностью, могут применяться длительно в качестве пищевых добавок, использоваться для лечения ряда хронических заболеваний, выведения из организма ксенобиотиков. Таким образом, были сделаны выводы, что энтеросорбция в физиологических условиях не оказывает отрицательного действия на кишечную флору здоровых людей, а также на количественный состав анаэробной части микрофлоры (бифидобактерий). Прием препарата способствует значительному увеличению содержания сапрофитной микробной флоры — Е. coli и кокковых форм — в тех случаях, когда в исходном состоянии оно ниже нормы, что можно рассматривать как позитивный факт. На фоне энтеросорбции организм адаптируется к новым условиям энтеральной среды, что сопровождается комплексом субъективных ощущений и биохимических изменений.
В опыте животным ввели зондом по одному литру культуры бактерий или литр свежего, процеженного через 4 слоя марли рубцового содержимого от быка-донора. После этого животные в течение 21 дня получали высокоэнергетический рацион (кукуруза — 68,4%, соя — 15%, лузга хлопковая — 15%, известняк — 1%, минеральные соли — 0,6%, витамин А — 3300 ИЕ/кг). Приросты и использование корма были выше в обеих опытных группах на 30,5 и 21,5%. Использовали также лиофилизированное рубцовое содержимое от взрослых животных для ускорения адаптации телят в условиях раннего отъема. Телята опытной группы получали препарат лиофилизированного рубцового содержимого в течение пяти дней. Опыт продолжался 3 месяца. За период опыта в опытной группе была получена экономия заменителя цельного молока в 20% при одновременном увеличении прироста живой массы на 5%. Испытано влияние лиофилизированного рубцового содержимого на рост молодняка крупного рогатого скота и овец при интенсивном откорме — бычкам, переведенным на новый рацион заключительного периода откорма, в течение 5 дней на 1 голову в день давали по 3 г препарата «Валонор», содержащего 1,5 г лиофилизированного рубцового содержимого, а ягнятам — по 1 г препарата. Дача препарата повышала среднесуточные приросты у бычков с 1,0 кг (у контрольных животных) до 1,47 кг в опыте, у ягнят — с 245 г в контроле до 386 г в опыте. Препараты Bact. acidophilum широко изучены и внедряются в практику. Изучено формирование микрофлоры пищеварительного тракта у новорожденных телят при скармливании им культур Bact. acidophilum. Опыт был проведен на телятах в возрасте 1-30 дней, содержавшихся изолированно (в специально построенных камерах с подачей в них очищенного подогретого воздуха) и в обычных условиях хозяйства. Установлено, что условия содержания и скармливание ацидофильной культуры оказывают существенное влияние на формирование микрофлоры желудочно-кишечного тракта в первые сутки жизни животных. Через трое суток количество молочнокислых бактерий в кале телят, содержавшихся изолированно, особенно тех, которые получали ацидофилин, было значительно больше, чем в кале телят, выращиваемых в хозяйстве. По количеству кишечной палочки таких различий не наблюдалось.
Получены интересные данные о соотношении количества кишечной палочки и молочнокислых бактерий. У телят, помещенных в изолятор и получавших ацидофильную культуру с первых дней жизни, численность кишечной палочки и молочнокислых бактерий стабилизируется и соотношение их равно 1 : 1 до 30-дневного возраста. У телят, находившихся в изоляторе, но не получавших ацидофильной культуры, соотношение этих видов микроорганизмов в пищеварительном тракте составило 2:1, а у телят в условиях хозяйства — 5:1. Было выявлено, что соотношение количества кишечной палочки и молочнокислых бактерий характеризует физиологическое состояние организма и, в частности, пищеварительного тракта телят. При соотношении этих групп микроорганизмов 5 : 1 наблюдались частые расстройства пищеварения, а при соотношении 1 : 1 состояние телят было хорошее. Оценка состояния здоровья молодняка по соотношению кишечной палочки и молочнокислых бактерий — новый метод, позволяющий прогнозировать болезни желудочно-кишечного тракта молодняка крупного рогатого скота.