Оксидативные реакции при острых отравлениях гидроксиламинсульфатом и применение антиоксидантов альфа-токоферола ацетата и тиоктовой кислоты при их лечении

  • Авторы: Г.Н. Проданчук
  • УДК: 615.9:577:615
Скачать вложения:

Г.Н. Проданчук

Институт экогигиены и токсикологии им. Л. И. Медведя, Киев

РЕЗЮМЕ. Статья посвящена клинико-экспериментальному изучению основных закономерностей и особенностей формирования гематотоксических эффектов гидроксиламинсульфата (ГАС) при острых отравлениях и обоснованию новых методов диагностики и лечения. Клиническое изучение результатов обследования и лечения 158 больных с острым отравлением ГАС и экспериментальная оценка гематотоксических эффектов ГАС на крысах in vivo и in vitro на тимоцитах и эритроцитах показали, что ГАС вызывает в организме окислительный стресс, обусловленный освобождением NO и других активных форм кислорода, с формированием токсической метгемоглобинемии (ТМ) с образованием метгемоглобина (MetHb), сульфгемоглобина (S-Hb), пойкилоцитоза, телец Гейнца-Эрлиха и стойких железонитрозильных комплексов в эритроцитах на фоне истощения тиоловых соединений и активации процессов ПОЛ, угнетения антиоксидантной системы и повышения содержания в крови свободного трехвалентного железа (Fe3+), обладающего высокой прооксидантной активностью. Установлено, что все эти процессы способствуют нарушению структуры и кислородотранспортной функции эритроцитов, что приводит к их преждевременной утилизации в селезенке и гемолизу с развитием гемолитической анемии с компенсаторным ретикулоцитозом, гипербилирубинемией и уробилинемией. Наряду с гематотоксическими эффектами, которые развиваются в токсикогенной фазе, отравление ГАС характеризуется формированием системных нарушений, преимущественно в соматогенной фазе интоксикации: астено-вегетативного синдрома (98%), острой кардиопатии (36,8%), гепатопатии (32,9%), вегетативно-сенсорной полиневропатии конечностей (7,8%) и в отдельных случаях инфаркта селезенки и сердца, обусловленных как гематотокси-ческими нарушениями и окислительным стрессом, так эндотоксикозом и общетоксическим действием ГАС. Для оценки тяжести патологического процесса и прогноза отдаленных последствий интоксикации ГАС наряду с оценкой уровня MetHb и S-Hb обосновано определение показателей эндотоксикоза по нарастанию уровня среднемолекулярных пептидов, мелких патогенных ЦИК. Для ранней диагностики токсической нефропатии ("гемолитической почки") обосновано определение содержания β2-микроглобулина в крови и моче. Показано, что использование традиционных антиоксидантов — метиленового синего и аскорбиновой кислоты не снижают уровень MеtHb в крови при интоксикации ГАС. Использование антиоксидантов α-токоферола ацетата и α-липоевой (тиоктовой) кислоты на фоне неспецифической детокси-кационной терапии и коррекции метаболического ацидоза повышают эффективность лечения, так как существенно сокращают сроки восстановления MеtHb (р <0,05), S-Hb (р <0,05) и гемоглобина и билирубина (р <0,05), а также быстрее уменьшают выраженность системных нарушений.
Ключевые слова: гидроксиламинсульфат, механизмы гематотоксичности, острое отравление, диагностика, лечение.

Гидроксиламин (ГА) и гидроксиламин-сульфат (ГАС) являются одними из типичных метгемоглобинобразователей, широко используются в синтезе фармпрепаратов, пестицидов, красителей, капролактама и других органических соединений. ГА и ГАС привлекают внимание многих исследователей в связи с их уникальными биологическими эффектами, которые характеризуются сравнительно с другими ксенобиотиками-метгемоглобинобразователями более быстрым и более интенсивным формированием ТМ, выраженной гемолитической анемией, сульфгемоглобинемией и разнообразными системными нарушениями [1, 2, 3]. Эти свойства обусловили широкое использование ГА и его соединений в качестве модельных препаратов при изучении механизмов действия ксенобиотиков-окислителей in vitro и in vivo, а также для оценки эффективности средств лечения ТМ. Невзирая на исследования, которые проводятся, механизмы формирования ТМ и гемолитической анемии при интоксикациях ГА и ГАС окончательно не установлены, что затрудняет проведение эффективной терапии. Остается неизученной патогенетическая значимость активных форм кислорода, в частности NO, свободного железа крови в генезе формирования гемо- и цито-токсических эффектов ГАС. Трудно объяснить причину поддержания метаболической гипоксии и развития системных нарушений у больных после восстановления метгемоглобина (MtHb) и гемоглобина (Hb). В связи с этим важным является установить основные закономерности в формировании гемотоксических и метгемоглобинобразовательных свойств гидроксиламинсульфата для обоснования новых методов диагностики и лечения вызванных ими отравлений.

Для решения проблемы изучена динамика клинических и гематологических показателей в двух группах больных с острым отравлением ГАС: I группа — 76 больных, из них 62 взрослых и 14 детей в возрасте от 3 до 12 лет, II группа — 72 больных, из них 56 взрослых и 16 детей в возрасте от 3 до 16 лет. Причиной перорального отравления в обеих группах оказался гидроксиламинсульфат (ГАС), купленный на рынке под видом "лимонной кислоты", которую использовали для приготовления лимонада в домашних условиях. Вместе с клиническими исследованиями проведено изучение NO-образовательных, цито- и гемотоксических эффектов в остром и подостром эксперименте на крысах и in vitro на тимоцитах и эритроцитах крови крыс.

Анализ клинических показателей у больных с острым отравлением ГАС показал, что основными симптомами отравления были акроцианоз разной степени выраженности, головная боль, головокружение, общая слабость, тошнота, рвота, сердцебиение, боль в правом и левом подреберье, реже — одышка, боль в области сердца, парестезии в пальцах конечностей, иктеричность кожи и слизистых оболочек, гепато- и спленомегалия. По степени выраженности клинических проявлений больные были разделены на 2 группы — с легкой степенью и со средней и тяжёлой. Легкая степень интоксикации устанавливалась в случаях удовлетворительного общего состояния при уровнях MtHb не выше 20 % и снижении уровня Hb не ниже 90 г / л. Средняя степень интоксикации устанавливалась больным с общим состоянием средней тяжести с уровнем MtHb от 20 до 40 % и тяжелая степень интоксикации устанавливалась больным с тяжелым общим состоянием: с выраженным цианозом, многократной рвотой, тахикардией, одышкой в спокойствии, с уровнем MtHb выше 40 %. Так как количество больных с тяжелой степенью интоксикации было небольшим (8 лиц), для анализа результатов обследования и лечения они были объединены с группой со средней степенью интоксикации ГАС. Среди 76 больных И группы 60 больных были с легкой степенью интоксикации и 16 — со средней и тяжелой степенью интоксикации (8 и 8 соответственно). Из 72 больных ІІ группы с отравлением ГАС 51 больной был с легкой степенью интоксикации и 21 — со средней. Тяжелая степень интоксикации у больных ІІ группы не выявлялась. Если у больных с легкой степенью интоксикации ГАС гемотоксические эффекты заболевания исчезали или уменьшались через 3-6 дней, то у больных с тяжелой степенью они держались до 18 дней и больше.

Изучение гематологических показателей у больных позволило установить, что острое отравление ГАС сопровождается развитием метгемоглобинемии, сульфгемоглобинемии, появлением телец Гейнца-Эрлиха в эритроцитах, развитием гемолитической анемии, а также компенсаторным ретикулоцитозом, гипербилирубинемией и уробилинемией. У больных I группы, госпитализированных в 1-2 день после отравления, метгемоглобинемия выявлена в 90,8 % случаев с уровнем MtHb от 4 до 47 %. У больных II группы, госпитализированных в большинстве случаев на 3-5 день после отравления, MtHb выявлялся реже и колебался от 1,8 до 32 %. Вместе с этим выявлялась гемолитическая анемия со снижением Hb при легкой степени отравления до 90 г/л, при средней и тяжёлой — до 40 г/л; со снижением количества эритроцитов до 2,0•1012/л. Одновременно в результате гемолиза эритроцитов наблюдалась гипербилирубинемия — 92,1 % в I группе и несколько реже — в II, с повышением общего билирубина до 160 мкмоль/л в I группе (преимущественно за счет непрямой фракции) и до 95 мкмоль /л — во II группе.

Изучение динамики гематологических показателей при остром отравлении ГАС позволило выявить следующие закономерности:
1) основным проявлением гемотоксических эффектов ГАС у больных с вызванным им острым отравлением были метгемоглобинемия (от 4 до 47 %) и сульфгемоглобинемия (от 1 до 12 %) с образованием поврежденных эритроцитов, которые содержат в большинстве случаев тельца Гейнца-Эрлиха. Данные гемотоксические эффекты сопровождаются развитием гемолитической анемии с компенсаторным ретикулоцитозом и гипербилирубинемией;
2) уровень MtHb при легкой степени интоксикации в большинстве случаев нормализовался через 3-4 дня, при выраженных формах — через 4-6 дней; 3) содержимое SHb в крови было более стойким, его наиболее высокий уровень был в токсикогенной фазе интоксикации (6,4 ± 0,44 %), почти такой же уровень наблюдался через неделю, а у больных со средней и тяжелой степенью интоксикации он оставался несколько повышенным и через 3 недели; 4) уровень Hb при легкой степени интоксикации нормализовался в большинстве случаев через неделю, при средней и тяжелой — преимущественно через 2-3 недели.

Следует отметить, что в обеих группах больных с выраженными формами интоксикации после некоторого повышения уровня Hb через неделю после отравления отмечалось повторное снижение его уровня через 9-10 дней, которое, по-видимому, связано со снижением жизнеспособности эритроцитов в результате гемотоксических эффектов ГАС и усиленной их секвестрацией в синусоидах селезенки, поскольку повторная волна снижения уровня Hb сопровождалась спленомегалией, повторным ростом ретикулоцитоза и гипербилирубинемией.

Если метгемоглобинемия проявлялась преимущественно в токсикогенной фазе интоксикации, то соматогенная фаза характеризовалась ростом системных токсичных нарушений: развитием астено-вегетативного синдрома и гемолитической анемии в большинстве случаев (в 100 и 90,8 % соответственно), реже — токсической кардиопатии (36,8 %) и гепатопатии (32,9 %), в отдельных случаях — вегетативно-сенсорной полиневропатии, острой пневмонии, в одном случае — развитием крупного инфаркта селезенки и мелкоочагового инфаркта сердца. Развитие этих системных нарушений связано, по-видимому, не только с гипоксией в результате ТМ, но и с общетоксическим действием ГАС и его метаболитов, а также с нарушением микроциркуляции, вязкости крови, что при ТМ отмечали и другие авторы [2, 3]. Экспериментальными исследованиями ряда авторов доказано, что интоксикация ксенобиотиками-окислителями (ГА, ГАС, гидразином, фенилгидразином и др.) сопровождается стойкими дегенеративными изменениями в эритроцитах с нарушением их формы, структуры с накоплением деривата Нb, с активацией в них прооксидантных процессов и истощением антиоксидантных тиоловых соединений и энзимов (глютатиона, каталазы, супероксиддисмутазы, глютатионредуктазы и др.) [1, 2, 3, 4]. При этом морфологические и биохимические изменения в эритроцитах сопровождаются нарушением их кислородтранспортной функции, распознаются макрофагами селезенки как неполноценные и утилизируются в ее синусоидах, что, наверное, и является основной причиной формирования гемолитической анемии. Выявленная в эксперименте компенсаторная активация эритропоэза в красной пульпе селезенки, в печенке и почках у наших больных с отравлением ГАС характеризовалась ростом компенсаторного ретикулоцитоза. Не исключено, что в определенной мере формированию гемолитической анемии у наших больных способствовал эндотоксикоз с повышением уровня среднемолекулярных пептидов и повышением уровня патогенных мелких иммунных комплексов, особенно у больных с тяжелой степенью интоксикации. В то же время остается непонятным, почему даже после возобновления уровня MtHb и повышения уровня Hb у больных сохраняется метаболическая гипоксия, для которой характерен окислительный стресс, гиперкапния и накопление кислых интермедиатов, приводящих к развитию ацидоза, а также общая слабость и одышка при небольшой физической нагрузке, что проедставляло интерес уточнить при экспериментальных исследованиях.

При лечении больных с острым отравлением ГАС вместе с неспецифической детоксикационной терапией в первые дни проведена попытка деметгемоглобинизации с использованием метиленового синего и аскорбиновой кислоты, однако их применение не вызывало снижения уровня MtHb на протяжении суток. Отсутствие эффекта этих антиоксидантов при ТМ, которая вызвана ГА и его соединениями, отмечают и другие авторы [3, 4, 5]. Подчеркивается, что если аскорбиновая кислота даже в малых концентрациях резко изменяет характер нитритиндуцированного MtHb-образования, то на процесс его образования, которое вызывается ГА, она никакого влияния не оказывает даже в огромных дозах. Отмечено, что причины отсутствия деметгемоглобинизации при действии таких активных антиоксидантов при ТМ, которая вызвана соединениями ГА, остаются неясными.

Литературные данные свидетельствуют о том, что ГА и его соединения вызывают в организме метаболический ацидоз [1, 2, 3]. Выявленные нами признаки метаболического ацидоза послужили основой для использования в обеих группах больных в комплексе детоксикационной терапии ощелачивание крови с применением нескольких (1-3) инфузий 4 % раствора бикарбоната натрия, что сопровождалось улучшением общего положения больных (уменьшением головной боли, тошноты, рвоты, боли в правом и левом подреберье). Считается, что в кислой среде ГАС ведет себя как окислитель, а в щелочной — как восстановитель [1, 2, 5]. Сочетание ощелачивания крови с инфузиями антиоксиданта α-токоферола ацетата и α-липоевой (тиоктовой) кислоты у больных I группы способствовало более заметному терапевтическому эффекту, более раннему восстановлению гематологических показателей, невзирая на большее количество больных с выраженной интоксикацией. Так, у больных с легкой степенью интоксикации, которых лечили с включением указанных антиоксидантов, срок возобновления MtHb и Hb в среднем составил 3,20 ± 0,03 и 3,21 ± 0,05 дней соответственно, а со средней и тяжелой степенью — 4,62 ± 0,31 и 14,22 ± 0,91 дней соответственно, тогда как в группе больных, которых лечили с традиционными антиоксидантами (метиленовый синий и витамин С с коррекцией ацидоза) срок восстановления MtHb и Hb был достоверно выше (p < 0,05)). Это связано, по-видимому, с действием витамина Е и α-липоевой (тиоктовой) кислоты, как антиоксидантов, которые снижают активность процессов перекисного окисления липидов в организме, и стимулируют активность глютатиона, супероксиддисмутазы, а также обладают цитопротекторными и детоксикационными свойствами.

Изучение уровня β2-микроглобулина у крови и моче и кортизола в крови больных с отравлением ГАС показало, что исследование кортизола диагностической значимости не имеет, в то же время повышение уровня β2-микроглобулина в крови и моче опережает появление протеинурии и может быть использовано для выявления ранних форм токсичного поражения почек ("гемолитической почки").

Обследование больных в отдаленном периоде (через 1 и 3 года) показало, что в большинстве случаев наблюдается регресс клинических проявлений отравления ГАС. Лишь в отдельных случаях (8 %) наблюдалась рецидивирующая гипохромная анемия, у 6 больных — умеренно выраженный хронический гепатит. В остром периоде у этих больных наблюдался повышенный уровень среднемолекулярных пептидов, которые отображают состояние эндотоксикоза, и повышенное содержание мелких патогенных ЦИК, в связи с чем эти тесты можно использовать для прогнозирования неблагоприятных последствий отравления ГАС.

Проведенные нами экспериментальные исследования в опытах на крысах in vivo и in vitro с образцами крови, эритроцитов и тимоцитов с помощью методов ЭПР и фотометрической спектроскопии показали, что введенный в организм ГАС поглощается эритроцитами, где образует крепкий аддукт с гемовым железом, который сначала находится в окисленном состоянии (Fe3+Hb-ГА), но со временем восстанавливается до Fe2+Hb-ГА. По ЭПР-спектральным характеристикам этот преобразованный аддукт восстановленного железа (Fe2+) полностью идентичен нитрозильному комплексу, который образуется при взаимодействии гемоглобина из NO в виде Hb-NO, но отличается высокой стабильностью при хранении в 10М растворе мочевины, при изменении рН среды от 2 до 10 и при инкубации в термостате в течение 1-2 суток.

Наличие крепкого аддукта ГАС с железом (в виде Fe3+ и Fe2+) в эритроцитах, очевидно, является одной из главных причин нарушения кислородтранспортной функции и стойких структурно-метаболических изменений в эритроцитах, которые приводят к снижению резистентности этих клеток, распознаванию их организмом как дефектных и выведению из кровяного русла для утилизации, преимущественно в селезенке.

Введение крысам ГАС вызывает состояние оксидативного стресса, на что указывает направленность изменений ЭПР-сигналов, характерных для ксантиноксидазы и Q -убихиновых свободных радикалов и снижения тех из них, что относятся к супероксиддисмутазе и церрулоплазмину. Оксидативный стресс у крыс характеризуется снижением содержания глютатиона (GSH), появлением лабильного окисленного железа в крови и интенсификацией перекисного окисления липидов (ПОЛ) в печени, которая несомненно способствует реализации гемотоксических эффектов ГАС.

В опытах in vitro на тимоцитах с помощью ловушки NO (ДЕТК-Fe2+), которая вводится в клеточные структуры, показано, что цитотоксичность ГАС определяется двумя механизмами, один из них опосредуется высвобождением свободного NO из ГАС, а другой с этим процессом не связан, а обусловлен формированием стойких ковалентносвязанных аддуктов

(Fe+3 гем.-NH2OH), которые нарушают кислородтранспортную функцию эритроцитов, что и поддерживает метаболическую гипоксию даже после возобновления MtHb и Hb. Возможно, что вторая волна анемии через 8-10 суток у больных с выраженной интоксикацией связана с распадом этих стойких комплексов и высвобождением ГАС. Внутриклеточное образование свободного NO в эритроцитах вносит определенный вклад в формирование гемотоксических нарушений ГАС, но, по-видимому, играет не основную патогенетическую роль, на что указывает небольшое увеличение суммарного уровня нитритов и нитратов в сыворотке крови. Возможно внутриклеточно образованный NO участвует в формировании стойких железонитрозильных комплексов в эритроцитах, в связи с чем интенсивного нарастания содержимого суммарного уровня нитритов и нитратов в сыворотке крови не отмечалось. В эксперименте на крысах показано, что отравление животных ГАС сопровождается увеличением спонтанного и аскорбатзависимого перекисного окисления липидов на 71 % и 36 % соответственно. Введение же α-токоферола ацетата (витамина Е) с одновременной коррекцией метаболического ацидоза уменьшает интенсивность ПОЛ до уровня, который ниже уровня ПОЛ у контрольных крыс. Таким образом экспериментальные и клинические данные свидетельствуют о целесообразности включения антиоксидантов (α-токоферола ацетата и α-липоевой кислоты) вместе с коррекцией ацидоза в комплексную терапию острых отравлений ГАС.

Анализ литературных данных и результатов собственных клинико-экспериментальных исследований позволил обосновать общую схему формирования гемолитической анемии при действии ГАС, а также обосновать общие принципы комплексной рациональной детоксикационной терапии токсических метгемоглобинемий при действии ГАС с включением в общую схему рациональной терапии антиоксидантов: α-токоферола ацетата и α-липоевой (тиоктовой) кислоты с коррекцией ацидоза.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Василенко Н.М. Действие ксенобиотиков на систему крови // Общая токсикология /Н.М. Василенко, Б.А. Курляндский, В.А. Филов — М.: Медицина. — 2002. — C. 258—289.

2. Wright R.O. Methemoglobinemia: Etiology, Pharmacology and Clinical Management / R.O.Wright, W.I. Lewander, A.D. Wolf // Ann. Emerg. Med. — 1999. — 5 (34). — P. 646—656.

3. David C.L. Methemoglobinemia / C.L. David // Crit. Care Med. — 2000. — 4 (28). — P. 958—996.

4. Magnani M. Red blood cell phagocytosis and lysis following oxidative damage by phenylhydrazine / M. Magnani, V. Stocchi, L. Cucchiarini // Cell. Biochem. Funct. — 1986. — 4. — P. 263—269.

5. Gharahbaghian L. Methemoglobinemia and sulfhemoglobinemia in two pediatric patients after ingestion of hydroxylamine Sulfate / L. Gharahbaghian, B. Massoudian, G. DiMassa // Western Journal of Emergency Medicine. — 2009. — 10 (3). — P. 197—201.

 

REFERENCES

1. Vasilenko N.M. Dejstvie ksenobiotikov na sistemu krovi // Obschaya toksikologiya /N.M. Vasilenko, B.A. Kurlyandskij, V.A. Filov — M.: Medicina. — 2002. — C. 258—289.

2. Wright R.O. Methemoglobinemia: Etiology, Pharmacology and Clinical Management / R.O.Wright, W.I. Lewander, A.D. Wolf // Ann. Emerg. Med. — 1999. — 5 (34). — P. 646—656.

3. David C.L. Methemoglobinemia / C.L. David // Crit. Care Med. — 2000. — 4 (28). — P. 958—996.

4. Magnani M. Red blood cell phagocytosis and lysis following oxidative damage by phenylhydrazine / M. Magnani, V. Stocchi, L. Cucchiarini // Cell. Biochem. Funct. — 1986. — 4. — P. 263—269.

5. Gharahbaghian L. Methemoglobinemia and sulfhemoglobinemia in two pediatric patients after ingestion of hydroxylamine Sulfate / L. Gharahbaghian, B. Massoudian, G. DiMassa // Western Journal of Emergency Medicine. — 2009. — 10 (3). — P. 197—201.