Разработка и оценка эффективности комбинаций биополимерных и минеральных энтеросорбентов в отношении металлов

Введение. Для защиты населения в условиях полиметаллического загрязнения среды обитания используется метод энтеросорбции, целью которого является выведение из организма избыточного количества поступающих металлов. В специализированной литературе в основном описывается клиническая эффективность энтеросорбентов, тогда как информации об их сорбционной ёмкости крайне недостаточно. Одним из подходов для повышения сорбционной ёмкости моноэнтеросорбентов является использование комбинаций энтеросорбентов с различными механизмами сорбции.

Цель исследования — провести сравнительную оценку сорбционной ёмкости различных типов энтеросорбентов, поиск оптимальных комбинаций биополимерных и минеральных энтеросорбентов, характеризующихся более высокой эффективной сорбционной ёмкостью, по сравнению с моноэнтеросорбентами.

Материал и методы. Экспериментальным путём оценивали сорбционную ёмкость энтеросорбентов. Для создания комбинаций определяли сорбционную ёмкость основных типов биополимерных и минеральных энтеросорбентов. Из биополимерных энтеросорбентов, по результатам тестирования моноэнтеросорбентов, выбраны хитинсодержащие препараты «Хитозан» и «Микотон» для создания комбинаций. Были выбраны наиболее распространённые минеральные энтеросорбенты: диоктаэдрический смектит («Смекта»), мелкодисперсный диоксид кремния («Полисорб МП»), активированный уголь, гранулированный цеолит на основе минерала осадочно-вулканического происхождения с содержанием клиноптилолита до 95% — ZeoDetox. Для моделирования сложного состава внутренней среды организма предложено использование молочной сыворотки, которая представляет собой многокомпонентную матрицу, состоящую из воды с растворёнными в ней минералами и органической фракцией (белки, углеводы, жиры и витамины).

Результаты. Экспериментальным путём разработан способ получения комбинаций энтеросорбентов, позволяющий получать их оптимальную однородную смесь, с качественно новыми свойствами. Эффективность комбинаций энтеросорбентов достигалась в результате тестирования моноэнтеросорбентов, с оценкой сорбционной ёмкости. Показана возможность использования молочной сыворотки, моделирующей жидкую фазу, в которой осуществляются процессы сорбции в организме, для оценки сорбционной ёмкости комбинаций энтеросорбентов. Созданные комбинации энтеросорбентов показали более высокую сорбционную ёмкость в отношении исследуемых металлов, по сравнению с отдельными моноэнтеросорбентами.

Ограничения исследования. Эксперимент проводился in vitro, что, с одной стороны, снимает этические ограничения, но формирует определённые качественные ограничения трактовки результатов и эффективность полученных сорбционных материалов в качестве энтеросорбентов.

Заключение. При поступлении высоких концентраций металлов, оптимальным составом являются смеси, сочетающие биополимеры с установленной высокой сорбционной ёмкостью и один из минеральных энтеросорбентов. Так, комбинированный энтеросорбент на основе цеолита и активированного угля показал относительно высокую абсолютную эффективность, по сравнению с другими комбинациями минеральных энтеросорбентов. При этом он обладает высокой селективностью, что в сочетании с низкой гидрофильностью является оптимальным для регулярного применения.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Тунакова Ю.А. – концепция и дизайн исследования;
Галимова А.Р. – проведение экспериментальных исследований;
Валиев В.С. – планирование исследования;
Файзуллин Р.И. – анализ и интерпретация полученных данных;
Шром И.А. – анализ литературы.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Научные исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках исполнения обязательств по Соглашению № 075-03-2024-067 от 17.01.2024 г. (номер темы FZSU-2023-0005).

Поступила в редакцию: 24 декабря 2024 / Поступила после доработки: 31 марта 2025 / Принята в печать: 14 июля 2025 / Опубликована: 29 августа 2025

1. Geovani Rocha de Freitas, Meuris Gurgel Carlos da Silva, Melissa Gurgel Adeodato Vieira Biosorption technology for removal of toxic metals: a review of commercial biosorbents and patents. Environ Sci Pollut Res Int. 2019; 26(19): 19097–118. https://doi.org/10.1007/s11356-019-05330-8

2. Coelho P., Costa S., Silva S., Walter A. Metal(loid) levels in biological matrices from human populations exposed to mining contamination – Panasqueira Mine (Portugal). Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 2012; 75(13–15): 893–908.

3. Phan K., Phan S., Huoy L., Suy B., Wong M.H., Hashim J.H., Mohamed Yasin M.S., Aljunid S.M., Sthiannopkao S., Kim K.W. Assessing mixed trace elements in groundwater and their health risk of residents living in the Mekong River basin of Cambodia. Environmental Pollution. 2013; 183: 111–19.

4. Qu C.S., Ma Z.W., Yang J. Human Exposure Pathways of Heavy Metals in a Lead-Zinc Mining Area, Jiangsu Province. China. PLoS One. 2012; 7(11): e46793 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0046793

5. Герникова Е.П., Лутцева А.И., Боковикова Т.Н., Мамашина Е.А., Биглова Ю.Р. Определение адсорбционной активности энтеросорбентов. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2013; 4: 47–50. https://elibrary.ru/rwvvad

6. Fatullayeva S., Tagiyev D., Zeynalov N. A review onenterosorbents and their application in clinical practice: Removal of toxic metals, Colloid and Interface Science Communications. 2021; 45: 100545. https://doi.org/10.1016/j.colcom.2021.100545 https://elibrary.ru/zxgzfl

7. Бондарев Е.В., Штрыголь С.Ю., Дырявый С.Б. Применение энтеросорбентов в медицинской практике. Провизор. Электронный ресурс. 2008; 13: 45–9. https://vk.cc/cNSN7n

8. Палий И.Г., Резниченко И.Г. Современный взгляд на проблему энтеросорбции: выбор оптимального препарата. Новости медицины и фармации. 2007; 11: 217.

9. Урсова Н.И., Горелов А.В. Современный взгляд на проблему энтеросорбции. Оптимальный подход к выбору препарата. Российский медицинский журнал. 2006; 19: 1391–6.

10. Щербаков П.Л., Петухов В.А. Сравнительная эффективность энтеросорбентов при диарее у детей. Вопросы современной педиатрии. 2005; 4(4): 86–90.

11. Решетников В.И. Оценка адсорбционной способности энтеросорбентов и их лекарственных форм. Химико-фармацевтический журнал. 2003; 5(37): 28–32.

12. Николаев В.Г., Михайловский С.В., Гурина Н.М. Современные энтеросорбенты и механизмы их действия: обзор. Эфферентная терапия. 2005; 4: 3–7.

13. Хотимченко Ю.С., Ермак И.М., Бедняк А.Е., Хасина Э.И., Кропотов А.В., Коленченко Е.А., Сергущенко И.С., Хотимченко М.Ю., Ковалев В.В. Фармакология некрахмальных полисахаридов. Вестник ДВОРАН. 2005; 1: 72–82.

14. Авалиани С.Л., Ревич Б.А., Захаров В.М. Мониторинг здоровья человека и здоровья среды. Региональная экологическая политика. М.: Изд-во центра экологической политики России; 2001.

15. Устинова Т.М., Венгерович Н.Г., Чалых С.Н., Гусак Т.И. Повышение биодоступности биотехнологических и иммунобиологических лекарственных препаратов с использованием микросфер хитозана (обзор литературы). Медлайн.ру. 2022; 23: 217–29.

16. Fatullayeva S.S., Tagiyev D.B., Zeynalov N.A., Raucci M.G., Amendola E., d’Ayala G.G., Guliyev A.D., Tagiyev S., Marcedula M.R., Demitri C., Guliyeva A.R., Suleymanova R.H. Synthesis and characterization of modified chitosan as a promising material for enterosorption of heavy metal ions. Carbohydrate Research. 2024; 545: 109255. https://doi.org/10.1016/j.carres.2024.109255

17. Фомичев А.В., Сосюкин А.Е., Малышева Е.В., Литвинцев Б.С., Лапина Н.В., Пимбурски В.Ф., Чухарев А.Е. Настоящее и будущее применения энтеросорбентов в профилактике и лечении неблагоприятного воздействия соединений тяжелых металлов. Токсикологический вестник. 2020; 2: 41–6.

18. Ситдикова Ф.Г., Галямова Р.К. Результаты исследования клинической эффективности энтеросорбента «Фильтрум-СТИ» при острых кишечных инфекциях у детей раннего возраста. Сборник клинических исследований препаратов «Фильтрум-СТИ» и «Лактофильтрум». Часть II: Инфекционные заболевания. М.; 2006: 9.

19. Касаткина М.А. Получение биологически активных пленочных материалов на основе хитозана, модифицированных полифосфатом. Химикофармацевтический журнал. 2016; 50(4): 32–9.

20. Бабаян М.Л. Влияние полисахаридов на внутрикишечный метаболизм: физиологические аспекты и возможности клинического применения. Лечащий врач. 2011; 6: 92–5.

21. Панфилова В.Н., Тарушенко Т.Е. Применение энтеросорбентов в клинической практике. Педиатрическая фармакология. 2012; 9(6): 34–9.

22. Самохин А.П., Крыщенко B.C., Минкина Т.М., Сшатовой А.А. Изотермы адсорбции цинка, меди и свинца черноземом обыкновенным при монометалльном и полиметалльном загрязнении. Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде. 2002; 1: 365–9.

23. Емельянов С.И., Брискин Б.С., Демидов Д.А., Демидова Т.И. Возможности энтеросорбции и эволюция энтеросорбентов для лечения хирургического эндотоксикоза. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2010; 11: 84–9.

24. Секун Д.М., Бутылин Ю.П., Стрелко В.В., Ромашов О.А. Влияние энтеросорбентов с различной химией поверхности на гомеостаз. В кн.: Внутривенная общая анестезия. Методы детоксикации. Тезисы докладов конференции. Киев – Ворошиловград; 1986: 156–9.

25. Тунакова Ю.А., Галимова А.Р., Валиев В.С., Шром И.А. Оценка сорбционной способности энтеросорбентов, применяемых для коррекции микроэлементного дисбаланса в организме. В кн.: Химия и инженерная экология — XXIV. Сборник трудов международной научной конференции (школы молодых ученых), посвященной Году научно-технического развития в Республике Татарстан. Казань; 2024: 128–30.

26. Водяницкий Ю.Н., Рогова О.Б., Пинский Д.Л. Применение уравнений Лэнгмюра и Дубинина — Радушкевича для описания поглощения меди и цинка дерново-карбонатной почвой. Почвоведение. 2000; 11: 1391–8.