Сравнительная оценка современных методов токсикологического скрининга отравляющих химических веществ

Comparative evaluation of modern methods of toxicological screening of poisonous chemicals

Автор: Поляков Никита Константинович

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия

e-mail: everlasting210799@gmail.com

Polyakov Nikita Konstantinovich

S.M. Kirov Military Medical Academy, St.-Petersburg, Russia

e-mail: everlasting210799@gmail.com  

Аннотация: Скрининг токсинов в лабораториях проводят с использованием нескольких методов, так как на сегодняшний день не существует универсального и экономически выгодного способа для выявления химического вещества в биологическом материале. Способы диагностики различаются по стоимости, достоверности, сложности, скорости и специфичности. В статье даны представления о современных методах скрининга в области токсикологии, связанных с веществами, которые могут быть использованы как потенциальные отравляющие агенты.

Abstract: Screening of toxins in laboratories is carried out using several methods, since today there is no universal and cost-effective way to identify a chemical substance in biological material. Diagnostic methods vary in cost, reliability, complexity, speed and specificity. The article gives ideas about modern screening methods in the field of toxicology associated with substances that can be used as potential toxic agents.

Ключевые слова: токсикологический скрининг, тонкослойная хроматография, газожидкостная хроматография, масс-спектрометрия.

Keywords: toxicological screening, thin-layer chromatography, gas-liquid chromatography, mass spectrometry.

Тематическая рубрика: Медицина и психология.

Введение.

На сегодняшний день существует высокая вероятность использования различных химических веществ отравляющего характера в качестве диверсионных агентов. Для предотвращения или сглаживания необратимых последствий на здоровье военнослужащих, гражданского населения - необходимо понимать, какие из существующих методов токсикологического скрининга наиболее целесообразно использовать в условиях лаборатории в различных ситуациях. Правильно выбранный метод диагностики поможет эффективно выявить химический агент в биологическом материале и верно осуществить мероприятия по оказанию первой помощи в случае отравления, нейтрализовав его с помощью уже известного антидота, если это возможно. Помимо этого, некоторые методы позволяют выявить вещества не только качественно, но и количественно, что может помочь в процессе организации расследования военных преступлений и сбора доказательной  информации.

Лабораторные методы токсикологического скрининга.

Тонкослойная хроматография.

Тонкослойная хроматография (ТСХ) — это простой и недорогой метод качественного скрининга, не дающий количественных результатов. Разделение фракций основано на различной способности веществ абсорбироваться при прохождении растворителя через стационарный сорбент (обычно кремниевую кислоту или оксид алюминия). Различные вещества за один и тот же промежуток времени мигрируют на отличные друг от друга расстояния, после нанесения образца на исходную линию и применения соответствующего элюента.  Анализ занимает около 2 часов, а его результаты должны интерпретироваться опытным персоналом. В продаже имеются системы ТСХ для токсикологического скрининга, которые требуют меньше профессиональной подготовки, чем необходима для стандартной ТСХ [1].

Разновидностью тонкослойной хроматографии является более надёжная и воспроизводимая высокопроизводительная тонкослойная хроматография (ВТХ). В ВТХ применяют пластинки с высокодисперсным сорбентом (1,8 мкм), при проведении анализа могут повышать температуру, понижать давление в среде для ускорения процесса разделения фаз. Длительность анализа при ВТХ может составлять 2-3 минуты и менее, когда при обычной до нескольких десятков минут [1]. 

Газожидкостная хроматография.

Газожидкостная хроматография (ГЖХ) — очень точный и специфичный метод. Жидкий или растворенный образец впрыскивают в колонку, он переводится в пар нагреванием. Поток инертных газов пофракционно изгоняет образец из колонки, и появление на выходе различных фракций регистрируется химическими детекторами. Сравнение времени удержания и площади пиков с известными стандартами позволяет идентифицировать вещества и определить их количества. Этим методом эффективно определяется уровень в крови летучих жидкостей (метанола, этанола, этиленгликоля и др.). Широкое распространение и перспективность методов ГЖХ обусловлены тем, что они позволяют разделить и количественно определить вещества в сложной смеси даже в тех случаях, когда они сходны по химическим свойствам, а температуры кипения различаются на десятые доли градуса. Для анализа требуются очень малые количества вещества, а время определения обычно исчисляется минутами.

Жидкостная хроматография высокого разрешения (Высокоэффективная жидкостная хроматография).

Жидкостная хроматография высокого разрешения (ЖХВР) является точным количественным методом, позволяющим разделить смеси сложных веществ следуя из их различия в равновесном распределении между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна (элюент). Затем разделенные смеси анализируют простыми методами хроматографии. ЖХВР по скорости, специфичности и стоимости сходна с газожидкостной хроматографией, но позволяет определить не только летучие вещества. Высокое давление (7000—42 000 кПа) облегчает движение образца через колонку, что способствует разделению сложных соединений, включая конъюгированные метаболиты. Среднее время анализа составляет от 3 до 30 минут [2].

Безусловно, анализа с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) решается при наличии прибора, предназначенного для универсальных аналитических лабораторий и рассчитанного на определение низких концентраций разнообразных по своей природе веществ. Средняя рыночная стоимость такого прибора составляет 60-100 тысяч долларов США, а годовое обслуживание расходными материалами обходится в сумму порядка 5000 долларов. Очевидно, только немногие организации могут позволить себе подобное оснащение, особенно с учетом необходимости постоянной работы в отделах контроля качества фармацевтических предприятий или региональных контрольно-аналитических лабораториях сразу нескольких приборов, в силу большой продолжительности традиционно используемых процедур анализа.

Решением данной проблемы может стать отечественный прибор для проведения токсикологического анализа методом высокоэффективной жидкостной хроматографии «Милихром А-02». Техническими особенностями автоматического ВЭЖХ-анализатора «Милихром А-02» является его простота в эксплуатации (базовая подготовка лаборанта-аналитика не более 1 недели), высокая надежность (выдерживает многомесячный круглосуточный режим эксплуатации и пересылку багажом или по почте), короткое время всего анализа (минуты), десятикратно меньший по сравнению со стандартными хроматографами расход элюента и сорбента для колонок, низкая стоимость, возможность любого серийного прибора работать в режиме средства измерения (автокалибровка) [3].

Газовая хроматография — масс-спектрометрия.

Газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС) – это аналитический метод, который сочетает в себе функции газовой хроматографии и масс-спектрометрии для идентификации различных веществ в исследуемом образце. Является, вероятно, лучшим методом, определяющим присутствие в пробе определенного вещества, однако высокие капитальные и эксплуатационные издержки ограничивают применение его эталонными центрами. К веществам, знание уровня которых в крови может быть полезным для лечения отравлений, относятся ацетаминофен, салицилаты, карбоксигемоглобин, метгемоглобин, метанол, этиленгликоль, литий, железо, паракват, дигоксин, теофиллин и фосфорорганические соединения [4].

Токсикологический скрининг химических веществ по клинической картине отравления.

Гипокальциемия при отравлении.

Гипокальциемия особенно часто наблюдается при отравлении фтороводородом, оксалатами, этиленгликолем и органическими соединениями олова, причем нередко у больных в критическом состоянии, сочетающемся с сердечно-сосудистой или нервно-мышечной недостаточностью.

Кристаллурия при отравлении.

Кристаллурия может быть следствием отравления сульфаниламидами, четыреххлористым углеродом, примидоном и ампициллином. Массивная кристаллурия обычно связана с потреблением оксалатов или этиленгликоля.

Тесты у постели больного с отравлением.

К тестам на присутствие в организме отравляющего вещества, не требующим отправки образцов в лабораторию, относятся определение специфического запаха, скрининг хлоридом трехвалентного железа на салицилаты (положительный результат подтверждает их наличие в сыворотке), нитропруссидная проба на кетоны (Ацетест), визуальное исследование крови на эритроцитарные аномалии, микроскопическое исследование мочи на кристаллы, проверка с помощью тест-палочки на острый некроз скелетных мышц или гемолиз, диагностическое использование налоксона, проверка тест-палочкой на этанол, применение индикаторной трубки для выявления этанола, метанола и изопропанола, а также некоторые другие тесты.

Список литературы:

1. Пругло Г.Ф., Фёдорова О.В., Смит Р.А. Хроматографические методы анализа: учебное пособие / ВШТЭ СПбГУПТД. - СПб., 2017 - 85 с.

2. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов (+ CD-ROM) / Под редакцией Н.И. Калетиной. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. -598 c. 

3. Хроматограф жидкостный микроколоночный "Милихром А-02". техническое описание и руководство по эксплуатации. – Новосибирск: ЗАО Институт хроматографии “ЭкоНова”, 2012. – 103 с.

4. Медицинская токсикология. Диагностика и лечение отравлений у человека. В 2 томах (комплект) / Метью Дж. Элленхорн. - М.: Медицина, 2012. - 722 c. 

5. Клиника, диагностика и лечение поражений отравляющими веществами / Ю.Н. Стройков. - Москва: ИЛ, 2014. - 176 c.