Standard sample as an obligatory element in the diagnosis of poisoning by toxic substances

Full Text

СОКРАЩЕНИЯ:

СО – стандартный образец; МС – масс-спектрометрия; ИХА – иммунохроматография; ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография; ГХ – газовая хроматография; ИК – спектрометрия – инфракрасная спектрометрия; УФ – спектрофотометрия – ультрафиолетовая спектрофотометрия; ИФА – иммуноферментный метод анализа; ГСО – государственные стандартные образцы; ОСО – отраслевые стандартные образцы; СОП – стандартные образцы предприятия.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема оказания специализированной токсикологической помощи гражданскому населению и воинским контингентам в настоящее время достаточно актуальна. По обобщенным данным Российская Федерация занимает лидирующее место по количеству острых химических отравлений, распространенность которых составляет 68,2 случаев на 1000 населения, с высоким показателем смертности – 4,2%. [1]. Основными причинами отравлений становятся случайные бытовые (ошибочный прием, передозировки лекарственных средств) и привычные (токсикомании и наркомании), также велика доля суицидальных отравлений.

Спектр высокотоксичных веществ разнообразен и включает широкий перечень классов соединений натурального и искусственного происхождения. Особое место в этом ряду занимают вещества токсинной природы растительного, животного и бактериального, в том числе биотехнологического, происхождения. Уникальность токсинов, затрудняющая диагностику, заключается в их высокой биологической активности и способности маскировать клинику поражений под соматические заболевания. Для ряда веществ данного класса, средства специфической диагностики и терапии отравлений лишь только разрабатываются, что выводит своевременное определение этиологического фактора в разряд средств спасения жизни.

К примеру, растения как высшие, так и низшие содержат токсические агенты, относящиеся к классу белков, алкалоидов, терпенов и пр. Многие из них, особенно используемые в медицине, давно известны и наиболее полно описаны. Это, например, опиум, морфин, атропин, сердечные гликозиды, хинин, резерпин, салицилаты и др. [2].

Ряд патогенных микроорганизмов и продукты их метаболизма при попадании с пищей в организм человека способны вызывать сильнейшие отравления. Токсические продукты биотрансформации выделяют и микроскопические грибы. Среди микотоксинов известных своими токсическими свойствами и широкой распространенностью выделяются охратотоксины, афлатоксины, трихотецены, зеараленон и патулин. Всего известно около 100 микотоксинов, которые вырабатываются 250 видами грибов [3–5].

Токсины животного происхождения продуцируют более 5000 видов ядовитых животных, обитающих на планете. К ним относятся простейшие, кишечнополостные, моллюски, млекопитающие, рыбы, рептилии, иглокожие, паукообразные [6–8]. Около 1500 видов ядовитых животных обитают на территории Российской Федерации [1].

Помимо вышеперечисленных, множество веществ небиологической природы являются причиной отравления человека. К ним относятся: газы, сельскохозяйственные, промышленные, бытовые и лекарственные яды [9].

В связи с большим разнообразием токсикантов, имеющих различные физико-химические свойства, оказание специализированной токсикологической помощи требует от медико-токсикологических и судебно-медицинских лабораторий проведения специфической диагностики, что в свою очередь предусматривает применения лабораторией эталона анализируемого соединения – стандартного образца (СО).

Цель исследования – отражение роли стандартного образца в современной аналитической лаборатории при диагностике отравлений токсичными веществами, анализ проблематики применения стандартных образцов в РФ для определения направления их решения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Обзор доступной научной отечественной и зарубежной литературы проведен в базах данных eLibrary.Ru, Google Scholar, PubMed. Доступ к нормативно-технической документации и законодательным актам осуществлен в профессиональных справочных системах «Техэксперт» и «Консультант Плюс».

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

Возможности современных лабораторных методов диагностики отравлений токсичными веществами, таких как масс-спектрометрия (МС) и иммунохроматография (ИХА) позволяют идентифицировать токсикант без непосредственного использования СО [10]. Однако, результаты анализа, полученные подобным образом, не могут служить основанием для диагностики отправления, поскольку носят качественную оценку и свидетельствуют лишь о факте наличия либо отсутствия анализируемого токсина в исследуемом образце.

Крайне важна количественная оценка, так как наличие в организме человека токсиканта не обязательно свидетельствует о случае отравления. Многие алкалоиды, барбитураты и другие азотсодержащие соединения, обладающие токсичными свойствами, в терапевтической дозе являются лекарственными препаратами, а тяжелые металлы (свинец, мышьяк, ртуть и др.) в следовых количествах являются естественными составными частями клеток и тканей организма.

Любой метод аналитического контроля, результатом которого является количественная характеристика анализируемого компонента, требует использование СО, поскольку это позволяет не только идентифицировать токсикант, но и оценить его содержание в организме.

Современные лабораторные методы химико-токсикологического анализа, такие как: масс-спектрометрия, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), газовая хроматография (ГХ), инфракрасная спектрометрия (ИК-спектрометрия), ультрафиолетовая спектрофотометрия (УФ-спектрофотометрия) позволяют определять вышеописанные классы веществ в организме.

Наиболее распространенными методами, в силу достаточной специфичности и чувствительности, являются высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и газовая хроматография (ГХ), в частности, с масс-спектрометрическим детектированием (ВЭЖХ-МС, ГХ-МС) [11–14].

Хромато-масс-спектрометрия – гибридный метод анализа, позволяющий разделять вещества методом газовой или жидкостной хроматографии, а идентификацию и количественное определение проводить методом масс-спектрометрии. Основой для количественного измерения служит ионизация пробы, позволяющая различать компоненты на основе характеризующего их отношения массы к заряду и, измеряя интенсивность ионного тока, производить подсчёт доли каждого из них в исследуемой пробе [15].

Существует множество способов ионизации, использование которых, как правило, зависит от природы исследуемого вещества. Химическая ионизация, электронная ионизация, электроспрей, прямая лазерная десорбция, матрично-активационная лазерная десорбция, лазерная абляция и др. Полученные при ионизации ионы под действием электрического поля переносятся в масс-анализатор, где происходит распределение ионов по отношению массы к заряду. Детектирование образующихся ионов проводят, используя диодные вторично-электронные умножители, фотоумножители, коллекторы и др [14].

Неизвестное соединение считают идентифицированным, если масс-спектр вещества в смеси совпадает с масс-спектром стандартного вещества. При этом исследование неизвестного и стандартного веществ проводят в одинаковых условиях.

Помимо вышеперечисленных химических методов анализа широкое применение в лабораторной диагностике, при обнаружении токсинов белковой природы, находит иммуноферментный метод анализа (ИФА), основанный на реакции «антиген-антитело». Данный метод способствует выявлению специфических антител с помощью специальных биохимических реакций и позволяется проводить их количественную оценку. За счет своей специфичности и высокой чувствительности ИФА является прямым конкурентом хромато-масс-спектрометрии. Однако метод имеет ряд существенных недостатков, таких, например, как возможность получения ложноположительных и ложноотрицательных результатов, вследствие нарушения обмена веществ, приема лекарственных средств пациентом, перекрестной иммунореактивности соединений, а также технических ошибок при постановке реакции [16].

Вне зависимости от метода количественного токсикологического анализа, полученный результат должен быть максимально точным и иметь минимальные расхождения показателей при анализе в различных лабораториях, разными методами и операторами, т. е. обеспечивать так называемую метрологическую прослеживаемость результатов измерений. Обеспечение метрологической прослеживаемости результатов измерений – важнейшая функция СО [17].

Другой важной функцией СО является поверка средств измерений, используемых для химико-токсикологического анализа, однако поверка сама по себе не является гарантией точности результата количественного химического анализа. Метрологический контроль точности также может быть обеспечен путем проведения СО в качестве объекта анализа через всю процедуру: пробоподготовку и непосредственно измерение. Подобным образом СО используют при проведении процедуры оценки показателей качества методики анализа, так называемой валидации и верификации аналитических методик [18].

Обеспечение прозрачности аналитической процедуры и полной метрологической прослеживаемости результатов измерений – основная задача современной аналитической лаборатории. Соблюдение положений государственных стандартов [19, 20] и закона о единстве измерений [21, 22] является гарантией доверия и признания результатов измерений.

Для возможности применения СО в целях обеспечения точности анализа, проведения поверки, валидации, а также непосредственно самого токсикологического анализа, обязательной, согласно законодательству РФ, является сертификация (аттестация) СО, процедура проведение которой зависит от вида СО и предусматривает определение аттестованного значения и его погрешности [23].

В зависимости от применения, уровня признания (утверждения), а также способа сертификации все СО подразделяются на следующие категории:

• государственные стандартные образцы (ГСО), утвержденные Госстандартом и зарегистрированные в Государственном реестре средств измерений;
• отраслевые стандартные образцы (ОСО), утвержденные и зарегистрированные министерством, применяемые по отраслевым методикам;
• стандартные образцы предприятия (СОП), утвержденные и зарегистрированные руководителем предприятия [24].

В иерархии СО в каждой категории могут быть выделены различные группы: первичные и вторичные СО.

Подлинность и аттестованное значение первичного СО осуществляют без сравнения с существующими СО. В то время как вторичные СО аттестуют путем сравнения с первичным стандартным образцом [25].

Перечень отечественных производителей, выпускающих СО достаточно обширен и насчитывает несколько сотен компаний, таких как «ХромЛаб», «Экрос», Уральский НИИ Метрологии и др., однако российские производители преимущественно выпускают СО, относящиеся к классу ГСО, используемые при работе в области «государственного регулирования обеспечения единства измерений». Номенклатура отечественных СО ограничена и содержит скромный перечень органических соединений, необходимый для токсикологического анализа. В то же время список токсичных веществ, подлежащих контролю, непрерывно растет, и требует постоянного расширения базы СО, их доступности для лабораторий, которая определяет способность к идентификации конкретного вида токсиканта при диагностике отравления человека [26–30].

На данный момент научно-исследовательские и диагностические организации России большую часть стандартных образцов закупают у иностранных производителей, что влечет за собой определенные трудности, связанные с зависимостью отрасли от валютных колебаний, сложностью таможенного оформления, логистическими проблемами. Как показывает практика, срок поставки потребителю в РФ зарубежных стандартных образцов может растягиваться на срок до года. Особенно остро вопрос логистики встал во время пандемии COVID-19, которая повсеместно привела к сбою импортных поставок.

Кроме того, возможность приобретения стандартных образцов усложнилась, а в некоторых случаях исчезла вовсе, в результате введения санкций в отношении РФ. В ситуации ограничений, прямой доступ для РФ к мировым компаниям, производителям СО, таким как Sigma-Aldrich, Acros organics и др., приостановлен, либо полностью закрыт. Ситуация в этой области постоянно меняется и не поддается контролю. Фактически, недоступность СО парализует работу аналитических лабораторий всех отраслей, в том числе и медицинских.

Единственно возможным решением данных проблем является расширение номенклатуры ГСО отечественными компаниями, что отвечает политике государственного импортозамещения. Однако ряд проблем законодательного и административного характера, о которых говорят производители, требует внушительных затрат, и процедура выпуска ГСО растягивается на долгий срок [31]. Способом решения проблемы в более короткие сроки может служить разработка и аттестация первичного, либо вторичного СО категории СОП научно-исследовательскими институтами, исследовательскими лабораториями, заинтересованными в его использовании. Подобные разработки, при сотрудничестве научно-исследовательских институтов и производителей ГСО, могут являться базой для реализации процедуры сертификации СО по типу ГСО, организациями аккредитованными на выполнение данной работы, и быть подспорьем для расширения номенклатуры ГСО в РФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сложно переоценить роль СО в современном химическом анализе и при индикации токсичных субстанций, в частности. Качественная, количественная оценка содержания токсичного вещества, оценка точности проведенного химико-токсикологического анализа, а также работа любой аналитической лаборатории в соответствии с современными требованиями, не представляется возможным без использования СО.

Однако ограниченная номенклатура сертифицированных отечественных аналитических стандартов и ряд проблем использования СО зарубежного производства осложняют работу лабораторий, а порой и делают невозможным диагностику ряда отравлений. Вследствие чего одной из первостепенных задач обеспечения химической и биологической безопасности РФ является создание базы аналитических стандартов токсичных веществ, произведенных и сертифицированных на территории Российской Федерации.

About the authors

Valeriya V. Luksha

State scientific-research test Institute of military medicine of Defense Ministry of the Russian Federation

Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0009-0003-2992-7483
SPIN-code: 1141-4356

researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

Anatoliy A. Eltsov

State scientific-research test Institute of military medicine of Defense Ministry of the Russian Federation

Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0009-0009-4360-1838
SPIN-code: 3730-8593

researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

Nadezhda S. Yudina

State scientific-research test Institute of military medicine of Defense Ministry of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0000-0003-3353-2372
SPIN-code: 1915-2194

researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files