CC BY
3ВЛИЯНИЕ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА НА НАРУШЕНИЕ ГАЗОВОГО ОБМЕНА, ТОКСИЧНОСТЬ
КИСЛОРОДА И ГИПОКСИЧЕСКИЙ ФАКТОР
Грачёв В.И.
Доктор технических наук, академик Академии медико-технических наук Российской Федерации,
профессор, генеральный директор - главный конструктор «Научно-производственная компания
"АВЕРС", г. Москва Маринкин И. О.
Доктор медицинских наук, академик Академии медико-технических наук Российской Федерации, профессор, ректор ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный медицинский университет», заведующий кафедрой акушерства и гинекологии педиатрического факультета, Новосибирск
Севрюков И. Т.
Доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник «Научно-производственная компания "АВЕРС", г. Москва
INFLUENCE OF CARBON DIOXIDE ON THE BREACH OF GAS EXCHANGE, TOXICITY OF
OXYGEN AND HYPOXIC FACTOR
Grachev V.,
Doctor of technological science, academician of the Academy of medical and technical science of Russian Federation, professor, CEO Scientific & industrial company «AVERS», Moscow.
Marinkin I.,
Doctor of medical sciences, academician of the Academy of medical and technical sciences ofRussian Federation, professor, rector of the Novosibirsk State Medical University, Head of the Department of Obstetrics and
Gynecology of the Pediatric Faculty, Novosibirsk
Sevryukov I.
Doctor of technological science, professor, chief researcher Scientific & industrial company «AVERS»,
Moscow.
Аннотация
В статье представлены результаты исследований, достоверно подтверждающие влияние хронической гипоксии на нарушение газового обмена двуокиси углерода, способы выведения избыточного содержания углекислоты при повышении давления, описана роль кислорода при воздействии повышенных концентраций двуокиси углерода на организм. Особое место определено токсическому влиянию кислорода на организм при различных концентрациях, а также роли гипоксического фактора при развитии и течении экспериментальных судорожных припадков у животных.
Abstract
In the article presents the results of studies that reliably confirm the effect of chronic hypoxia on the violation of gas exchange of carbon dioxide, methods for removing excess carbon dioxide with increasing pressure, describes the role of oxygen when exposed to elevated concentrations of carbon dioxide on the body. A special place is determined by the toxic effect of oxygen on the body at various concentrations, as well as the role of the hypoxic factor in the development and course of experimental convulsive seizures in animals.
Ключевые слова: двуокись углерода, пневмосклероз, гиперкапния, брадикардия, венозный застой, глютатион, эпилепсия, тоническая фаза, клоническая фаза, тканевый гомогенат, судорожный припадок.
Keywords: carbon dioxide, pneumosclerosis, hypercapnia, bradycardia, venous congestion, glutathione, epilepsy, tonic phase, clonic phase, tissue homogenate, convulsive seizure.
Долгое время двуокись углерода (СО2) рассматривали как ненужный, вредный для организма конечный продукт метаболизма. Однако во второй половине XIX века ряд ученых доказали что углекислота является весьма важным продуктом обмена, необходимым для нормальной жизнедеятельности организма (Мosso, П. Альбицкий).
Все возрастающий интерес к вопросу о физиологической роли углекислоты в большой мере объясняется развитием авиации, космических полетов, подводных и подземных работ, исследованием космоса и других условии внешней среды, при которых концентрация СО2 во вдыхаемом воздухе повышена. В связи с этим возникла необходимость выяснить, как влияет на организм дыхание воздухом с разной концентрацией СО2, как сказывается
разная длительность вдыхания газовой смеси с повышенным содержанием СО2, происходит ли адаптация организма к СО2 и т. д.
Чем больше расширяется круг наших знаний о физиологической роли СО2, тех больше выявляется исключительно важное значение углекислоты в деятельности важнейших систем организма и в при-способительности организма к разным условиям внешней и внутренней среды. Результаты исследований за последние 10 лет убеждают в том, что углекислоте принадлежит одно из наиболее важных мест среди гуморальных факторов регуляции физиологических процессов. Развитию наших представлений о физиологической роли СО2 в большой мере способствуют достижения физиологии и био-
химии клетки. Результаты этих исследований вносят новое содержание в понятия «внешняя среда» и «внутренняя среда», что имеет прямое отношение к рассматриваемому нами ниже вопросу о действии СО2 на организм в обычных условиях, а также в период протекания заболеваний.
Со времени Клода Бернара (1859) под внешней средой понимали среду, окружающую организм, а внутренней средой считали межклеточную жидкость - плазму. Но по отношению к внутриклеточной среде плазма является не внутренней, а внешней средой. Это тем более важно учитывать, что при некоторых воздействиях возникают неодинаковые изменения в плазме и во внутриклеточной среде. Так, например, установлено, что при увеличении рС02 в артериальной крови происходят неодинаковые изменения рН в плазме и клетках. Исследования других ученых показали, что СО2 играет существенную роль в распределении ионов натрия между внутриклеточной и внеклеточной жидкостью, оказывая тем самым влияние на возбудимость нервных клеток.
Двуокись углерода образуется в организме как продукт обмена веществ, который пройдя через стенку тканевых капилляров, частично растворяется в плазме крови, но большая часть СО2 находится в химически связанном виде с различными основаниями, образуя бикарбонаты: в плазме -МаНСОэ, а в эритроцитах - КНСОз. В костях углекислота находится в виде карбоната кальция.
Общее количество СО2, находящееся в 100 мл цельной крови, составляет так называемая «общая СО2». Из этого количества СО2 около 3 % находится в растворенном виде. Небольшое количество СО2 (около 1%) реагирует с водой, образуя нестойкую, слабо диссоциированную угольную кислоту -свободную Н2СО3. Остальная СО2 находится в связанном состоянии. Около 2/3 всех соединений СО2 находится в плазме и около 1/3 - в эритроцитах.
Взрослый человек в состоянии покоя выделяет за час через легкие около 12 л СО2. Во время интенсивной мышечной работы количество выделяемой СО2 увеличивается в 8 - 10 раз. В норме парциальное давление СО2(рСО2) в артериальной крови составляет 41 мм рт. ст. Такой уровень рСО2 соответствует нормокапнии. При повышении рСО2 возникает гиперкапния, а при избыточном выделении СО2 и понижении рСО2 в артериальной крови - ги-покапния. Содержание СО2 в крови выражает баланс между количеством образующейся СО2 и СО2, выделяемой легкими.
Движение газа через жидкие среды организма обеспечивается градиентом давления этого газа и зависит также от его диффузионной способности. Диффузионная способность СО2 весьма велика - в 30 раз больше диффузионной способности О2. И важными показателями здесь являются градиент давления О2 между атмосферным воздухом и тканями и градиент давления СО2 между тканями и воздухом.
Важным этапом в развитии представлений о роли СО2 в регуляции дыхания является созданная
Haldane в начале ХХ века теория гуморальной регуляции, согласно которой основным возбудителем дыхательного центра и важнейшим регулятором дыхания у человека и высших животных является углекислота.
Haldane и его сотрудники, пользуясь разработанным ими оригинальным методом забора проб альвеолярного воздуха, на большом экспериментальном материале установили совпадение величин напряжения СО2( рСО2) в альвеолярном воздухе и в артериальной крови. Ими было также показано, что небольшие колебания рСО2 в альвеолярном воздухе и в артериальной крови вызывают значительные изменения вентиляции легких.
Большое постоянство рСО2 в альвеолярном воздухе и в артериальной крови, преимущественное значение гипокапнии в возникновении апноэ после гипервентиляции и возникновение гиперпноэ при дыхании воздуха с повышенной концентрацией CO2 - все это явилось веским подтверждением теории Haldane, согласно которой дыхание «в основном регулируется в соответствии с напряжением СО2 в альвеолярном воздухе». [1]
По аналогии с влиянием СО2 на организм мы рассмотрели в нашей работе и влияние О2 , но в несколько ином свете, показав его положительные и отрицательные стороны в метаболизме организма, в связи с тем, что в последнее время в связи с широким применением кислорода в авиации, космических полетах, в водолазном деле, при освоении морских глубин и, наконец, в лечебной практике резко возрос интерес к изучению физиологического и отравляющего действа кислорода на организм человека и животных. Изучение проблемы гиперок-сии наряду с решением практических задач представляет также большой теоретический интерес в общебиологическом плане.
Достаточно большим материалом подтверждается, что почти все живые существа, обитающие на суше, приспособились к строго определенной постоянной концентрации кислорода в атмосфере нашей планеты - 20,9 %, которая считается адекватной средой обитания и жизнедеятельности организмов. В связи с проникновением человека в космические высоты и морские глубины возникла необходимость создавать искусственные газовые смеси, искусственную атмосферу, в которой содержание кислорода не всегда разумно поддерживать на «земном» уровне.
Продолжаются поиски допустимых и наиболее адекватных для терапии и реабилитации различных заболеваний концентраций кислорода как при лечения различных заболеваний, так и при повышенном давлении.
Оксигенированный воздух может быть использован не только для лечебных целей, но и для профилактики утомления, повышения работоспособности, для нормализации физиологических функций в пожилом и старческом возрасте.
В ряде случаев возникает вопрос о неадекватности постоянного, неизменного содержания кислорода в окружающей нас атмосфере, о необходимости обоснования оптимального парциального
давления кислорода для различных условий жизнедеятельности человека.
Чрезмерное увеличение кислорода в среде оказывает и отрицательное действие на живые организмы. Кислород, необходимый для жизни, в то же время при его избытке в среде является ядом для различных представителей животного и растительного мира (Bert, Веац). Токсичность кислорода ставит серьезные преграды для его эффективного применения, особенно в водолазной практике, при освоении морских глубин, и в оксигенобаротера-пии.
Токсическое действие кислорода проявляется в виде двух классических форм отравления: легочной и судорожной. В первом случае легочными явлениями будут: отек, ателеклазы и другие признаки воспаления, которые развиваются преимущественно при длительном вдыхании чистого кислорода в условиях земного давления. Во втором при давлении свыше 3 ата (атмосфера абсолютная), где действие кислорода направлено главным образом на центральную нервную систему, когда в сравнительно короткие сроки развиваются судороги, что является характерным признаком резкого возбуждения нервных центров. В тяжелых случаях обе эти формы заканчиваются летальным исходом. [2]
Однако токсическое действие кислорода не ограничивается этими формами, кислород влияет на весь организм, что дало нам основание попробовать выделить отдельную, общетоксическую форму отравления кислородом, которая и будет описана ниже.
Увеличение парциального давления кислорода и длительности экспозиции усиливает степень отравления, поэтому действие кислорода на организм является хроноконцентрационным. До начала проявления признаков отравления, в латентном периоде, кислород оказывает определенное влияние на различные функции организма, которое характеризуется как физиологическое. Правда, физиологическое влияние кислорода, по нашему мнению, является несколько условным понятием, поскольку оно включает начальные, малозаметные, незначительные сдвиги, которые могут рассматриваться как патологические.
С другой стороны, реакции организма на избыток кислорода, возникающие в этом периоде, мы рассматриваем как приспособительные, компенсаторные, направленные на снижение отравляющего действия, как кислорода, так и других раздражителей, а также на восстановление постоянства внутренней среды организма. Нарушение этих компенсаторных реакций приводит к развитию патологических явлений. Исходя из этих соображений, мы сочли целесообразным в дальнейшем изложении рассматривать отдельно физиологическое и патологическое действие кислорода.
Наиболее полно изучено действие кислорода в пределах парциальных давлений от 0,2 до 1,0 ата и частично свыше 3 ата. Зона от 1 до 3 ата кислорода слабо изучена. В то же время при этих концентрациях кислород вызывает ряд эффектов, которые,
являясь в целом проявлением защитных и приспособительных реакций организма, заслуживают специального и более глубокого рассмотрения.
Влияние хронической гипоксии на нарушение газообмена углекислого газа
Взаимозависимость газообмена О2 и СО2 была установлена еще в исследованиях И.И. Сеченова, Б. Ф. Вериго и Дж. Холдейна. Вместе с тем, эта взаимозависимость все еще не достаточно учитывается. В клинической практике при гипоксических состояниях исключительное внимание привлекает недостаток О2, а развивающиеся при гипоксии нарушения газообмена нередко недооцениваются, а зачастую и не принимаются во внимание. Это приводит к несколько одностороннему, иногда нерациональному построению терапевтических мероприятий.
[3]
Наша работа заключалась в проведении анализа нарушений газообмена СО2 при хронической гипоксии легочного происхождения. Работа была основана на результатах обследования 287 больных пневмосклерозом с дыхательной недостаточностью II и III степени. Все исследования проводились с участием специалистов Новосибирского государственного медицинского университета на базе лечебных учреждений г. Новосибирска. Наличие у больных кислородного голодания, наряду с клиническими данными, подтверждалось установленной у них артериальной гипоксемией, доказанной методом прямого газового анализа на аппарате Ван-Слайка.
Нарушение газообмена СО2 у больных выявилось при определении его содержания в артериальной крови. У обследованных здоровых лиц средняя величина артериального СО2 составила 44,4 ± 1,2 % с пределами колебаний 40,0 - 48 %. об. У большинства обследованных больных (у 174 из 287) выявлена гиперкапния. Среднее содержание СО2 в артериальной крови ставило 50,2 ± 6,5 %. У нескольких пациентов (32) уровень СО2 достигал 63,0 - 74,0 %.
Подобные результаты были получены и при исследовании альвеолярного воздуха. В контрольной группе (27 человека) альвеолярное рСО2 составляло 40,5 ± 2,54 мм рт. ст. У большинства больных (68 из 115) альвеолярное рСО2 было выше 45,0; у многих (39) оно составляло 56,0 -72,0 мм рт. ст.
Определенный интерес представил анализ причин накопления СО2. В зарубежной литературе принято считать, что нарушение газообмена СО2 наступает только в конечной стадии дыхательной недостаточности, при развитии гиповентиляции легких. По терминологии Россье, это соответствует глобальной дыхательной недостаточности. Согласно нашим данным, выведение СО2 нарушается раньше. Уже при дыхательной недостаточности II стадии более чем у половины больных (106 из 193) содержание СО2 в артериальной крови превышало 51 %. При этом, минутный объем дыхания был не только не снижен, а, как правило, увеличен, составляя в среднем 11,2 ± 2,1 л/мин. Величина вентиляционного эквивалента достигала 3,54 ± 0,38 (в группе здоровых 2,37 ± 0,34). Поэтому мы сделали
вывод, что не гиповентиляция легких явилась причиной накопления СО2.
Полученные результаты позволили предположить в этом отношении не столько гиповентиляция является виновником, сколько неравномерности легочной вентиляции. При проведении оксигемо-метрических исследований у больных было выявлено значительное увеличение «времени насыщения». При переходе на вдыхание кислорода максимальный стабильный уровень оксигенации артериальной крови устанавливался у них в среднем только через 8,0 минут (326 наблюдений), у здоровых - через 2,8 минут. О неравномерности альвеолярной вентиляции свидетельствовало также увеличение «времени перемешивания», т.е. замедление скорости вымывания азота альвеолярного воздуха. У большинства больных концентрация альвеолярного азота после семиминутной ингаляции чистого кислорода превышала 1,5 % , у здоровых она составляла в среднем 0,84 ± 0,45 %. Это соответствовало установленному у большинства больных (108 из 134) увеличению остаточного воздуха (при средней норме 26,2 ± 4,7 % общей емкости легких).
Недостаточному выведению СО2 в известной мере могло способствовать затруднение его диффузии через фибротически измененную альвеолярную мембрану. На это указывал сравнительный анализ
результатов исследований в разных группах больных. Накопление СО2 оказалось особенно значительным при диффузном токсическом пневмоскле-розе. В этой группе у большинства больных (49 из 81) выявлена выраженная гиперкапния ( от 53,0 % и выше), среднее содержание СО2 достигло 52,5 ± 6,1 %. При других типах пневмосклерозах (пневмо-кониозах, постпневмоническом пневмосклерозе) выраженная гиперкапния наблюдалась заметно реже (у 65 из 193). Средний уровень артериального СО2 составил 48,3 ± 6,7 % (р> 0,01). Эти соотношения отражали более выраженное снижение диффузионной емкости легких, развитие так называемой «альвеолярно-капиллярной блокады», доказанные при диффузных пневмосклерозах токсического происхождения (Комро, Форстер, Дюбуа). [4]
При объяснении причин накопления СО2 приходилось также учитывать особенности регуляции дыхания в условиях хронической гипоксии. В наших наблюдениях, было отмечено ослабление ответной реакции больных на вдыхание СО2. Исследования проводились при дыхании в замкнутой системе с постепенным повышением концентрации СО2 до 6 %. В этих условиях степень увеличения легочной вентиляции у больных (138) составляла в среднем 53,0 ± 27,3 % к исходной, у здоровых -102,7 ± 34,80 % (р> 0,01).
Полученные результаты иллюстрируются спи-рограммами, приведенными на рис. 1.
Рис. 1. Изменения спирограммы при дыхании в замкнутой системе с постепенным повышением
содержания СО2.
Где, А - пациент Н., 25 лет, здоров; Б-больная Д., 59 лет, инвалид II гр., с диагнозом - силикоз II ст., с резко выраженной эмфиземой легких, хроническим астмоидным бронхитом. Дыхательная недостаточность III ст., недостаточность кровообращения II ст.; В-больной Д. 63 года, инвалид III группы. Диагноз - хронический астмоидный бронхит, эмфизема легких. Дыхательная недостаточность II степени.
Эти данные позволяли считать, что и эндогенное накопление СО2 не вызывало у больных адекватного усиления дыхания, что в значительной мере способствовало стабилизации гиперкапнии.
В зарубежной литературе и ряде публикаций отечественных авторов последних лет появились
высказывания о благоприятном значении гиперкап-нии при хронической дыхательной недостаточности. Высокий уровень СО2 в артериальной крови и альвеолярном воздухе рассматривается как «адаптационный механизм», способствующий выведению СО2 при меньшем напряжении дыхания. С подобным утверждением нельзя согласиться. Опасность накопления СО2 была убедительно доказана еще в работах П. М. Альбицкого в пятидесятые годы ХХ столетия. Многочисленными фактами установлено, что накопление СО2 угнетает высшую нервную деятельность (Н. И. Красногорский), способствует развитию легочной гипертензии (Тур-ньер, Фокон, Курнан), повышает цереброспинальное давление (Уэстлейк, Кей, Симпсон), тормозит диурез (Бразе, Джилмен, Фелда). [5]
В условиях постоянной гиперкапнии легко нарушается кислотно -щелочное равновесие. В наших наблюдениях, так же как в исследованиях других авторов, показано значительное увеличение артериального щелочного резерва до 70,0 % и выше, а иногда и развитие некомпенсированного газового ацидоза со снижением рН ниже 7,38.
Все это диктовало настоятельную необходимость разработки терапевтических мероприятий, направленных на предупреждение накопления СО2 у больных с хронической дыхательной недостаточностью. Нами изучалось значение в этом отношении ацетазоламида, эфедрина, оксигенотерапия и дыхательной гимнастики.
Наиболее эффективными оказались ацетазола-мид и оксигенотерапия. При их применении снижение содержания СО2 в артериальной крови и альвеолярном воздухе было более постоянным (в 76 наблюдениях из 93) и выраженным. Было показано, что эффект ацетазоламида в основном связан со значительным усилением выведения СО2 с мочой (в пять раз), обусловленным подавлением канальце-вой реабсорбции бикарбонатов. У части больных под влиянием ацетазоламида несколько увеличивалось выведение СО2 в процессе дыхания.
Эфедрин и дыхательные упражнения также обеспечивали закономерное уменьшение гиперкап-нии. При их применении (у 180 больных) значительно улучшались условия бронхиальной проходимости, о чем можно было судить по увеличению объема и скорости максимального форсированного выдоха, максимальной вентиляции легких, максимального утилизируемого дыхательного объема, индекса скорости воздушной среды. Неравномерность альвеолярной вентиляции («время насыщения» и «время перемешивания») уменьшалась, что и способствовало лучшему выведению СО2. После приема эфедрина содержание СО2 в выдыхаемом воздухе в среднем увеличивалось на 13,4 ± 6,61 % к исходному.
Особые трудности при хронической гипоксии возникают при проведении кислородной терапии. Они связаны с дополнительным нарушением газообмена СО2, нарушением его транспорта в результате уменьшения СО2 - емкости оксигенированной крови (феномен Газелла). Уровень артериального СО2 при дыхании кислородом, достигало у этой группы больных от 90 до 110 %. Создающееся дополнительное накопление СО2 препятствует развитию защитных реакций, направленных на предотвращение гипероксии. Установлено, например, что при подаче О2 под давлением в 3,5 атм. в связи уменьшением церебрального кровообращения рО2 в оттекающей от головного мозга составляет всего 76 мм рт.ст. В тех же условиях опыта, но с добавлением 2 % СО2 в связи со значительным увеличением объема мозгового кровообращения рО2 церебральной крови достигало 100 мм рт. ст.
В зарубежной литературе мы встретили описания более 150 случаев тяжелых кислородных интоксикаций, нередко с летальным исходом, развивающихся в процессе лечения кислородом у больных с хронической дыхательной недостаточностью. Сводный анализ этих случаев показал их зависимость от снижения порога токсического действия кислорода, обусловленного накоплением СО2. Было отмечено так называемое отрицательное или побочное действие кислорода, в значительной мере связанное с нарушением элиминации СО2.
Эти данные свидетельствовали о недопустимости применения карбогена, сделала необходимой разработку такой методики, которая не приводила бы к сколько-нибудь значительному накоплению С02. В наших наблюдениях мы показали, что степень нарастания СО2 находится в прямой зависимости от концентрации вдыхаемого О2 и продолжительности ингаляций (рис. 2).
Рис. 2. Изменения содержания СО2 в артериальной крови в разные периоды двухчасововй ингаляции в
кислородной палатке.
Был сделан вывод, что для данной группы больных, в отличие от известного требования Дотр-банда о всегда обильной и непрерывной подаче кислорода, оптимальна прерывистая, строго дозированная кислородная терапия.
Все изложенное подтверждает значительное нарушения газообмена СО2 при хронической гипоксии легочного происхождения. Устранение этих нарушений должно явиться одним из важных направлений лечения данной группы больных.
Роль кислорода при воздействии на организм повышенных концентраций двуокиси углерода
Профессиональная деятельность человека в ряде случаев связана с длительным пребыванием в условиях газовой среды с повышенным содержанием двуокиси углерода. Воздействие на организм животных высоких концентраций СО2 достаточно детально изучалось многими авторами еще в начале ХХ века, которые показали, что повышенные концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе снижают токсическое действие на организм высоких концентраций двуокиси углерода. [6]
Наши исследования о влиянии на организм животных длительного воздействия повышенных концентраций двуокиси углерода обнаружили снижение обменных процессов, которое выражалось в уменьшении потребления кислорода, снижении и торможении активности дыхательных ферментов цитохромоксидазы, сукциндегидразы и др. Это дало основание изучить возможность использования повышенных концентраций кислорода с целью уменьшения неблагоприятного воздействия повышенного содержания углекислоты, при длительном пребывании животных в условиях измененной газовой среды.
Нами было поставлено четыре серии опытов на 56 кроликах. В двух сериях исследовались влияние на организм длительного пребывания в атмосфере с повышенным содержанием углекислоты и в среде с повышенным содержанием углекислоты и кислорода. Особое внимание уделялось выяснению особенностей периода последействия при нормализации состава газовой среды. Две другие серии опытов мы поставили своей задачей изучение реактивности организма, перенесшего длительное воздействие измененных условий газовой среды по отношению к перегрузкам. Содержание двуокиси углерода в опытах составляло от 3 до 5 %, а кислорода от 32 до 35 %. Животные находились в камере в течение 5 и 10 часов.
До и после пребывания в камере у кроликов регистрировали частоту и амплитуду дыхания, реакцию на звуковой раздражитель, оцениваемую по изменению дыхания, ЭКГ во втором стандартном отведении, ЭЭГ двигательной зоны коры. Измерялась ректальная температура. Период последействия исследовался на протяжении 3 часов.
Во время пребывания в камере у кроликов подсчитывали частоту дыхания, вели наблюдение за реакциями на различного рода раздражители, чтобы проследить за динамикой изменения дыхания, сердечной деятельности и биоэлектрической активности мозга, был поставлен ряд опытов, в которых кролики дышали соответствующими газовыми смесями через маску, и велась последовательная регистрация всех показателей.
При исследовании реактивности в третьей и четвертой сериях опытов кролики подвергались действию поперечных перегрузок направления спина -грудь. Величина перегрузок варьировала от 5 до 7 g со временем максимального действия в 1 минуту. Каждый кролик испытывал действие перегрузок дважды: накануне помещения животного в камеру и спустя 15 минут после его извлечения из камеры.
Результаты опытов показали, что при длительном пребывании животных в газовой среде с повышенным содержанием углекислоты (3 - 5 %) и кислорода (до 35 %), а также в периоде последействия функциональные сдвиги в организме были выражены в меньшей степени, чем при той же продолжительности пребывания их в газовой среде с повышенным содержанием углекислоты, но при нормальной концентрации кислорода (21 %). Переход животных из газовой среды с содержанием от 3 до 5 % углекислоты в 21 % кислорода к нормальному атмосферному воздуху сопровождался последействием, которое внешне у кроликов проявлялось в резком снижении двигательной активности и угнетении реакций на звуковые раздражители. Период последействия длился около 80 минут. В том случае, если животные находились в газовой среде с содержанием 3 - 5 % СО2 и 35 % О2, период последействия был в два раза короче, двигательная активность была угнетена в значительно меньшей степени, реакция на звуковые раздражители была весьма выраженной, а в ряде случаев и более резкой, чем в исходном состоянии. В таблице 1 приведены данные об изменении частоты дыхания и сердечных сокращений у животных, находящихся в условиях измененной газовой среды различного состава.
Таблица 1
Изменения (в %) частоты дыхания и сердечных сокращений у кроликов в условиях измененной газовой среды и в последствии (частота дыхания и сердечных сокращений при обычном атмосфер_ном воздухе приняты за 100%)_
Состав газовой среды Частота дыхания Частота сердечных сокращений через час после пребывания в камере
При пребывании в камере В последствии
В начале В конце Сразу Через час
ТО2 (3-5%) O2 (21%) 88,4 71,0 105,8 111,6 97,3
ТО2 (3-5%) O2(32-35%) 80,1 60,9 128,8 89,7 105,2
Из таблицы видно, что при дыхании газовой смесью с повышенным содержанием СО2 и О2 замедление дыхания выражено в большей степени, чем при повышенном содержании СО2 и нормальном О2. Однако, в начале последействия повышенное содержание О2 вызывает более выраженное учащение дыхания и более быстрый приход его к исходному состоянию, а через час после извлечения животного из камеры частота дыхания становится даже ниже, чем в исходном состоянии. Через час после дыхания газовой смесью с повышенным содержанием СО2, при нормальном содержании кислорода, частота сердечных сокращений оставалась замедленной по сравнению с исходным состоянием, тогда как при повышении в газовой смеси содержания О2 до 35 % частота сердечных сокращений была несколько выше.
Повышенное содержание СО2 вызывало на ЭКГ снижение вольтажа зубца R, были более пологие зубцы R и Т. При наличии в газовой среде, помимо углекислоты, повышенного содержания кислорода наблюдаюсь, напротив, увеличение вольтажа зубцов R и Т. В последействии ЭКГ быстро приходило к норме.
Пребывание в среде с повышенным содержанием углекислоты оказывало влияние на температуру тела животных. Как правило, температура тела снижалась от 0,5 до 1,5°, по сравнению с исходной. Совершенно по-другому обстояло дело в атмосфере с повышенным содержанием кислорода. В большинстве опытов температура тела кроликов повышалась от 0,3 до 1,5°. В некоторых опытах она не изменялась, а иногда незначительно снижалась.
Существенные изменения были отмечены в биоэлектрической активности мозга животных при дыхании соответствующими газовыми смесями. Увеличение процента углекислоты при нормальном содержании кислорода вызывало сначала учащение ^-колебаний, а затем появление медленных высоковольтных волн. Такой характер ЭЭГ сохранялся в большинстве опытов и после извлечения кроликов из камеры. Нормализация ЭЭГ происходила медленно, на протяжении 40 - 70 минут. При наличии в атмосфере повышенного содержания кислорода ЭЭГ практически изменялась весьма мало. Можно было отметить лишь некоторое учащение ^-ритма. Перевод животных в условиях обычной атмосферы редко вызывал сколько-нибудь значительные сдвиги в картине ЭЭГ.
Однако, все отмеченные выше изменения в состоянии исследуемых физиологических функций
получали значительно большую выраженность тогда, когда организм животных в периоде последействия испытывал влияние перегрузки. В исходном состоянии перегрузка вызывала понижение частоты сердечной деятельности и дыхания на максимуме своего воздействия, учащение ^-потенциалов на ЭЭГ. Нормализация всех этих показателей происходила в течение 2 - 5 минут после остановки центрифуги.
У кроликов, подвергнутых действию перегрузки после 5 - 10-часового пребывания в атмосфере с повышенным содержанием СО2, отмечалось более глубокое торможение дыхания и сердечной деятельности, появление на ЭКГ изменений, свидетельствующих о нарушении возбудимости и проводимости сердечной мышцы (раздвоение зубцов Р и Т, углубление зубца 5", удлинение интервала P - Q), а также о резком усилении тонуса блуждающего нерва (брадикардия, переходящая в синоаури-кулярную блокаду); ЭЭГ более пологая и становилась ареактивной в отношении звуковых раздражителей. Кроме того, наблюдались и более серьезные отдаленные последействия: разрыв сердечной мышцы, инфаркт миокарда, парез задних конечностей, что указывало на значительные изменения реактивности организма, вызванные длительным воздействием повышенной концентрации углекислоты. Биохимические исследования, проведенные после многодневного пребывания кроликов в этой атмосфере, обнаружили угнетение активности окислительных ферментов.
При увеличении содержания кислорода в газовой среде при том же проценте углекислоты (3 - 5 %) переносимость животными перегрузок, по данным изменения дыхания, пульса, ЭКГ и ЭЭГ по сравнению с их действием в исходном состоянии, менялась относительно мало. Понижение частоты дыхания и пульса на максимуме перегрузки было одинаковыми; изменения ЭЭГ были незначительными (некоторое снижение вольтажа зубцов Р, R и Т, дыхательная аритмия), и ее восстановление отмечалось спустя 2 - 3 минуты после остановки центрифуги. На ЭЭГ появлялись медленные высоковольтные волны. Нормализация ЭЭГ наступала к концу пятой - седьмой минуты. Лишь в отдельных опытах перегрузка вызывала длительную и плоскую энцефалограмму.
Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о серьезных функциональных сдвигах в организме животного, особенно со стороны центральной нервной системы, при пребывании его
в течение 5-10 часов в газовой среде, содержащей от 3 до 5 % углекислоты. При меньших концентрациях (1,2 - 2,0 %) СО2, но более длительном воздействии, как показали наши исследования на людях, также наблюдаются существенные функциональные сдвиги со стороны центральной нервной системы и анализаторов, которые являются причиной снижения работоспособности человека. Все это заставляет искать возможности ослабления неблагоприятного воздействия повышенных концентраций углекислоты на организм животного и человека, которое оказывается длительное время в условиях измененной газовой среды. С этой целью нами были использованы повышенные (до 35 %) концентрации кислорода.
Описанные выше результаты опытов свидетельствуют о значительном снижении неблагоприятного воздействия повышенных концентраций углекислоты и об уменьшении периода последействия при одновременном повышении во вдыхаемом воздухе содержания кислорода до 35 %. Большие концентрации кислорода мы воздерживались применять, чтобы в максимальной степени избежать возможного токсического действия на организм самого кислорода. Следует особо подчеркнуть, что увеличенное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе повышает устойчивость организма к другим факторам, в частности к поперечным перегрузкам, которая значительно снижается при дыхании газовой смесью, содержащей от 3 до 5 % СО2 и 21 % кислорода.
Механизмы снижения повышенными концентрациями кислорода неблагоприятного воздействия гиперкапнии требуют более детального исследования. Можно предполагать, учитывая антагонизм в организме между углекислотой и кислородом, что кислород в более высоких концентрациях активирует обменные процессы, сниженные под влиянием гиперкапнии, но не превышая пороговые концентрации самого кислорода.
Выведение углекислоты организмом при дыхании под избыточным давлением
Функциональные сдвиги в организме при дыхании кислородом под избыточным давлением в маске, в известной степени связывают с развитием
гипокапнии организма вследствие гипервентиляции. Это подтверждается также снижением парциального давления углекислоты в альвеолярном воздухе (Н. А. Агаджанян, Н. Г. Красников). [7]
Однако, оказалось, что такие же функциональные сдвиги при этих условиях дыхания наблюдаются и в тех случаях, когда легочная вентиляция не увеличивается или даже уменьшается. У наших испытуемых после 10 минут дыхания при, давлении кислорода в маске, равном 300 мм водн.ст., легочная вентиляция обычно увеличивалась и держалась на повышенном уровне, особенно после сброса давления (в первые минуты). При этом исследования (по Крогу) показали, что поглощение кислорода у них было меньше в первые пять минут и больше в последующие пять минут после сброса давления в маске. В том и другом случае оно оставалось несколько меньше исходного и в среднем составляло 582 мл против исходных 602 мл в минуту. В проведенных нами опытах на двух собаках, поглощение кислорода составило, за первые пять минут после сброса давления, в среднем 378 мл у одной и 145 мл в минуту - у другой и за последующие пять минут -соответственно 484 и 195 мл в минуту. В других опытах было выявлено и увеличение потребления кислорода, по отношению к исходному, но не было замечено связи с соответствующими сдвигами в легочной вентиляции. Более того, если функциональное состояние испытуемых изменялось под влиянием длительного пребывания (до пяти часов) в атмосфере с 2 % содержанием углекислоты, то при дыхании под повышенным давлением после этого легочная вентиляция возрастала, а потребление кислорода у них становилось ниже (в среднем 315 -345 мл в минуту).
В условиях избыточного давления в маске сдвиги в газообмене определялись путем исследования содержания кислорода и углекислоты в выдыхаемом воздухе, когда в маску подавалась обычная воздушная смесь. Сдвиги в легочном газообмене при этих условиях дыхания отличались некоторыми количественными отклонениями, но неизменно в сторону увеличения процента кислорода и уменьшения углекислоты в выдыхаемом воздухе, на какой бы минуте мы ни брали эту пробу. Приводим данные исследования испытуемого Н. в таблице 2.
Таблица 2
Поглощение кислорода и выведение углекислоты при дыхании под избыточным давлением
Минута опыта Минутный объем дыхания (в л/мин) Поглощение кислорода Выведение углекислоты
% мл/мин % мл/мин
(рассчитано по составу выдыхаемого воздуха)
Исходное положение 7,7 4,9 377 2,6 277
При избыточном давлении, равном 300 мм. водн. ст.
Первая 10,5 4,5 -- -- --
Вторая 5,7 3,3 188 2,2 125
После сброса давления
Первая 10,5 4,5 477 3,2 336
Шестая 6,7 5,0 335 3,6 211
Такой же опыт был повторен с дыханием в замкнутую систему, но без поглощения углекислоты выдыхаемого воздуха
Исходное положение 8,8 4,8 422 3,9 343
При избыточном давлении в маске, равном 300 мм. водн. ст.
Вторая 3,0 5,1 153 2,7 81
Шестая 3,0 4,1 112 2,3 69
Десятая 7,5 5,1 382 2,9 217
После сброса давления
Вторая 10,5 4,9 514 3,8 400
Седьмая 13,7 4,6 630 4,0 548
Примечания. Остаточный воздух в емкости после опыта содержал: кислорода - 16,8%, углекислоты -
3,1%. Переносимость условий дыхания испытуемым ухудшилась.
Приведенный вариант опыта с дыханием в замкнутую систему был предпринят для исключения возможной утечки СО2 из-под контроля исследования. В том и другом варианте опытов выделение углекислоты и поглощение кислорода организмом при избыточном давлении в маске уменьшаются (в случаях увеличения вентиляции соответственно уменьшается процентное содержание углекислоты в выдыхаемом воздухе). Выведение углекислоты и поглощение кислорода начинает интенсивно увеличиваться после сброса давления в маске.
Данные полученные таким же путем у животных, мало отличаются от описанных результатов опытов у человека, но уровень давления в маске для животных оказывался более тяжелым и сдвиги в газообмене у них оказываются более значительными. В ряде случаев в выдыхаемом воздухе определялись лишь следы углекислоты. Соответственно мало изменялся состав выдыхаемого воздуха и по кислороду.
В результате опытов у нас сложилось впечатление, что основу нарушений газообмена в организме при таком дыхании составляют не сдвиги в легочной вентиляции, а условия газообмена в легких, при которых нарушена циркуляция крови в сосудах малого круга, уменьшено количество циркулирующей крови в организме в результате выраженного венозного застоя. Замечено, что объем поглощения кислорода при избыточном давлении в маске и после сброса давления согласуется с величинами пульсового давления, высоты осцилляций и частоты пульса. Зависимость скорости кровообращения и степени насыщения крови кислородом от частоты пульса при этих условиях отмечал еще Церняков в 1960 году.
Зависимость газообмена от кровонаполнения легких выявляется и при непосредственном наблюдении через искусственно образованное «окно» в грудной стенке животного, через которое можно видеть, что при повышении давления в маске легкие анемизируются (бледнеют), а после сброса давления, когда происходит интенсивный процесс разгрузки венозного застоя, легкие гиперемируются и набухают. По-видимому, с этим связано ухудшение условий легочного газообмена в начале восстановительного периода, после сброса давления в легких.
Суждение о сдвигах в газовом составе крови при повышенном давлении в легких чаще делается по данным оксигемометрических изменений, кото-
рые показывают снижение насыщения артериальной крови кислородом. Еще Благоверов и Сарад-жева в 1960 году обратили внимание на несоответствие степени насыщения артериальной крови кислородом и содержания в ней углекислоты с содержанием этих газов в альвеолярном воздухе (содержание кислорода в нем высокое, а углекислоты - очень низкое). [8]
Мы наблюдали (по Ван-Слайку) увеличение насыщения артериальной крови кислородом у собак вслед за повышением давления в маске до 21,6 %. Насыщение венозной крови, наоборот резко снижалось с каждой минутой дыхания. На 15 минуте артерио-венозная разница по кислороду увеличивалась, по сравнению с исходной, почти в два раза. Содержание углекислоты в венозной крови изменялось мало, а в артериальной уменьшалось за 15 минут дыхания на 6 %. В результате венозно-ар-териальная разница по углекислоте возрастала так же, как и по кислороду. Через 4 минуты после сброса давления в маске эта разница еще сохранялась. Однако, Благоверов и Сараджева получали и противоположные результаты в сдвигах газового состава крови у половины испытуемых. Мы отмечали подобные отклонения у животных в тех случаях, когда у них дыхание по разным причинам осложнялось асфиксией. Известно, что подобные осложнения в таких опытах часто наблюдаются и у людей.
Таким образом, поглощение кислорода и выведение углекислоты организмом при избыточном давлении в маске ухудшаются. При этом возникает состояние недостаточности кислорода в организме даже в наземных условиях и при дыхании чистым кислородом, независимо от изменений в легочной вентиляции. Оно вызывается условиями повышенного внутрилегочного давления, при котором уменьшаются количество циркулирующей крови, скорость кровообращения и развивается венозный застой. Наблюдаемая, при этом, гипоксия связана с недостаточностью окислительных процессов в организме. Гипервентиляция может увеличивать состояние гипокапнии, однако содержание кислорода и углекислоты в альвеолярном воздухе при этом дыхании не совпадает с содержанием этих газов в крови. После сброса давления в маске процессы компенсации и восстановления, а также поглощение кислорода организмом несколько затруднены состоянием гиперемии и набуханием легких во время интенсивной разгрузки венозного застоя.
Токсическое действие избытка кислорода и способ повышения устойчивости животных
Изучая на протяжении ряда лет действие повышенного давления кислорода на организм, мы столкнулись с фактами, свидетельствующими об известной роли гипоксических состояний в механизме этого действия. Так, в ряде опытов наблюдалось снижение устойчивости к гипоксии у людей при переходе их на дыхание воздухом после длительного дыхания кислородом под повышенным давлением.
В литературе мы обнаружили данные, подтверждающие эти факты. Эти состояния описывали еще с сороковых годах ХХ столетия Диккенс, Стеди, А.Ф. Панин и другие наблюдавшие угнетение общего обмена веществ и деятельности дыхательных ферментных систем при высоком давлении кислорода. В то же время оказалось, что предварительное введение в организм некоторых метаболитов, витаминов и дыхательных ферментов благоприятно влияет на течение кислородного отравления. (Массар, Л.И. Грачев). [9]
Эти факты дают основание высказать предположение о развитии в организме, отравленном кислородом, состояния кислородного голодания, протекающего по типу тканевой гипоксии в результате блокирования избытком кислорода дыхательных ферментных систем, что приводит к затруднению усвоения кислорода клетками и утилизации его для окислительно-восстановительных процессов.
Учитывая сказанное, а также принимая во внимание данные о повышении устойчивости животных к отравляющему действию тканевого яда - синильной кислоты путем высотной тренировки, мы провела несколько серий опытов по определению степени устойчивости животных к действию высокого давления кислорода после гипоксической тренировки.
Тренировка к гипоксии проводилась на мышах, морских свинках и кошках. Мыши и свинки подвергались систематическим (через день) «подъемам» в барокамере на высоту 6 000 м по четыре -пять часов. Тренировка осуществлялась в трех вариантах: мыши подвергались 25 «подъемам» в барокамере, а свинки - от 15 до 30 «подъемов». На третий и четвертый день, после окончания тренировки, животные подвергались действию сжатого от 4 до 6 атмосфер кислорода.
Одновременно с «тренированными» мышами и морскими свинками в камеру высокого давления помещали контрольных нетренированных животных. Контролем в опытах на кошках служили данные, полученные на тех же животных до гипокси-ческой тренировки. Время пребывания под повышенным давлением кислорода в опытах на морских свинках и кошках определялось началом судорожного приступа. Время пребывания в сжатом кислороде мышей составляло 40 минут.
Устойчивость свинок к сжатому кислороду определялась временем наступления первых признаков кислородного отравления (локальные и общие судорожные припадки) и скоростью восста-
новления ректальной температуры, которая измерялась максимальным термометром и в части опытов при помощи термопарных спаев.
В опытах на мышах переносимость кислородного отравления определялась по времени наступления судорожного припадка и появления терминального дыхания у первой мыши каждой группы, состоящей из 4 - 6 мышей. Отмечалось также общее число мышей в каждой группе, у которых начинались судороги, и количество терминальных мышей в конце опыта. Учитывалась смертность в течение суток после действия кислорода.
Гипоксическая «тренировка» кошек осуществлялась путем снижения содержания кислорода при нормальном атмосферном давлении. С этой целью кошку помещали в небольшую стеклянную камеру, емкостью 3 л, заполненную воздухом. Камера герметизировалась, выделяемая углекислота поглощалась гранулированной щелочью, засыпанной в марлевый мешочек, который находился на дне камеры. По мере потребления кислорода в камеру вместо кислорода из спирометра поступал воздух. Таким образом, в камере постепенно снижалось содержание кислорода, а у животных развивалась прогрессирующая гипоксемия. Воздух внутри камеры к концу тренировки содержал 5 - 7 % кислорода и 1 - 2 % углекислоты. Животное вынимали из камеры после появления отчетливых признаков кислородного голодания. Обычно длительность пребывания кошек в камере составляла один - полтора часа. Всего таких гипоксических опытов на каждой кошке проводилось в одном варианте один и в другом - четыре.
Через полтора часа после однократного и через сутки после четырехкратного гипоксических опытов, кошек помещали в камеру с высоким давлением кислорода. Устойчивость кошек к кислородному отравлению устанавливалась по времени появления общих судорог. С целью исключения адаптационных влияний сжатого кислорода у кошек повторно в контрольных опытах определяли время наступления судорог. У части животных во время гипоксических опытов учитывалось потребление кислорода.
Полученные нами в опытах на кошках статистически данные были обработаны методом непараметрического теста сравнения пар по Вилкик-сону. Всего в опытах было использовано 64 мыши, 24 морских свинок и 57 кошек.
По результатам наших исследований мы пришли к выводу, что предварительная «высотная» тренировка мышей и морских свинок увеличивала устойчивость животных к действию высоких давлений кислорода по сравнению с контрольными нетренированными животными (табл. 3).
Из данных таблицы видно, что судороги у тренированных мышей наступали в два раза позже, чем у контрольных. Число судорожных припадков у тренированных мышей за первые 10 минут пребывания в сжатом кислороде и число «терминальных» тренированных мышей к концу опыта также
было меньше, по сравнению с контрольными группами. Менее выраженный эффект был обнаружен в отношении - смертности мышей после опыта.
Таблица 3
Показатели кислородного отравления у белых мышей
после предварительной высотной тренировки _
Группы животных Количество мышей в группе Время наступления Количество судорожных припадков в группе за 10 минут опыта Количество мышей
Судорог (в мин.) Терминального дыхания (в мин.) С терминальным дыханием к концу опыта (в%) Погибших через сутки после опыта (в%)
Контрольные 37 2,8 24,0 10,8 46,0 70,3
Тренированные 27 5,6 33,6 3,6 22,2 59,2
Отчетливый положительный эффект был получен в опытах с высотной тренировкой морских свинок. Если локальные судороги в сжатом кислороде развивались у всех контрольных свинок, то та-
кие же судороги были отмечены лишь у одной тренированной к высоте свинки. Общие судороги у «высотных» свинок наступали позже, чем у контрольных, а сниженная ректальная температура восстанавливалась быстрее (табл. 4).
Таблица 4
Показатели кислородного отравления у морских свинок
Группы животных Количество животных в группе Число животных у, которых были судороги Средняя величина латентного периоды до наступления судорог (в мин.) Среднее время восстановления ректальной температуры после декомпрессии (в мин.)
локальные общие
контрольные 9 9 6 39,3 98,6
тренированные 9 1 2 50,5 29,3
Полученные данные подтверждают высказанную нами мысль о возможности повышения устойчивости животных к токсическому действию сжатого кислорода путем длительной гипоксической тренировки. В опытах на кошках с четырехкратной и даже однократной гипоксической тренировкой также был установлен защитный эффект по отношению к кислородному отравлению. Оказалось,
что как однократная гипоксическая тренировка, проводимая за полтора часа до кислородного опыта, так и четырехкратная тренировка заметно (в два с лишним раза) отодвигает начало судорожного периода у кошек по сравнению с контрольными опытами (табл.5).
Таблица 5
Скорость появления кислородных судорог у кошек
Количество гипокси-ческих воздействий Количество кошек в группе Латентный период до наступления судорог (в мин.) Степень статистической достоверности по Вилкиксону
До гипоксии После гипоксии
Одно 8 6,74 14,8 0,01
Четыре 13 8,7 20,7 0,01
Особый интерес представляют опыты с четырехкратной тренировкой, поскольку в этом случае благоприятный эффект сохранялся в течение 24 часов после окончания тренировки.
Одним из важных компенсаторных механизмов при токсическом действии кислорода, по-видимому, является снижение обменных процессов. В связи с этим соображением нами была сделана по-
пытка установить связь устойчивости кошек к высокому давлению кислорода с уровнем его потребления. Оказалось, что у кошек, отличающихся высоким уровнем потребления кислорода, судороги при 6 атм кислорода наступали раньше. Мы заметили, что у кошек, потребляющих за 30 мин. от 200 до 300 см3 кислорода (при расчете на 1 кг веса), су-
дороги наступали в среднем через 13,5 мин., а у кошек, потребляющих 400 - 500 см3 кислорода, то судороги появлялись через 7,5 минут (табл.6).
Таблица 6
Сроки наступления кислородных судорог у кошек с разным уровнем потребления кислорода
Группы животных по потреблению О2 Количество кошек в группе Уровень потребления кислорода за 30 минут на 1 кг веса (в см3) Средний латентный период судорог
Низкий уровень 5 200-300 13,4
Средний уровень 6 300-400 10,6
Высокий уровень 7 400-500 7,5
Влияние гипоксической тренировки сказалось как на уровне потребления кислорода, так и на сроках наступления судорог.
Следовательно, увеличение латентного периода судорог у кошек при высоком давлении кислорода после гипоксических тренировок может быть частично объяснено перестройкой обменных процессов, возникших у животных в результате повторной гипоксии.
Полученные результаты опытов отчетливо свидетельствуют о возможности повышения устойчивости животных к действию сжатого кислорода путем гипоксической тренировки. В основе повышения устойчивости к действию сжатого кислорода, по-видимому, лежат механизмы тканевой адаптации и перестройки обменных процессов, возникающих во время гипоксической тренировки.
Об этом свидетельствуют, обнаруженные нами, сдвиги щелочно-кислотного равновесия, нарастание восстановленного глютатиона, увеличение активности дыхательных ферментных систем в энергетике тканевых элементов в результате «высотной» тренировки.
Нам представляется, что гипоксемическая тренировка является одновременно и тренировкой к гипероксии, поскольку в их основе лежит механизм адаптации на уровне клетки.
Эффект гипоксической тренировки подтверждает данные о тренированности к условиям высоких давлений кислорода) которые были получены путем многократных воздействий высоких давлений кислорода.
Кроме того, этот факт свидетельствует об общности гипоксических и гипероксических воздействий и выдвигает два возможных допущения о роли гипоксической тренировки в механизмах адаптации к токсическому действию кислорода. С одной стороны, можно допустить, что механизмы высотной адаптации неспецифичны и представляют собой клеточную адаптацию ко многим вредным факторам. С другой стороны, можно думать, что гипероксия тканей в основе своей является «ги-пероксической гипоксией» и действие гипоксиче-ской тренировки специфично и направлено на адаптацию к разным формам гипоксии, в том числе и гипероксической. Также, мы склонны полагать, что второе допущение ближе к истине, дальнейшие исследования покажут насколько это справедливо.
По результатам наших исследований мы сделали следующие выводы:
1. Установлена возможность повышения устойчивости животных к токсическому действию высоких давлений кислорода путем предварительной тренировки их к недостатку кислорода.
2. Гипоксическая тренировка имеет защитный эффект по отношению к токсическому действию кислорода как при однократном, так и при многократном ее применении.
3. Выявлена корреляция между уровнем потребления кислорода у кошек и сроками наступления у них кислородных судорог
Роль гипоксического фактора в развитии и течении экспериментальных судорожных припадков
Изучению проблемы эпилепсии, одной из важных проблем современной клинической и экспериментальной медицины, посвящено большое число работ отечественных и за рубежных клиницистов и физиологов.
Наиболее серьезным и тяжелым проявлением эпилепсии является судорожный эпилептический припадок, которому исследователи и уделяют особое внимание. Механизмы возникновения и развития судорожных припадков в основном изучаются на экспериментальных животных. Конечно, экспериментальный эпилептиформный припадок не может полностью воспроизвести всю многогранную картину эпилепсии как заболевания, в котором припадок является только одним из его проявлений, хотя и можно сказать - основным. Все же экспериментальная модель эпилепсии на животных позволяет выяснить ряд существенных сторон этого заболевания.
Большинство авторов считает, что причиной эпилептического приступа является нарушение взаимоотношений коры и подкорки (М.Я. Серейский), но другие исследователи считают, что непосредственной причиной приступа являются биохимические сдвиги и прежде всего - это накопление аммиака, увеличение содержания остаточного азота, гло-булиновых фракций, изменения углеводного обмена и пр. Другие исследователи полагают, что ведущее значение в развитии эпилептических припадков имеют изменения тонуса сосудов мозга, которые нарушают физиологическое состояние нейродинамических процессов. Некоторые авторы связывают повышенную склонность организма к судорожным реакциям с недостатком кислорода. В частности, работами Н. Д. Ершова, Е. В. Майстраха
показано, что повышение судорожной реакции организма при пониженном атмосферном давлении, прежде всего, характеризуется аноксемией мозга и нарушением кислотно-щелочного равновесия в сторону алкалоза. И. И. Федоров еще в1958 году указывал, что основой механизма развития судорожного процесса является кратковременный спазм сосудов, приводящий к нарушению снабжения мозга питательными веществами и в первую очередь кислородом. В то же время Т. П. Якимова, на основании проведенных исследований пришла к выводу, что центральное торможение, наблюдающееся при судорожных припадках, приводит к снижению потребления организмом кислорода. [10]
Поэтому, проводя свои исследования в этом направлении мы попытались хотя бы частично изучить роль гипоксии в генезе судорожных припадков. Так как кислородный баланс организма обеспечивается системой дыхания, кровообращения и способностью клеток поглощать кислород, мы решили исследовать функциональное состояние этих систем во время припадков. Судорожные припадки вызывались у собак и крыс внутривенными введениями эфирно-камфорного раствора, кардиазола и корамина. У собак во время судорожных припадков производилась запись дыхания, а в острых опытах ■
запись дыхания и кровяного давления. Дыхание регистрировалось на кимографе при помощи специального барабанчика, наложенного на грудную клетку животного и соединенного с капсулой Ма-рея.
Эпилептиформный приступ у собак начинался с непродолжительного двигательного возбуждения, беспокойства, отдельных судорожных подергиваний. Существенных изменений дыхания в этот период не наблюдалось. Затем развивалась наиболее тяжелая тоническая фаза припадка с резким опистотонусом и цианазом. В этот же период наступала остановка дыхания, длящаяся до окончания тонической фазы (рис. 3).
Остановка дыхания представляет особый интерес, так как оно наиболее тяжело переносится организмом. Большинство исследователей придерживается мнения, что эта остановка является отражением, как тонического сокращения дыхательной мускулатуры, так и результатом торможения дыхательного центра. Во время клонической фазы, наступающей вслед за тонической, дыхание становится прерывистым и беспорядочным. После окончания клонических судорог, отмечается значительное учащение и углубление дыхания (рис. 3). Постепенно дыхательные движения нормализуются.
Рис. 3. Изменение дыхания при судорожном приступе у собаки: дыхание в норме; б - остановка дыхания во время тонической фазы; в - дыхание при клониче-ских судорогах; г - дыхание после приступа. Деление времени - 2 сек.
а
В следующей серии опытов на предварительно «синусостомированных» собаках мы изучали газовый анализ крови по методу Ван-Слайка. Кровь для анализов брали одновременно из сагиттального синуса мозга и из бедренной артерии; до судорог, на высоте припадка (в тонической фазе) и через различные промежутки времени после приступа.
В основном нас интересовали данные о количестве кислорода в крови, так как этот показатель в какой-то степени может характеризовать состояние кислородного снабжения мозга. В результате проведенных анализов были получены следующие данные: во всех анализах артериальной крови, взятой на высоте приступа, количество кислорода снижено (с 20 - 22 % в норме, до 16 - 18 %). Содержание кислорода в венозной («синусной») крови, взятой в этом же периоде, оказалось повышенным (с 12 - 14 % в норме, до 17 - 18 %). Таким образом, во время судорог содержание кислорода в «синусной» крови приближается к содержанию кислорода в артериальной крови. Артерио-венозное различие по кислороду во время припадка резко уменьшается от 3 до 0,7 %, при норме от 6 до 9 % .
Изучение скорости кровотока (пузырьковым методом) показало, что во время приступа кровообращение значительно ускорено, а после приступа значительно замедленно. После окончания судорожного припадка количество кислорода в артериальной и венозной крови нормализуется, артерио -венозное различие по отношению к кислороду увеличивается.
Проведенные исследования показали, что во время тонической фазы судорожного припадка приток кислорода к мозгу, очевидно, уменьшен, так как отмечаются остановки дыхания, снижение содержания кислорода в артериальной крови с одновременным повышением его в «синусной» крови, а также резкое падение артерио-венозного различия по отношению к кислороду.
Мы посчитали целесообразным изучить также вопрос о поглощении кислорода тканями мозга во время судорожного припадка. Подобных работ, освещающих этот вопрос, не много. Наиболее обстоятельными, с научной точки зрения, являются исследования К. И. Погодаева, описанные еще в пятидесятых годах ХХ столетия, изучавшего тканевое
дыхание различных отделов мозга в различные фазы электросудорожных припадков, но они были далеки также от требований современности.
Поэтому, нами были проведены ряд исследований на крысах. Припадки вызывались эфирно-камфорным раствором, кардиазолом и корамином. Во время тонической или клонической фазы припадка животное быстро декапитировали. На льду с больших полушарий удалялись оболочки и кровь. Мозговую ткань измельчали до получения гомоген-
ной массы. Дыхание тканевого гомогената определялось по общепринятой методике Варбурга в атмосфере чистого кислорода при температуре 38 ± 0,01°. Количество потребленного кислорода выражалось общепринятым коэффициентом QО2, который равен количеству кубических миллиметров кислорода, потребленного за 1 час 1 мг ткани в пересчете на сухой вес. Полученные нами данные на примере камфорных припадков приведены на рис. 4.
02,мм2
7
6
5 //
У/
3
2
1 -
1 2 3
Рис. 4. Средние величины потребления кислорода тканью больших полушарий мозга крыс при камфорных судорожных припадках: 1 - контроль, 2 - тоническая фаза приступа,
3 - клонические судороги.
Определенное в норме (контрольные животные) тканевое дыхание больших полушарий мозга колебалось в пределах 4 - 5 мм3 кислорода ^О2). Так как дыхание мозга, удаленного во время одиночной тонической фазы приступа, не отличалось от показателей в норме, было решено увеличить дозы эпилептогенных веществ, чтобы добиться получения множественных судорожных припадков. Тканевое дыхание больших полушарий, взятых во время многократных тонических фаз, закономерно снижалось ^О2 = 3,8 - 3,5 мм3 О2). Интенсивность тканевого дыхания больших полушарий, выделенных в период клонических судорог, во всех случаях была усиленной ^О2 = 6 - 7 мм3 O2).
Таким образом, во время тонической фазы судорожного приступа мы наблюдали снижение интенсивности тканевого дыхания больших полушарий головного мозга, что согласуется с данными К. И. Погодаева.
В серии острых и хронических опытов нами была исследована динамика изменений напряжения кислорода в мозге у собак во время припадков. Определения производились полярографическим методом на животных с вживленными в мозг электродами. Оказалось, что во время приступа происходит закономерное изменение напряжения кислорода в мозге. Остановка дыхания, тоническое напряжение мускулатуры, как правило, сопровождается резким падением кривой напряжения кислорода (рис. 5).
Рис. 5. Изменения напряжения кислорода в мозге собаки во время судорожного припадка.
Возобновление и усиление дыхания приводит к значительному повышению напряжения кислорода в мозге. Полученные нами данные также подтвердили недостаточное снабжение кислородом мозга во время судорожных припадков.
Проведенные на собаках и крысах опыты подтвердили предположение о том, что при экспериментальных судорожных состояниях потребление мозгом кислорода снижается. Исходя из этих результатов, мы решили исследовать влияние адаптации и акклиматизации к гипоксии на характер и течение экспериментальных судорожных припадков.
В каждой серии опытов крысы подбирались одинакового возраста и веса. Определялась оптимальная доза раствора камфоры, вызывающая при внутривенном введении эпилептиформные припадки средней тяжести. Первую серию опытов мы провели в условиях барокамеры. После предварительной акклиматизации животные в течение 54 часов находились на «высоте» 8 000 м. По истечению этого срока крысы были извлечены из барокамеры и им был сразу введен камфорный раствор.
Оказалось, что ни у одной из крыс вызвать припадок не удалось даже при введении им доз, превышающих средне-токсическую дозу. Для уточнения этих данных были проведены дополнительные исследования, где животные в течение восьми дней находились на «высоте» 3 500 м. Сразу после барокамеры части животных (12 крысам) был введен камфорный раствор, однако никакой реакции после этого не последовало. Даже на седьмые -восьмые сутки, считая со времени «спуска», у крыс в ответ на введение повышенных доз эпилептоген-ного вещества судорог вызвать не удалось.
Поэтому, данные опыты на крысах подтверждают предположение о значении гипоксического фактора в патогенезе судорожных припадков. В частности, адаптация к гипоксии привела к повышению устойчивости животных к эпилептогенному фактору.
Исходя из вышеописанных опытов, мы пришли к следующим выводам:
1. Во время судорожных припадков значительно изменяются дыхание и кровяное давление. В тонической фазе происходит резкое повышение кровяного давления и остановка дыхания.
2. На высоте приступа содержание кислорода в артериальной крови снижается, а в венозной (синусной) - повышается. Артерио-венозная разница по кислороду резко уменьшается.
3. На пике приладка, во время тонической фазы, интенсивность поглощения кислорода тканями больших полушарий снижается.
4. Напряжение кислорода в мозге на высоте припадка падает.
5. Адаптация и акклиматизация к гипоксии приводят к повышению устойчивости к эпилепто-генному фактору.
Таким образом, подводя итоги вышеописанным исследованиям, можно сказать, что углекислый газ играет важнейшую роль в ускорении протекания биохимических реакций и физиологических процессов. Он является уникальным
стимулятором центральной нервной системы, сосудистого тонуса и гемодинамики. Растворяясь в артериальной крови, молекулярный СО2 становится главным фактором в регуляции функций внешнего дыхания и газового состава организма. Проникая в эритроциты, углекислый газ способствует уменьшению оксигенации гемоглобина, усилению утилизации кислорода мышечными волокнами и повышению скорости протекания окислительных реакций в клеточных структурах тканей.
Углекислый газ участвует в синтезе всех биологических соединений. Без него невозможно образование жиров, белков, углеводов и нуклеиновых кислот. Биологическое и метаболическое значение углекислоты для человека заключается в том, что СО2 играет роль катализатора в реакции обмена веществ и является важным регулятором активности многих ферментов. Однако, повышение содержания СО2 в органах и тканях вызывает изменения интенсивности окисления гликогена мышц в условиях кислородной недостаточности. После детального анализа нарушений газообмена СО2 при хронической гипоксии легочного происхождения, мы пришли к выводу, что не гиповентиляция легких явилась причиной накопления СО2, а неравномерности легочной вентиляции.
Описывая токсическое действие кислорода на организм при его высоких концентрациях мы также определили, что увеличенное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (не более 35 %) повышает устойчивость организма к другим факторам, в частности к поперечным перегрузкам, которая значительно снижается при дыхании газовой смесью, содержащей от 3 до 5 % СО2 и 21 % кислорода.
Нами было достоверно установлено, что поглощение кислорода и выведение углекислоты организмом при избыточном давлении значительно ухудшается. Возникающее состояние недостаточности кислорода в организме происходит даже в наземных условиях и при дыхании чистым кислородом, независимо от изменений в легочной вентиляции. Оно вызывается условиями повышенного внутрилегочного давления, при котором уменьшаются количество циркулирующей крови, скорость кровообращения и развивается венозный застой.
После проведения ряда опытов о токсическом влиянии избытка кислорода, мы пришли к выводу, что гипероксия тканей в основе своей является «ги-пероксической гипоксией» и действие гипоксиче-ской тренировки специфично и направлено на адаптацию к разным формам гипоксии, в том числе и гипероксической.
Описанные опыты на крысах опыты на крысах подтвердили наше предположение о значении ги-поксического фактора в патогенезе судорожных припадков. В частности, адаптация к гипоксии привела к повышению устойчивости животных к эпи-лептогенному фактору.
Список литературы
1. Агаджанян Н.А. Организм и газовая среда обитания. М.: Медицина, 1972. - 246 с.
2. Bean J.W. Factors influencing clinical oxygen toxicity. Hyperbaric oxygenation. Ann. N.Y. Acad. Sci., 117 : 2.
3. Голодов И.И. Влияние высоких концентраций углекислоты на организм. Л.: Оборонгиз, 1946. - 188 с.
4. Comroe J. Physiol. Rev., 1944, 24, 319.
5. Жаров С.Г., Ильин Е.А., Коваленко Е.А. Изучение длительного воздействия на человека атмосферы с повышенным содержанием СО2. //Авиац. и косм. Медицина, М., - 1963. - С. 182 -197.
6. Маршак М.Е. Физиологическое значение углекислоты. М.: Медицина, 1969, - 143 с.
7. Агаджанян Н.Г., Красников Н.П., Полунин И.Н. Физиологическая роль углекислоты и работоспособности человека. : Издательство - АГМА, Москва - Астрахань - Нальчик , 1995, - 188 с.
8. Бреслав И.С. Восприятие дыхательной среды и газопреферендум у животных и человека. Л.: Наука, 1970. - 181 с.
9. Грачев Л.И. Влияние повышенного парциального давления кислорода на окислительно-восстановительные процессы и витаминный обмен животного организма. Тр. ВММА, Л., 1956, 55 : 305.
10. Жиронкин А.Г. Роль различных отделов головного мозга в происхождении судорог при повышенном давлении кислорода. В сб.: Функции организма в условиях измененной газовой среды. Л. -М.: № 32, 1956. - С. 32 - 38.
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ ПОДУШЕВОГО НОРМАТИВА ПЕРВИЧНОЙ МЕДИКО-САНИТАРНОЙ ПОМОЩИ В РАЗЛИЧНЫХ СУБЪЕКТАХ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Гришина Н.К.,
д.м.н.
ФГБНУ «Национальный НИИ общественного здоровья им. Н.А. Семашко»
Саитгареев Р.Р.,
Департамент здравоохранения и фармации Ярославской области
Значкова Е.А.
к.м.н.
Департамент здравоохранения Москвы
RESULTS OF THE ANALYSIS OF THE STRUCTURE OF THE PULMONARY NORMALITY OF PRIMARY HEALTH CARE IN VARIOUS SUBJECTS OF THE RUSSIAN FEDERATION
Grishina N.K.,
doctor of medical sciences FGBNU "National behalf NA Semashko Research Institute of Public Health»
Saitgareev R.R.,
Health and Pharmacy Department of Yaroslavl Region
Znachkova E.A. Candidate of medical sciences Healthcare Department of Moscow
Аннотация
В статье проведен анализ реализации механизма подушевого финансирования в субъектах РФ, который свидетельствует о значительном разнообразии используемых показателей для оценки эффективности деятельности медицинских организаций, оказывающих ПМСП.
Abstract
The article analyzes the implementation of the per capita financing mechanism in the constituent entities of the Russian Federation, which indicates a significant variety of indicators used to assess the performance of medical organizations providing primary health care.
Ключевые слова: первичная медико-санитарная помощь, оценка эффективности, подушевое финансирование, подушевой норматив
Keywords: primary health care, effectiveness evaluation, capitation financing, per capita standard
Введение
Ключевым направлением реформирования систем финансирования, как в зарубежном, так и российском здравоохранении является формирование новой экономической мотивации медицинских организаций посредством использования методов оплаты медицинской помощи, ориентированных на результат. В РФ мероприятия по совершенствова-
нию систем оплаты медицинской помощи, оказываемой в амбулаторных условиях, осуществляются с 2009 года в рамках реализации Программы государственных гарантий бесплатного оказания гражданам медицинской помощи[1,3,4].
Большое внимание в настоящее время уделяется оплате ПМСП по подушевому принципу, главным достоинством которого считается обеспечение приоритета профилактических мер, направленных
