CC BY
177
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сер. 11. 2007. Вып. 3
УДК 612.223 [274,761].2.014.464
А.А. Мясников, В.И. Чернов, А.Ю. Шитов, Ю.Н. Согрин, О.И. Падалка
ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ОБМЕН
ПРИ ТЯЖЕЛОЙ ДЕКОМПРЕССИОННОЙ БОЛЕЗНИ
И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО КОРРЕКЦИИ
Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова, Санкт-Петербург
Поиск эффективных способов лечения и особенно профилактики декомпрессионной болезни (ДБ) - специфического заболевания, возникающего вследствие пересыщения организма индифферентным газом, входящим в состав дыхательной смеси, и характеризующегося образованием газовых пузырьков в тканях организма из-за неадекватного снижения общего давления, продолжает оставаться одной из важнейших проблем водолазной медицины. Это обусловлено тем, что ДБ среди профессиональной патологии, характерной для широкого контингента лиц, работающих в условиях меняющегося давления внешней среды, как по частоте возникновения, так и по тяжести занимает ведущее место [1-3]. Так, в структуре всех профессиональных заболеваний людей, работающих в условиях повышенного давления газовой среды, ДБ составляет 80-90 %. Частота заболеваний у водолазов-профессионалов - 2-3 % случаев от общего количества человеко-спусков. Кроме того, высока и смертность водолазов от ДБ, на долю которой приходится от 13 до 28 % числа всех несчастных случаев, закончившихся летальным исходом [4, 5].
Имеются группы специалистов, которые сталкиваются с проблемой декомпрессии только в аварийных ситуациях: подводники при аварии подводной лодки; пилоты при разгерметизации кабины самолета; при использовании высотного снаряжения и космических скафандров [1-3]. Частота возникновения ДБ при аварийном выходе подводников из затонувшей подводной лодки колеблется от 80 до 100 % от числа спасенных, многие из них при этом имеют тяжелые формы данной патологии [4].
В последнее время проблема ДБ стала еще более актуальной в связи с широким распространением любительского подводного плавания (дайвинга). Рост заболеваемости стал возможен из -за слабой теоретической и практической подготовки подводных пловцов, а также отсутствия адекватного медицинского обеспечения.
Основным способом профилактики ДБ является правильный выбор и точное соблюдение физиологически адекватных режимов декомпрессии, что, однако, не исключает возможность развития острой формы ДБ легкой степени тяжести и формирования хронической формы заболевания у предрасположенных к ДБ лиц [6, 7]. Поэтому в настоящее время является актуальной задача разработки способов профилактики ДБ, направленных на повышение устойчивости организма к данному заболеванию методами, не связанными с воздействием повышенного давления воздуха на организм [6 -13].
Одной из мер профилактики и лечения ДБ является нормализация водно-электролитного обмена. При этом необходимо учесть, что на данный вид обмена оказывает влияние
© А.А. Мясников, В.И. Чернов, А.Ю. Шитов, Ю.Н. Согрин, О.И. Падалка, 2007
и питьевой режим организма, заключающийся в приеме жидкости различного качественного и количественного состава на различных этапах гипербарического воздействия.
Водно-электролитный обмен является неотъемлемой составной частью гомеоста- зиса, отражающей общее состояние организма и обеспечивающей оптимальные условия обмена веществ. Изменения этого вида обмена, наступающие в условиях внутрисосудис- того декомпрессионного газообразования, представляют определенный интерес с точки зрения оценки связи его выраженности с расстройством функций как отдельных органов и физиологических систем, так и организма в целом [12, 14-16].
Имеется ряд работ, в которых весьма глубоко анализируются изменения уровня основных электролитов при возникновении ДБ [12, 17]. В то же время данные о патогенезе этих расстройств при ДБ разрозненны, противоречивы и не позволяют сформировать четкую картину возникающих при этом нарушений.
Целью работы являлось уточнение механизма и возможности коррекции нарушений водно-электролитного обмена, происходящих при возникновении тяжелой декомпресси- онной болезни у экспериментальных животных.
Уточнение патогенеза именно тяжелой ДБ было выбрано в связи с тем, что даже незначительная коррекция с помощью питьевого режима тяжелых расстройств водно-электролитного обмена, возникающих при ДБ, позволит перейти к исследованиям с участием испытуемых-добровольцев для выявления диагностических критериев легких форм развития данной патологии и при «бессимптомном» внутрисосудистом декомпрессионном газообразовании.
Материал и методы. Исследование проведено на 221 беспородной взрослой здоровой крысе-самце со средней массой тела 360±20 г, которые были разделены на три группы. Животные I (n=41) и II групп (n=120) в течение 20 сут перед «погружением» употребляли воду ГОСТ «Вода питьевая», а крысы III группы (n=60), также в течение 20 сут перед «погружением», принимали напиток, содержащий китайский лимонник (5 г/л). Крыс II и III групп подвергали воздействию повышенного давления воздуха (0,7 МПа, экспозиция 45 мин) в барокамере. По завершении изопрессии проводилась безостановочная пятиминутная декомпрессия. Указанный режим декомпрессии, как по нашим данным, так и по данным различных авторов, вызывает появление тяжелых и крайне тяжелых форм ДБ (летальных случаев) примерно у 50 % животных [9]. Забор крови производился до гибели животных у тех из них, которые имели тяжелые формы заболевания после декомпрессии. Животных I группы помещали в аналогичную барокамеру и осуществляли периодическую вентиляцию воздухом при атмосферном давлении.
Для забора крови крысы декапитировались гильотинным способом. В целях подтверждения диагноза ДБ осуществлялось вскрытие трупов животных.
У крыс I группы также на 10-12-й мин после выхода из барокамеры (имитация «погружения» на глубину) осуществлялся забор крови с последующим анализом ее сыворотки. Анализы сыворотки крови производились с помощью лабораторной системы- фотометрического биохимического анализатора BM/Hitachi 917 Rack (Япония). Оценивались показатели, отражающие состояние водно-солевого обмена (мочевина, кре- атинин, фосфор, кальций, калий, натрий, хлор, магний), и показатели, изменение которых могло бы привести к существенным его нарушениям (глюкоза, общий белок, его фракции и их соотношение).
Эксперименты проводились в соответствии с программой, одобренной комис - сией по этике, а при их проведении строго соблюдались международные принципы
Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным, а также «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных» и «Биоэтические правила проведения исследований на человеке и животных».
В исследовании использовались пакеты прикладных программ: Statistica for Windows 5.5 (6.0) - для статистического анализа, MS Office 2000 и Excel - для организации и формирования матриц данных, подготовки таблиц. Результаты исследования представлены в виде M - среднего значения и m - средней квадратической ошибки отклонения.
Результаты исследований. Развитие тяжелых форм ДБ было зафиксировано у 67 животных (погибло 30) из II группы и 28 животных (погибло 11) из III группы. При этом из группы животных, употреблявших воду, забор крови был произведен у 43 крыс, имевших признаки заболевания, характеризующие тяжелую форму.
Данные экспериментов свидетельствуют о том, что при приеме напитка, содержащего китайский лимонник, происходит снижение частоты случаев гибели от ДБ (с 25 до 18,3 %) и увеличение продолжительности латентного периода возникновения заболевания с 10,07±0,6 до 14,86±1,5 мин (р<0,001) по сравнению с группой животных, употреблявших воду ГОСТ «Вода питьевая». При употреблении животными напитка, содержащего китайский лимонник, также имелась тенденция к уменьшению количества тяжелых и крайне тяжелой форм ДБ (четвертой и пятой степени тяжести) с 55,8 до 46,6 % случаев. Это уменьшение происходило в основном за счет увеличения легких форм заболевания (первой и второй степени тяжести) с 11,6 до 21,6 % случаев.
При вскрытии трупов животных, погибших от ДБ, отмечено выделение кровянистой пены из печени, селезенки, полостей сердца и крупных сосудов, а также повышенное кровенаполнение легких и брыжеек внутренних органов, что подтверждает тяжесть заболевания и правильность выбора режима декомпрессии.
При тяжелой форме ДБ нами отмечен повышенный уровень электролитов сыворотки крови: калия, кальция, хлора и магния, что сопровождается снижением концентрации натрия и натрий-калиевого коэффициента. Среди показателей белкового обмена, изменение которых оказывает влияние на состояние водного обмена, наблюдается увеличение концентрации общего белка и глобулина. При этом происходило достоверное снижение альбумин-глобулинового коэффициента и содержания альбуминов. Возросло и содержание общего белка за счет увеличения содержания глобулинов (таблица).
Показатели водно-электролитного, белкового и углеводного обмена у крыс в условиях развития тяжелой декомпрессионной болезни при приеме
различных жидкостей (M±m)
Исследуемый показатель Вода ГОСТ «Вода питьевая» Напиток,
содержащий
китайский лимонник
Без «погружения» (группа I, и=41) После «погружения» (группа II, и=43) После «погружения» (группа III, и=28)
1 2 3 4
Na+, ммоль/л 151,01±0,32 144,03±0,445*** 148,15±0,26 ###
K+, ммоль/л 7,34±0,032 8,32±0,074*** 7,96±0,04 # # #
Na+/K+, усл. ед. 20,58±0,12 17,39±0,184*** 18,64±0,11 # # #
Ca2+, ммоль/л 2,36±0,015 2,39±0,013* 2,38±0,01
Cl-, ммоль/л 99,75±0,203 103,63±0,314*** 101,61±0,21 # # #
Окончание таблицы
1 2 3 4
Mg2+, ммоль/л 0,93±0,018 1,02±0,018*** 1,05±0,01
P, ммоль/л 1,96±0,045 1,99±0,03 2,16±0,04 # #
Мочевина, ммоль/л 4,11±0,09 5,11±0,128*** 4,7±0,06 # #
Креатинин, мкмоль/л 49,66±0,34 54,26±0,521*** 50,87±0,24 # #
Общий белок, г/л 71,51±0,44 73,54±0,498** 72,63±0,31
Альбумин/глобулин, усл. ед. 0,85±0,009 0,78±0,01*** 0,83±0,008 #
Глюкоза, ммоль/л 6,85±0,12 10,1±0,43*** 8,21±0,19 # #
Альбумин, г/л 32,87±0,16 32,14±0,144** 32,87±0,16 # #
Глобулин, г/л 38,65±0,35 41,27±0,448*** 39,76±0,27# #
* Различие по сравнению с группой I достоверно, p<0,05; ** различие по сравнению с группой I достоверно, p<0,01; *** различие по сравнению с группой I достоверно, p<0,001; # различие по сравнению с группой II достоверно, p<0,05; ## различие по сравнению с группой II достоверно, p<0,01;
### различие по сравнению с группой II достоверно, _р<0,001.
Обсуждение результатов. При возникновении тяжелой формы ДБ у крыс происходит перемещение электролитов между внутри- и внеклеточной средами. Наблюдаемое в опытах повышение уровня калия, вероятно, связано с нарушением целостности клеток, в частности эритроцитов, выходом электролитов из них. Усиленный отток калия во внеклеточную жидкость может быть обусловлен также развитием ацидоза. Известно, что ионы водорода при пониженном рН способны активно обмениваться на ионы некоторых электролитов [16]. Гиперкалиемии способствуют происходящие в тканях под действием циркуляторной гипоксии катаболические процессы, сопровождающиеся снижением утилизации углеводов, повышением уровня молочной кислоты и усиленным разрушением белка. Отмечаемое снижение концентрации натрия в сыворотке крови, по данным ряда авторов (за счет уменьшения объема внеклеточного пространства), также ведет к повышению уровня калия в сыворотке крови [14, 16, 18]. Кроме повреждения клеточных мембран нельзя исключить и нарушение эффективности деятельности натрий-калиевого насоса, который обеспечивает удаление натрия из клетки и накопление калия внутри нее.
Нарушение деятельности почек в условиях изменения реологических свойств крови при ДБ вызывает снижение экскреции калия, и как следствие,- увеличение его концентрации в сыворотке крови. Калий проходит через клеточную мембрану в комбинации с глюкозой и фосфором, что обусловливает изменение содержания и этих веществ. Уменьшение почечного кровотока при ДБ способствует снижению канальцевой реабсорбции и клубочковой фильтрации, что приводит к задержке воды в организме и возникновению вследствие этого гипонатриемии. В данном случае гипонатриемия скорее всего является относительной и обусловлена переразведением крови. При этом вода, задержанная при местной гипоксии, характерной для ДБ, не остается в сосудах, а выходит из них через сосудистую стенку вместе с белками, обусловливая ограничение диффузии кислорода в ткани и индифферентных газов из тканей в кровь. Данное обстоятельство необходимо учитывать при расчете режимов лечебной рекомпрессии и их применении. Косвенными критериями ухудшения почечной функции может служить и наблюдающееся в эксперименте повышение уровня мочевины и креатинина в сыворотке крови.
При снижении концентрации натрия в сыворотке происходит уменьшение объема внеклеточного пространства, развивается гипергидратация клеток и усиливается гиперка- лиемия. О нарушении функции почек свидетельствует и рост уровня креатинина, поскольку его содержание отражает баланс между образованием и выведением с мочой.
Наблюдающаяся в экспериментах гипергликемия развивается как следствие симпа- тоадреналового криза, усиленного выделения глюкокортикоидов и катехоламинов (адреналин) [8]. Выделение же гистамина при возникновении ДБ вызывает гиперкалиемию по причине повышенного выхода калия из клеток. Однако гипергликемию в этом случае можно рассматривать и как компенсаторную реакцию организма в ответ на появление гиперкалиемии, поскольку известно, что введение глюкозы, особенно с инсулином, способствует переходу калия из внеклеточного пространства в клетку. Вместе с этим гипергликемия способна снижать концентрацию натрия в сыворотке крови, так как глюкоза обладает сильным осмотическим эффектом и вызывает перемещение воды из клеток во внеклеточное пространство, разбавляя существующее
количество натрия. Поскольку глюкоза полностью не реабсорбируется в канальцах почек, вызывая осмотический диурез, в этих условиях происходит потеря жидкости с мочой, богатой калием, фосфором и магнием. Несмотря на выраженные потери калия с мочой, отмечаемые некоторыми авторами на начальном этапе развития «бессимптомного» газообразования, резких потерь его в организме на фоне развития ацидоза при прогрессировании ДБ не наблюдается. По всей видимости, это происходит из-за значительного высвобождения данного электролита из клеток и кратковременностью гиперкалийурии [17].
Поскольку фосфор является основным внутриклеточным анионом, его увеличение в эксперименте свидетельствует о понижении запасов этого электролита в клетках. Учитывая, что внутриклеточные запасы фосфатов являются основным ресурсом образования АТФ и важнейшей средой формирования фосфолипидов клеточных мембран, уменьшение содержания данного аниона в эритроцитах ведет к снижению стабильности их мембран.
Уменьшение магния в клетке способствует истощению внутриклеточных запасов калия и поступлению в клетку натрия и кальция. Поскольку магний участвует в биоэлектрическом феномене как антагонист кальция (курареподобное действие), его дефицит в клетке ведет к нарушению формирования и проведения нервного импульса в нейромы - шечных синапсах. В случае развития ДБ гипермагниемия может быть обусловлена также и нарушением его реабсорбции почечными канальцами, так как до 40 % введенного магния выводится с мочой [18].
Значительное увеличение содержания общего белка, сопровождающее возникновение тяжелой ДБ, скорее всего связано с ростом концентрации глобулинов, являющихся крупнодисперсными соединениями. Это, в условиях развития ДБ, еще более ухудшает микроциркуляцию. Снижение же концентрации альбуминов, в силу их большого онкотического давления, может приводить к перемещению жидкости из сосудистого русла в интерсти- циальное пространство, что в итоге также способно нарушать реологические свойства крови. Уменьшение содержания альбуминов может возникать и в связи с «блокирующим действием» белков на «развивающийся» газовый пузырек. Известно, что наибольшей поверхностной активностью на разделе сред жидкость-газ обладают низкомолекулярные белки, к которым и относятся альбумины [19].
Анализ данных литературы и результатов экспериментов позволил конкретизировать представление о механизмах расстройств водно-электролитного обмена, формирующихся в условиях развития тяжелой ДБ. Механизм подобных расстройств достаточно сложен и зависит, по нашему мнению, как от уровня декомпрессионного газообразования, так и от исходного функционального состояния организма. При этом целесообразно выделять расстройства водно-электролитного обмена, формирующиеся при доклинических формах болезни и тяжелых формах этой патологии.
После длительного (курсового) приема напитка, содержащего китайский лимонник, уменьшилась выраженность патологических изменений, регистрируемых во всех исследуемых видах обмена при возникновении и развитии ДБ. При этом положительный эффект приема напитка, по нашему мнению, не связан с непосредственным влиянием на данные виды обмена, так как его прием в течение 20 сут не вызвал у животных существенных изменений водно-электролитного, белкового и углеводного обменов. Изменения касались лишь увеличения уровня натрия и мочевины в сыворотке крови животных.
При возникновении ДБ положительный эффект приема напитка, содержащего китайский лимонник, проявляется в снижении гипонатриемии и гиперкалиемии, и как следствие, - в достоверном увеличении натрий-калиевого коэффициента. Употребление напитка привело также к снижению степени гиперхлоремии. Прием напитка, содержащего китайский лимонник, перед «погружением» оказал существенное влияние и на показатели белкового обмена, полученные в условиях развития тяжелой ДБ. Так, произошло достоверное снижение повышенного уровня мочевины и глобулина, а за счет увеличения пониженного уровня альбумина возрос альбумин-глобулиновый коэффициент. В углеводном обмене можно отметить уменьшение уровня гипергликемии.
В заключение можно сделать следующие выводы.
Развитие острой тяжелой декомпрессионной болезни у животных сопровождается существенными нарушениями водно-электролитного (гиперкалиемия, гипонатриемия) белкового (гипоальбуминемия) и углеводного (гипергликемия) обменов, что позволяет использовать представленные показатели в диагностике декомпрессионных расстройств, оценке степени их тяжести, дополняет представление о патогенезе заболевания и дает возможность выработать тактику патогенетического и симптоматического лечения.
Полученные положительные результаты влияния приема жидкости, содержащей китайский лимонник, на показатели заболеваемости (удлинение латентного периода возникновения заболевания, снижение летальности и количества тяжелых форм), нарушения водно-электролитного обмена при тяжелой декомпрессионной болезни у животных позволят в дальнейшем обосновать принципы рационального питьевого режима у водолазов при различном уровне внутрисосудистого декомпрессионного газообразования (УВГ).
Summary
MyasnikovA. A., Chernov V. I., Shitov A. Yu., Sogrin Yu. N., Padalka O. I. Water and electrolyte balance in severe decompression illness and resources of its correction.
This study aims at defining more precisely the pathogenesis disorders occurring due to the appearance of severe decompression illness in experimental animals. The investigation was conducted on nonbred adult healthy male rats. They were subjected to higher air pressure in a pressure chamber. The illness progress contributed to the growth of blood serum electrolyte level: potassium, calcium, chlorine and magnesium which was accompanied with decrease in sodium concentration and sodium-potassium rate, increase of total protein and globulin concentration. There occurred decrease of albumin-globulin factor and albumin content. Total protein content increased due to globulin content increase. The beginning of the illness was also accompanied by hyperglycemia.
Thus the progress of severe decompression illness of the animals was accompanied with considerable water-electrolyte, protein and carbohydrate metabolism disorders, that gives an opportunity to use these factors in diagnostics of decompression disorders, estimation of their severity and also gives more a clearer idea of this illness pathogenesis.
Key words: decompression illness, water and electrolyte balance.
Литература
1. Газенко О. Г., Гиппенрейтер Г. Б., Малкин В. Б. Высотная декомпрессионная болезнь и некоторые средства ее профилактики и лечения // Авиакосмич., гипербарич. мед. и биол.: Информ. бюл. 1988. № 7-8. С. 3-34.
2. Граменицкий П. М. Декомпрессионные расстройства // Пробл. космич. биол. Т. 25. М., 1974. 349 с.
3. Катунцев В. П. Декомпрессионная болезнь - одна из актуальных проблем авиакосмической медицины // Авиакосмич. и экологич. мед. 1998. Т. 32. № 6. С.
11-20.
4. Никонов С. В. Теория и практика медицины подводных аварий и катастроф: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. СПб., 2000. 25 с.
5. Нессирио Б. А. Физиологические основы декомпрессии водолазов-глубоководников. СПб., 2002. 448 с.
6. Волков Л. К. Физиологическое обоснование профилактики декомпрессионных расстройств: Автореф. дис. . д-ра мед. наук. СПб., 1994. 41 с.
7.Мясников А. А. Физиологическое обоснование неспецифических методов повышения устойчивости организма к декомпрессионной болезни: Дис. ... д-ра мед. наук. СПб., 1999. 289 с.
8. Винничук Н. Н. О ферментативно-гормональном статусе организма в условиях повышенного давления газовой среды и при декомпрессионной болезни: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Л., 1975. 23 с.
9. Власов В. В. Устойчивость организма к декомпрессии и некоторые пути ее повышения: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Л., 1979. 14 с.
10. Ильинская Е. А., Смолин В. В., Соколов Г. М. и др. Первый опыт применения электромиостимуляции в барокамере при лечении декомпрессионной болезни // Баротерапия в комплексном лечении и реабилитации раненых больных и пораженных: Матер. VI Всеарм. научно-практич. конф. СПб., 2006. С. 67.
11. Нессирио Б. А. О методе радикального решения проблемы декомпрессии водолазов. СПб., 2005. 28 с.
12. Советов В. И. Изменения в системе крови при пересыщении организма азотом и пути их предупреждения: Дис. ... канд. мед. наук. Л., 1976. 230 с.
13. Сонин Л. Н. Физиологическое обоснование лечения декомпрессионных нарушений: Дис. . канд. мед. наук. СПб., 1998. 174 с.
14. ГинецинскийА. Г. Физиологические механизмы водно-солевого равновесия. М.; Л., 1964. 427 с.
15. Григорьев А. И., Николаев С. О., Орлов О. И. и др. Влияние гипербарии на водно-солевой обмен // Космич. биол. и мед. 1985. № 2-3. С. 3-44.
16. Карпищенко А. И., Антонов В. Г. Лабораторно-диагностическая оценка водно-электролитного обмена: Учебн. пособие. СПб., 1996. 58 с.
17. Кушниренко Н. П. Изменение функционального состояния почек при бессимптомном декомпрессионном газообразовании и декомпрессионной болезни (экспериментальное и клиническое исследование): Автореф. дис. . канд. мед. наук. Л., 1980. 16 с.
18. ГорнМ. М, Хейтц У. И., Сверинген П. Л. Водно-электролитный и кислотно-основной баланс: Краткое руководство: Пер. с англ. СПб.; М., 2000. 320 с.
19. Зараковский Г. М. К вопросу о механизме способности организма удерживать индифферентный газ в состоянии пересыщения: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Л., 1959. 18 с.
Статья приянта к печати 21 марта 2007 г.
