CC BY
85УДК 612.216.2: 547.321-026.71
Корепанов А. Л., Шуневыч О. Б., Василенко И. Ю. ЖИДКОСТНОЕ ДЫХАНИЕ. ТОТАЛЬНАЯ ЖИДКОСТНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ (СООБЩЕНИЕ ВТОРОЕ)
ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», г. Севастополь
Korepanov A. L., Shunevych O. B., Vasilenko I. Yu. LIQUID BREATHING. TOTAL LIQUID VENTILATION OF THE LUNGS
(MESSAGE TWO)
FSAEI of HE "Sevastopol State University", Sevastopol РЕЗЮМЕ
В статье представлено современное состояние вопроса по тотальной жидкостной вентиляции легких. Описаны методики и режимы жидкостного дыхания. Приведены примеры жидкостных вентиляторов. Анализируются исследования гемодинамических показателей, функций центральной нервной системы и других систем организма при проведении тотальной жидкостной вентиляции. Обсуждаются возможности и перспективы применения тотальной жидкостной вентиляции в биологии и медицине. Ключевые слова: жидкостное дыхание, тотальная жидкостная вентиляция легких, жидкостные вентиляторы, гипотермия.
SUMMARY
The article presents the current status of the issue of total pulmonary ventilation. The techniques and modes of fluid breathing are described. Examples of liquid ventilators are given. Studies of hemodynamic parameters, functions of the central nervous system and other body systems during total fluid ventilation are analyzed. Discusses the possibilities and prospects for the use of total fluid ventilation in biology and medicine.
Key words: liquid respiration, total liquid ventilation of the lungs, liquid ventilators, hypothermia.
Введение
Жидкостное дыхание (ЖД) - это дыхание насыщенной кислородом жидкостью. ЖД может быть спонтанным, когда животное погружается в дыхательную жидкость (ДЖ), и принудительным, когда ДЖ вводится в легкие и выводится из легких посредством специальных устройств. Принудительное ЖД разделяется на частичную жидкостную вентиляцию (ЧЖВЛ) и тотальную жидкостную вентиляцию (ТЖВЛ). Вопросы, связанные с ЧЖВЛ, при которой легкие заполняются ДЖ частично на фоне рутинной газовой ИВЛ, изложены в предыдущем сообщении [1]. В представленном обзоре описаны особенности тотальной жидкостной вентиляции легких.
Исследования жидкостного дыхания начались с экспериментов, в которых животных погружали в дыхательные жидкости (ДЖ). При этом после первого вдоха животные не погибали, а переходили на спонтанное дыхание жидкостью [2]. Гибель не наступала, потому что перфторуглеродные соединения (ПФУ), используемые в качестве дыхательных жидкостей, содержат большое количество растворенного кислорода [3], который диффундирует в кровь через альвеолярную мембрану и обеспечивает достаточную оксигенацию крови. ПФУ нетоксичны, химически устойчивы и биосовместимы, имеют очень низкое поверхностное натяжение и являются хорошими растворителями для дыхательных газов, что обеспечивает как удовлетворительную оксигенацию крови, так и эффективное удаления СО2 [4]. Во время ТЖВЛ дыхательный объем добавляется в легкое, заполненное ДЖ, при этом полностью устраняется граница раздела жидкость-газ [5]. Благодаря
равномерному распределению ДЖ в легких и снижениюальвеолярногоповерхностногонатяжения при ТЖВЛ происходит уменьшение давления в конце вдоха в дыхательных путях и снижается перерастяжение невентилируемых зон легкого [6, 7]. У человека ТЖВЛ была применена единственный раз в 1990 году [8], когда легкие 3 недоношенных новорожденных с тяжелым острым респираторным дистресс-синдромом были заполнены теплым оксигенированным ПФУ Несмотря на некоторое улучшение параметров внешнего дыхания после ТЖВЛ, все 3 новорожденных погибли. По мнению исследователей, смерть наступила в результате дыхательной недостаточности, связанной с основным заболеванием, а не в результате ТЖВЛ. В настоящее время ТЖВЛ используется только в экспериментах на животных в связи с большой технической сложностью и недостаточной проработкой методики. Однако перспективы ТЖВЛ весьма привлекательны и связаны с возможностью длительного пребывания человека на большой глубине без развития кессонной болезни [9], быстрого охлаждения ядра тела при острых поражениях сердца [10], лечения тяжелых поражений легких [11] и др. При ТЖВЛ легкие полностью заполняются оксигенированной ДЖ, после чего объем жидкости, соответствующий дыхательному объему, активно вводится в легкие и выводится из них посредством специальных устройств - жидкостных вентиляторов.
Методика и режимы ТЖВЛ
ТЖВЛ начинают с инсуффляции в легкие необходимого объема оксигенированного ПФУ в объеме, соответствующем сумме функциональной остаточной емкости легких и дыхательного объема.
После этого включается жидкостный вентилятор, который перемещает ДЖ в легкие и из легких животного. При этом кислород, растворенный в ПФУ, диффундирует через стенку легочных капилляров в кровоток, а углекислый газ удаляется диффузией в ПФУ ДЖ, выходящая из легких, поступает в блок оксигенации и насыщается кислородом, затем в блок элиминации углекислоты, где освобождается от углекислого газа [12]. Параметры ТЖВЛ должны обеспечивать достаточную оксигенацию крови и элиминацию углекислоты, что достигается низкой частотой дыхания, при которой ДЖ находится в альвеолах достаточно длительное время для диффузии дыхательных газов в ДЖ и из нее. В большинстве исследований ТЖВЛ используется частота дыхания 4-6 циклов в минуту и соотношение длительности вдоха к выдоху от 1:2 до 1:3. Коррекция дыхательного объема (ДО), пикового давления вдоха (ПДВ) и положительного давления в конце выдоха (ПДКВ) основывается на легочной механике и измерении парциального давления газов крови, подобно тому, как это делается при газовой ИВЛ.
Принципиальная возможность адекватного газообмена при ТЖВЛ была доказана в 70-х годах прошлого века в экспериментах на собаках. В работе Ф. Ф. Белоярцева с соавт. [13] были впервые изучены показатели газообмена у наркотизированных собак при ТЖВЛ, длящейся 60 минут. Было показано, что через 15 мин ТЖВЛ происходит повышение РаО с 106 до 153 мм рт ст., незначительное снижение наЪыщения артериальной крови кислородом ^О ) с 95 до 86 %, увеличение РаСо с 24 до 28 мм рт Ът. К 30 минуте ТЖВЛ РаО достигало 190 мм рт ст., SО увеличивалось до 93%2 РаСо продолжало увеличиваться и достигало 34 мм рт2 ст. К концу опыта, на 60 минуте ТЖВЛ, РаО более чем в 2 раза превышало исходные величины и составляло 241 мм рт ст. SО при этом практически равнялось исходным показателям - 93 %, а РаСо увеличивалось до 45 мм рт ст. Средние величины2 Ра50 (РаО при 50 % насыщении крови кислородом) на всех эт2апах ЖВЛ находились в пределах нормы - 27,3 - 29,2 мм рт ст. Наблюдался незначительный сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо в связи с задержкой элиминации СО . Авторам в целом удалось обеспечить эффективную оксигенацию крови и тканей, однако элиминация СО была недостаточной, в связи с чем могли разв2 иться явления гиперкапнии. Похожие результаты приводят Мэтьюс с соавт. [14], представившие результаты экспериментов на наркотизированных собаках, которым проводилась ТЖВЛ оксигенированным ПФУ FC-80 в течении 60 минут (дыхательный объем - 290 мл., частота дыхания - 2,8 в минуту). Показано, что РаСО поддерживалось на постоянном уровне (43 мм.рт. ст.) на протяжении всего периода вентиляции.
В настоящее время качество используемых ДЖ и уровень отработки методики ТЖВЛ позволяет длительно поддерживать показатели газов крови при жидкостном дыхании на удовлетворительном уровне, соответствующем газовому составу крови при проведении рутинной ИВЛ. Так, в работе Philippe Micheau с соавт. [15] приведены сравнительные результаты изучения газового состава крови при рутинной ИВЛ и при жидкостном дыхании у наркотизированных ягнят. Ягнята находились в положении лежа на спине под источником лучистого тепла для поддержания температуры 39 ±1 ° С. Вначале проводилась рутинная ИВЛ с регуляцией по давлению и объему (положительное давление на выдохе составило 4 см H O, дыхательный объем -10 мл/кг, содержание О в газовой смеси - 100 %, частота дыхания - 50 дых&ний в минуту, соотношение вдох-выдох - 1:2. Для ЖВЛ был использован разработанный авторами вентилятор Inolivent-4. При переходе на ТЖВЛ легкие вначале заполнялись предварительно оксигенированным теплым (39,0 °С) перфтордекалином (25 мл/кг) с ПДКВ 7 см H O. Затем проводили ТЖВЛ (дыхательный объем - 220 мл/кг, содержание О в ДЖ - 100%, частота дыхания - 5,3 дыханий в минуту, соотношение вдох-выдох -1:3). Измеряли парциальное давление кислорода и углекислого газа и рН артериальной крови. Авторы показали, что при переходе от обычной газовой вентиляции к жидкостной вентиляции газовый состав крови значительно не отличается (ИВЛ: РаО = 285 мм рт.ст., РаСО = 39 мм рт.ст., рН = 7,35; ТЖВЛ: РаО = 217 мм рт.ст., РаСО = 43 мм рт.ст., рН = 7,25). 2 2
Важной и до конца не изученной проблемой ТЖВЛ является характер распределения ДЖ в легких в начальную фазу ТЖВЛ (фазу индукции, когда в легких находится и жидкость, и газ). В исследованиях с использованием EIT (electrical impedance tomography) [16] показано, что в начале ТЖВЛ жидкость находится в зонах легких, ближайших к бифуркации трахеи, а воздух находится в нижних зонах легкого. Динамическое наблюдение посредством EIT показало, что равномерное распределение ДЖ в легких происходит в течении последующих 30 минут ЖД. Дальнейшее изучение динамики распределения ЖД в легких позволит глубже понять физиологические изменения при ЖД и оптимизировать стратегию ЖД. Жидкостные вентиляторы Первые жидкостные вентиляторы представляли собой системы ЖД, в которых ДЖ попадала в легкие и выходила из них под действием силы тяжести. При этом одна емкость, из которой вытекала ДЖ, располагалась выше легких животного, другая, в которую поступала ДЖ из легких - ниже. На рис. 1 приведена схема одного из первых жидкостных вентиляторов [14]. Видно, что ДЖ находится в двух герметичных резервуарах - нижнем (А)
емкостью 57 литров, находящимся в баке с водой
(B), и верхнем (С) емкостью 19 литров, который был помещен над собакой. ДЖ непрерывно перекачивалась из резервуара (А) в резервуар (С) центробежным насосом ф). Расстояние между уровнем фторуглеродной жидкости в резервуаре
(C) и собакой оставалось постоянным в результате перелива ДЖ по трубке Температуру воды в баке (В) регулировали так, чтобы температура ДЖ в верхнем резервуаре, измеряемая термометром
поддерживалась на уровне 38°С. Оксигенация ДЖ в обоих резервуарах проводилась методом
барботирования в течении 12 часов со скоростью 1-2 л/мин, что контролировалось измерителем потока кислорода (Я). Барботирование прекращалось за полчаса до начала жидкостной вентиляции. В образцах ДЖ, взятых через трубку (Н), измерялись исходные показатели парциального давления 02 и С02. Поток ДЖ в и из легких собаки контролировался двумя клапанами (I и Е) и отводился из легких под действием силы тяжести. Собака помещалась на платформу Посредством датчика изменения массы (М), откалиброванного по массе вводимой ДЖ, в ходе ЖВЛ регулировался дыхательный объем.
Рисунок 1 - Схема установки для жидкостной вентиляции легких животного
А - нижний резервуар с ПФУ; В - бак с водой; С -верхний резервуар с ПФУ; Э - насос; Е, I - клапаны; F - трубка для перелива ПФУ; G - термометр; Я - измеритель потока кислорода; Р - водный запор; Н - трубка для взятия проб ПФУ; J - мерная колба; К -резиновый мешок; Ь - платформа с животным; М - датчик изменения массы; N - балансирующий груз.
Подобные системы для ТЖВЛ были громоздкими, сложно управляемыми, и постепенно заменялись на вентиляторы, использующие двухпоршневой насос, в которых один поршень предназначен для вдоха, а другой поршень - для выдоха [17;18;19]. Основной проблемой жидкостных вентиляторов является обеспечение точной дозировки вводимого ПФУ, поскольку даже небольшие отклонения от расчетных величин приводили к баротравме легких [20]. Задача по разработке удобного, простого, эффективного, безопасного и надежного вентилятора для обеспечения ТЖВЛ в условиях интенсивной терапии полностью не решена и сегодня, но методики ЖД совершенствуется, и исследователи приближаются к этапу клинических испытаний на человеке. Масштабные исследования ТЖВЛ проводятся в университете г. Шербрука (Канада). В университете разработано несколько вариантов жидкостного вентилятора и проведено большое количество ис-
пытаний на животных. На рисунке 2 представлена схема современного жидкостного вентилятора (модель Inolivent-6), применяемого для ТЖВЛ ягнят в исследовании диастолической функции левого желудочка [21]. Аппарат позволяет точно дозировать объемы, вводимые во время ТЖВЛ, непрерывно контролируя приложенные давления. Видно, что инспираторный насос (Insp. Pump) обеспечивает поступление дыхательного объема ПФУ в легкие. Экспираторный насос (Exp. Pump) удаляет дыхательный объем ПФУ из легких. Датчик давления, расположенный во рту (Р sensor mouth) используется для контроля и ограничения давления ДЖ на вдохе и выдохе.
Исследования показателей гемодинамики при ТЖВЛ
В литературе нет единого мнения о влиянии ТЖВЛ на показатели гемодинамики. В исследованиях Lowe с соавт. наблюдалось снижение сердеч-
f User interface J
Рисунок 2 - Жидкостный вентилятор INOLIVENT-6. Объяснения ного выброса на 40 % во время ТЖВЛ [22]. Авторы предположили, что легкие, заполненные плотной ДЖ, сдавливают сердце, крупные вены и аорту, что приводит к снижению сердечного выброса.
Однако в последующем была показана возможность поддерживать исходный систолический объем в течение нескольких часов во время ТЖВЛ. Так, в сравнительном исследовании гемодинамических показателей при рутинной ИВЛ и ТЖВЛ [17], проведенном на кроликах, регистрировали АД, центральное венозное давление, давления в легочной артерии и сердечный выброс. Жидкостную вентиляцию начинали с инстилляции перфторэтилброми-да (12 мл / кг) и проводили в течении 3 часов. Было показано, что все исследуемые показатели в ходе ТЖВЛ существенно не отличались от показателей при рутинной ИВЛ. Вероятно, различные стратегии ТЖВЛ, связанные с разными объемами вводимой в легкие ДЖ, оказывают различное влияние на работу сердечно-сосудистой системы [23]. Кроме того, создаваемое с помощью жидкостного вентилятора высокое давление в проксимальных отделах легкого в фазе вдоха может способствовать флуктуациям артериального давления и других гемодинамиче-ских показателей [17]. Это предположение было подтверждено в работе Sage M. с соавт. [21], в которой представлены результаты исследования гемо-динамической функции у новорожденных ягнят при ТЖВЛ. Авторы показали, что влияние ТЖВЛ на гемодинамику зависит от фазы дыхательного цикла: в фазу вдоха, когда возможно сжатие сердца плотной ДЖ, заполняющей легкие, происходит увеличение центрального венозного давления и давления в левом желудочке в конце фазы диастолы. Остальные показатели гемодинамики существенно не отличались от рутинной ИВЛ, что позволило авторам сделать вывод о хорошей переносимости жидкостного дыхания исследуемыми животными.
Исследования ТЖВЛ в условиях повышенного
давления (гипербарии)
В литературе, находящейся в открытом доступе, имеются лишь единичные упоминания об исследованиях по использованию жидкостного дыхания в условиях гипербарии. Было показано Ку^а с соавторами, что гидравлическое сжатие мышей, дышащих жидкостью, вызывает тремор, несогласованные движения в конечностях, тонические судороги [24]. Позднее данные КуМга были подтверждены в работе Lundgren и Omhagen [25], изучавших влияние гидравлического сжатия на частоту сердечных сокращений и частоту дыхания мышей, находящихся в жидкости. Повышение гидростатического давления вызывало брадикардию, которая впервые появлялась при давлении 25 атм и увеличивалась на 48% по отношению к контрольным цифрам ЧСС при давлении 175 атм. Брадикардия исчезала, хотя и не полностью, после декомпрессии. Скорость компрессии (от 2 до 6 атм. в минуту) не оказывала влияния на степень снижения сердечного ритма. Компрессия приводила к увеличению ободочной температуры, декомпрессия - к ее снижению и понижение давления снижение (на 0,5 градусов Цельсия при изменении давления на 100 атм.). Эти изменения температуры можно объяснить увеличением метаболической генерации тепла при судорогах, вызванных компрессией. Авторы делают вывод о том, что высокое давление вызывает бра-дикардию путем прямого действия на клетки водителя ритма. В исследованиях КуМга, изложенных в докладе Военно-морскому ведомству США [26] в 1977 году, приведены расчеты, по которым деком-прессионная болезнь может быть ликвидирована, если инертный газ в дыхательной смеси заменить жидкостью. Это позволит, по мнению автора, обеспечить спасение экипажей подводных лодок, затонувших на больших глубинах. Исследователь обратил внимание на возможность, возникающую при ЖД, изучения эффектов гипербарии как таковых,
в тексте
без вмешательства фармакологических изменений, вызванных сжатыми газами. К единичным исследованиям ЖВЛ при гипербарии относится работа А. В. Филиппенко [27], в которой представлены результаты гипербарических экспериментов на собаках с имитацией свободного всплытия. В качестве дыхательного аппарата при нормальном давлении и в гипербарии использовался аппарат с источником энергии в виде сжатого газа. В едином блоке аппарата находились оксигенатор, СО2-абсорбер, насос, баллон со сжатым газом, газовый редуктор, элементы пневмологики, резервная емкость, инту-бационная трубка. Исследовались глубины от 300 до 1000 м. Автор отмечает, что из-за высокой интенсивности шума воздуха при компрессии и декомпрессии барокамеры собаки начинали делать самостоятельные дыхательные движения и пытались освободиться от фиксации в станке капсулы, что не позволяло сделать их пребывание в условиях гипербарии дольше 30 мин. Поддерживать принудительную вентиляцию на большой глубине было проблематично из-за всегда небольшого запаса сжатого газа в индивидуальном дыхательном аппарате. Состояние собак в заполненной жидкостью капсуле оценивалось по ЭКГ, ЭЭГ и показателям давления в дыхательных путях. Случаев патологии не было. К сожалению, конкретное описание используемых методик и цифровые данные экспериментов в статье не представлены.
Проведено исследование газового состава крови при проведении ЖД у собак, находящихся в специально разработанной барокамере при увеличении давления до 100 атм. [28]. Авторы описывают явления некомпенсированного метаболического ацидоза при адекватных показателях парциального давления кислорода и углекислого газа. Методика исследования в условиях гипербарии в статье не представлена. Продолжая исследования ЖД в гипербарии, авторы изучили изменения мозговой активности (по показателям ЭЭГ и вызванных потенциалов мозга) собак при увеличении давления до 100 атм [29]. Показано, что увеличение давления вызывает сдвиг спектральной мощности ЭЭГ от исходно доминирующей полосы 5-8 Гц до полосы 8-11 Гц. При очень высоких давлениях (более 90 атм) мощность спектра ЭЭГ в диапазоне 8-11 Гц уменьшилась и увеличилась активность в диапазоне 16-22 Гц. Отмечено также увеличение на 35 мс латентности «поздней волны» вызванных потенциалов мозга Р4 с исходной латентностью 250 мс.
Применение ТЖВЛ для быстрого охлаждения организма
В связи с тем, что легкие являются большим и эффективным теплообменником, введение в них холодной ДЖ вызывает быстрое охлаждение организма, потому что плотность ДЖ примерно в 1500 раз больше плотности воздуха, что определяет большую теплоемкость ДЖ. Это позволяет эффек-
тивно регулировать температуру ядра тела. Быстрая гипотермии эффективна для кардио и нейропротек-ции при гипоксическом ишемическом повреждении головного мозга, а также после остановки сердца. Возможности применения ТЖВЛ для быстрой гипотермии были изучены в ряде исследований. Впервые гипотермия при ТЖВЛ была описана в 1984 году в исследованиях на кошках как неблагоприятный эффект, связанный с высокой теплопроводностью ПФУ [30]. Использовалась ДЖ с температурой 10, 20 и 30 ° С. Авторы описали скорость снижения ректальной температуры 9,0, 7,8 и 3,6°С в час. В экспериментах с измерением температуры в левом предсердии у кроликов при ТЖВЛ с использованием комнатной температур ДЖ [31] установлено, что температура в левом предсердии снижается до 32 ° С в течение 5 минут. Такое быстрое снижение температуры авторы объясняют непосредственной близостью легких, заполненных ДЖ, к сердцу.
В работе БаШеи Nadeau с соавт. [32] проведены исследования с применением ТЖВЛ для быстрой гипотермии организма новорожденных ягнят, в легкие которых вводили 15 мл/кг оксигенированной ДЖ с температурой 12°С в дозе15 мл/кг. Использовали частоту дыхания 8 вдохов / мин. Показано, что температура ядра тела падает до 34°С за 3 мин и до 30°С - за 6,7 мин ТЖВЛ.
В целом, все тело может быть охлаждено до 33 ° С в течении нескольких минут, независимо от вида животного или массы тела [33].
Использование ТЖВЛ с применением холодной ДЖ может увеличить эффективность сердечно - легочной реанимации при остановке сердца. Так, на животных с индуцированной остановкой сердца было показано, что применение ТЖВЛ с холодной ДЖ ускоряет возобновление спонтанных сокращений сердца [34]. Гипотермия, вызванная ТЖВЛ, улучшает эффективность применения дефибриллятора при фибрилляции желудочков [35]. Как предполагают авторы этого исследования, эффективность дефибриллятора возрастает в связи с увеличением электропроводимости тканей организма животного при заполнении легких ПФУ.
Весьма перспективным представляется применение индуцированной гипотермии как эффективной методики нейропротекции при остром нарушении кровообращения. Исследования на кроликах с индуцированной фибрилляцией желудочков [36] убедительно показали значительное улучшение неврологического статуса и увеличение выживаемости в 2 раза у животных, получавших ТЖВЛ с холодной ДЖ, в сравнении с группой, получавшей стандартное реанимационное пособие. Эффективность гипотермии при ТЖВЛ изучена также в экспериментах с индуцированным инфарктом миокарда [37], показавшими снижение степени поражения сердца, улучшение динамики неврологической симптоматики у животных с гипотермической ТЖВЛ.
Последствия ТЖВЛ
В некоторых работах, посвященных ТЖВЛ, приводятся результаты изучения воздействия ТЖВЛ на организм животного и отставленные эффекты ТЖВЛ. Так, в пионерском исследовании Kylstra с соавт. [9] была проведена микроскопия ткани легких собак и крыс после того, как они дышали окси-генированным ПФУ «FC-80». В образцах наблюдалось транзиторное увеличение мононуклеарных клеток; больше никаких патологических изменений обнаружено не было. Рентгенография грудной клетки сразу после ЖВЛ легких показывала диффузные изменения в легком, которые исчезали через сутки. Установлено также снижение жизненной емкости легких и других легочных объемов. Через 24 часа после процедуры уровень РаО2 составлял 76 мм.рт. ст., уровень РаСО2 - 37 мм.рт.ст., однако через 72 часа все показатели вернулись в границы нормы. Согласно катамнестическим исследованиям, в течении 2 лет измеряемые параметры не менялись. В работе Matthews с соавт. [14] электронное микроскопическое исследование легких у собак после ТЖВЛ показало нормальный ультраструктурный вид ткани. Реснички в дыхательных путях были нетронутыми. Респираторные бронхиолы имели нормальный эпителиальный слой. Через 24 ч после вентиляции жидкостью в альвеолах наблюдалось увеличение количества воспалительных клеток. Воспалительные клетки были также отмечены в респираторных бронхиолах на неповрежденной эпителиальной поверхности. Наблюдалось повышенное количество нейтрофилов. Через 10, 30 и 180 дней после ЖД в легких собак не было выявлено этого нейтрофильного ответа, но определялось небольшое увеличение числа макрофагов, особенно вокруг альвеолярных протоков. В более поздних исследованиях представлены данные десятилетнего наблюдения за животными, находящимися на ТЖВЛ [38]. Целью исследования было определение сроков нахождения перфторированных углеводородов в легких после проведения ТЖВЛ и определение возможности структурных изменений в тканях организма, индуцированных ТЖВЛ. Сразу после ЖД авторы описывают острую воспалительную реакцию, которая сопровождалась массивным притоком макрофагов. Фторуглероды оставались в легком в уменьшающихся количествах в течение по меньшей мере 5 лет, о чем свидетельствует наличие стойких вакуолизированных макрофагов в альвеолах, интерстициальном пространстве и лимфатических узлах. Структурные изменения в тканях, связанных с остаточным фторуглеродом, обнаружены не были. Через 10 лет после проведения ТЖВЛ морфологические исследования не обнаружили никаких признаков остаточного фторуглерода. В работе Sofia André Dias с соавт. [39] изучалась реакция эпителия альвеол при введении в легкие ПФУ. Показано, что перфторуглерод вызывает реакцию альвеолярных
эпителиальных клеток посредством структурного и механического ремоделирования. Отмечены структурные, механические и адгезионные изменения в альвеолярной эпителиальной клетке. Воздействие ПФУ индуцирует ремоделирование F-актина, ослабление адгезии, перераспределение и частичное уменьшение экспрессии гликокаликса.
Заключение
Жидкостное дыхание вообще и тотальная жидкостная вентиляция в частности является новым перспективным направлением развития медицины и биологии. При жидкостном дыхании включается совершенно новый механизм газообмена в легких, при котором отсутствует граница «газ-жидкость» и доставка и элиминация дыхательных газов происходит посредством дыхательных жидкостей - перфто-руглеродов, способных поддерживать адекватный газообмен в альвеолах благодаря высокой растворимости кислорода и углекислого газа. В отличии от частичной жидкостной вентиляции легких, тотальная вентиляция пока не применяется на человеке из-за методических трудностей, однако возможности использования ТЖВЛ для профилактики кессонной болезни, кардио и нейропротекции, лечения тяжелых поражений легких делает этот способ дыхания весьма привлекательным для исследователей. При проведении ТЖВЛ введенный в легкие ПФУ перемещается в легкие и из легких с помощью жидкостного вентилятора. При этом используется низкая частота дыхательных циклов - 4-6 в минуту, что обеспечивает достаточное время нахождения дыхательной жидкости в альвеолах для насыщения крови кислородом. Современные жидкостные вентиляторы позволяют точно дозировать объемы, вводимые во время ТЖВЛ, непрерывно контролируя приложенные давления. Принципиальная возможность адекватного газообмена при ТЖВЛ была доказана в 70-х годах прошлого в работе Ф. Ф. Белоярцева с соавт. [13], в которой были изучены показатели газообмена у наркотизированных собак при ТЖВЛ, проводящейся в течении 60 минут. В последующие годы совершенствовались методики жидкостной вентиляции, изучались показатели кардиореспираторной системы, изменения мозговой функции при ТЖВЛ, возможности применения ТЖВЛ для быстрого охлаждения ядра тела с целью нейро- и кардиопротекции. Важным аспектом изучения ТЖВЛ является определение ее влияния на гемодинамические показатели. В ранних исследованиях наблюдали снижение сердечного выброса на 40% во время ТЖВЛ [22], что могло существенно ограничить применение методики. Однако последние работы [17,21,23] показали, что, несмотря на выявленную зависимость сердечного выброса от дыхательной фазы ЖД, гемодинамическая функция сердца при ТЖВЛ не страдает. Единичные работы относятся к использованию ЖД в условиях гипербарии. Показано [25], что повышение гидростати-
ческого давления вызывало увеличение температуры животных, брадикардию и брадипноэ. В исследованиях 70-х годов [26] обсуждалась возможность профилактики кессонной болезни при использовании ДЖ.. Проведено исследование газового состава крови при ЖД у собак, находящихся в барокамере при увеличении давления до 100 атм. [28]. Авторы описывают явления некомпенсированного метаболического ацидоза при адекватных показателях парциального давления кислорода и углекислого газа. Изучены изменения мозговой активности собак, находящихся на ЖД, при увеличении давления до 100 атм. [29]. Показано, что увеличение давления вызывает сдвиг спектральной мощности ЭЭГ и увеличение на латентности «поздней волны» вызванных потенциалов мозга. В последние годы
увеличилось число работ, посвященных изучению эффектов гипотермии при использования холодных ДЖ. Было показано, что быстрая гипотермии, вызванная введением в легкие ДЖ с низкой температурой, эффективна для кардио- и нейропротекции при гипоксическом ишемическом повреждении головного мозга, а также после остановки сердца от сердечного приступа [30-34].
Таким образом, ТЖВЛ является перспективным методом респираторной поддержки с уникальными клиническими, реабилитационными и профилактическими возможностями. Продолжение всесторонних исследований позволит усовершенствовать методику и определить направления использования тотальной жидкостной вентиляции легких в медицине и биологии.
Литература/References
1.
10.
11.
12.
Корепанов А. Л. Жидкостное дыхание. Частичная жидкостная вентиляция легких (сообщение первое) // Вестник физиотерапии и курортологии. - 2018. - №2 - С. 14. 62-70. [Korepanov A. L. Zhidkostnoe dykhanie. Chastichnaya zhidkostnaya ventilyatsiya legkikh (soobshchenie pervoe). Vestnik fizioterapii i kurortologii. 2018; 2:62-70 (in Russ.)]. Clark L. C. Jr, Gollan F. Survival of mammals breathing organic 15. liquids equilibrated with oxygen at atmospheric pressure. Science. 1966; 152:1755.
Иваницкий Г. Р., Воробьев С. И., Деев А. А. Жизнь перфторуглеродной эмульсии //Физиологическая 16. активность фторсодержащих соединений (эксперимент и клиника). 1995. - С.5-32. [Ivanitskii G. R., Vorob'ev S. I., Deev A. A. Zhizn' perftoruglerodnoi emul'sii. Fiziologicheskaya aktivnost' ftorsoderzhashchikh soedinenii (eksperiment i 17. klinika). 1995: 5-32 (in Russ.)].
Wolfson M. R., Greenspan J. S., Shaffer T H. Pulmonary administration of vasoactive substances by perfluorochemical ventilation. Pediatrics. 1996; 97:449-55.
Tooley R., Hirschl R. B., Parent A., Bartlett R. H. Total liquid 18.
ventilation with perfluorocarbons increases pulmonary end-
expiratory volume and compliance in the setting of lung
atelectasis. Crit Care Med. 1996; 24:268-273.
Hirschl R. B., Tooley R., Parent A., Johnson K., Bartlett R. H.
Evaluation of gas exchange, pulmonary compliance, and lung
injury during total and partial liquid ventilation in the acute 19.
respiratory. Care Med. 1996; 24:1001-1008.
Foust R., Tran N. N., Cox C., Miller T. F. Jr., Greenspan J. S.,
Wolfson M. R., Shaffer T. H. Liquid assisted ventilation: an
alternative ventilatory strategy for acute meconium aspiration
injury. Pediatr Pulmonol. 1996; 21:316-322. 20.
Greenspan J. S., Wolfson M. R., Rubenstein S. D., Shaffer T. H.
Liquid ventilation of human preterm neonates. J Pediatr. 1990;
117:106-111.
Kylstra J. A. and M. O. Tissing: Fluid breathing. Clinical Applcation of Hyperbaric Oxygen. Elsevier Publishing Co. 21. 1964; 371-379.
Kohlhauer M., Berdeaux A., Kerber R. E. at al. Liquid Ventilation for the Induction of Ultrafast Hypothermia in Resuscitation Sciences. Therapeutic Hypothermia and Temperature Management. 2016; 6; (2):63-70.
Dirkes S. Liquid ventilation: new frontiers in the treatment of 22. ARDS. Crit Care Nurse. 1996; 16:53.
Deatherage L, Biddle C. Liquid ventilation innovations in ventilatory management. AANA J. 1998;66:161-168. Белоярцев Ф. Ф., Хапий Х. Х., Черников В. С., Мейтина Р. А., Курочкин В. М.. Оценка возможности и адекватности газообмена при вентиляции легких жидкими средами. 23. // Анестезиология и реаниматология. - 1978. - №1. - С. 49-52. [Beloyartsev F. F., Khapiy Kh. Kh., Chernikov V. S., Meytina R. A., Kurochkin V. M.. Otsenka vozmozhnosti i adekvatnosti gazoobmena pri ventilyatsii legkikh zhidkimi
sredami. Anesteziologiya i reanimatologiya. 1978; 1:49-52. (in Russ.)].
Matthews W. H., Balzer R. H., Shelburne J. D., Pratt P. C. and Kylstra J. A. Steady-state gas exchange in normothermic, anesthetized, liquid-ventilated dogs. Undersea Biomed. Res. 1978. 5(4): 341 -354.
Micheau P. et al. A Liquid Ventilator Prototype for Total Liquid Ventilation Preclinical Studies - Progress in Molecular and Environmental Bioengineering - Analysis and Modeling to Technology Application. Publisher InTech, 2011: 646. Adler A., Fortin-Pellerin E., Nadeau M., Vandamme J., Mousseau J., Philippe Micheau, Micha" el Sage, Jean-Paul Praud. EIT monitoring of the liquid-ventilated lung. ICEBI & EIT. Stockholm, 2016.
Tsagogiorgas C., Alb M., Herrmann P., Quintel M., Meinhardt J. P. Cardiopulmonary function and oxygen delivery during total liquid ventilation. Pediatr Pulmonol. 2011; 46(10):964±75. https://doi.org/10. 1002/ppul.21461 PMID: 21538968.
Nadeau M., Sage M., Kohlhauer M., Mousseau J., Vandamme J., Fortin-Pellerin E. et al. Optimal Control of Inspired Perfluorocarbon Temperature for Ultrafast Hypothermia Induction by Total Liquid Ventilation in Adult Patient Model. IEEE transactions on bio-medical engineering. 2017. https:// doi.org/10.1109/TBME.2017.2671741 PMID: 28237918. Sage M., Nadeau M., Kohlhauer M., Praud J. P., Tissier R., Robert R. et al. Effect of ultra-fast mild hypothermia using total liquid ventilation on hemodynamics and respiratory mechanics. Journal of Cryobiology. 2016; 73(1):99±101. https://doi. org/10.1016/j.cryobiol.2016.05.009 PMID: 27242031. Degraeuwe P. L., Vos G. D., Geskens G. G., Geilen J. M., Blanco C. E. Effect of perfluorochemical liquid ventilation on cardiac output and blood pressure variability in neonatal piglets with respiratory insufficiency. Pediatr Pulmonol. 2000; 30(2):114±24. PMID: 10922133.
Sage M., Nadeau M., Forand-Choinière C., Mousseau J., Vandamme J., Berger C. et al. Assessing the impacts of total liquid ventilation on left ventricular diastolic function in a model of neonatal respiratory distress syndrome. PLoS ONE. 2018; 13(1): e0191885. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0191885.
Lowe C., Tuma R. F., Sivieri E. M., Shaffer T. H. Liquid ventilation: cardiovascular adjustments with secondary hyperlactatemia and acidosis. Journal of applied physiology: respiratory, environmental and exercise physiology. 1979; 47(5):1051±7. https://doi.org/10.1152/jappl.1979.47.5.1051 PMID: 511705.
Vieillard-Baron A., Matthay M., Teboul J. L., Bein T., Schultz M., Magder S. et al. Experts' opinion on management of hemodynamics in ARDS patients: focus on the effects of mechanical ventilation. Intensive Care Med. 2016; 42(5):739±49. https://doi.org/10.1007/s00134-016-4326-3
PMID: 27038480.
24. Kylstra J. A., R. Nantz J. Crowe W. Wagner and H. A. Saltzman. Hydraulic compression of mice to 166 atmospheres. Science. 33. 1967; 158:793-794.
25. Lundgren C. E. G.; Ornhagen H. C. Heart rate and respiratory frequency in hydrostatically compressed, liquid-breathing mice. 34. Undersea Biomedical Research. 1976; 3(4): 303-320.
26. Kylstra J. A., M.D. Feasibility of Liquid Breathing in Man. Office of Naval Research, Arlington, Virginia 22217, N00014-67-A-O25-OO7, report date 2/28/77. 35.
27. Filippenko A. V. Technology of crew survival in a disaibled submarine: liquid breating + urgent free escape "SubSeaTech, 2007". Saint-Petersburg, 2007: 1-11. 36.
28. Harris D. J., Coggin R. R., Roby J., Feezor M., Turner G. and Bennett P. B. Liquid ventilation in dogs: an apparatus for normobaric and hyperbaric studies. J. Appl. Physiol.: Respirat. Environ. Exercise Physiol. 1983; 54(4): 1141-1148. 37.
29. Harris D. J., Coggin R. R,. Roby J., Turner O., Bennett P. B. EEG and evoked potential changes during gas- and liquid-breathing dives to 1000 msw. UnderseaBiomedRes. 1985; 120: 1-24.
30. Shaffer T. H., Forman D. L., Wolfson M. R. Physiological 38. effects of ventilation with liquid fluorocarbon at controlled temperatures. Undersea Biomed Res. 1984; 11:287-298.
31. Tissier R., Hamanaka K., Kuno A., Parker J. C., Cohen M. V., 39. Downey J. M. Total liquid ventilation provides ultra-fast cardioprotective cooling. J Am Coll Cardiol. 2007; 49:601-605.
32. Nadeau D., Sage M., Kohlhauer M., Robert R., Vandamne J., Mousseau J., Tissier R., Praud J-P., Walti H. and Micheau P. Liquid Ventilator for Ultrafast Hypothermia Induction in
Juvenile Lambs: Preliminary Results - Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2015:1695-8. doi: 10.1109/EMBC.2015.7318703. Nadeau M., Micheau P., Robert R. et al. Control of rapid hypothermia induction by total liquid ventilation: preliminary results. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2013:3757-3760. Albaghdadi A. S., Brooks L. A., Pretorius A. M., Kerber R. E. Perfluorocarbon induced intra-arrest hypothermia does not improve survival in a swine model of asphyxial cardiac arrest. Resuscitation. 2011; 81:353-358.
Menegazzi J. J., Rittenberger J. C., Suffoletto B. P. et al. Effects of pre-arrest and intra-arrest hypothermia on ventricular fibrillation and resuscitation. Resuscitation. 2009; 80:126-132. Chenoune M., Lidouren F., Adam C. et al. Ultrafast and wholebody cooling with total liquid ventilation induces favorable neurological and cardiac outcomes after cardiac arrest in rabbits. Circulation. 2011; 124:901-911, 901-907. Darbera L., Chenoune M., Lidouren F. et al. Hypothermic liquid ventilation prevents early hemodynamic dysfunction and cardiovascular mortality after coronary artery occlusion complicated by cardiac arrest in rabbits. Crit Care Med. 2013; 41:e457-e465.
Hood C. I. and Model J. H. Morphologic Study of Long-term Retention of Fluorocarbon After Liquid Ventilation. CHEST. 2000; 118:1436-1440.
Dias S. A., Planus E., Angely C., Lotteau L., Tissier R., Filoche M., Louis B., Pelle G., Isabey D. Perfluorocarbon induces alveolar epithelial cell response through structural and mechanical remodeling. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 2018. https://doi.org/10.1007/s10237-018-1005-z.
Сведения об авторах:
Корепанов Алексей Львович - доктор медицинских наук, доцент, профессор, ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет». Адрес: 299053, г. Севастополь, ул.Университетская, 33. Тел.: +79787708406. E-mail: akorepanov2006@rambler.ru
Шуневыч Оксана Богдановна - канд. эконом. наук, доцент, ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет». Адрес: 299053, г. Севастополь, ул.Университетская, 33. Тел.: +79780679877. E-mail: shob2008@mail.ru Василенко Ирина Юрьевна - канд. психол. наук, доцент, ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет». Адрес: 299053, г. Севастополь, ул.Университетская, 33. Тел.: +79788456017 E-mail: sevay@ua.fm
Поступила 30.10.2018 г.
Конфликт интересов. Авторы данной статьи заявляют об отсутствии конфликта интересов, финансовой или какой-либо другой поддержки, о которой необходимо сообщить.
Received 30.10.2018
Conflict of interest. The authors of this article confirmed financial or any other support with should be reported.
