Механизмы регуляции кислородного статуса у человека в условиях моделирования эффектов невесомости и при использовании методов интенсивной терапии

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

14.00.32 - Авиационная, космическая и морская медицина

14.00.37 - Анестезиология и реаниматология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Механизмы регуляции кислородного статуса у человека в условиях моделирования эффектов невесомости и при использовании методов интенсивной терапии

Воробьев Виктор Евгеньевич

Москва, 2006

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН)

Научные консультанты:

Доктор медицинских наук, профессор, академик РАМН Баранов Виктор Михайлович

доктор медицинских наук, профессор Абдрахманов Васил Рауфович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук Корольков Вячеслав Иванович

доктор медицинских наук Северин Александр Евгеньевич

доктор медицинских наук Исеев Лев Рауфович

Ведущая организация:

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ (г. Москва).

Защита диссертации состоится «_____» _______________2006 г. в_____ часов на заседании диссертационного совета Д 002. 111. 01. при Государственном научном центре РФ - Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д. 76а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - Института медико-биологических проблем РАН.

Автореферат разослан «_____» ________ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор медицинских наук Буравкова Л.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение механизмов регуляции кислородного статуса человека при моделировании эффектов невесомости обусловлено практической потребностью использования методов интенсивной терапии при возникновении у космонавтов критических состояний, связанных с несоответствием объема циркулирующей крови емкости сосудистого русла, в частности травматического и ожогового шока, а также острой кровопотери. Случаи возникновения у членов экипажей космических кораблей функциональных расстройств или заболеваний, при которых применялись лечебно-профилактические мероприятия, подтверждают такую возможность (Крупина Т.Н. с соавт., 1970; Берри Ч., 1975; Стажадзе Л.Л. с соавт., 1979; Газенко О.Г. с соавт., 1990; Гончаров И.Б. с соавт., 2001; Гончаров И.Б., Ковачевич И.В., 2002).

Приоритетное значение эта проблема приобретает в настоящее время, с введением в эксплуатацию Международной космической станции (МКС). В связи с этим, сформулирован новый подход к заболеваниям и повреждениям во время космического полета, который предусматривает обеспечение максимального уровня медицинской помощи на борту и соответственно снижение степени риска прерывания полета в результате возникновения медицинского события. При таком подходе медицинская помощь может включать использование оборудования для интенсивной терапии (Баррат М.Р., 2001).

Значимость проблемы оказания медицинской помощи космонавтам в условиях космических полетов будет возрастать, особенно учитывая перспективу межпланетных экспедиций. Поскольку без разработки клинических аспектов межпланетного полета невозможно осуществление многих исследовательских работ, касающихся профилактических, диагностических, а также ряда технических проблем (Парин В.В. с соавт., 1965). В частности, реализация уже марсианской экспедиции потребует создания надежного и эффективного комплекса медико-биологического обеспечения жизнедеятельности экипажа (Григорьев А.И., 2002). При этом к наиболее значимым проблемам, решение которых должен обеспечить этот комплекс, относятся медицинский мониторинг и возможность оказания всесторонней медицинской помощи, в том числе экстренной (Григорьев А.И. с соавт., 2003).

Это положение особенно важно для человека в длительном космическом полете или сразу после его завершения, когда имеется уже исходный дефицит объема циркулирующей крови, что может вызвать шок более тяжелой степени в ответ на небольшой объем травмы или ожога (Стажадзе Л.Л. с соавт., 1977). К этому следует добавить, что одна из главных задач интенсивной терапии критических состояний заключается в обеспечении баланса между потребностью организма в кислороде и его доставкой (Еременко А.А., 2004). Причем основной причиной, определяющей последующие изменения гомеостаза у больных в критическом состоянии, является именно нарушение кислородного статуса организма (Дементьева И.И., 2004; 2005).

Кроме того, в практическом плане большое значение приобретает также выбор рационального сочетания методик инвазивного и неинвазивного мониторинга параметров кислородного статуса космонавтов при необходимости проведения у них методов интенсивной терапии в случае возникновения критического состояния. Методические трудности проведения подобных исследований в условиях космического полета, а в ряде случаев невозможность применения, например, инвазивных методик, создают предпосылки для поисков иного подхода к данной проблеме. Здесь, уместно использовать существующие возможности моделирования основных физиологических эффектов невесомости в наземных условиях (Парин В.В., Газенко О.Г., 1967; Парин В.В., Крупина Т.Н., 1970; Какурин Л.И., 1972; 1979; Шульженко Е.Б., Виль - Вильямс И.Ф., 1976).

Изложенное позволяет сделать заключение об актуальности исследований по изучению механизмов регуляции кислородного баланса у человека при антиортостатической гипокинезии (АНОГ) и его коррекции в этих условиях методами интенсивной терапии, что будет способствовать повышению степени надежности медицинского обеспечения космонавтов во время космического полета и при его завершении.

Цель исследования. Изучение механизмов регуляции кислородного статуса у человека в условиях моделирования эффектов невесомости и при его коррекции методами интенсивной терапии для их адаптации к использованию в космической медицине.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Задачи исследования

Исследовать основные механизмы регуляции кислородного статуса у человека при антиортостатической гипокинезии (АНОГ) без применения профилактических мероприятий в системе внешнего дыхания и поглощения кислорода в легких.

Изучить механизмы регуляции кислородного баланса у человека в условиях АНОГ в системном кровообращении, регионарном кровотоке и при отдаче кислорода тканям.

Исследовать механизмы регуляции кислородного статуса у человека в условиях АНОГ при использовании традиционных методов его коррекции: введение реополиглюкина, применение метода гемосорбции, проведение метода оксигенотерапии при самостоятельном дыхании человека, применение метода искусственной вентиляции легких.

Изучить механизмы регуляции кислородного баланса у человека в условиях АНОГ при включении в схему проведения методов интенсивной терапии метаболического энергокорректора митохондриального окисления в клетках тканей - натриевой соли гамма-оксимасляной кислоты (ГОМК).

Научная новизна.

Впервые исследованы и оценены механизмы регуляции кислородного баланса у человека в условиях АНОГ и при проведении на этом фоне методов интенсивной терапии. На основе данных проведенных экспериментов представлено научное обоснование по их эффективному применению в космической медицине для коррекции кислородного статуса у космонавтов в случае возникновения у них критических состояний в космическом полете. Впервые прослежена динамика параметров, характеризующих кислородтранспортную систему одновременно в системном кровообращении и регионарном кровотоке.

Установлено, что наблюдающийся у человека в условиях АНОГ процесс компенсаторного перераспределения кислородного снабжения к тканям жизненно важных органов происходит за счет его редукции в периферических тканях, что приводит к снижению эффективности коррекции кислородного баланса методами традиционной интенсивной терапии.

Впервые получены экспериментальные данные, позволяющие установить главные лимитирующие звенья в доставке и потреблении кислорода периферическими тканями человека в условиях АНОГ.

Впервые по результатам проведенных экспериментов обоснована необходимость включения антигипоксанта ГОМК, как метаболического энергокорректора клеточного митохондриального окисления, в схему регуляции кислородного баланса периферических тканей у человека в условиях АНОГ методами традиционной интенсивной терапии.

Впервые выявлено, что последовательное использование препарата ГОМК и проведение метода оксигенотерапии у человека в условиях действия моделированных эффектов невесомости позволяет в сжатые сроки восстановить функциональную способность клеток периферических тканей к ассимиляции доставляемого к ним кислорода.

Практическая значимость работы.

Разработанные в результате проведенных исследований методологические принципы оценки кислородного обеспечения организма человека в условиях моделирования физиологических эффектов невесомости являются основанием для рекомендации их использования в процессе коррекции нарушений кислородного статуса космонавтов методами интенсивной терапии при развитии критического состояния во время космического полета и в ранний послеполетный период.

Предложен и экспериментально апробирован способ управления уровнем оксигенации организма человека в условиях АНОГ, который может быть использован в практике медицинского обеспечения космических полетов.

Полученные в ходе исследования результаты послужили основой для разработки и апробирования совместно с Гончаровым И.Б., а также специалистами из ОАО «НПП Звезда», с последующей поставкой при участии специалистов из РКК «Энергия» на борт Российского модуля Международной космической станции комплекта медицинских кислородных масок. Комплект предназначен для коррекции кислородного статуса у космонавтов в невесомости с подключением к недоизрасходованному баллону от скафандра для выхода в открытый космос. Составлена инструкция по эксплуатации комплекта медицинских кислородных масок

№ 2 АС - 7643 - 5870 ИЭ, которая утверждена исполняющим обязанности зам. главного конструктора ГНЦ РФ - ИМБП РАМН Струговым О.М. и согласована с начальником отделения РКК «Энергия» Железняковым А.Г. в 2005г.

Основные положения, выносимые на защиту.

Ведущими механизмами регуляции кислородного статуса у человека в экспериментах, моделирующих воздействие эффектов невесомости на Земле в начальный период адаптации к АНОГ, в системе внешнего дыхания и поглощения кислорода в легких являются гипервентиляция и регионарная перестройка легочного кровотока.

Регуляция кислородного баланса у человека при действии условий АНОГ в системном кровообращении осуществляется за счет компенсаторного перераспределения кислородного снабжения от периферических тканей к органам и тканям с повышенной потребностью в кислороде.

Регуляция кислородного статуса у человека при отдаче кислорода периферическим тканям в начальный период АНОГ, происходящая за счет усиления активности механизма экстракции кислорода из артериальной крови, недостаточно эффективна, вследствие чего в тканях развивается такая приспособительная реакция, как активация процессов анаэробного метаболизма.

Коррекция изменений кислородного баланса у человека в условиях АНОГ посредством проведения методов традиционной интенсивной терапии, направленных на оптимизацию доставки кислорода, не приводит к росту величины его регионарного потребления и компенсации кислородного снабжения периферических тканей вследствие инактивации механизмов поглощения кислорода в клетках.

Для регуляции кислородного баланса человека в условиях АНОГ с использованием различных способов респираторной терапии необходимо в схему их проведения включить антигипоксант ГОМК.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты исследования доложены и обсуждены на VII Всесоюзной конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Калуга, 1982), Всесоюзном совещании по транспорту газов в тканях при гипоксии (Нальчик, 1986), Всесоюзном совещании по транспорту кислорода в системе микроциркуляции (Гродно, 1987), Всесоюзном совещании по транспорту кислорода и антиоксидантным системам (Гродно, 1989), Всероссийской XI конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 1998), Всероссийской XII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002), Российской конференции «Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям» (Москва, 2003), Четвертом Международном аэрокосмическом конгрессе, посвященном 100-летию авиации (Москва, Россия, 18-23 августа 2003 г.). Диссертационная работа апробирована на секции «Космическая медицина» Ученого совета ГНЦ РФ - ИМБП РАН (протокол № 2, от 23. 06. 2004 г.).

По теме диссертации опубликовано 26 научных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), изложения общей структуры и методов исследования (глава 2), результатов собственных экспериментальных исследований в пяти частях (глава 3), обсуждения полученных результатов (глава 4), заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, приложения.

Работа изложена на 291 страницах. Диссертация иллюстрирована 30 таблицами и 12 рисунками. Список литературы содержит 327 источников, из них 189 отечественных и 138 иностранных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объем и общая структура исследований представлены в таблице 1. Для выполнения поставленных задач были проведены исследования с участием 146 добровольцев-мужчин в возрасте от 25 до 45 лет, допущенных врачебно-экспертной комиссией по состоянию здоровья к воздействиям, связанным с проведением методов интенсивной терапии в условиях моделирования основных физиологических эффектов невесомости. Все обследования проводились в условиях покоя в горизонтальном положении до начала экспериментов и во время гипокинезии в антиортостатическом положении без применения средств профилактики. На первом этапе модельных исследований проводилось изучение механизмов регуляции кислородного статуса у испытателей-добровольцев при моделировании физиологических эффектов невесомости с помощью АНОГ.

Таблица 1.

Объем и структура исследования

Содержание исследований и экспериментов	Продолжительность (сутки)	Количество обследуемых	Человеко - сутки
АНОГ (-50)	120	15	1800
АНОГ (-80)	14	36	504
АНОГ (-80)	7	27	189
Постельный режим в условиях АНОГ (-80) с введением реополиглюкина	14	6	84
Постельный режим в условиях АНОГ (-80) с проведением оксигенации лицевой маской	14	19	266
Постельный режим в условиях АНОГ (-80) с использованием метода гемосорбции	14	9	126
Постельный режим в условиях АНОГ (-80) с эксфузией крови	14	9	126
Постельный режим в условиях АНОГ (-80) с использованием ГОМК и кристаллоидного раствора на фоне проведения ИВЛ	14	16	224
Постельный режим в условиях АНОГ (-80) с использованием ГОМК и оксигенации лицевой маски	14	9	126
Всего обследуемых		146	3445

кислородный терапия антиортостатический гипокинезия

На втором этапе работы проводились исследования по изучению механизмов регуляции кислородного статуса у человека методами интенсивной терапии в условиях АНОГ. Для этого до начала гипокинезии на 5-е сутки АНОГ (-8°) у обследуемых при самостоятельном дыхании с помощью лицевой маски проводилась ингаляция газовой смеси с 60 % содержанием кислорода в течение 45 минут.

Для оценки эффективности гемосорбции у обследуемых на 8-е сутки АНОГ (-8°) катетеризировали подключичную и локтевую вены и аппарат УАГ-01 с сорбционной колонкой объемом 400 см3, заполненной сорбентом СКН-2М, подключали в контур вено-венозного шунта. Перфузия крови через сорбционную колонку со скоростью 80-100 мл/мин осуществлялась в течение 120 минут. Через сорбционную колонку проводилось примерно по 2 объема циркулирующей крови.

При использовании плазмозаменителя у обследуемых проводили дробное введение в продолжение двух часов 400 мл раствора реополиглюкина при самостоятельном дыхании атмосферным воздухом.

В шестом эксперименте на 12-е сутки АНОГ (-8°) обследуемым применяли внутривенное капельное введение 200 мл 0,9 % изотонического раствора хлорида натрия на фоне проведения анестезии натриевой солью гамма-оксимасляной кислоты (ГОМК) и искусственной вентиляции легких с подачей газовой смеси с 60 % содержанием кислорода в течение одного часа.

В другой экспериментальной серии на 12-е сутки АНОГ (-8°) у обследуемых применяли внутривенное капельное введение 400 мл 0,9 % изотонического раствора хлорида натрия на фоне проведения искусственной вентиляции легких (ИВЛ) газовой смесью с 60 % содержанием кислорода в течение одного часа после предварительной анестезии ГОМК и подачи в дыхательные пути человека атмосферного воздуха в течении одного часа.

В следующем эксперименте на 13-е сутки АНОГ (-8°) у обследуемых проводили внутривенное введение препарата ГОМК, разведенного в 200 мл 0,9 % изотонического раствора натрия хлорида, из расчета 100 мг/кг массы тела в течение 60 минут при самостоятельном дыхании атмосферным воздухом. Через 30 минут после прекращения введения препарата всем испытателям при самостоятельном дыхании с помощью лицевой маски проводилась ингаляция человеком газовой смеси с 60 % содержанием кислорода в течение двух часов.

Методы исследований.

Определение объема легочной вентиляции проводили с помощью дыхательного монитора Райта (фирма «ВОС», Англия). Газообменную функцию легких изучали посредством определения парциального давления О2 и СО2 в конечной порции выдыхаемого воздуха с использованием малоинерционных анализаторов: капнографа и оксиграфа фирмы «Годарт» (Голландия). Определение напряжения кислорода в артериальной, смешанной венозной и периферической венозной крови, а также показателей кислотно-основного состояния (КОС) в артериальной крови, концентрации гемоглобина, насыщение его кислородом проводили на аппаратах ABL-1, ABL-2 и гемоксиметре фирмы «Радиометр» (Дания). Взятие проб артериальной крови проводили одноразовыми пластиковыми гепаринизированными шприцами со специальной иглой посредством пункции лучевой артерии. Для оценки состояния оксигенации смешанной венозной крови у обследуемых в экспериментах с 14-суточной АНОГ проводили взятие проб крови из центрального венозного катетера, введенного под местной анестезией (0,25 % раствор новокаина) через подключичную вену до уровня правого предсердия. Пробы периферической венозной крови брали из локтевой вены. Определение показателя центральной гемодинамики осуществлялось совместно с Репенковой Л.Г. неинвазивным методом - интегральной реографии по Тищенко М.А. с соавт. (1973). Реографические исследования регионарного легочного кровотока проводили совместно с Ковачевич И.В. при использовании реографа 4РГ-1А и энцефалографа фирмы «Галилео» (Франция).

Совместно с Архиповым В.В. проводили исследования по изучению полярографическим методом, разработанным в лаборатории профессора Коваленко Е.А., динамики напряжения кислорода в тканях при использовании у человека метода оксигенотерапии в фоне, до начала гипокинезии, и в условиях АНОГ. Оксиметрию проводили с помощью бортовой аппаратуры «Оксиметр - М» производства (ЧССР). Для регистрации показаний использовали самописец КСП - 4 (СССР). Рабочий электрод вводили внутрикожно в область нижней трети предплечья.

На основе параметров оксигенации артериальной и венозной крови, полученных у обследуемых с помощью инвазивных методов исследования, расчетным способом получали, используя формулы, приведенные в работах K.Kariman and S.R. Burns (1985), Р. L. Марино (1998) параметры содержания кислорода в артериальной (СаО2), смешанной венозной (СvO2) и периферической венозной крови (СvO2), а также величину артерио-венозной разности по объемному содержанию кислороду С(а - v)О2. При этом были использованы следующие формулы: СаО2 = (1,34 х Нb х SaO2) + (0, 003 х PaO2); CvO2 = (1,34 х Hb х SvO2) + (0, 003 х PvO2). Вычисляли сердечный индекс (СИ) путем деления сердечного выброса на площадь поверхности тела; индекс доставки кислорода (ИДО2), индекс потребления кислорода (ИVO2 ) и коэффициент экстракции кислорода (КЭО2) по формулам: ИДО2 = СИ х СаО2 х 10; ИVО2 = СИ х С(а - v)О2) х 10; КЭО2 = С(а - v)О2) / СаО2 х 100 %, где СИ - сердечный индекс, SaO2 и SvO2 - насыщение кислородом артериальной и венозной крови соответственно и коэффициент 10 - фактор преобразования объемных процентов (мл/с).

Содержание жирных кислот в плазме и мембранах эритроцитов человека измеряли совместно с Найдиной В.П. газохроматографическим методом. При этом определяли не только их относительное содержание (в % отн.), но и общее количественное содержание (мг % усл.), рассчитанное по методу внешнего стандарта (Найдина В.П. и соавт., 1991).

В венозной крови человека с применением тест-наборов фирмы «Boehringer Manheim» совместно с Кальяновой В.Н. и Ветровой Е.Г. определяли содержание лактата.

Проводили стандартную статистическую обработку полученных данных с использованием среднего арифметического, среднего квадратичного отклонения, стандартной ошибки среднего, доверительного интервала для среднего арифметического значения. Оценка достоверности проводилась по t-критерию Стьюдента, а при малой выборке - с помощью парного Т-критерия Вилкоксона (для связанных выборок).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Изучение состояния системы внешнего дыхания, динамики показателей доставки и потребления кислорода, а также изменений регионарного легочного кровотока у человека в условиях АНОГ.

Проведены 4 серии исследований с 14-суточной АНОГ (-8°) у 36 здоровых мужчин и 2 серии исследований со 120-суточной АНОГ (-5°) с участием 15 здоровых мужчин без применения средств, профилактики.

Одним из обязательных атрибутов компенсаторной перестройки системы внешнего дыхания у человека в экспериментах с 14-суточной АНОГ являлась легочная гипервентиляция, которая приводила к небольшому, но достоверному (p < 0,05) увеличению минутного объема дыхания при исследовании на 3-и и 8-е сутки гипокинезии (Рис. 1). Следует отметить, что гипервентиляция регистрировалась у обследуемых с первых часов пребывания в условиях АНОГ, причем весь прирост минутного объема дыхания у обследуемых достигался за счет учащения дыхания, а не вследствие увеличения дыхательного объема.

Подтверждением наличия у обследуемых в начальный период АНОГ легочной гипервентиляции являлось постепенное повышение величины парциального давления кислорода в конечной порции выдыхаемого воздуха, особенно выраженное (p < 0,05) на 8-е и 13-е сутки гипокинезии, а также снижение парциального давления углекислого газа (p < 0,05) на 3-и, 8-е и 13-е сутки АНОГ. Кроме того, результаты исследования газового состава артериальной крови показывают, что у обследуемых в условиях антиортостаза возникает и стойко сохраняется, особенно на 3-и (p < 0,01) и на 8-е (p < 0,05) сутки эксперимента, умеренная гипокапния. В то же время, присутствие у обследуемых в этот период близкой к норме величины рН в артериальной крови свидетельствует об отсутствии у них нарушений кислотно-основного состояния (КОС) в крови.

Следовало ожидать, что при легочной гипервентиляции, наряду с гипокапнией, должно было определяться и повышение напряжения кислорода в артериальной крови человека. Однако у обследуемых, с самого начала пребывания в условиях гипокинезии, постоянно отмечалось небольшое снижение напряжения кислорода в артериальной крови.

При оценке кислородного статуса у человека в системе внешнего дыхания при экспериментах со 120-ти суточной АНОГ было обнаружено ослабление функциональной активности аппарата внешнего дыхания обследуемых, которое начиналось после 14-х суток их пребывания в антиортостатическом положении и постепенно прогрессировало к 28-м суткам АНОГ. Легочная гиповентиляция проявлялась в небольшом уменьшении минутного объема и частоты дыхания, а также в увеличении парциального давления углекислого газа и уменьшении парциального давления кислорода в конечной порции выдыхаемого воздуха, а также повышении концентрации углекислоты и уменьшении напряжения кислорода в артериальной крови человека. Эти изменения у обследуемых, постепенно нарастали и достигали своего максимального уровня к 60-м суткам гипокинезии. Следует отметить, что изменения значений показателей КОС артериальной крови, которые по мнению ряда авторов (Fenwick J.C. et al., 1990) рассматриваются в качестве непрямых индикаторов тканевой гипоксии (артериальное рН и концентрация стандартного бикарбоната), значительно отличались от фоновых величин, что не исключает возможность усиления в организме человека на этом этапе обследования проявлений анаэробного метаболизма. В то же время, параметры системы внешнего дыхания, такие как минутный объем и частота дыхания, на этом этапе обследования существенно не отличались от результатов, зарегистрированных на 28-е сутки АНОГ.

Особый интерес представляет регионарное распределение легочного кровотока - важного фактора эффективного легочного газообмена.

Анализ результатов изучения регионарной перестройки легочного кровотока у человека в антиортостатическом положении свидетельствовал о его перераспределении в апикальном направлении и смещении перфузии в верхушки легких уже на 3-и сутки гипокинезии. В то же время, в базальных отделах легких наблюдалась редукция пульсового кровенаполнения. В дальнейшем, при проведении обследования на 58-е сутки пребывания человека в условиях гипокинезии было установлено, что на фоне достоверного (р < 0,05) увеличения кровенаполнения верхних отделов легких, пульсовое кровенаполнение нижних, а частично и средних, отделов легких становилось меньше фоновых значений. Иная динамика данных реографического исследования регионарного легочного кровенаполнения наблюдалась при обследовании на 116-е сутки эксперимента. В этот период гипокинезии максимальное увеличение пульсового кровенаполнения регистрировалось уже в средних и нижних отделах легких обследуемых, а минимальное отмечалось в верхушках легких.

При исследовании параметров кислородного баланса у человека в условиях АНОГ определялась нормальная величина индекса доставки кислорода, а также постепенно происходило небольшое уменьшение системного потребления кислорода, особенно выраженное (p < 0,05) на 8-е сутки АНОГ (Рис. 2).

Следует отметить, что содержание кислорода в артериальной, смешанной венозной крови и артерио-венозная разность по кислороду практически не изменялись по сравнению с данными, зарегистрированными при горизонтальном положении обследуемых.

В то же время, анализ результатов проведенных исследований свидетельствовал, что у человека, находящегося в антиортостатическом положении, системное потребление кислорода и уровень его экстракции не отражали их регионарные значения. Оказалось, что уже на 3-и сутки АНОГ у обследуемых происходило значительное (p<0,05) повышение величины регионарного потребления кислорода (Рис. 2) и уровня его экстракции при одновременном выраженном (p<0,05) возрастании величины артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода.

Серьезного внимания заслуживает тот факт, что в периферической венозной крови у обследуемых на протяжении всего периода пребывания в условиях 14-суточной АНОГ наблюдалось повышение концентрации лактата уже на 3-и сутки эксперимента (Рис. 3).

Данные о регионарном потреблении кислорода, полученные в экспериментах с более длительной гипокинезией, свидетельствуют об уменьшении этого показателя у человека на 28-е и особенно значительно (p < 0,05) на 60-е сутки АНОГ по сравнению с фоновым уровнем в среднем по группе в 1,4 и 2 раза соответственно. В то же время, у обследуемых в эти же сроки наблюдалось снижение уровня регионарной экстракции кислорода и уменьшение величины артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода, которые были особенно выраженными (p < 0,01) при проведения обследования на 60-е сутки АНОГ.

Таким образом, анализ результатов проведенных исследований показывает, что у человека при моделировании эффектов невесомости не наблюдается соответствия уровня потребления кислорода в различных звеньях сосудистого русла. При этом сравнительная оценка показателей состояния кислородного баланса на системном и регионарном уровне свидетельствует о недостаточном кислородном снабжении периферических тканей человека.

Следовательно, у человека, в условиях действия моделированных эффектов невесомости, прежде всего, необходимо решить проблему основных механизмов улучшения кислородного обеспечения периферических тканей: достаточно ли для этого только одного увеличения кровотока или повышения содержания кислорода в притекающей к тканям артериальной крови. А может быть, вследствие длительного нахождения тканей в условиях недостаточного снабжения кислородом и изменения их метаболизма, существует необходимость проведения мероприятий, направленных на восстановление способности самих клеток к усвоению доставляемого к ним кислорода.

2. Оценка эффективности проведения гемокоррекции в периферических тканях человека в условиях АНОГ методом гемосорбции.

Принципиальная концепция об эффекте гемосорбции сегодня - это многокомпонентное воздействие данной процедуры на гомеостаз, то есть гемокоррекция, а не только удаление каких - либо веществ из крови (Остапенко В.А., 1995; Доделия В.Ш., 2000).

Поэтому задача настоящего исследования заключалась в оценке влияния на кислородный баланс человека улучшения с помощью метода гемосорбции состояния микроциркуляции у обследуемых в условиях воздействия эффектов моделированной невесомости.

Анализ полученных данных показал, что при проведении на 8-е сутки АНОГ метода гемосорбции у обследуемых наблюдались изменения кислотно-основного состояния в артериальной крови, которые характеризовались смещением показателя рН в кислую сторону и значительным (p<0,01) снижением концентрации стандартного бикарбоната.

Установлено, что перед окончанием гемосорбции содержание кислорода в артериальной крови незначительно уменьшалось. Наряду с одновременным выраженным (р<0,01) снижением содержания кислорода в смешанной венозной крови это приводило к возрастанию артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода в среднем по группе на 65 % (р< 0,01). Соответственно росту артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода возросла и величина системной экстракции кислорода, в среднем в 1,7 раза (р<0,01), по сравнению с исходной величиной до проведения данного метода, а также заметно (р< 0,05) увеличилось в среднем на 42 % системное потребление кислорода (рис. 4).

Очевидно, что зарегистрированные у обследуемых повышение уровня системного потребления кислорода, увеличение артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода и возрастание уровня его системной экстракции, наряду со значительным (p<0,01) снижением степени насыщения кислородом гемоглобина в смешанной венозной крови, свидетельствовали

о ликвидации реакции централизации кровообращения у человека в условиях АНОГ прежде всего за счет раскрытия блокированного микроциркуляторного русла. Это является, при недостаточном кислородном снабжении периферических тканей, компенсаторной реакцией организма, направленной на снижение поступления продуктов анаэробного метаболизма клеток в системное кровообращение. Вместе с тем, результаты проведенного эксперимента показывают, что применение метода гемосорбции у человека в условиях АНОГ, несмотря на улучшение микроциркуляции, не приводит к повышению уровня регионарного потребления кислорода (Рис. 4, темные столбики). Подтверждением данного факта является отсутствие достоверных изменений степени насыщения кислородом гемоглобина и его напряжения в пробах крови из периферической вены.

Таким образом, на основании результатов проведенного исследования можно сделать заключение о том, что регионарное потребление кислорода у человека в условиях АНОГ не лимитируется улучшением функционирования микроциркуляторного русла.

3. Оценка изменений кислородного режима у человека при введении плазмозаменителя в условиях АНОГ.

Для изучения влияния повышения величины доставки кислорода за счет циркуляторного компонента на динамику регионарного потребления кислорода у обследуемых в условиях АНОГ проводилось введение коллоидного плазмозаменителя.

После окончания введения раствора реополиглюкина на 14-е сутки АНОГ у обследуемых отмечались повышенные значения сердечного индекса в среднем по группе на 22 %, а со стороны легких наблюдалось небольшое повышение минутного объема дыхания, которое сопровождалось снижением напряжения углекислоты в артериальной крови. Кроме того, у обследуемых выявлено увеличение индекса доставки кислорода в среднем по группе на 19 %, статистически значимого по парному критерию Вилкоксона. Из анализа полученных данных следует, что у обследуемых на фоне нормального напряжения и насыщения артериальной крови кислородом отмечалось небольшое снижение содержания кислорода в артериальной крови (Рис. 5) и его повышение в периферической венозной крови (Рис. 5), что приводило к уменьшению артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода и интенсивности регионарной экстракции кислорода.

Компенсация снижения объемного содержания кислорода в артериальной крови после проведения инфузии реополиглюкина у человека в условиях АНОГ осуществлялась с одной стороны за счет механизма повышения сердечного индекса, а с другой - вследствие включения механизма увеличения легочной вентиляции. Снижение после окончания инфузии реополиглюкина функциональной активности механизма регионарной экстракции кислорода, которое происходило на фоне повышения скорости кровотока, по-видимому, указывало на отсутствие изменений интенсивности окислительных процессов в тканях, что пподтверждалось и данными регионарного потребления кислорода.

Таким образом, в этом исследовании показано, что повышенные значения сердечного индекса и зарегистрированный при этом рост доставки кислорода, а также увеличение легочной вентиляции, которые отмечались после введения плазмозаменителя не приводили к росту регионарного потребления кислорода у обследуемых и, следовательно, в условиях АНОГ не наблюдается четкой зависимости между этими параметрами.



4. Влияние использования метода оксигенотерапии на состояние кислородного баланса периферических тканей человека при АНОГ.

Увеличение объемного содержания кислорода в артериальной крови, притекающей к периферическим тканям организма, достигалось посредством самостоятельного дыхания человека с помощью лицевой маски газовой смесью с 60 % концентрацией кислорода.

Прежде всего, было проведено сравнительное изучение динамики показателей газового состава и кислотно-основного состояния крови в артерии и периферической вене при проведении метода оксигенотерапии у человека в горизонтальном положении до АНОГ и на 5-е сутки АНОГ, которое позволило выявить статистически достоверные различия.

Экспериментально установлено, что после 45-минутной ингаляции обследуемыми кислородно-воздушной дыхательной смеси в горизонтальном положении наблюдалось значительное (р<0,01) повышение напряжения кислорода в артериальной крови с превышением исходного уровня в 4 раза и существенное (р<0,05) снижение напряжения углекислого газа.

При проведении аналогичного воздействия на 5-е сутки пребывания в антиортостатическом положении в сосудистом русле обследуемых также происходило отчетливое (р<0,01) увеличение напряжения кислорода в артериальной крови, однако оно превышало исходную величину в 3 раза и сопровождалось возрастанием напряжения кислорода в венозной крови с превышением фонового уровня в 1,7 раза (Рис. 6). В ответ на повышение содержания кислорода во вдыхаемой газовой смеси у обследуемых определялось значительное увеличение степени насыщения гемоглобина кислородом в артериальной и периферической венозной крови.

В свою очередь, изучение динамики показателей кислородного баланса у человека на 5-е сутки АНОГ показало, что самостоятельное дыхание обследуемыми газовой смесью с повышенным содержанием кислорода в антиортостатическом (-8°) положении приводило к небольшому, но достоверному (р<0,01) росту содержания кислорода в артериальной крови и гораздо более выраженному возрастанию его содержания в периферической венозной крови с превышением уровня фонового воздействия (рис. 7).

Вместе с тем величина регионарного потребления кислорода у обследуемых значительно (р<0,05) уменьшалась в среднем по группе в 2,3 раза по сравнению с фоновым уровнем. Очевидным подтверждением этого изменения являются данные о существенном (р<0,01) уменьшении коэффициента регионарной экстракции кислорода и соответствующем снижении артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода.

Наряду с изучением динамики показателей кислородтранспортной функции крови перед окончанием ингаляции кислорода у человека в антиортостазе проводилась оценка состояния кислородного режима в коже предплечья с помощью метода полярографии. При анализе полученных данных было выявлено снижение интенсивности транспорта кислорода в тканях человека во время проведения метода оксигенотерапии в антиортостатическом положении по сравнению с результатами, зарегистрированными у обследуемых при аналогичном воздействии в горизонтальном положении. Обнаружено также, что показатель интенсивности потребления кислорода в коже предплечья, измеренный по скорости снижения РО2 при пережатии сосудов в ткани, был также значительно (р < 0,05) ниже у человека в условиях гипокинезии, чем в фоне.

При сравнительной оценке данных, полученных в этом эксперименте, оказалось, что достигнутый прирост содержания кислорода в артериальной крови за счет донасыщения гемоглобина кислородом у человека в условиях АНОГ сопровождался и одновременным существенным возрастанием, как это видно на рисунке 7, объемного содержания кислорода в венозной крови по сравнению с данными аналогичных исследований в фоне. Поэтому, с учетом данных полярографического исследования, можно полагать, что доставляющееся для компенсации недостаточного кислородного снабжения периферических тканей человека в условиях АНОГ с артериальной кровью повышенное количество кислорода остается невостребованным клетками в большей степени, чем в аналогичном эксперименте до начала гипокинезии.

Таким образом, предпринятые нами усилия для повышения уровня потребления кислорода в периферических тканях человека при АНОГ, путем увеличения доставки к ним кислорода методами традиционной интенсивной терапии, не привели к положительному воздействию, по-видимому, вследствие уменьшения в этих условиях активности механизмов поглощения кислорода непосредственно в самих клетках.

Поэтому, в следующей серии экспериментов с АНОГ у обследуемых в схему проведения методов интенсивной терапии был включен препарат митоходриального действия антигипоксант ГОМК.

5. Коррекция кислородного баланса периферических тканей у человека в условиях АНОГ с включением в схему проведения методов интенсивной терапии препарата ГОМК.

В условиях разбавления крови 400 мл 0,9% раствором хлорида натрия в сочетании с использованием препарата ГОМК и подачи в дыхательные пути обследуемых с помощью искусственной вентиляции легких (ИВЛ) газовой смеси с 60% содержанием кислорода изучали состояние кислородного баланса у человека на 12-е сутки антиортостаза.

При этом в сосудистом русле обследуемых был зарегистрирован ряд существенных изменений, которые выражались прежде всего в значительном (р<01) повышении в среднем по группе в 3,4 раза напряжения кислорода в артериальной крови и в 4,5 раза в периферической венозной крови по сравнению с фоновыми данными до начала воздействия в условиях АНОГ с однонаправленными изменениями сатурации крови.

Следует отметить, что содержание кислорода в артериальной крови находилось на уровне исходных значений до начала проведения вентиляции. Однако, вследствие одновременного выраженного повышения содержания кислорода в венозной крови, у обследуемых определялось значительное (р<0,01) уменьшение артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода при существенном (р<0,01) снижении его регионарной экстракции.

В результате сравнительного анализа полученных данных оказалось, что достигнутый при проведении ИВЛ у человека газовой смесью с повышенным содержанием кислорода прирост параметров оксигенации в артериальной крови сопровождался увеличением этих показателей и в периферической венозной крови. Причем оказалось, что показатели напряжения и содержания кислорода в венозной крови значительно превышали данные, полученные во время проведения аналогичных исследований в фоне, до начала гипокинезии (рис. 6, 7).

Результаты исследований, полученных на втором этапе эксперимента, при подаче в дыхательные пути атмосферного воздуха, показали, что, несмотря на изменение режима вентиляции легких, в сосудистом русле обследуемых сохранялось заметное повышение содержания кислорода в венозной крови и значительное уменьшение артерио-венозной разности по объемному содержанию кислорода с одновременным снижением уровня его регионарной экстракции.

Анализ данных проведенных исследований свидетельствует об отсутствии положительного действия на кислородный баланс периферических тканей человека в условиях АНОГ одновременного использования препарата ГОМК и проведения ИВЛ воздушно-кислородной дыхательной смесью.

Логическим продолжением этих исследований явилась корректировка схемы его проведения в следующем эксперименте. При этом основные изменения касались лишь очередности использования препарата ГОМК и проведения ИВЛ с подачей в дыхательные пути человека газовой смеси с повышенным содержанием кислорода.

На первом этапе эксперимента проводилась инфузия изотонического 0,9 % раствора натрия хлорида в сочетании с препаратом ГОМК у человека в антиортостатическом положении и проведении ИВЛ атмосферным воздухом.

Как показали результаты исследования, в сосудистом русле обследуемых были отмечены статистически достоверные (р<0,05) изменения, которые по сравнению с фоновыми данными выражались в умеренном уменьшении напряжения кислорода в артериальной крови в среднем по группе на 20% и его увеличении в периферической венозной крови в среднем на 44% (Рис. 8).

Анализ результатов этого этапа эксперимента показал, что у обследуемых определялось значительное (р<0,05) снижение регионарного потребления кислорода, величина которого уменьшалась в среднем по группе почти в 1,7 раза относительно своего уровня до начала проведения вентиляции. Кроме того, наряду с небольшим, но достоверным (р<0,05) снижением в артериальной крови содержания кислорода и его артерио-венозной разности (Рис. 9) у обследуемых отмечалось существенное (р<0,01) уменьшение уровня регионарной экстракции кислорода. Полученные данные свидетельствуют, что применение препарата ГОМК на фоне проведения ИВЛ атмосферным воздухом в течение одного часа также не оказывало положительного действия на динамику показателей кислородного баланса периферических тканей у человека в условиях АНОГ.

На втором этапе эксперимента прекращалось введение обследуемым препарата ГОМК, и в дыхательные пути обследуемых осуществлялась подача газовой смеси с повышенным содержанием кислорода. Полученные результаты сравнивались с данными первого этапа исследований.

Прежде всего, мы сопоставили данные, характеризующие динамику параметров газового состава крови в артерии и вене на фоне проведения ИВЛ газовой смеси с повышенным содержанием кислорода и при вентиляции атмосферным воздухом. Установлено, что в сосудистом русле обследуемых при проведении ИВЛ газовой смесью с повышенным содержанием кислорода наблюдались отличные от данных по сравнению с вентиляцией атмосферным воздухом изменения, которые заключались в значительном (р<0,01) увеличении напряжения и насыщения кислородом гемоглобина артериальной крови при существенном снижении его напряжения в периферической венозной крови (Рис. 8)

Кроме того, полученные на втором этапе эксперимента результаты показали, что у обследуемых в этот период значительно (р<0,01) возрастало содержание кислорода в артериальной крови по сравнению с данными, полученными при проведении вентиляции атмосферным воздухом. Причем вследствие одновременного уменьшения содержания кислорода в венозной крови, артерио-венозная разность по объемному содержанию кислорода в среднем по группе в 1,8 раза превышала аналогичный показатель, зарегистрированный на первом этапе эксперимента (Рис. 9). Соответственно, вместе с повышением содержания кислорода в артериальной крови и его артерио-венозной разности, у обследуемых происходило увеличение как регионарной экстракции, так и регионарного потребления кислорода в среднем по группе в 1,7 и 1,4 раза .

Как свидетельствует анализ данных, полученных нами во второй серии исследований, такая схема регуляции кислородного баланса методами интенсивной терапии у человека при моделировании эффектов невесомости обеспечивает быстрое усиление активности механизмов усвоения кислорода клетками.

Известно, что изменения содержания жирных кислот в мембранах эритроцитов отражают их состав в мембранах других клеток и тканей, что, согласно данным литературы (Эндакова Э.А. с соавт., 2002), дает основание

для их исследования в целях оценки метаболических процессов в организме человека на тканевом уровне.



6. Влияние препарата ГОМК и проведения метода оксигенотерапии организма человека на липидный состав мембран эритроцитов и плазмы крови при АНОГ.

Проведение исследований в фоновый период при горизонтальном положении тела обследуемых показало, что после введения препарата ГОМК в мембранах эритроцитов наблюдалось снижение в 1,7 раза общего содержания жирных кислот относительно фона (Рис. 10). В то же время, в мембранах эритроцитов у обследуемых отмечалось значительное падение в 1,8 раза по сравнению с исходным уровнем относительного содержания ненасыщенной арахидоновой кислоты, а также обнаружено небольшое, но достоверное повышение по сравнению с фоновыми данными содержания насыщенной пальмитиновой кислоты. Следует отметить, что в плазме крови обследуемых выявлено возрастание общего содержания жирных кислот при сохранении их относительного состава (Рис. 10).

Последующее изменение кислородного режима у обследуемых при самостоятельном дыхании газовой смесью с 60 % содержанием кислорода приводило к дальнейшему снижению в 2,3 раза по сравнению с исходным уровнем относительного содержания ненасыщенной арахидоновой кислоты в мембранах эритроцитов. Противоположные изменения отмечались в составе других жирных кислот. В частности, установлено достоверное увеличение содержания в мембранах эритроцитов насыщенной пальмитиновой и мононенасыщенной олеиновой жирных кислот в 1,3 и 1,2 раза соответственно относительно их фоновых значений. В плазме крови обследуемых в этот период наблюдалось существенное увеличение общего содержания жирных кислот с превышением фоновой величины в 2,2 раза.

Установлено, что после введения препарата ГОМК обследуемым на 13-е сутки АНОГ в мембранах эритроцитов происходило заметное (в 2,6 раза) уменьшение содержания арахидоновой кислоты. Величина общего содержания кислот в мембранах эритроцитов уменьшилась в 1,4 раза по сравнению с фоновыми данными (Рис. 10).

Последующее изменение кислородного режима у обследуемых в условиях АНОГ при самостоятельном дыхании газовой смесью с 60 % содержанием кислорода приводило к изменению жирнокислотного состава в мембранах эритроцитов, что выражалось в обогащении их состава ненасыщенными жирными кислотами - арахидоновой и линолевой - по сравнению с данными при введении ГОМК. Одновременно с этим в мембранах эритроцитов определялось заметное увеличение общего содержания кислот, происходившее на фоне значительного снижения их содержания в плазме крови (Рис. 10).

Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что апробированная нами в фоновых исследованиях схема последовательного использования препарата ГОМК и проведения метода оксигенотерапии у здорового человека в горизонтальном положении до начала АНОГ приводит к разрушению фосфолипидов в мембранах эритроцитов и оказывает, по-видимому, неблагоприятное воздействие на кислородный режим периферических тканей.

Применение аналогичной схемы проведения метода интенсивной терапии у здорового человека на 13-е сутки АНОГ является полезным в плане его влияния на кислородный режим периферических тканей, которое, если судить по отсутствию уменьшения количества жирных кислот, не только не усугубляет, а напротив, позволяет говорить о компенсации окисления липидов в мембранах эритроцитов.

Таким образом, полученные данные о динамике содержания жирных кислот как в плазме, так и в мембранах эритроцитов у человека в условиях АНОГ при использовании препарата ГОМК и проведения метода оксигенотерапии свидетельствуют о возможности восстановлении кислородного режима периферических тканей до фонового перед началом гипокинезии уровня.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение механизмов регуляции системы внешнего дыхания, регионарных реакций легочного кровотока, а также закономерностей перестройки кислородного баланса человека было проведено в исследованиях с антиортостатической гипокинезией (АНОГ) и при регуляции в этих условиях кислородного статуса у человека методами интенсивной терапии.

Оказалось, что одним из необходимых компонентов адаптации системы внешнего дыхания у человека в условиях АНОГ является такой компенсаторный механизм, как гипервентиляция. Очевидно, что усиление легочной вентиляции у обследуемых направлено прежде всего на поддержание адекватной оксигенации крови в легких. При этом нельзя исключить того, что сохранению у человека в условиях АНОГ нормальной величины насыщения кислородом гемоглобина артериальной крови способствует также и включение другого механизма компенсации, а именно, диффузионной способности легких, которая по данным литературы (Агаджанян Н.А., Котов А.Н., 1981; Баранов В.М., 1993) существеннно увеличивалась у человека в условиях АНОГ. Prisk G.K. et al. (1993) также сообщили, что и во время 9-суточного космического полета у человека, несмотря на снижение объема циркулирующей крови, наблюдается увеличение диффузионной емкости мембраны. Кроме того, по нашему мнению, вследствие срабатывания механизма базально-апикального перераспределения регионарного кровенаполнения легких у человека при АНОГ в газообмен дополнительно вовлекается функциональный резерв - верхушки легких, что позволяет сохранить у обследуемых в этих условиях равномерность вентиляционно-перфузионных отношений на уровне целого легкого.

Итак, было показано, что механизмы регуляции системы внешнего дыхания и регионарного легочного кровотока у обследуемых имеют компенсаторную направленность и поэтому не могут оказывать отрицательного влияния на функциональные возможности системы транспорта кислорода у человека в условиях АНОГ.

...