Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Токсический отек легких, вызванный продуктами горения (обзор литературы) 14
1.1 Отравления токсичными продуктами горения 14
1.2 Токсический отек легких, механизм его развития 17
1.3 Гипоксия при отравлении токсичными компонентами пожаров 24
1.4 Антигипоксанты – как средства профилактики и терапии токсического отека легких 29
Глава 2. Материалы и методы исследования 34
2.1 Дизайн и объём экспериментальных исследований 34
2.2 Выбор и содержание лабораторных животных 35
2.3 Характеристика используемых токсикантов и определение показателей токсичности при ингаляционном воздействии 35
2.4 Характеристика используемых фармакологических средств 37
2.5 Методы исследований 40
2.5.1 Оценка общего состояния животных 40
2.5.2 Оценка гравиметрических показателей легких крыс 40
2.5.3 Оценка биохимических показателей сыворотки крови крыс 41
2.5.4 Определение концентрации карбоксигемоглобина в крови крыс 41
2.5.5 Методика макроскопических и морфологических исследований легких крыс 42
2.5.6 Оценка функции внешнего дыхания крыс 43
2.5.7 Расчет коэффициента защиты 44
2.6 Методы статистической обработки результатов исследования 44
Глава 3. Результаты собственных исследований 46
3.1 Оценка эффективности антигипоксантов при остром тяжелом отравлении диоксидом азота 46
3.1.1 Профилактическое применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении диоксидом азота 46
3 3.1.2. Лечебное применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении диоксидом азота 60
3.2 Лечебное применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении фосгеном 65
3.3 Влияние острого сочетанного ингаляционного отравления CO и NO2 в различных концентрациях на летальность, гравиметрические показатели легких и содержание карбоксигемоглобина в крови крыс 75
3.4 Влияние профилактического применения антигипоксантов при остром сочетанном ингаляционном отравлении CO и NO2 в дозах LCt16 на летальность и гравиметрические показатели легких крыс 88
Глава 4. Обсуждение результатов исследования 93
Выводы 108
Практические рекомендации 109
Список сокращений 110
Список литературы 112
- Токсический отек легких, механизм его развития
- Профилактическое применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении диоксидом азота
- Лечебное применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении фосгеном
- Влияние профилактического применения антигипоксантов при остром сочетанном ингаляционном отравлении CO и NO2 в дозах LCt16 на летальность и гравиметрические показатели легких крыс
Введение к работе
Актуальность исследования. Ежегодно в России на пожарах гибнет и получает травмы большое количество людей. По данным МЧС в 2015 году зарегистрировано 146 тыс. пожаров, в которых погибло 9419 человек, а в 2016 году произошло более 139 тыс. пожаров, на которых погибло 8760 и пострадало 9909 человек.
В настоящее время в промышленности и быту повсеместно используются легковоспламеняющиеся синтетические материалы. При горении или пиролизе некоторых из них увеличивается скорость распространения огня и количество, выделившихся токсичных продуктов горения, что приводит к увеличению числа отравленных (Бонитенко Ю.Ю. и др., 2004; Колкутин В.В. и др., 2010; Коннова Л.А. и др., 2011).
В большинстве своем состав газовой среды при горении зависит от материала и условий термодеструкции (открытое пламенное горение при достаточном поступлении кислорода или пиролиз при его недостатке). В составе продуктов горения идентифицированы такие вещества, как оксиды углерода, азота и серы, фосген, непредельные и ароматические углеводороды, альдегиды и целый ряд других соединений (Красновских М.П. и др., 2014).
Основным газообразным продуктом горения, образующимся на пожарах и вызывающим интоксикации, является монооксид углерода (СО) (Kao L.W. et al., 2005; Пузач С.В. и др., 2008). Кроме того, в современных условиях при термическом разложении синтетических материалов представляют большую опасность вещества пульмонотоксического действия, приводящие к развитию токсического отека легких. Среди них в воздушной среде очага пожара наиболее часто определяют оксиды азота, выделяющиеся при горении азотсодержащих полимерных материалов, и фосген, образующийся в значительном количестве при термодеструкции различных хлорсодержащих синтетических материалов (Спирин А.В. и др., 2009; Красновских М.П. и др., 2014).
Горение синтетических материалов привело к изменению характера получаемых травм. Увеличилась доля пострадавших с термоингаляционной травмой и отравлением продуктами горения по сравнению с пострадавшими только от ожогов (Алексеев А.А. и др., 2011; Жилинский Е.В. и др., 2014). Более чем в 80% случаев причиной гибели людей при пожаре является острое отравление газообразными продуктами горения (Пузач С.В. и др., 2010; Загребина Е.И. и др., 2012).
В условиях пожара действие высокой температуры, токсичных продуктов горения, дыма, раскаленного и обедненного кислородом воздуха на пострадавшего приводят к развитию острого повреждения легких/острому респираторному дистресс-синдрому (ОПЛ/ОРДС), который проявляется в виде клинической картины токсического отека легких (Новиков Н.И. и др., 1993; Полозова Е.В. и др., 2015).
По данным литературы, токсический отек легких у 30% отравившихся продуктами горения диагностируется только в стационаре, при этом до 75% из них погибают. Таким образом, поздняя диагностика отека легких является причиной высокой летальности (Алексеев А.А. и др., 2011). У 89% погибших отек легких развивался уже через 10-15 минут после интоксикации (Спирин А.В. и др., 2009). Отмечается, что риск развития отека легких повышается при ожогах более 50% тела. При этом часто отек легких в
первые 24 часа после отравления можно диагностировать только на основании рентгенологических признаков, что может стать причиной позднего начала лечения (Рожков П.Г. и др., 2010; Хубутия М.Ш. и др., 2012).
Наличие скрытого периода действия у пульмонотоксикантов может ввести в заблуждение относительно степени тяжести состояния пострадавших, особенно при массовых санитарных потерях, когда в первую очередь оказывается помощь пострадавшим в тяжелом состоянии. Опасность отека легких, вызванного токсичными компонентами пожаров, заключается в его быстром развитии, которое сопровождается нарастающей острой дыхательной недостаточностью (Алексеев А.А. и др., 2011; Жилинский Е.В. и др., 2014).
В основе токсического действия продуктов горения лежат разные механизмы
действия, однако для большинства из них ведущим является развитие типового
патологического процесса – гипоксии (Третьякова Е.В., 2006;
Воробьев С.В. и др., 2017). Она требует немедленной фармакологической коррекции, так как развивающаяся при поражении органов дыхания гипоксия приводит к нарушению функционирования жизненно важных органов и систем организма, в том числе и ЦНС (Толкач П.Г. и др., 2017), что может стать причиной смерти (Третьякова Е.В., 2006; Зарубина И.В., 2011).
Для коррекции гипоксии, вызванной различными причинами, используют препараты из группы антигипоксантов (Зарубина И.В. и др., 2004). Имеются отдельные экспериментальные данные об их эффективности, в том числе при токсическом отеке легких (Кропотов А.В., 1997; Торкунов П.А. и др., 2008). Также необходимо продолжить изучение препаратов, относящихся к группе антигипоксантов, в том числе новых перспективных, с целью определения их способности предотвращать неблагоприятные последствия гипоксии, формирующейся при развитии отека легких, вызванного токсичными продуктами горения (Марышева В.В. и др., 2008; Торкунов П.А. и др., 2008).
Степень разработанности темы. Проблема фармакологической коррекции токсического отека легких при отравлении токсичными компонентами пожаров известна давно (Зверев М.И. и др., 1981; Иличкин В.С., 1993). С учетом изменившегося спектра горящих материалов в настоящий момент активно изучаются отравления продуктами горения полимерных материалов, вызываемый ими отек легких и особенно развивающаяся гипоксия (Земляной А.В. и др., 2015; Бердочников Р.С. и др., 2016).
Антигипоксанты, как класс фармакологических соединений, появились в 60-х годах прошлого века. Идея и приоритет в разработке данного класса соединений принадлежит учёным Военно-медицинской академии и в первую очередь профессору В.М. Виноградову (Зарубина И.В. и др., 2004). К настоящему времени синтезировано большое количество различных соединений, обладающих антигипоксической активностью (Шанин Ю.Н. и др., 2003; Семиголовский Н.Ю., 2004). Применение антигипоксантов в клинической практике может помочь предотвратить или уменьшить тяжесть развивающейся гипоксии, сопровождающей большинство патологических процессов (Вислобоков А.И. и др., 2003). Имеются отдельные работы посвященные изучению эффективности антигипоксантов различного химического строения (амтизол, триазиноиндолы и др.) при токсическом отеке легких, вызванном разными
токсическими агентами (фосген, диоксид азота) (Кропотов А.В., 1997; Торкунов П.А., 2007). В работах исследованы эффекты антигипоксантов только при изолированном действии одного токсичного газа, в то время как на пожаре на человека действует сочетание газов. Кроме того, в настоящее время спектр веществ, обладающих антигипоксической активностью, существенно расширился.
Таким образом, новые антигипоксанты, в том числе и содержащие янтарную кислоту, представляют значительный интерес в плане изучения их эффективности при профилактическом и лечебном применении при токсическом отеке легких, вызванном продуктами горения.
Цель исследования: экспериментально оценить эффективность
профилактического и лечебного применения антигипоксантов при токсическом отеке легких, вызванном токсичными компонентами пожаров.
Задачи исследования:
-
Оценить эффективность профилактического и лечебного применения антигипоксантов, производных гутиминового ряда и сукцинатсодержащих, на лабораторных животных при токсическом отеке легких, вызванном диоксидом азота.
-
Изучить влияние антигипоксантов при лечебном применении на летальность, гравиметрические показатели легких и функцию внешнего дыхания крыс при отеке легких, вызванном фосгеном.
-
Оценить эффективность профилактического применения антигипоксантов при развитии токсического отека легких у крыс, вызванного острым ингаляционным воздействием диоксида азота в сочетании с оксидом углерода.
Научная новизна исследования. Экспериментальная оценка эффективности антигипоксантов, производных гутимина и содержащих янтарную кислоту (сукцинатсодержащих), в качестве средств фармакологической коррекции токсического отека легких, вызванного диоксидом азота или фосгеном, позволила сформулировать принципы их возможного применения при данной патологии. В частности, показано, что профилактическое применение сукцинатсодержащих антигипоксантов суназола и цитофлавина снижает степень выраженности токсического отека легких и летальность крыс при отравлении диоксидом азота. Кроме того, это подтверждено в разработанной оригинальной модели интоксикации, вызванной сочетанным действием диоксида азота и монооксида углерода, где изучена эффективность антигипоксантов при профилактическом применении. Установлено, что наибольшей эффективностью при профилактическом применении в этих условиях обладает сукцинатсодержащий антигипоксант суназол. В отличие от высокого защитного действия антигипоксантов при профилактическом введении, их лечебное применение было менее эффективным, оно не оказывало противоотечного действия и не снижало летальность крыс, хотя удлиняло время их жизни. Это предполагает, что при профилактическом применении действие сукцинатсодержащих антигипоксантов возможно связано с запуском механизмов срочной адаптации к гипоксии через рецепторы, чувствительные к сукцинату, и активацией пептидного каскада опосредованных HIF-1 внутриклеточных событий (Semenza G.L., 2012). Если отравление уже развилось (применение после отравления), то данная система не срабатывает и в полной мере не может защитить
организм от отравления, хотя признаки положительного действия антигипоксантов (удлинение продолжительности жизни животных) были отмечены.
Теоретическая и практическая значимость. В работе проведен анализ современных данных литературы о патогенезе токсического отека легких, уточнены основные причины его развития у пораженных на пожарах.
Исходя из механизмов фармакологического действия препаратов из группы антигипоксантов, обоснована возможность их применения при острых отравлениях токсичными компонентами пожаров.
При оценке сравнительной эффективности антигипоксантов выявили достаточную эффективность однократного профилактического применения амтизола в дозе 25 мг/кг, суназола в дозе 50 мг/кг и цитофлавина в дозе 100 мг/кг (по янтарной кислоте) при остром ингаляционном отравлении диоксидом азота в дозе LCt50. В то же время полученные данные подтвердили, что применение антигипоксантов в качестве средств монотерапии токсического отека легких, вызванного, как диоксидом азота, так и фосгеном, малоэффективно.
Практическая значимость работы заключается в экспериментальном обосновании применения нового сукцинатсодержащего антигипоксанта суназола в качестве перспективного средства профилактики возникновения токсического отека легких при остром сочетанном ингаляционном отравлении CO и NO2.
Полученные данные об эффективности профилактического применения
антигипоксантов амтизола, суназола и цитофлавина при ингаляционном воздействии диоксида азота позволяют рекомендовать дальнейшее более углубленное изучение данных фармакологических средств для профилактики различных критических состояний, сопровождающихся развитием отека легких.
Методология и методы исследования. Экспериментальное исследование проводилось на базе кафедр военной токсикологии и медицинской защиты и фармакологии Военно-медицинской академии имени С.М.Кирова МО РФ.
Методология исследования включала в себя анализ литературы по данной теме, построение научной гипотезы, постановку цели и задач работы, разработку дизайна и протокола исследования, сбор, обработку и обобщение материала, формулировку выводов и практических рекомендаций.
В качестве объекта исследования были выбраны крысы, у которых моделировали острое отравление (токсический отек легких) с помощью токсикантов NO2, COCl2, CO (экспозиция 15 мин) и анализировали эффекты профилактического и лечебного применение антигипоксантов амтизола, суназола, тримина, цитофлавина и янтарной кислоты. Методология исследования базировалась на требованиях нормативно-правовых актов о порядке экспериментальной работы с использованием животных и гуманному отношению к ним. Работа выполнена с соблюдением принципов доказательной медицины и использованием современных методов исследования и обработки данных.
На проведение исследования получено разрешение локального независимого Этического комитета при Военно-медицинской академии имени С.М.Кирова (протокол № 155 от 17.11.2014 г).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Антигипоксанты амтизол, суназол и цитофлавин при профилактическом применении при ингаляционном воздействии диоксида азота в дозе LCt50 снижают летальность, уменьшают степень выраженности отека легких и морфологических изменений в ткани лёгких крыс.
-
Антигипоксанты амтизол, суназол, тримин и цитофлавин при лечебном применении при отеке легких, вызванном, как диоксидом азота, так и фосгеном в дозе LCt50, не оказывают противоотечного действия и не снижают летальность крыс.
-
Антигипоксант суназол при профилактическом применении при сочетанном ингаляционном воздействии диоксида азота и оксида углерода оказывает положительное влияние на течение интоксикации, снижает степень выраженности отека легких и летальность крыс.
Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности определяется достаточным объёмом выборки, рандомизацией и формированием исследуемых групп сравнения и контроля; адекватными токсикологическими, фармакологическими, биохимическими, функциональными и морфогистологическими методами исследования; достаточными сроками наблюдения и корректными методами математической и статистической обработки полученных результатов.
Результаты проведённых исследований были опубликованы и обсуждены на Российской научной конференции с международным участием «Медико-биологические проблемы токсикологии и радиобиологии» (Санкт-Петербург, 2015); Российской научной конференции «Фармакология экстремальных состояний», посвящённой 150-летию Н.П. Кравкова (Санкт-Петербург, 2015); Российской научной конференции «Актуальные вопросы клиники диагностики и лечения в многопрофильном стационаре» (Санкт-Петербург, 2016), Первой Всероссийской научной конференции «Токсикология и радиобиология XXI века» (Санкт-Петербург, 2017).
Реализация результатов исследования. Полученные теоретические и
практические результаты реализованы в учебном процессе кафедры военной токсикологии и медицинской защиты Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова для курсантов факультетов подготовки врачей по дисциплине «Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита», раздел «Военная токсикология», тема № 4 «Токсикологическая характеристика отравляющих и высокотоксичных веществ пульмонотоксического действия. ОВ удушающего действия», а также по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности и медицина катастроф», тема «Медико-санитарное обеспечение населения при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций химической и радиационной природы», а также на кафедре фармакологии по дисциплине «Фармакологии» по теме «Антигипоксанты». В процессе выполнения работы оформлено и принято к использованию 5 рационализаторских предложений (№ 13926/6 от 29.10.2014 г., № 13928/6 от 30.10.2014 г., № 14009/8 от 19. 11.2014 г., № 14223/6 от 27.11.2015 г., №14222/6 от 27.11.2015 г.).
Связь темы диссертации с плановой тематикой научно-исследовательской работы учреждения. Исследование выполнялось в соответствии с плановой тематикой научно-исследовательских работ Военно-медицинской академии имени С.М.Кирова: тема НИР № VMA.02.02.06.1719/0029, шифр «Дымок».
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 7 научных работ, из них 3 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Личный вклад автора. По теме диссертационного исследования автором был проведён сбор и анализ научной литературы, сформулированы цель и задачи исследования, определены объекты и объём работы, проведён поиск методов и их обоснование для решения поставленных задач. Проведены экспериментальные исследования по моделированию ингаляционного отравления диоксидом азота, фосгеном и сочетанием диоксида азота с монооксидом углерода, а также фармакологической коррекции этих состояний антигипоксантами у лабораторных животных (белых крыс). Сформирована база данных и осуществлена их статистическая обработка, проведено обобщение и обсуждение полученных результатов, выполнено оформление диссертации, подготовлены публикации по теме диссертации.
Личный вклад автора в исследование составляет более 90%. Доля участия автора в получении и накоплении результатов – 100%, в статистической обработке – 100%, в проведении гистологических исследований – 60%, биохимических исследований – 100%, исследовании функции внешнего дыхания – 100%.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах
машинописного текста, включает 17 таблиц и 15 рисунков. Состоит из введения,
четырёх глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты
собственных исследований, обсуждение полученных результатов), выводов,
практических рекомендаций и библиографического списка литературы, включающего 204 источника (139 – на русском языке и 65 – на иностранных языках).
Токсический отек легких, механизм его развития
Одним из наиболее грозных состояний, развивающихся при отравлениях на пожарах, является токсический отек легких.
Имеется мнение, что токсический отек легких является частной разновидностью острого повреждения легких/острого респираторного дистресс синдрома (ОПЛ/ОРДС) [200].
Согласно определению, данному Федерацией анестезиологов и реаниматологов России, ОПЛ/ОРДС – это остро развивающееся осложнение различных, как правило, тяжелых заболеваний и травм, выражающееся неспецифическим поражением легких и проявляющееся клинической картиной быстро нарастающей дыхательной недостаточности, клинико-лабораторными признаками прогрессирующего снижения легочного комплайенса, диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану, возрастания венозно-артериального шунтирования крови, устранение которых требует применения респираторной поддержки и других методов коррекции кислородтранспортной функции крови [29].
Причинами, вызывающими ОПЛ/ОРДС, являются две группы факторов: с прямым повреждающим действием на легкие (пневмонии, аспирация жидкостей, ингаляция токсических веществ и др.) и без прямого воздействия (шок различной этиологии, сепсис и др.) [101, 200]. Продукты горения синтетических материалов, образующиеся на пожарах, можно отнести к первой группе факторов.
Среди продуктов горения синтетических материалов важно выделить химические вещества, порог чувствительности к которым органов дыхания существенно ниже, чем других органов и систем, а клиническая картина поражения характеризуется нарушениями со стороны, прежде всего, органов дыхания – эти соединения относят к группе пульмонотоксикантов [64]. К ним относятся: оксиды азота (II и IV) и соединения хлора, которые являются сильными окислителями, особенно высокой окислительной способностью обладает диоксид азота; фосген – липофильный ацилирующий агент, реагирующий с амино-, гидроксил- и сульфгидрильными группами важнейших клеточных структур и целый ряд других химических веществ [156, 179]. В рамках данной работы были выбраны для исследования два соединения: диоксид азота и фосген.
Диоксид азота обладает выраженным раздражающим действием, при концентрации 3 мг/м3 диоксид азота не ощущается, при 10 мг/м3 – едва заметный запах, при 20 мг/м3 – легкий запах, при 90 мг/м3 в течение 15 мин – выраженный неприятный запах, раздражение верхних дыхательных путей, позывы на кашель, слюноотделение. Концентрация 150 мг/м3 в течение 4 мин вызывает ощущение удушающего запаха, кашель [155, 163, 169].
Фосген при вдыхании оказывает слабое раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Во внутренние среды не проникает, разрушаясь при контакте с легочной тканью. Запах фосгена ощущается в концентрации 0,004 г/м3. Пребывание в атмосфере, содержащей до 0,01 г/м3, без последствий возможно не более часа. Концентрация 1 г/м3 при экспозиции 5 мин более чем в 50% случаев ведет к смерти. Смертельная токсодоза (LCt50) составляет 3,20 гмин/м3 [74].
Отравление такими пульмонотоксикантами, как диоксид азота и фосген, клинически проявляется симптомами токсического отека легких, который в своем развитии проходит через несколько стадий: рефлекторную, скрытую, клинически выраженных проявлений отека легких и обратного развития отравления [42]. Различают две фазы в формировании ТОЛ: интерстициальную, которая характеризуется инфильтрацией серозной жидкостью межуточной ткани легких, межальвеолярного, перибронхиального и перивазального пространства, что приводит к повышению легочного сосудистого и бронхиального сопротивления, и альвеолярную, при которой экссудат накапливается в просвете альвеол. При патоморфологическом исследовании в патогенезе токсического отека легких выделяют три стадии: интрамуральную, интерстициальную и альвеолярную [42, 123].
Различия в клинических проявлениях отравления разнообразными пульмонотоксикантами заключаются, в первую очередь, во времени появления и длительности клинических стадий, которые зависят от большого количества факторов, среди которых основные – это свойства действующего токсиканта, токсодоза, реактивность организма и многие другие [64].
Диоксид азота за счет раздражающего действия приводит к усилению и увеличению длительности рефлекторной стадии, что проявляется в раннем и длительном бронхоспазме, а, соответственно, раннем появлении признаков дыхательной недостаточности, боли, астено-вегетативном синдроме [42]. Рефлекторную стадию отека легких сменяет скрытая, длительность которой обратно-пропорциональна полученной дозе пульмонотоксиканта. Во время скрытой стадии проявляется основное токсическое действие диоксида азота, которое в итоге приводит к появлению клинических признаков отека легких – стадии клинических проявлений токсического отека легких. Данная стадия характеризуется появлением и постепенным нарастанием дыхательной недостаточности – основного и ведущего патологического состояния при отравлении пульмонотоксикантами, которая проявляется в неадекватном обеспечении органов и тканей кислородом, то есть гипоксии.
При отравлении фосгеном также наблюдаются все стадии, характерные и для отравления диоксидом азота. Различия заключаются в том, что фосген не обладает выраженным раздражающим действием, для него характерен более длительный скрытый период и намного более выраженная дыхательная недостаточность, а также иной механизм токсического действия [42, 50, 63, 64].
Токсическое действие диоксида азота, как сильного окислителя, проявляется в инициации образования активных форм кислорода: супероксиданион-радикала (О2-), гидроксильного радикала (ОН–), перекиси водорода (Н2О2) и других, активации перекисного окисления липидов, способности связываться с SH-, NH- и ОН-группами биологических молекул [118, 119, 123]. Обладая высокой реакционной способностью, активные формы кислорода (АФК) способны вступать в биохимические реакции с различными химическими веществами, разрывать любые углеводородные связи [39, 164], повреждать геномы ядер и митохондрий, клеточные мембраны, белки крови, стенки сосудов и гистогематических барьеров [107, 141, 192]. АФК разрушают такие высокомолекулярные соединения, как гиалуроновая кислота, коллаген, липиды и иммуноглобулины, а также повреждают эндотелий сосудов [148, 147, 188], что приводит к неконтролируемой активации процессов перекисного окисления липидов [159]. В работах Новикова Н.И. (1993) отмечена высокая эффективность антиоксидантных препаратов при их профилактическом применении, что подтверждает важное патогенетическое значение процессов перекисного окисления липидов при отеке легких, вызванном диоксидом азота [46, 94].
Помимо этого, к увеличению продукции активных форм кислорода, усилению процессов перекисного окисления липидов, истощению и декомпенсации системы антиоксидантной защиты организма и развитию окислительного стресса приводит и нарастающая гипоксия [137, 175, 192].
Пусковым звеном образования активных форм кислорода и продуктов перекисного окисления липидов вследствие каскада свободно-радикальных реакций является супероксиданион-радикал. Он образуется в результате присоединения одного электрона к молекуле кислорода при помощи фермента NADPH-оксидазы [93]. Обладая слабой цитотоксичностью, он, тем не менее, усиливает митогенстимулированную пролиферацию лимфоцитов, ингибирует действие эндотелиального фактора расслабления сосудов, участвует в синтезе хемотаксических пептидов, может участвовать в повреждении мембран эритроцитов и ингибировании синтеза РНК [86, 90, 187].
Среди всех активных форм кислорода наиболее высокой реакционной способностью обладает гидроксильный радикал (ОН–). Он вступает в реакции с биологическими молекулами практически сразу в момент своего образования, запускает процессы перекисного окисления липидов через индукцию образования органических радикалов [1, 93, 185].
Профилактическое применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении диоксидом азота
При термодеструкции азотсодержащих материалов в условиях поступления в зону горения кислорода происходит образование оксидов азота, и в первую очередь диоксида азота, который может инициировать развитие токсического отека легких у пораженных. На первом этапе исследования для оценки эффективности антигипоксантов при острых отравлениях, сопровождающихся развитием токсического отека легких, был выбран, как модельный токсикант, диоксид азота. В ходе работы проводилось исследование сравнительной эффективности антигипоксантов при профилактическом и лечебном применении.
Моделирование ингаляционного отравления диоксидом азота лабораторных животных осуществляли статическим методом с использованием герметичной затравочной камеры объёмом 0,1 м3. Время экспозиции составляло 15 минут. В этих условиях LCt50 диоксида азота равнялась 3,3 мг/лмин.
В ходе эксперимента у животных оценивали поведение, окраску слизистых оболочек и кожных покровов, потребление воды и пищи, двигательную активность, частоту дыхания и летальность, а также гравиметрические показатели легких, изучали макроскопические и микроскопические изменения легких.
Наблюдение за крысами проводили в течение 1 суток, так как в предварительных исследованиях было установлено, что гибель животных при отравлении диоксидом азота наблюдалась только в этот период времени после интоксикации.
Для исследования сравнительной профилактической эффективности антигипоксантов было выделено восемь групп животных (таблица 1). В каждой из них было по 24 крысы-самца, в контрольной группе – 36 крыс.
Первую группу составляли интактные крысы. В остальных группах животным за 30 минут до начала интоксикации однократно внутрибрюшинно вводили растворы исследуемых антигипоксантов в объеме не более 5 мл [63, 123, 124]. Дозы антигипоксантов для исследования выбирали на основании данных литературы [38, 67, 97, 124]. Антигипоксанты амтизол, суназол, тримин, янтарную кислоту и цитофлавин («Полисан», Россия) растворяли в физиологическом растворе (0,9% NaCl). Животным контрольной группы, которые также подвергались ингаляционному воздействию, за 30 минут до начала интоксикации однократно внутрибрюшинно вводили физиологический раствор (0,9% NaCl) в объеме не более 5 мл. Через 30 минут после введения препаратов животных помещали в затравочную камеру, где их подвергали воздействию NO2 в дозе LCt50.
Поведение животных в камере при ингаляционном воздействии диоксида азота было однотипно во всех экспериментальных группах. Животные в камере после ингаляционного воздействия сбивались в кучу, наблюдалась пилоэрекция, бледно-розовый цвет ушей, животные ограничивали свою физическую активность, снижалось потребление пищи и воды.
Антигипоксанты цитофлавин, суназол и амтизол при профилактическом применении при остром тяжелом отравлении диоксидом азота значимо снижали показатель летальности животных (таблица 1). Так, при применении цитофлавина и суназола гибель среди отравленных животных в течение суток не была зарегистрирована, в то время как в контрольной группе погибло 50% крыс. Применение амтизола также приводило к статистически значимому снижению гибели животных на 42% по сравнению с контрольной группой. Внутрибрюшинные инъекции тримина и янтарной кислоты в двух дозах (25 и 100 мг/кг) значимо не влияли на летальность отравленных животных по сравнению с контрольной группой.
На основании полученных данных рассчитывали коэффициент защиты, наибольшие значения для которого были установлены для цитофлавина и суназола – 1,33; амтизола – 1,28.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют, что наиболее эффективными препаратами по показателю снижения летальности животных при острой тяжелой интоксикации диоксидом азота (LCt50) при профилактическом применении были цитофлавин и суназол.
Для оценки способности антигипоксантов при профилактическом применении уменьшать выраженность токсического отека легких у животных, отравленных диоксидом азота, оценивали гравиметрические показатели: легочный коэффициент, сухой остаток легких и степень гидратации легких через 3, 6 и 24 часа (таблица 2).
У животных контрольной группы в течение суток легочный коэффициент, сухой остаток легких и степень гидратации легких значимо отличались от показателей интактной группы, что свидетельствует о развитии токсического отека легких.
В контрольной группе за время наблюдения показатели ЛК и СГЛ были наибольшими среди всех групп на протяжении всего времени наблюдения. ЛК достиг максимума через 1 сут. Степень гидратации легких, начиная с 3-х ч, росла и достигла своего максимума через 6 ч, а к концу первых суток регистрировалось незначительное снижение. СОЛ был наименьшим через 6 ч, к концу 1 сут он увеличился и был больше по сравнению с показателем СОЛ через 3 и 6 ч.
Для установления связи между летальностью животных и степенью выраженности поражения тканей легких (токсического отека легких) выполнили статистический анализ зависимости летальности от степени гидратации легких, сухого остатка легких и легочного коэффициента. Было установлено, что коэффициент Спирмена составляет 0,83, 0,95, 0,85 (p 0,05). Это подтверждает наличие сильной и прямой связи между летальностью и степенью выраженности токсического отека легких.
В группе животных, где применяли янтарную кислоту в дозе 25 мг/кг, ЛК был значимо меньше по сравнению с контрольной группой через 3 ч, а через 6 и 24 ч он уже значимо не отличался. При применении янтарной кислоты в дозе 100 мг/кг ЛК был значимо меньше по сравнению с контрольной группой через 3 и 6 ч, а через 24 ч – значимо не отличался от показателя в контроле. СГЛ при применении янтарной кислоты в дозе 25 и 100 мг/кг через 3 и 6 часов была значимо меньше по сравнению с контрольной группой, через 24 ч значимо меньше только в группе, где применяли янтарную кислоту в дозе 100 мг/кг. СОЛ при применении янтарной кислоты через 3 ч был значимо меньше по сравнению с контрольной группой только в дозе 100 мг/кг, а через 6 и 24 ч значимых различий не было при применении, как в дозе 25, так и 100 мг/кг.
Более продолжительный и выраженный эффект при профилактическом применении оказали антигипоксанты суназол, цитофлавин и амтизол. При их введении выраженность токсического отека легких у отравленных животных значимо снижалась по сравнению с контрольной группой.
При использовании суназола, амтизола и цитофлавина показатель ЛК в динамике увеличивался на протяжении 1-х сут и достоверно различался с интактной группой животных через 24 ч. За время наблюдения ЛК при использовании всех вышеперечисленных антигипоксантов был значимо меньше по сравнению с контрольной группой.
В динамике показатель СОЛ при введении амтизола, цитофлавина и суназола был наименьшим через 6 ч после ингаляционного воздействия. Однако к концу 1 сут его величина возрастала и не отличалась от интактных животных, оставаясь значимо выше по сравнению с показателем в контрольной группе.
СГЛ при использовании амтизола, суназола и цитофлавина увеличивалась уже с 3-х ч и была наибольшей через 6 ч, а к 24 ч уменьшалась. При этом при профилактическом введении амтизола, цитофлавина и суназола через 3, 6 и 24 ч СГЛ была значимо ниже по сравнению с контрольной группой животных, получавших физиологический раствор.
Эти данные свидетельствуют, что одним из механизмов действия антигипоксантов амтизола, суназола и цитофлавина при профилактическом применении при остром тяжелом отравлении диоксидом азота является уменьшение степени выраженности токсического отека легких.
Антигипоксанты по влиянию на гравиметрические показатели при остром тяжелом отравлении диоксидом азота в порядке убывания их эффективности можно расположить следующим образом: цитофлавин, суназол, амтизол, тримин, янтарная кислота в дозе 100 мг/кг, а затем в дозе 25 мг/кг.
Лечебное применение антигипоксантов при остром тяжелом отравлении фосгеном
Диоксид азота не единственный пульмонотоксикант, который, образуясь на пожарах, может приводить к развитию отека легких. Известно, что в условиях пожара при горении полимерных материалов образуется фосген в концентрациях, которые могут привести к развитию у пострадавших токсического отека легких [62]. Механизм развития и скорость формирования токсического отека легких различны при интоксикации фосгеном и диоксидом азота. Поэтому предполагалось, что применение антигипоксантов в скрытый период развития токсического отека легких, вызванного фосгеном, будет оказывать эффект.
Эффективность антигипоксантов оценивали при лечении острого отравления фосгеном в концентрации LCt50. Предварительно определили LCt50 фосгена методом пробит-анализа по Финни.
Моделирование ингаляционного отравления фосгеном лабораторных животных осуществляли статическим методом с использованием герметичной затравочной камеры объёмом 0,25 м3 в течение 15 мин. Летальность оценивали по гибели животных в течение 24 ч после воздействия. При данной экспозиции LCt50 фосгена составила 4,32 мг/лмин.
После извлечения животных из затравочной камеры их разделили на шесть групп по 10 крыс в каждой. Антигипоксанты амтизол, суназол, тримин и цитофлавин («Полисан», Россия) растворяли в физиологическом растворе (0,9% NaCl). Полученные растворы вводили внутрибрюшинно через 30 мин после ингаляционного воздействия токсиканта. Контрольная группа отравленных животных получала физиологический раствор (0,9% NaCl) в равном объеме.
Летальность крыс оценивали в течение суток после ингаляционного воздействия фосгеном. В результате проведенного исследования было установлено, что антигипоксанты амтизол, суназол, тримин и цитофлавин при лечебном введении на модели токсического отека легких, вызванного фосгеном в дозе LCt50, значимо не влияют на летальность животных (таблица 7). Гибель животных регистрировалась через 6 ч после начала интоксикации, при этом значимых различий между группами установлено не было.
Оценка эффективности антигипоксантов при развитии токсического отека легких, вызванного фосгеном, по гравиметрическим показателям легких представлена в таблице 8.
У животных, отравленных фосгеном, наблюдалось статистически значимое увеличение легочного коэффициента и степени гидратации легких и снижение сухого остатка легких по сравнению с интактными животными, что свидетельствует о развитии токсического отека легких у крыс. По сравнению с контрольной группой животных ни в одной из групп, где применяли антигипоксанты, значимых отличий не было выявлено. Таким образом, можно сделать вывод о том, что антигипоксанты при лечебном введении не оказывают значительного эффекта на выраженность токсического отека легких.
Для определения функционального состояния бронхов и легких, а также оценки проходимости дыхательных путей, наличия спазма бронхов и его обратимости, проводили исследование функций внешнего дыхания крыс при отеке легких, вызванном фосгеном в дозе LCt50.
Измерение параметров внешнего дыхания после ингаляционного воздействия осуществляли через 3 и 6 ч для изучения их изменений в скрытый период развития отека легких, характерного для отравления фосгеном, а также оценивали функциональное состояние легких через 24 ч после ингаляционного воздействия. Также проводили исследование функций внешнего дыхания до ингаляционного воздействия.
Исследовали изменения дыхательного объема (ДО), минутной вентиляции легких (МОД), частоты дыхания (ЧД), интегрального показателя бронхоконстрикции (Penh) и пиковой скорости выдоха (ПСВыдоха).
Частота дыхания в контрольной группе и группах, где применяли антигипоксанты амтизол, суназол и цитофлавин через 3 ч была значимо ниже по сравнению с фоновым показателем. Затем частота дыхания в контрольной группе в связи с развитием дыхательной недостаточности начала компенсаторно повышаться и через 6 ч значимо не отличалась, а через 24 ч была значимо выше по сравнению с фоновым показателем. Таким образом, полученные данные могут свидетельствовать о нарастании дыхательной недостаточности в контрольной группе, компенсаторным механизмом которой является увеличение частоты дыхания.
При применении антигипоксантов амтизола, суназола и цитофлавина частота дыхания через 6 и 24 ч была значимо ниже по сравнению с фоновыми показателями в своей группе и по сравнению с ЧД в контрольной группе, причиной этого, возможно, является компенсация дыхательной недостаточности за счет антигипоксической активности антигипоксантов, что снижало потребность организма в кислороде антигипоксантов, что снижало потребность организма в кислороде [28].
Важным параметром при исследовании функции внешнего дыхания является дыхательный объем (таблица 10).
Через 3 ч после ингаляционного воздействия дыхательный объем во всех группах был значимо меньше по сравнению с фоновыми показателями в этих же группах. При этом применение антигипоксантов способствовало значимому снижению ДО по сравнению с контрольной группой.
Спустя 6 ч после ингаляционного воздействия ДО во всех группах также продолжил снижаться и был значимо меньше по сравнению с фоновыми показателями в этих группах. Дыхательный объем в группах, где применяли антигипоксанты, был значимо меньше по сравнению с контрольной группой. Через 24 ч после интоксикации ДО во всех группах был также значимо меньше фоновых показателей. Однако через сутки при применении антигипоксантов наблюдали значимое повышение дыхательного объема по сравнению с уровнем ДО через 6 ч, и он значимо не отличался от ДО в контрольной группе. В контрольной группе ДО продолжал снижаться.
Для скрытого периода развития отека легких при поражении фосгеном характерно постепенное уменьшение дыхательного объема. Это связано с повреждением альвеолоцитов II типа, нарушением синтеза сурфактанта и постепенным снижением его уровня в альвеолах. Происходит повышение поверхностного натяжения тонкого слоя воды на поверхности альвеол, что приводит к развитию ателектазов, также происходит постепенный выход жидкости в просвет неателектазированных альвеол, что проявляется в уменьшении дыхательного объема [28]. Возможный механизм снижения дыхательного объема при применении антигипоксантов может быть связан с более ранним отторжением некротических масс из дыхательной системы через 3 и 6 ч по сравнению с контрольной группой [124].
При исследовании функции внешнего дыхания показатель Penh (интегральный показатель бронхоконстрикции) является интегральным показателем бронхоконстрикции (таблица 11).
В каждой группе показатель Penh через 3, 6 и 24 ч после ингаляционного воздействия фосгеном в концентрации LCt50 был значимо меньше по сравнению с фоновым уровнем в своей группе.
В скрытый период развития отека легких при интоксикации фосгеном (через 3 и 6 ч) наблюдалось увеличение показателя Penh во всех группах. Это связано как с постепенным развитием отека легких и перибронхиального пространства, так и с возбуждением блуждающего нерва, которое приводит к бронхоконстрикции.
Влияние профилактического применения антигипоксантов при остром сочетанном ингаляционном отравлении CO и NO2 в дозах LCt16 на летальность и гравиметрические показатели легких крыс
На следующем этапе исследования на созданной модели сочетанного отравления монооксидом углерода и диоксидом азота проводили оценку эффективности антигипоксантов. Исходя из предварительных данных, что гибель животных происходила преимущественно в затравочной камере, препараты вводили профилактически.
Предварительно определяли LCt16 каждого газа по отдельности и на основе полученных данных проводили сочетанное ингаляционное воздействие в полученных дозах.
Острое ингаляционное отравление животных моделировали в затравочной камере объёмом 0,1 м3. При экспозиции 15 мин LCt16 оксида углерода составила 10 мг/лмин, LCt16 диоксида азота – 2,7 мг/лмин. Летальность оценивали по фактической гибели животных в течение 24 ч после воздействия. Животных разделили на 4 группы по 12 крыс в каждой.
Для изучения влияния профилактического применения антигипоксантов при сочетанном ингаляционном отравлении CO и NO2 в дозах LCt16 из изученных ранее препаратов были выбраны два наиболее эффективных: суназол и цитофлавин. Антигипоксанты вводили однократно внутрибрюшинно за 30 мин до помещения животных в затравочную камеру. Животным контрольной группы, которые также подвергались ингаляционному воздействию, за 30 минут до начала интоксикации однократно внутрибрюшинно вводили физиологический раствор (0,9% NaCl) в объеме не более 5 мл.
Результаты эксперимента представлены в таблице 16.
При сочетанном ингаляционном воздействии оксида углерода и диоксида азота в дозах LCt16 гибель животных наступала непосредственно в камере во время интоксикации и составила при применении суназола 33%, что было значимо меньше по сравнению с контрольной группой, где летальность составила 83%, как и при применении цитофлавина. В течение следующих после интоксикации суток гибель животных не наблюдалась.
У погибших в камере животных при макроскопическом исследовании паренхимы легких различий между группами выявлено не было. На вскрытии у погибших животных визуально определялись признаки токсического отека легких. Объем паренхимы легких был значительно увеличен. Паренхима ярко-розового цвета со сливными обширными кровоизлияниями по всей поверхности. При разрезе легких на поверхности определялась ярко-розовая пенистая жидкость.
В контрольной группе у выживших животных к концу 1 суток визуально при макроскопическом исследовании легкие были значительно увеличены в объеме, наблюдались мелкоточечные и большое количество сливных небольших по размеру кровоизлияний темно-красного цвета. При применении цитофлавина при микроскопическом исследовании легких значительных различий по сравнению с контрольной группой не выявлено.
В то же время, у выживших животных, которым профилактически вводили антигипоксант суназол, через 24 часа после ингаляционного воздействия на вскрытии визуально определялись менее выраженные признаки поражения паренхимы легких. Легкие у этих животных были незначительно увеличены в объеме по сравнению с лёгкими интактных крыс, были пепельно-розового цвета с небольшими по размеру участками сливных кровоизлияний. На разрезе паренхимы отделения жидкости не наблюдалось.
Исследование гравиметрических показателей легких крыс, отравленных диоксидом азота и монооксидом углерода, также подтвердило развитие отека легких (таблица 17).
В контрольной группе животных легочный коэффициент был значимо больше по сравнению с показателем в интактной группе животных. При применении цитофлавина легочный коэффициент был значимо больше по сравнению с интактной и меньше по сравнению с контрольной группой. При применении суназола легочный коэффициент был значимо меньше по сравнению с контрольной группой и значимо не отличался при сравнении с интактной.
Из представленных выше данных следует, что наибольшую эффективность при профилактическом применении при сочетанном отравлении CO и NO2 показал суназол. Суназол за счет своего антигипоксического действия, вероятно, обеспечивает устойчивость клеток к недостатку кислорода во время развития гемической гипоксии, антиоксидантное действие суназола снижает активность перекисного окисления липидов и развитие окислительного стресса.