Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы и постановка задач исследования 13
1.1. Определение предмета исследования 13
1.2. Транспорт кислорода в организме в норме и при барбитуратной коме 17
1.2.1. Центральная регуляция дыхания 18
1.2.2. Альвеолярно-капиллярная мембрана и диффузия газов 19
1.2.3. Вентиляционно-перфузионное отношение; лёгочный кровоток 20
1.2.4. Дыхательная функция крови 22
1.3. Генерация восстановительных эквивалентов в клетке и влияние на неё барбитуратов 23
1.3.1. Гликолиз 23
1.3.2. р-окисление жирных кислот 25
1.3.3. Перенос восстановительных эквивалентов через митохондриальные мембраны 26
1.3.4. Цикл трикарбоновых кислот Кребса и шунт у-аминомасляной кислоты Робертса 28
1.4. Влияние барбитуратов на перенос электронов в дыхательной цепи и сопряжённое с ним фосфорилирование 31
1.5. Периферические эффекты барбитуратов и возможный характер их влияния на энергетический обмен в организме 34
1.6. Постановка-задач исследования 37
Глава 2. Материалы и методы исследования 39
2.1. Экспериментальные животные и моделирование барбитуратной комы 39
2.2. Дизайн исследования 39
2.3. Изучение потребления кислорода экспериментальными животными 43
2.4. Изучение параметров внешнего дыхания у экспериментальных животных 44
2.5. Изучение изменений температуры тела при барбитуратной коме 45
2.6. Химическое исследование крови, выдыхаемого воздуха и гомогената головного мозга 46
2.7. Статистическая оценка результатов исследования 46
Глава 3. Результаты исследования 48
3.1. Разработка экспериментальных моделей 48
3.1.1. Выбор вида барбитуратов 48
3.1.2. Выбор дозы барбитуратов 48
3.1.3. Выбор показателей, характеризующих тепловое состояние организма при барбитуратной коме 50
3.1.4. Моделирование гипероксии 51
3.1.5. Моделирование состояния повышенной интенсивности катаболизма 51
3.1.6. Выбор показателей, характеризующих обеспеченность организма субстратами клеточного дыхания 53
3.1.7. Моделирование воздействий, пополняющих пул интермедиатов цикла Кребса 54
3.1.8. Выбор срока введения лечебных средств 56
3.1.9. Моделирование истощения пула интермедиатов цикла Кребса 57
3.1.10. Выбор средств метаболической коррекции, пригодных для применения в условиях нарушений внешнего дыхания 60
3.2. Потребление кислорода и тепловое состояние организма при барбитуратной коме 63
3.3. Влияние изменений интенсивности внешнего дыхания и содержания кислорода во вдыхаемом воздухе на его потребление организмом при барбитуратной коме 65
3.4. Влияние стрихнина на потребление кислорода организмом при различной глубине барбитуратного наркоза 69
3.5. Влияние биоэнергетических субстратов на потребление кислорода, тепловое состояние организма и выживаемость крыс при барбитуратной коме 71
3.5.1. Влияние глюкозы, карбоновых кислот, глутамата и дыхания чистым кислородом на потребление кислорода крысами и летальность при барбитуратной коме 71
3.5.2. Дозовая зависимость влияния сукцината натрия на потребление кислорода крысами при барбитуратной коме 76
3.5.3. Влияние малоната натрия на газообмен крыс и на эффект сукцината натрия при барбитуратной коме 77
3.5.4. Влияние кратности введения сукцината натрия на газообмен экспериментальных животных при барбитуратной коме 79
3.5.5. Влияние сукцината натрия на температуру тела при барбитуратной коме 81
3.5.6. Влияние сукцината натрия на потребление кислорода организмом при различной глубине барбитуратного наркоза 83
3.6. Содержание биоэнергетических субстратов в крови и головном мозгу при барбитуратной коме 84
3.7. Взаимосвязь энергетического и азотистого обмена при барбитуратной коме 88
3.7.1. Содержание аммиака и мочевины в крови крыс и аммиака в выдыхаемом воздухе при барбитуратной коме 88
3.7.2. Оценка вклада эндогенного аммиака в изменение потребления кислорода организмом при барбитуратной коме 90
3.7.3. Влияние ацетата аммония на изменение интенсивности потребления кислорода организмом при барбитуратной коме 94
Глава 4. Обсуждение результатов исследования 98
4.1. Зависимость биоэнергетического статуса организма от глубины барбитуратного наркоза 98
4.2. Роль изменений внешнего дыхания и системы массопереноса кислорода из лёгких в ткани в снижении потребления кислорода организмом при барбитуратной коме 101
4.3. Роль уменьшения пула интермедиатов цикла Кребса в угнетении потребления кислорода организмом при барбитуратной коме 103
4.4. Роль аммиака в формировании состояния пониженной энергетической обеспеченности организма при барбитуратной коме. 109
Заключение 114
Выводы 118
Практические рекомендации 120
Список литературы 121
- Транспорт кислорода в организме в норме и при барбитуратной коме
- Периферические эффекты барбитуратов и возможный характер их влияния на энергетический обмен в организме
- Выбор показателей, характеризующих тепловое состояние организма при барбитуратной коме
- Влияние сукцината натрия на температуру тела при барбитуратной коме
Введение к работе
Актуальность. Кома - состояние крайнего угнетения неврологических функций, сопровождающее различные экстремальные воздействия на организм. Она почти всегда предшествует смерти и тесно связана с её непосредственными причинами. Поэтому раскрытие механизмов комы - ключ к повышению эффективности реанимации при поражениях различной природы. В той мере, в какой эти механизмы неспецифичны, изучение комы любой этиологии актуально в теоретическом отношении.
Весьма важна проблема комы и в лечении острых интоксикаций веществами седативного-гипнотического действия, в том числе барбитуратами, столетие медицинского применения которых исполнилось в 2003 году. Именно высокий риск развития комы при передозировках барбитуратов послужил одной из главных причин постепенного перехода от них к менее эффективным, но более безопасным снотворным препаратам. В анестезиологической практике барбитураты сохранили роль основной группы средств общей внутривенной анестезии. Поэтому изучение барбитуратной комы актуально также в практическом отношении.
Клинические проявления барбитуратной комы всегда включают
(а) глубокое угнетение функций центральной нервной системы (ЦНС) и
(б) уменьшение интенсивности энергетического обмена (проявляющееся, в ча
стности, снижением температуры тела и потребления кислорода организмом).
Хотя связь между этими явлениями кажется вполне вероятной, о характере этой
связи существуют взаимоисключающие представления.
С одной стороны, снижение интенсивности энергетического обмена рассматривается как следствие уменьшения энергетических потребностей организма в условиях крайнего торможения неврологических функций [Smith A.L., 1977; Papas T.N. et al., 1981; Guo J. et al.; 1995; Hoffman W.E. et al., 1998]. С другой стороны, высказывается мнение о том, что сами энергетические потребности при барбитуратной коме не удовлетворяются полностью вследствие нарушения внешнего дыхания [Ducati A. et al.; 1981, Аничков СВ., 1982] и гемодинамики [Pierce Е.С. et al., 1962; Морева Е.В. и соавт., 1975; Sokoll M.D. et al., 1980; Feustel P.J. et al., 1981]. Одно из возможных объяснений такого противоречия могло бы состоять в том, что факторы, лимитирующие доступность для организма свободной энергии, не одинаковы при барбитуратном наркозе различной глубины (в том числе и при коме различной степени). Закономерная смена лимитирующих факторов вероятна не только при возрастании дозы барбитурата, но и в динамике интоксикации - в зависимости от фазы наркотического эффекта.
РОС. Н'»"И>КА,ПЬНАЧ
Б» .- , ИГ" НА
Очевидно, что наиболее эффективными и безопасными являются именно те терапевтические мероприятия, которые направлены на факторы, лимитирующие уровень жизнеобеспечивающих функций.
Одним из ключевых показателей, характеризующих интенсивность обмена веществ, является интенсивность потребления кислорода организмом. Это связано с тем, что реакции переноса электронов на кислород более чем на 90 % обеспечивают ресинтез АТФ в человеческих клетках [Ленинджер А., 1985; Самойлов В.О., 1986], а расход кислорода является надёжным показателем энергетических затрат организма, составляя примерно 0,2 л на 1 ккал [Коган А.Б. и соавт., 1954]. С участием молекулярного кислорода получается практически вся свободная энергия, обеспечивающая постоянство температуры тела [Скула-чёвВ.П., 1962].
Вследствие тесной связи с энергетическим обменом, а также благодаря простоте и высокой точности измерения, высокой чувствительности к изменениям функционального состояния организма, интенсивность потребления кислорода представляется информативным показателем в исследовании патогенеза барбитуратной комы. Поэтому вызывает удивление тот факт, что феномен снижения потребления кислорода организмом при барбитуратной коме остаётся мало изученным. В частности, не исследована роль системы массопереноса кислорода в изменениях его потребления при введении барбитуратов в полном диапазоне наркотических доз (а не только в летальных дозах), неясна роль хорошо известного биохимикам прямого действия барбитуратов на дыхательную цепь в депрессии газообмена на уровне целостного организма. Поэтому определение факторов, лимитирующих потребление кислорода организмом при различном по глубине наркотическом действии барбитуратов, представляется актуальной научной задачей.
Понятно, что необходимость в коррекции потребления кислорода может существовать лишь в тех случаях, когда возникает дефицит необходимой организму свободной энергии (наиболее яркими его проявлениями служат критическое снижение температуры тела и агональное состояние). Следующим шагом после констатации энергетического дефицита должно стать выявление фактора, лимитирующего снабжение организма свободной энергией. Известно, что в этом качестве при барбитуратной коме могут выступать процессы, обеспечивающие массоперенос кислорода в организме - ритмическая активность дыхательного центра, лёгочная вентиляция и кровообращение.
Угнетение барбитуратами газообмена может быть обусловлено нарушением способности тканей экстрагировать из крови кислород в количестве, необхо-
димом для полного удовлетворения энергетических потребностей. В этом случае ведущий механизм снижения теплопродукции и других потенциально летальных биоэнергетических нарушений, характерных для барбитуратной комы, первично возникает на клеточном уровне. Поэтому следующей актуальной научной задачей в проблеме барбитуратной комы является оценка состояния тканевых механизмов утилизации кислорода при введении барбитуратов в комато-генных дозах. На этой основе необходимо определить условия, при которых коррекция тканевых механизмов утилизации кислорода препятствует снижению температуры тела и летальному исходу при барбитуратной коме, а также предложить пути такой коррекции.
Цель исследования: на основе выявления факторов, лимитирующих потребление кислорода организмом, сформулировать предложения по метаболической коррекции температуры тела и уменьшению летальности при барбитуратной коме.
В ходе исследования предполагалось решить следующие задачи:
-
Разработать экспериментальные модели, обеспечивающие возможность выявления факторов, лимитирующих потребление кислорода организмом, в различных интервалах диапазона наркотических доз барбитуратов.
-
Определить факторы, лимитирующие потребление кислорода организмом, в различных интервалах диапазона наркотических доз барбитуратов.
-
Исследовать влияние коматогенных доз барбитуратов на состояние тканевых механизмов утилизации кислорода у экспериментальных животных.
-
Оценить влияние средств метаболической коррекции потребления кислорода организмом на температуру тела и выживаемость экспериментальных животных при моделировании барбитуратной комы.
Научная новизна. Впервые показано, что в пределах диапазона наркотических доз барбитуратов имеет место закономерная смена факторов, лимитирующих потребление кислорода организмом. При барбитуратном наркозе, не сопровождающемся гибелью животных, потребление кислорода лимитировано уровнем функциональной активности ЦНС. При большей глубине барбитурат-ного наркоза у животных, имеющих ритмичное дыхание, потребление кислорода лимитировано субстратным пулом цикла Кребса, а у животных, имеющих периодическое дыхание - массопереносом кислорода из атмосферы в ткани. Впервые обнаружено развитие гипераммониемии у крыс при барбитуратной
коме, а также установлено, что этот феномен на '/з определяет снижение потребления кислорода организмом при интоксикации тиопенталом натрия в дозах, блИЗКИХ К ЛД50-
Практическая значимость. Экспериментально обосновано применение препаратов, пополняющих пул интермедиатов цикла Кребса в тканях организма, для профилактики критического падения температуры тела и для снижения летальности при барбитуратной коме.
Реализация результатов исследования. Рекомендации, разработанные на основе полученных в ходе диссертационного исследования данных, используются в научной работе и учебном процессе на кафедре военной токсикологии и медицинской защиты Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Фактором, лимитирующим потребление кислорода организмом после введения барбитуратов в сублетальных наркотических дозах, является уровень функциональной активности центральной нервной системы. После введения барбитуратов в потенциально летальных дозах при сохранении ритмичного дыхания потребление кислорода организмом лимитировано пулом интермедиатов цикла Кребса, а на фоне развития периодического дыхания - массопереносом кислорода.
-
При барбитуратной коме имеет место гиперамммониемия, в среднем на '/з определяющая снижение потребления кислорода организмом при интоксикации тиопенталом натрия в дозах, близких к ЛД50.
-
Терапевтическое применение препаратов, пополняющих пул интермедиатов цикла Кребса, позволяет замедлить снижение температуры тела и повысить выживаемость при барбитуратной коме.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на Всеармейской научно-практической конференции "Военная профилактическая медицина. Проблемы и перспективы" (Санкт-Петербург, 2002), научно-практической конференции "Медико-гигиенические аспекты обеспечения работ с особо опасными химическими веществами" (Санкт-Петербург, 2002), Российской научной конференции "Медико-биологические проблемы противолучевой и противохимической защиты" (Санкт-Петербург, 2004).
Публикации. По теме исследования опубликовано 8 научных работ.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы собственных результатов, обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. В диссертации приведено 10 таблиц и 28 рисунков. Список литературы содержит 180 библиографических источников, из них 85 отечественных и 95 иностранных публикаций.
Транспорт кислорода в организме в норме и при барбитуратной коме
Энергодефицитное состояние организма, возникающее при несоответствии потребностям клеток и тканей в кислороде вследствие артериальной гипоксемии, обусловленной расстройствами внешнего дыхания, носит название дыхательной (респираторной) гипоксии. Дыхательную гипоксию могут вызывать гиповентиляция альвеол, нарушения диффузии свободных молекул кислорода через лёгочную мембрану, патологическая вариабельность вентиляционно-перфузионных отношений респиронов и отделов лёгких, а также патологическое шунтирование венозной крови в лёгких [82]. Регуляция дыхания осуществляется гуморальным и нервным (рефлекторным) путями и направлена на изменение интенсивности газообмена. Дыхательный центр состоит из трёх частей, из которых две — центры вдоха и выдоха - расположены в ретикулярной формации мозга, а третья - пнев-мотаксический центр — в варолиевом мосту. Дыхательный центр получает импульсацию и информацию от коры головного мозга, из гипоталамуса и с периферии, главным образом из каротидного и аортального синусов [65]. Регуляторная активность дыхательного центра, направленная на периодическую смену фаз дыхательного цикла, а также на поддержание определённого уровня функции дыхания (его частоты и объёма), связана с изменениями рН, РСо9 и Ро2 крови. Основные периферические хеморецепторы - регуляторы дыхания-находятся в каротидном и аортальном синусах. Эти рецепторы реагируют главным образом на изменение PQ2 крови, и при падении его до 80 mmHg и ниже включают усиленную вентиляцию лёгких путём активизации вспомогательной дыхательной мускулатуры. Этот хеморецепторный механизм очень устойчив и функционирует даже при глубоком наркозе. Хеморецеп-торные субстанции самого дыхательного центра чувствительны в основном к изменениям Рсо2- Однако этот механизм неустойчив и легко угнетается наркозом [41], при гипоксии, травме мозга и высокой концентрации углекислоты [65]. Нарушения функции дыхательного центра связаны с изменениями рН крови и ликвора.
Снижение рН приводит к увеличению дыхательного объёма и альвеолярной вентиляции. Примером такой регуляции является дыхание Куссмауля при диабетическом или почечном ацидозе. Таким образом, этот механизм можно рассматривать как компенсаторный, в результате которого снижается напряжение углекислоты и происходит повышение рН. Нарушение функции дыхательного центра при тяжёлых интоксикациях, как правило, сопровождается одышкой, при которой через определённое количество дыхательных движений наступает апноэ — заметное на глаз удлинение дыхательной паузы. Такое дыхание в клинической практике именуется периодическим [80]; в настоящей работе данный термин используется в аналогичном значении. Интоксикация барбитуратами может сопровождаться остановкой дыхательных движений, что требует проведения ИВЛ [2, 40]. При анестезии, вызванной барбитуратом у хряков, в отсутствие ИВЛ, Рао2 в снижалось на 23 %, а Расо2 возрастало на 11 % от исходного уровня [164], что могло быть следствием гиповентиляции. Однако другие авторы сообщают либо о повышении Paco2j и Рао2 ПРИ барбитуратной анестезии [159], либо о нормальных напряжениях в крови людей дыхательных газов, даже после введения тиопентала в дозе 37,5 мг/кг, обеспечивающей концентрацию барбитурата в крови 51 ± 17 мкг/мл и изолинию на электроэнцефалограмме [165]. Итак, литературные данные не дают ответа на вопрос о роли изменения ритмической активности дыхательного центра в обеспечении энергетических потребностей организма при барбитуратной коме. Весьма вероятно, что вентиляция лёгких при коме приобретает лимитирующее значение в отношении потребления кислорода организмом лишь при периодическом дыхании или апноэ. Общая площадь лёгочной мембраны, через которую происходит диффузия свободных молекул кислорода и углекислого газа, у здоровых людей колеблется от 160 до 200 м [82]. Эту площадь составляет сумма газообменной поверхности (лёгочной мембраны) около 100 000 респиронов и нескольких миллионов альвеол. Транспорт кислорода в пределах респираторной зоны лёгких, включающей в себя альвеолярные ходы и альвеолы, осуществляется путём диффузии в капилляры через аэро-гематический барьер. Количество газа, проходящее через лёгочную мембрану в единицу времени, прямо пропорционально разнице его парциального давления по обе стороны мембраны, площади поверхности газообмена и обратно пропорционально сопротивлению диффузии.
Последнее определяется толщиной мембраны, коэффициентом диффузии газа, зависящим от его молекулярной массы и температуры, а также коэффициентом растворимости газа в биологических жидкостях мембраны. Толщина альвеоло-капиллярной мембраны в норме составляет 0,004 мм [82]; при различных патологических состояниях она может увеличиваться в несколько раз. В частности, лечение пациентов с травмами головы с применением барбитуратной комы сопровождается развитием респираторного дистресс-синдрома взрослых с большей в 5 раз частотой, чем у пациентов, лечение которых не включало кому [109]. При респираторном дистресс-синдроме взрослых всегда имеется гипоксемия в результате отёка интерстиция и деструкции лёгочной мембраны [83]. Однако барбитураты не упоминаются в числе веществ, наиболее часто вызывающих отёк лёгких при интоксикации [40, 41], значит, необходимым условием увеличения частоты отёка лёгких у больных с искусственной комой является черепно-мозговая травма. В её отсутствие развитие ограничений транспорта кислорода, связанных с изменениями альвеолярно-капиллярной мембраны, при барбитуратной коме маловероятно. Эффективность газообмена в лёгких зависит от распределения объёма вдыхаемого воздуха в альвеолах и кровотока в лёгочных капиллярах. В идеальном случае на каждый литр протекающей по лёгочным сосудам крови альвеолы вентилирует воздух объёмом 0,8 л. Однако вентиляционно перфузионное отношение (ВПО) на уровне всех лёгких представляет собой среднее значение ВПО их респиронов, участков лёгочной ткани и отделов лёгких. При физиологической вариабельности ВПО газообменный дыхательный коэффициент — отношение выделения углекислого газа к потреблению кислорода организмом — равен метаболическому дыхательному коэффициенту - отношению образования углекислого газа в ходе обмена веществ к потреблению кислорода организмом - и оба они находятся на уровне, близком 0,8 [82]. Если поступление атмосферного воздуха в какой-либо респирон или часть лёгких снижается или блокируется, то растёт часть венозной крови, которая достигает альвеол, но не участвует в лёгочном газообмене. Это снижает потребление кислорода всеми лёгкими, что вызывает падение напряжения кислорода в артериальной крови и артериальную гипоксемию.
При снижении РаС 2 до 70 mmHg работа системы внешнего дыхания становится неэффективной: рост потребления свободной энергии организмом, необходимый для интенсификации дыхания, не может быть компенсирован приростом энергии, получаемым при этом [81]. При возникновении артериальной гипоксемии снижение кислородной ёмкости крови и уменьшение Рао2 оказывают на сердце отрицательное инотропное действие. Падение сократимости сердца может привести к снижению минутного объёма кровообращения [82]. Большая часть выбрасываемой правым желудочком сердца крови входит в диффузионный контакт с поверхностью альвеол, однако часть крови малого круга кровообращения не участвует в газообмене. Эта часть крови проходит через анатомические (малые сердечные вены, впадающие в левый желудочек сердца, и бронхиальные вены) или функциональные (сосуды перфузируемых, но не вентилируемых альвеол) шунты. Несмотря на то, что у здорового человека на долю шунтового кровотока в лёгких приходится 2-4 % [11] общего сердечного выброса, напряжение кислорода в артериях после смешения с шунтированной кровью снижается на 5-10 mmHg
Периферические эффекты барбитуратов и возможный характер их влияния на энергетический обмен в организме
Едва ли может быть совпадением, что эффективные наркотики оказывают влияние на множество биологических систем. Вероятно, для угнетения деятельности такой сложной системы, как головной мозг, необходимо подавление ряда весьма различных процессов, в том числе и некоторых процессов, протекающих вне мозга..." [45]. Эту точку зрения подтверждает отсутствие наркотического эффекта при введении людям гексенала в бедренную и гексобаритона в сонную артерию в дозах, уже через несколько секунд вызывающих наркотический сон при внутривенном введении этих барбитуратов [15]. Известно, что амёбы в разбавленном растворе барбитуратов "наркотизируются" - утрачивают чувствительность к внешним раздражителям [1]. Так как у одноклеточных животных нет нервной системы, но депрессанты на них действуют, не исключена возможность влияния барбитуратов на другие клетки, помимо нейронов. Действительно, показано нарушение тиопентоном транспорта глюкозы и фосфата через мембрану эритроцитов человека [152]. При тиопенталовом наркозе продемонстрировано угнете ние секреции инсулина [166], ингибирование синтетазы оксида азота (II) в аорте крыс [102]. Пентобарбитал увеличивает активность митохондриаль-ной аденозиндифосфорибозилтрансферазы глиальных клеток на 30 % [133]. Барбитураты не считаются гепатотоксичными веществами [26], однако это не исключает возможности их обратимого влияния на функцию печени [113, 118]. При некоторых экстремальных состояниях (геморрагический шок [86, 130], шок, вызванный пентобарбиталом [125], гипоксия [101], сепсис [134, 180]) отмечено нарушение обезвреживания аммиака с ростом его концентрации в крови.
При "шоковой печени", осложняющей течение ожогов, травм, отравлений, состояний после переливания несовместимой крови, концентрация аммиака в крови может повышаться с 11,6 мкМ (в норме) до 174 мкМ [78]. Обезвреживание аммиака у млекопитающих путём его связывания в мочевину в слизистой оболочке толстой кишки и в печени требует присутствия некоторых аминокислот — орнитина, цитруллина или аргинина. В ходе протекания реакций синтеза 1 молекулы мочевины расходуется энергия гидролиза трёх молекул АТФ, но, так как одна из них гидролизуется до АМФ и пирофосфата, реально "цена" обезвреживания аммиака составляет 2 моль АТФ на 1 моль NH3 [36, 77]. Для синтеза мочевины в печени ис-пользются глутамин (образованный из аммония в клетках других органов), а также свободный аммиак NH3 и его протонированный катион - аммоний NH4+, попавшие в кровь воротной вены из просвета кишечника [99]. Способность печени улавливать аммиак из крови, притекающей от кишечника, весьма значительна: у крыс концентрация аммиака в печёночных венах в 2 раза [107], а у коров - в 8-12 раз [138] меньше, чем в воротной вене. О том, насколько аммиак-обезвреживающая функция печени и слизистой оболочки толстой кишки изменяется при введении организма в барбиту-ратную кому, имеющиеся в литературе данные судить не позволяют.
Поскольку аммиак, образующийся в кишечнике, имеет, в значительной мере, микробное происхождение, представляют интерес данные о влиянии барбитуратов на условия жизнедеятельности микробов в организме. Барбитуратный наркоз модифицирует различные реакции организма, обеспечивающие противомикробный иммунитет. Так, тиопентон in vitro в концентрациях, достигаемых при анестезии, уменьшает на 50 % поляризацию нейтрофилов [142], угнетает адгезию, хемотаксис, фагоцитоз и killing-функцию полиморфноядерных лейкоцитов [155]. Тиопентал натрия in vitro в концентрации 20 мг/л ослабляет "оксидативный взрыв" нейтрофилов и моноцитов на 59 и 45 %, соответственно [119]. Показано уменьшение содержания лейкоцитов в периферической крови через несколько секунд после введения барбитуратов, прямо пропорциональное их дозе [15]. Приём человеком фенобарбитона даже в дозе 1,5 мг/кг ведёт к угнетению индуцированной бласт-трансформации лимфоцитов [147]. Всё это приводит, в частности, к замедлению элиминации Escherichia coli из крови in vitro [119]. У больных, которых лечили с применением барбитуратной комы, отмечалась лейкопения (у четверти пациентов - агранулоцитоз и супрессия костного мозга) [162], частота оппортунистических инфекций, в том числе пневмоний, вызванных грам-отрицательными бактериями возрастала двукратно [153, 162]. Тиопентон и пентобарбитон полностью останавливают перистальтику подвздошной кишки морской свинки in vitro [120], а пентобарбитон в дозах 50-150 мг/кг угнетает перистальтику желудка и кишечника крыс in vivo [123], тиопентал в дозе 7,7 мг/кг угнетает перистальтику кишечника лошадей [132]. В сочетании с возможным нарушением противомикробного иммунитета это может привести к увеличению образования аммиака в кишечнике: образование аммиака в содержимом кишечника может интенсифицироваться в течение нескольких минут и не требует присутствия живых бактерий [171].
Кроме того, несмотря на снижение сердечного выброса, при коме, вызванной тиопенталом, кишечный кровоток возрастает [173], что может способствовать проникновению аммиака в кровь из просвета кишечника. Таким образом, барбитуратная кома может сопровождаться возникновением синергичесих факторов, направленных на рост содержания аммиака в крови: повышение его продукции в кишечнике, увеличение возможности диффузии из кишечного содержимого в кровь и ограничение способности кишечника и печени обезвреживать аммиак. Поэтому определение показателей, характеризующих продукцию и обезвреживание аммиака в организме (концентрация аммиака и мочевины в крови, экскреция аммиака с выдыхаемым воздухом) необходимо для расширения наших представлений о влиянии барбитуратов в коматогенных дозах на энергетический обмен.
Выбор показателей, характеризующих тепловое состояние организма при барбитуратной коме
Млекопитающие по сравнению с эктотермными животными таких же размеров имеют на порядок более высокий уровень основного обмена. Это связано с поддержанием температуры тела гомойотермными животными и людьми [77]. Это также объясняет и более интенсивный уровень потребления кислорода. Так как при окислении различных субстратов часть теплоты реакции, которая не запасается в высокоэнергетических связях, составляет не менее 74 %, определив у эндотермного животного температуру тела и интенсивность потребления кислорода, можно оценить его способность преобразовывать энергию химических связей углеводов и липидов в тепло и макроэргические соединения (преимущественно АТФ). Однако температура ядра тела, измеренная, например, в проксимальной части прямой кишки, является функцией не только теплопродукции (косвенно оцениваемой также по интенсивности потребления кислорода), но и теплоотдачи [5]. Чтобы выяснить, связаны ли изменения температуры тела, преимущественно, с изменениями теплопродукции или теплоотдачи, целесообразно также определять и подкожную температуру. Если на фоне действия фармакологического агента температура ядра тела снижается быстрее, чем температура оболочки, можно сделать вывод о возрастании связанной с перераспределением кровотока теплоотдачи как преобладающей причине охлаждения тела. В случае равной или опережающей скорости снижения температуры тепловой оболочки тела преимущественную роль играет уменьшение теплопродукции.
Поэтому в качестве показателей, характеризующих тепловое состояние организма при барбитуратной коме, выбрали потребление кислорода организмом, ректальную температуру и подкожную температуру. Для оценки роли систем массопереноса кислорода в развитии феномена снижения потребления кислорода организмом при барбитуратной коме сопоставляли вызванные барбитуратом изменения интенсивности потребления кислорода крысами при различном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе. При дыхании чистым кислородом при атмосферном давлении его парциальное давление в альвеолах возрастает в несколько раз по сравнению с дыханием на воздухе [41]. Это даёт основание полагать, что и весь поток кислорода из вдыхаемой газовой смеси к клеткам может возрасти в несколько раз. В случае наличия у какого-либо из звеньев системы массопереноса кислорода лимитирующей роли в процессе потребления кислорода организмом можно ожидать интенсификацию газообмена при гипероксии. Вдыхание чистого кислорода при повышенном барометрическом давлении может сопровождаться неврологическими расстройствами и нарушениями газообмена [48], что препятствует решению поставленной задачи. Поэтому гипероксию моделировали, обеспечивая дыхание животных чистым кислородом при атмосферном давлении. Для оценки роли уменьшения потребности тканей в энергии как одного из предполагаемых механизмов снижения потребления кислорода ор ганизмом при барбитуратной коме предполагалось использовать состояние повышенной интенсивности катаболизма. При наличии у этого фактора лимитирующей роли стимуляторы катаболизма должны интенсифицировать газообмен как у интактных животных, так и при коме.
Среди стимуляторов ЦНС выделили 3 группы веществ, по-разному влияющих на мозговой кровоток и поглощение кислорода мозгом [76]. Вещества одной группы (бемегрид, коразол, фенамин, мелипрамин) увеличивают мозговой кровоток и интенсифицируют поглощение кислорода мозгом. Вещества другой группы (камфора, кордиамин, ипразид) в большинстве случаев увеличивают кровоснабжение мозга и понижают или не изменяют потребление кислорода мозгом. Корме того, имеются аналептики, которые повышают поглощение кислорода мозгом, не влияя при этом существенно на мозговой кровоток (стрихнин) или оказывая двухфазное действие (кофеин). Для моделирования состояние повышенной интенсивности катаболизма выбрали стрихнин как фармакологический "зонд", интенсифицирующий катаболизм интактного мозга без повышения мозгового кровотока. При введении в стимулирующих дозах стрихнин возбуждает дыхательный центр, что проявляется углублением и учащением дыхательных движений; повышает чувствительность дыхательного центра к углекислоте. Это повышение наблюдается также в случаях, когда функция дыхательного центра угнетена (морфином, хлоралгидратом и т. п.). Под влиянием стрихнина отмечено повешение способности ЦНС к суммации импульсов. Даже малые дозы стрихнина увеличивают газообмен, температура тела возрастает, обмен веществ усиливается [58].
Максимальную мощность энергопродукции в спортивной медицине оценивают, определяя максимальное потребление кислорода, так как потребление кислорода отражает величину энергетического обмена [3, 68]. При увеличении функциональной активности ЦНС потребление кислорода возрастает не только нервной системой, но и другими тканями. Поэтому,
Влияние сукцината натрия на температуру тела при барбитуратной коме
Для проверки гипотезы о сниженной обеспеченности субстратами клеточного дыхания как причине депрессии газообмена при барбитуратной коме определяли концентрации пирувата в крови и цитрата в крови и в ткани головного мозга и сопоставляли полученные данные с интенсивностью потребления кислорода организмом. Через 1 ч после введения ТН содержание пирувата в крови крыс уменьшилось в 3,33 раза по сравнению с уровнем, определённым у ин-тактных животных, а содержание цитрата имело тенденцию к снижению (рисунок 19). Рисунок 19. Изменения концентраций пирувата (ПВК) и цитрата (ЛК), мкМ, в крови крыс через 1 ч после введения тиопентала натрия и влияние на них сукцината натрия (М ± m, п = 6). 1 - интактные животные, 2 - тиопенталовая кома, 3 - тиопенталовая кома, леченая сукцинатом натрия. - различие с контролем значимо, р 0,05. + - различие с группой 2 значимо, р 0,05. Через 20 мин и через 3 ч концентрация цитрата в крови крыс уменьшалась значимо (в 1,21 и 1,15 раза, соответственно). Содержание цитрата в головном мозгу уменьшалось через 1 и 3 ч в 1,24 и 1,16 раза, соответственно (рисунок 20-22). Потребление кислорода организмом во все испытанные сроки уменьшалось в 3-4 раза. Содержание цитрата в головном мозгу через З ч после введения ТН положительно коррелировало с потреблением кислорода животными (г = 0,602, р 0,05). Введение крысам СН частично корригировало газообмен и уменьшало падение концентрации пирувата в крови, цитрата в крови через 3 ч после инъекции ТН. На фоне применения СН изменения содержания цитрата в головном мозгу проявлялись лишь в виде тенденций и не превышали 3 % (рисунок 20-22).
Таким образом, у крыс при коме, вызванной ТН, уменьшалось содержание пирувата в крови и цитрата в крови и головном мозгу. Экзогенный СН частично корригировал эти изменения. Рисунок 20. Концентрация цитрата, мкМ, в крови (ЛК к) и в головном мозгу (ЛК ГМ) через 20 мин после введения тиопентала натрия (М ± m, п = 10). 1 - интактные животные, 2 - тиопенталовая кома. - различие с контролем значимо, р 0,05. Рисунок 22. Концентрация (М ± т) цитрата, мкМ, в крови (ЛК к, п = 10) и в головном мозгу (ЛК ГМ, п = 5) через 3 ч после введения тиопентала натрия и влияние на неё сукцината натрия. 1 — интактные животные, 2 - тиопенталовая кома, 3 — тиопенталовая кома, леченая сукцинатом натрия. - различие с контролем значимо, р 0,05. + - различие с группой 2 значимо, р 0,05. Изложенные выше данные (разделы 3.5, 3.6) свидетельствовали об истощении пула интермедиатов ЦК в тканях при барбитуратной коме. При выполнении настоящего раздела исследования проверялась гипотеза о причастности гипераммониемии к дефициту интермедиатов ЦК; оценивался вклад гипераммониемии в угнетение потребления кислорода организмом; изучалась связь гипераммониемии с состоянием механизмов обезвреживания аммиака в организме при барбитуратной коме.
Концентрация аммиака в крови крыс при барбитуратной коме была повышена в 7,40; 3,22 и 7,03 раза через 20 мин, 1 и 3 ч, соответственно, по сравнению с уровнем интактных животных (рисунок 23). Экскреция аммиака с выдыхаемым воздухом возрастала за 1-й час после введения ТН в 1,63 раза при выражении её в мкмоль на 1 кг массы тела в час или в 4,48 раза при выражении в мкмоль на 1 ммоль потреблённого кислорода, по сравнению с интактными животными. При одновременном с ТН введении животным СН наблюдалась тенденция к уменьшению выраженности этого эффекта (рисунок 24). Концентрация мочевины в крови крыс через 3 ч после введения ТН в коматогенной дозе имела тенденцию к увеличению в 1,24 раза по сравнению с уровнем у интактных животных. У леченых сукцинатом животных концентрация мочевины в крови была в 1,11 раза выше, чем у интактных, .однако данное различие также не являлось статистически значимым.
