2.Гипотермия


Главная

ОТ ГИПОТЕРМИИ К ГИПОБИОЗУ.
2.1. ПЕРЕВОД КЛИНИЧЕСКОЙ ГИПОТЕРМИИ В ПРОЛОНГИРУЕМЫЙ ГИПОБИОЗ
2.1.1. Традиционные способы получения состояний «клинической гипотермии»
2.1.2. Перевод «клинической гипотермии» в пролонгируемый гипобиоз
2.1.3. Гипоксические среды в развитии паллиативных моделей гипобиоза
2.2. ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИАПАЗОНОВ ПРОЛОНГИРОВАНИЯ ГИПОБИОЗА
2.2.1. Температурные режимы поддержания разных моделей гипобиоза
2.2.2. Искусственный гипобиоз и естественная спячка у зимоспящих животных
2.2.3. Температурный фактор среды в механизие развития гипобиоза
2.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИПОБИОЗА И ЕСТЕСТВЕННОЙ СПЯЧКИ
2.3.1. Изменение поведенческих реакций на этапе развития гипобиоза
2.3.2. Особенности изменения ВНД в динамике развития гипобиоза
2.3.3. Изменение афферентной сигнализации и биоэлектрической активности
2.3.4.«Сторожевые реакции» в глубоком гипобиозе у крыс и хомяков
2.3.5. Пусковой механизм «сторожевой реакции» в глубоком гипобиозе


ОТ КЛИНИЧЕСКОЙ ГИПОТЕРМИИ К ПРОЛОНГИРУЕМОМУ ГИПОБИОЗУ

Перспектива создания аналогов естественной спячки для лечения больных людей владела умами вpачей еще во вpемена Аpистотеля, но и сегодня она остается недоступной для многих практических врачей. К сожалению сейчас большинство медиков в понятие аналогов естественной спячки вкладывают идею «клинической гипотермии» с применением наркоза, релаксантов искусственного дыхания и т.д. Однако эта чудовищная по травматизму процедура позволяет лишь охладить пациента, а по содержанию это очень опасные патофизиологические состояния. Более того, в режиме поддержания полученного таким способом состояния «клинической гипотермии» активируются процессы несократительного термогенеза (НСТ) и происходит непрерывный процесс самосогревания. По этой причине врач во время операции вынужден применять повторные охлаждения пациента, обкладывая его пузырями со льдом, или использовать какой-либо другой вариант «холодовых одеял». В конечном счете, вся процедура получения гипометаболических состояний при проведении операции превращается в истязание пациента, но у врача пока нет другого выбора, и по жизненным показаниям он вынужден идти на эту процедуру. Необходимо также отметить, что известные медикам состояния, обозначаемые спекулятивным термином «клиническая гибернация» («гибернация» – дословно естественная спячка), никакого отношения к естественной спячке не имеют, а являются наихудшим вариантом разновидности «клинической гипотермии». Сегодня найдены совершенно безопасные способы получения реальных аналогов естественной спячки, без применения наркоза и релаксантов и даже без форсированного охлаждения пациента, но врачи продолжают использовать опасные технологии получения «клинической гипотермии». Причины этого разные: от невозможности преодолеть психологические или административные барьеры до недостаточности знаний фундаментальных аспектов этой проблемы. В природе ни один вид естественной спячки никогда не начинается со снижения температуры тела, но всегда с достижения конечного полезного результата, т.е. глубокого гипометаболизма. Причем развитие этого первичного гипометаболизма решает и остальные проблемы, связанные с развитием естественной спячки, т.е. исчезают все виды химической терморегуляции (ХТ) и теплокровный организм становится пойкилотермным. При этом процесс понижения температуры тела всегда является вторичным, определяется исключительно температурой окружающей среды, а гипотермический гипометаболизм всегда менее значителен по сравнению с первичным нормотермическим гипометаболизмом. Столь радикальный пересмотр всей проблемы - вплоть до наоборот - с большим трудом воспринимается медиками, имеющими уже сложившиеся представления о гипотермии и гипотермическом гипометаболизме. Учитывая присущий врачам консерватизм, который в данном случае совершенно неоправдан, мы считали целесообразным начать изложение нашей работы нетрадиционно. Именно поэтому в главе первой значительное внимание уделено способам перевода «клинической гипотермии» в состояние гипобиоза, т.е. своеобразный вариант реализации «паллиативной» модели гипобиоза. Необходимость рассмотрения такого варианта получения гипобиоза имеет определенный смысл, т.к. позволит хирургу, используя традиционные подходы получения «клинической гипотермии», затем легко перевести ее в состояние пролонгируемого гипобиоза. При этом для оценки успешного решения этой задачи мы приводим сравнительную характеристику функциональных сдвигов организма как при «клинической гипотермии», так и при состояниях гипобиоза, при равных уровнях снижения температуры тела. Причем, в качестве тестов использованы основные показатели: по физиологии, нейрохимии, тканевой биоэнергетике, газоэнергообмену и углеводно-липидному обмену, морфологические изменения и некоторые другие показатели. Главным критерием отличия физиологически адекватных состояний гипобиоза от патофизиологических состояний «клинической гипотермии» служит сохранение высокого уровня взаимодействия организма с внешней средой, что особенно характерно для радикальных моделей гипобиоза. Вторым ключевым отличием гипобиоза является формирование температурного гомеостаза в режиме длительного поддержания, с полным исключением необходимости применять наркоз, релаксанты и любые другие средства стимуляции или подавления физиологических функций. Третье отличие состоит в том, что при равных температурах тела в гипобиозе гипометаболизм всегда вдвое более значителен, чем при любом варианте «клинической гипотермии». Более подробно, с привлечением фундаментальных аспектов исследований, позволяющих создать полноценное представление о разных по глубине состояниях гипобиоза, эта проблема рассматривается нами по мере изложения работы.


2.1. ПЕРЕВОД «КЛИНИЧЕСКОЙ ГИПОТЕРМИИ» В ПРОЛОНГИРУЕМЫЙ ГИПОБИОЗ

Актуальность создания аналогов естественной спячки у человека открывает большие перспективы для практической медицины, и ученые уже с конца XIX столетия ведут поиск способов решения этой задачи (А.П. Вальтер, 1863; Г.Г. Скориченко, 1891; М.И. Бахметьев, 1992; П.Ю. Шмидт, 1955; И.Р. Петров и Е.В. Гублер, 1961 и др.). Более того, начиная с 50-70 годов и до конца XX столетия ведется активный поиск способов получения гипотермии человека для нужд клинической хирургии. Ценность этих исследований состоит, прежде всего, в том, что они опpеделили уpовень опасности использования гипотермии, но мало что нового внесли в решение фундаментальных аспектов самой проблемы. Однако, прежде чем перейти к оценке разных видов «клинической гипотермии», нужно внести какую-то ясность в используемую разными авторами терминологию, которая создала невероятную путаницу в понимании существа вопроса.

2.1.1. Традиционные способы получения состояний «клинической гипотермии»

Прежде всего, важно отметить, что все виды «клинической гипотермии» являются патофизиологическими состояниями и нужно их различать по опасности поражения организма в целом, отдельных его систем, органов и тканей. Совершенно очевидно, что наиболее травматичной является гипотермия «переохлаждения», которая по существу представляет собой патологический процесс замерзания теплокровного организма. Этот вид гипотермии труднообратим для традиционной медицины, т.к. для врачей до сих пор остаются неизвестными механизмы возникающей при этом холодовой смерти. Имеющиеся рекомендации Минздрава, а также традиционно используемые способы клинической реабилитации переохлажденных пациентов, в лучшем случае, бесполезны, но чаще они лишь ускоряют гибель охлажденного пациента. К сожалению, современные руководства вообще не дают компетентной информации о механизме развития холодовой смерти, реализующейся на мембранно-клеточном уровне. Если же учесть, что холодовая смерть реализуется на тканевом уровне и может отличаться по механизму развития, что требует взаимоисключающих способов реабилитации, то становится понятным бессилие современной медицины. К этому вопросу мы еще вернемся при дальнейшем изложении материала, когда будут рассмотрены вопросы превентивной защиты теплокровного организма от холодовой смерти и способы реабилитации жизни при холодовом поражении. Другая разновидность гипотермии достигается путем охлаждения с применением наркоза, релаксантов или каких-либо других седативных средств, блокирующих реакцию дрожи. Это более щадящие виды гипотермии, которые широко используются в клинической практике, но и в этих случаях пациент не защищен от холодовой смерти при глубоких уровнях охлаждения и от необратимых поражений головного мозга. В наших сравнительных исследованиях, при моделировании состояний «клинической гипотермии» были экспериментально апробированы разные видов наркоза: как пролонгированного (мединал, нембутал, уpетан и дp.), так и короткого действия (гексенал, эфиp, тиопентал натpия и дp.). Исследовались также разные комбинации наркоза и небольших доз релаксантов (куpаpе, d-тубокуpаpин и дp.), разные комбинации наркоза с нейролептиками, антигистаминными препаратами, аналгетиками и т.д. Нет смысла останавливаться на этих исследованиях, т.к. они не внесли ничего нового по сравнению с другими работами в этой области. Однако особое внимание следует обратить на использование нейролептиков, которые широко распространены в клинической практике, но в больших дозах (наркотических) они очень опасны и ведут к тяжелым необратимым поражениям мозга (что многократно подтверждено морфологами). В малых же дозах эти препараты малоэффективны и практически не влияют на дрожь и судороги в период охлаждения, а в больших (наркотических) дозах очень опасны. Так, например, при получении «клинической гипотермии» повреждающее влияние наркотических доз аминазина несопоставимо опаснее применения любого вида глубокого наркоза. К сожалению, нейролептики легли в основу широко рекламировавшихся способов получения гипотермии французскими авторами Лабори и Гюгенаром (Laborit H., Huguenard P.,1951,1955). Используя в качестве основы премедикации аминазин и различные комбинации препаратов фенотиазинового ряда, они не провели глубокой фундаментальной проработки такой премедикации, а их склонность к сенсациям позволила даже применить спекулятивный термин «клинической гибернации». Эта очевидная афера на много лет задержала развитие работ по поиску реальных способов получения аналогов естественной спячки. На самом деле эти авторы представили лишь очередной, и даже более опасный, вариант клинической гипотермии, который в конечном счете не нашел распространения и не имел никакого отношения к естественной спячке. Почему-то никто из медиков не учитывал того факта, что развитие любого вида естественной спячки никогда не начинается со снижения температуры тела, но всегда - с развития глубокого гипометаболизма. Мы затронули проблему «клинической гипотермии», исключительно с целью рассмотрения способов перевода этих патофизиологических состояний в пролонгируемый гипобиоз. Для перевода «клинической гипотермии» в состояние гипобиоза нужно, прежде всего, заблокировать процессы несократительного термогенеза (НСТ), которые не позволяют стабилизировать теплообменный гомеостаз в режиме поддержания. Такой вариант получения гипобиоза (условно назван нами «паллиативной» моделью гипобиоза) обычно формируется у уже охлажденного организма. В отличие от этого, при радикальных моделях гипобиоза одновременно блокируются все виды химической терморегуляции (ХТ), и теплокровный организм переводится в состояние пойкилотермии еще при нормальной температуре тела.

2.1.2. Перевод «клинической гипотермии» в пролонгируемый гипобиоз

Возможности использования паллиативных моделей гипобиоза в медицине, несмотря на их более высокую физиологичность, достаточно ограничены, но позволяют использовать бесконечное число комбинаций фармакологических средств для достижения полезного результата. Для подтверждения правомерности подобных взглядов рассмотрим вариант использования традиционного для многих клиник нейролептика аминазина, ранее неудачно использованного при попытках создания «клинической гибернации». Однако у уже охлажденного теплокровного организма (например, с применением наркоза) даже небольшие дозы аминазина (3-5 мг/кг) в состоянии значительно снизить процессы НСТ и позволяют стабилизировать теплообменный гомеостаз в режиме пролонгирования. Образно говоря, при таком варианте глубокой «клинической гипотермии» возникает «холодовой наркоз», который блокирует реакции дрожи, а препараты типа аминазина, со слабыми адренолитическими свойствами, уже в состоянии блокировать процессы НСТ. Именно поэтому поддерживать гомеостаз при паллиативных моделях гипобиоза возможно только при глубоком охлаждении, при этом исключаются как более высокие, так и более низкие температурные режимы пролонгирования. Повышение температуры тела приведет к мощной вспышке дрожи, а понижение температуры несет потенциальную опасность развития холодовой смерти. Важно отметить, что при всей ограниченности возможностей паллиативной модели гипобиоза по функциональным характеристикам (прежде всего, уровню гипометаболизма и резистентности) эти состояния, при равных температурах тела, оказались даже сопоставимыми с естественной спячкой. В процессе разработки способов получения паллиативной модели гипобиоза была несколько упрощена и последовательность премедикации. Оказалось, что вводить малые дозы аминазина можно одновременно с применением наркоза, а после охлаждения до заданного температурного уровня наркоз снимался и теплокровный организм плавно переходил в режим устойчивого пролонгирования гипобиоза. Для решения этой задачи оказалось возможным использовать не только аминазин, но и любые другие средства, обладающие даже слабо выраженными адренолитическими свойствами. В конечном счете была стандартизирована паллиативная модель получения глубокого пролонгируемого гипобиоза - с введением слабого адренолитика, наркоза и форсированного охлаждения. Наряду с введением аминазина (не более 5-7 мг/кг) или любых других средств со слабыми адренолитическими свойствами (дроперидол, фентазин, таломонал), подопытным животным (крысы, кролики, кошки, собаки и др.) давался наркоз, обычно короткого действия (гексенал или теопентал-натрия). Затем животных охлаждали в термокамере при температуре среды +5, +10°С до развития глубокой гипотермии, т.е. до уровня развития «холодового наркоза». В качестве примера получения такой стандартной паллиативной модели гипобиоза на рис.1 представлены результаты четырех опытов на кроликах с реализацией стандартного варианта премедикации. Животным вводили небольшие дозы традиционной нейроплегической смеси (НС) с основным действующим веществом аминазином (аминазин, пипольфен, промедол, в соотношении 5 : 7 : 1 мг/кг) и тиопенталовый наркоз (нарк). Затем животных охлаждали до температуры тела 22–24°С и переводили на режим пролонгированием при комнатной температуре среды (18–20°С). Полученные таким способом состояния гипобиоза оказалось возможным пролонгировать в течение суток при постоянно заданной температуре среды и без применения каких-либо средств стимуляции или подавления физиологических функций.  

Рис 1. Перевод «клинической гипотермии» в гипобиоз.

Однотипные опыты на 4 кроликах (1,2,3,4); По оси ординат – температура тела (Тт оС); НС + НАРК. – применение нейролептика и наркоза в период охлаждения (ОХЛ) животных при температуре среды +8, +10°С; «пролонгирование» – при комнатной температуре 18 – 20°С; «согревание» – до температуры тела 34 – 35°С, затем самосогревание до нормотермии; по оси абсцисс – время в часах.

2.1.3. Гипоксические среды в развитии паллиативных моделей гипобиоза

При выборе средств для стабилизации теплообменного гомеостаза и перевода неустойчивой «клинической гипотермии» в состояние гипобиоза, кроме препаратов с адренолитическими свойствами, можно использовать и другие средства. Так, из физиологии высокогорья известно, что у теплокровного организма на горных высотах 6-7 км нарушаются механизмы химической терморегуляция, и в особенности процессы НСТ. Следовательно, можно предположить, что разреженная атмосфера также позволит стабилизировать теплообменный гомеостаз у охлажденного теплокровного организма. Исходя из этих представлений и создавая разные уровни гипоксичности среды, нам удалось стабилизировать теплообменный гомеостаз в режиме суточного пролонгирования гипобиоза. В дальнейшем было установлено, что у мелких животных (крысы) возможно не только стабилизировать теплообменный гомеостаз после охлаждения, но и реализовать всю процедуру охлаждения и пролонгирования гипобиоза. Фактически была создана гипоксическая модель получения искусственного гипобиоза. На рис. 2 представлены статистически достоверные результаты опытов по охлаждению лабораторных белых крыс, получению и длительному обратимому пролонгированию гипоксической модели гипобиоза, полученной в условиях разреженной атмосферы. При этом было установлено, что оптимальный режим получения гипобиоза достигался при разрежении атмосферы до 300 мм рт. ст., что соответствовало 7 км по показаниям высотомера. Охлаждение крыс обычно проводилось в специальной термобарокамере при температуре среды 15–10°С, а затем они переводились на режим пролонгирования при температуре среды 18°С.

Рис. 2. Развитие гипобиоза у крыс в разреженной атмосфере.

По оси ординат: ТтоС – температура тела; ТсроС – температура среды; h/км – степень разрежения атмосферы по авиационному высотомеру. Охл. – охлаждение при температуре среды +10,+15°С. Вертикальные штрихи – ошибки средней арифметической (достоверность различий p< 0,05). По оси абцисс - время в часах.

В порядке контроля были проведены также опыты в гипоксической среде при нормальном парциальном давлении атмосферы, т.е. создавали искусственную газовую смесь, содержащую 10% кислорода, а остальную часть атмосферы замещали газообразным азотом или аргоном. Любой способ нормализации атмосферы, особенно на начальных этапах пролонгирования гипобиоза, немедленно вызывал активацию термогенных процессов НСТ, а затем СТ, и возникал мощный процесс самосогревания. При сохранении гипоксической газовой среды или разреженной атмосферы обеспечивалась полная стабилизация низкотемпературного теплообменного гомеостаза, которую нужно было обязательно сохранять не менее 10-15 часов. Однако при более длительном пролонгировании необходимость в применении гипоксической среды снижалась, и к 15 – 20 часу пролонгирования гипоксическую газовую среду можно было полностью заменить атмосферным воздухом. Однако у кроликов стабилизировать теплообменный гомеостаз в чисто гипоксической газовой среде не удалось, и для решения этой задачи возникла необходимость добавить в состав газовой смеси углекислый газ. В такой гипоксическо-гиперкапнической газовой среде оказалось возможным охладить и кроликов, стабилизировать теплообменный гомеостаз, а затем в течение суток пролонгировать состояние гипобиоза (оксикапнические модели гипобиоза). В дальнейших исследованиях предпочтение обычно отдавалось гипоксическо-гиперкапническим газовым средам, при нормальном парциальном давлении атмосферы. Газовые смеси обычно составлялись из кислорода, азота и углекислоты с помощью специального газосмесителя, а состав смеси контролировался на специальном газоанализаторе непрерывного контроля по 02 и С02. Наиболее эффективной для опытов на разных животных оказалась газовая смесь, содержащая 8-10% кислорода и 10-12% углекислоты, которая успешно блокировала все виды ХТ и позволяла при температуре среды 10-6°С, охладить как мелких, так и крупных животных. После охлаждения все эти животные, при том же составе газовой среды, переводились на устойчивый режим суточного пролонгирования гипобиоза. Как и в опытах с разрежением атмосферы, исходно высокие концентрации углекислоты и низкие уровни кислорода оказалось необходимы только в первые часы пролонгирования гипобиоза. Затем в пределах 15-20 часов можно было постепенно нормализировать газовый состав атмосферы и вести пролонгирование при обычном составе атмосферы и при комнатной температуре. В качестве примера на рис. 3 (02 и С02) представлена сравнительная динамика разных вариантов стабилизации теплообменного гомеостаза в глубоком гипобиозе у кроликов. При этом следует отметить, что введение углекислоты в газовую смесь не ускоряет развитие процесса стабилизации теплообменного гомеостаза, но значительно облегчает процесс управления гипобиозом в режиме пролонгирования этих состояний.

Рис 3. Стабилизация низкотемпературного гомеостаза у кроликов в измененной газовой среде при разных уровнях адреноблокады.

 Динамика изменения % содеpжания гипоксическо-гиперкапнической газовой среды /О2 и СО2/ без пpемедикации; ДП – опыты с одновpеменным пpименением дополнительной пpемедикации дроперидолом; ПП – опыты с пpедваpительной премедикацией рауседилом и дополнительной пpемедикацией дроперидолом. Остальные обозначения те же, что на рис 2.

В дальнейшем была поставлена задача научиться управлять процессом стабилизации теплообменного гомеостаза адренолитическими средствами и вытеснить необходимость применения гипоксическо-гиперкапнических газовых сред. На том же рис. 3 (ДП) представлен вариант опыта, где наряду с гипоксическо-гиперкапнической газовой средой животным вводился дроперидол (в дозе 0,4 мг/кг). Как видно из рисунка, время нормализации газового состава среды без нарушения теплообменного гомеостаза сокращалось до 10-12 часов. Причем подобная дополнительная премедикация позволила снизить исходные концентрации СО до 8-9% и сохранить устойчивый теплообменный гомеостаз в течение суточного пролонгирования гипобиоза, с полным последующим восстановлением жизнедеятельности. В другом варианте опытов проводилась комбинация гипоксическо-гиперкапнической газовой среды с предварительным введением сильного адренолитика – рауседила и дроперидола (рис. 3, ПП). Так, введение за сутки до начала опыта малых доз рауседила (0,4 мг/кг) и непосредственно перед охлаждением введение дроперидола (0,4 мг/кг) позволило стабилизировать теплообменный гомеостаз вообще без применения искусственной газовой среды. В дальнейшем необходимость таких комбинаций потеряла всякий смысл и использовались только сильные адренолитики, что и послужило основой для создания радикальных моделей гипобиоза. Так, введение сильного адренолитика - рауседила (0,6–0,8 мг/кг) за сутки до начала опытов позволило и охладить кроликов, и стабилизировать теплообменный гомеостаз вообще без использования гипоксическо-гиперкапнической газовой среды или каких-либо других фармакологических средств. Так впеpвые без применения каких-либо наркотических веществ или газовых сред удалось выключить все виды химической терморегуляции, перевести теплокровный организм в состояние пойкилотермии и создать пролонгируемые модели гипобиоза уже совершенно нового качества. Такие модели гипобиоза, с системной перестройкой химической терморегуляции и разными уровнями выключения тканевой биоэнергетики сукцинатного типа тканевого дыхания (СТД), мы относим к категории радикальных моделей гипобиоза.

2.2. ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИАПАЗОНОВ ПРОЛОНГИРОВАНИЯ ГИПОБИОЗА

 Несмотря на равнозначность функциональных перестроек теплокровного организма при получении гипобиоза разными способами, температурные диапазоны их длительного поддержания могут различаться. Причина этого состоит в том, что при радикальных моделях гипобиоза возникает системная перестройка НХ регуляции организма в целом и уровень свободного теплообразования организма сведен к минимуму. В зависимости от полноценности реализации всех этих перестроек, при разных способах получения гипобиоза решается проблема возможного спектра температурных диапазонов поддержания гипобиоза, а также продолжительность обратимого пролонгирования этих состояний. На данном этапе изложения затрагивается, в основном, феноменологический аспект безопасного пролонгирования разных видов гипобиоза, а фундаментальные основы НХ, морфо-функциональных и биохимических аспектов этого процесса будут приведены по мере дальнейшего изложения материала.

2.2.1. Температурные режимы поддержания разных моделей гипобиоза

Отличие паллиативных моделей гипобиоза от радикальных состоит в том, что их развитие не предполагает системной перестройки НХ регуляции организма. При этом не происходит полноценная морфо-функциональная перестройка организма для обеспечения длительного поддержания жизнедеятельности в режиме глубокого гипобиоза. Если даже не касаться более узкого температурного диапазона поддержания этих состояний, то продолжительность безопасного и обратимого их пролонгирования слишком ограничено (20-30 часами). Очевидно, что по сравнению с состояниями «клинической гипотермии» это большой прогресс, т.к. на порядок возрастает возможность обратимого поддержания глубоких уровней минимизации жизни, но этого мало для аналога естественной спячки. Причина временных ограничений поддержания паллиативных моделей гипобиоза обусловлена тем, что процесс морфо-функциональных перестроек организма не достигает необходимого уровня. По этой причине содержащиеся в пищеварительном канале продукты, где-то начиная с 20 часа после начала опыта, начинают подвергаться гнилостному разложению, нарастает аутоинтоксикация и возникают проблемы с обратимостью жизни. Если врачу придется столкнуться с получением паллиативных моделей гипобиоза, то он должен учитывать эти ограничения. Получение гипобиоза с применением радикальных способов, предполагающих системную перестройку НХ регуляции организма, подобную опасность исключает, что более подробно будет рассмотрено в последующих разделах нашей работы. На данном этапе изложения будет рассмотрена лишь феноменологическая сторона этой проблемы и только на примере одной модели гипобиоза. Эта модель гипобиоза была получена с помощью адренолитика – рауседила, обеспечившего ключевой механизм перестройки НХ регуляции. Такого, не совсем полноценного варианта радикальной модели гипобиоза, вполне достаточно для оценки разных температурных режимов поддержания гипобиоза и демонстрации закономерностей перевода из одного температурного диапазона пролонгирования в другой. Более полноценные варианты перестройки НХ регуляции организма при рассмотрении рауседильной модели гипобиоза будут представлены в главе 2. На рис. 4 показаны сводные результаты опытов, демонстрирующих динамику изменения температурных режимов пролонгирования в модели гипобиоза, полученной только с помощью введения рауседила. Рауседил животным вводился внутрибрюшинно («Р») в оптимальных дозах (кроликам - 0,8 мг/кг, крысам – 1,0 - 1,2 мг/кг) за 12-15 часов до начала охлаждения.

Рис 4.Оcобенности изменения температурных режимов пролонгирования гипобиоза у кроликов и крыс.

После премедикации рауседилом (Р) животные иммобилизировались (Ф) и охлаждались (ОХЛ) при +5,+8°С до заданного уровня температуры тела (ТтоС) 28-30оС. Устранение иммобилизации (`Ф`) вызывало самосогревание, повторная иммобилизация (Ф) приостанавливала этот процесс. Перевод гипобиоза в более низкие температурные диапазоны возможен при кратковременном понижении температуры среды (ТоСр.) или снижении уровня содержания кислорода до 10% (штрихованный прямоугольник). Кролики - сплошная линия, крысы – штрих-пунктир. К - величина температурного градиента. По оси ординат - температура тела, по оси абсцисс - время в часах.

К периоду охлаждения температура тела животных понижалась незначительно (на 1,5 – 2°С) по отношению к исходной норме. Однако после иммобилизации («Ф») животные легко охлаждались при температуре среды +8, +10°С до температуры тела 28-27°С, чего невозможно достигнуть при паллиативных моделях гипобиоза. Необходимость иммобилизации была обусловлена тем, что уровень функциональной активности животных был очень высок и двигательный термогенез при свободном поведении не позволял стабилизировать теплообменный гомеостаз. Затем животных, охлажденных до заданного температурного уровня, размещали в условиях обычной комнатной температуры для дальнейшего пролонгирования (режим – б). На вторые сутки пролонгирования гипобиоза обычно достигалось мышечное расслабление и необходимость в какой-либо иммобилизации полностью исчезала. Если же иммобилизацию снять непосредственно после охлаждения крыс или кроликов, то хорошо выраженная в начале опыта двигательная активность вызывала нарастающий термогенез, и температура тела начинала повышаться (рис. 4, режим – а). Однако, если на фоне нарастающей при этом температуры тела вновь применить иммобилизацию («ф»), то процесс самосогревания приостанавливался и возникала стабилизация теплообменного гомеостаза на новом, более высоком температурном уровне, при неизменной комнатной температуре. Попытка перевода животных из исходного температурного диапазона (б) на более низкий температурный уровень пролонгирования оказалась несколько сложнее. Несмотря на хорошо выраженную пойкилотермию, переход животных в более низкий температурный диапазон протекал значительно сложнее. Так, при понижении температуры среды на 3–5°С, температура тела сохранялась неизменной, а возрастал лишь температурный градиент (К) – (разницы между уровнем температуры тела и температурой среды). Специальное изучение этого вопроса показало, что время перехода животных на более низкий температурный уровень и уменьшение температурного градиента происходит очень медленно - в течение недели и более. Для более быстрого перевода температуры тела на более низкий температурный уровень (как в опытах на крысах, так и на кроликах) возникала необходимость применения каких-то дополнительных средств. Эта задача очень успешно решалась кратковременным применением традиционных для наших исследований гипоксических или гипоксическо-гиперкапнических газовых средств (02 – 10%; С02 – 8-10%) или кратковременным понижением температуры среды (на 8–6°С). Искусственная газовая среда или дополнительное охлаждение проводились только для изменения температурного режима пролонгирования (рис. 4, режим – в). При этом для устойчивого поддержания гипобиоза несколько снижался и режим температуры среды, а температурный градиент (К) при этом также уменьшался - и тем значительнее, чем ниже опускалась температура тела. Следовательно, рауседильная модель гипобиоза позволяет переводить животных как в более высокие, так и в более низкие температурные режимы пролонгирования. В связи с этим было важно сопоставить динамику изменения температурных диапазонов гипобиоза у крыс и кроликов с состояниями искусственного гипобиоза, полученного теми же способами у зимоспящих животных в активный период их жизни, а также с состояниями сезонной естественной спячки у тех же зимоспящих.

2.2.2. Искусственный гипобиоз и естественная спячка у зимоспящих животных

При изучении закономерностей развития аналогов естественной спячки – состояний гипобиоза - особый интерес представляли сами зимоспящие животные: как при получении у них гипобиоза в активный период жизни, так и при сезонной спячке. Сопоставление результатов проводилось у зимоспящих хомяков и у обычных лабораторных гомойотермов (крысы, кролики). Опыты с получением гипобиоза в активный период жизни были проведены более чем на 50 хомяках, которым внутримышечно или внутрибрюшинно также вводился рауседил в дозе 0,8 мг/кг, а через 15-18 часов после премедикации они стереотипно охлаждались до темпеpатуpы тела 20-22°С и переводились на режим пролонгирования. На pис. 5 представлены некоторые варианты этих опытов с пролонгированием гипобиоза у хомяков в глубоком (температура тела 20°С) и свеpхглубоком (температура тела 9-10°С) температурных диапазонах. К моменту начала опыта (через 15–18 часов после премедикации) наблюдалось некоторое (на 2-3°С) снижение исходной температуры тела, животные иммобилизировались и охлаждались до температуры тела 20–22°С. Охлаждение, как и во всех предыдущих опытах, проводилось исключительно для ускорения перевода животных в заданный температурный режим пролонгирования. Дело в том, что самостоятельное охлаждение животных в условиях комнатной температуры, протекало очень медленно (8–10 часов), и для ускорения этого процесса использовалось кратковременное понижение температуры или применение гипоксической среды. Затем животные размещались при комнатной температуре и в течение многих суток, без каких-либо дополнительных вмешательств пролонгировалось поддержание гипобиоза. В режиме устойчивого пролонгирования гипобиоза, обычно на вторые сутки, приступали к различным физиологическим и биохимическим исследованиям. Если в режиме пролонгирования гипобиоза у хомяков изменить комнатную температуру до уровня 24-25°С, то соответственно возрастала температура тела. Однако с помощью иммобилизации удавалось сохранить теплообменный гомеостаз и на новом, более высоком температурном уровне пролонгирования (рис. 5 - б, б`). Темпеpатуpа тела хомяков пpи этом устанавливалась на 1,5 –2оС выше температуры среды, и устойчивое пролонгирование можно было вести в новом температурном диапазоне. Пpи более значительном повышении температуры среды (до 30°С) стабилизировать теплообменный гомеостаз с помощью иммобилизации животных уже не удалось, т.к. быстро нарастал теpмогенез, и темпеpатуpа тела хомяков в течение 1 – 2-х часов достигала нормотермии (рис. 5 - а,а'). Как и в опытах на крысах, у хомяков на вторые сутки пролонгирования гипобиоза при комнатной температуре наступало полное мышечное расслабление, и необходимость в иммобилизации полностью отпадала (ф) и весь последующий этап многосуточного пролонгирования протекал без необходимости какой-либо иммобилизации (в – в') двигательной активности.

Рис 5. Искусственный гипобиоз у зимоспящих животных и изменение температурных режимов его поддержания.

Динамика изменения температуры тела хомяков после премедикации (Р) рауседилом и охлаждения до температуры тела 20-22°С (Охл-I) и до температуры тела 12-8°С (Охл-2). При переводе гипобиоза в более поверхностный температурный диапазон возникала необходимость в иммобилизации, но выше 30°С предотвратить самосогревание не удается. Перевод в более низкий температурный диапазон возможен кратковременным охлаждением или созданием гипоксической среды. Буквы (а,б,в,г,д) и буквы со штрихом определяют температурный градиент в каждом опыте. Остальные обозначения те же, что на рис. 4.

Можно думать, что при развитии спячки в естественных условиях таких проблем перевода на более низкий температурный режим пролонгирования не возникает, т.к. время таких переходов не ограничено, а очень длинные и извилистые норы постоянно сохраняют гипоксическо-гиперкапническую газовую среду. В таких норах животные свободно могут переходить в любые температурные диапазоны и следовать за колебаниями температуры окружающей среды. По сути дела, кратковременно создаваемая гипоксическая среда для перевода животных в более глубокий температурный режим жизнедеятельности моделирует адекватные условия режима естественной спячки. Применив же любой из перечисленных выше способов, животных можно было перевести на любой новый, более низкий температурный режим пролонгирования (pис. 5 - г,г'). Если же первоначальное охлаждение хомяков проводилось до темпеpатуpы 9-10°С, то величина температурного градиента сводилась к минимуму и составляла 1,0 – 0,5°С, а произвольные движения не возникали (рис. 5 - д, д'). Естественно, что отпадала и всякая необходимость в иммобилизации животных, что абсолютно соответствовало и динамике развития искусственного гипобиоза у обычных белых крыс. Хотелось бы подчеркнуть, что нам не удалось обнаружить каких-либо существенных различий в развитии искусственного гипобиоза у хомяков при использовании рауседильной модели и при развития естественной спячки - у тех же хомяков и у других зимоспящих (желтые суслики пустыни Кара-Кум). После премедикации животных рауседилом через 15–18 часов возникал классический вариант хорошо известных состояний «предрасположенности» к впадению в спячку, которое возникает у всех видов животных при развитии естественной спячки. Животные становились более заторможенными, пытались занять затемненное место и зарыться в подстилку, сонливость сменялась повышением двигательной активности, температура тела становилась неустойчивой, «плавающей» и т.д. В дневной период температура тела этих животных, за счет двигательного термогенеза, сохранялась в пределах нормы или на субнормальном уровне, а в период покоя и сна могла понижаться на 5-6°С и вновь нормализировалась в дневное время. Однако существенное различие в результаты опытов вносили сезоны года, когда проводилось пролонгирование гипобиоза у зимоспящих животных в сверхглубоких температурных диапазонах, т.е. при температурах, близких к 0°С. Оказалось, что у зимоспящих животных, особенно в весенне-летний период, не удается вести длительное обратимое пролонгирование. Как показали исследования, зимоспящие животные в этот период года абсолютно беззащитны к процессам СРО и состояния гипобиоза становятся необратимыми уже через несколько часов пролонгирования. В осенне-зимний период года безопасно пролонгировать состояния сверхглубокого гипобиоза можно уже многие сутки и недели. Условно можно приравнять состояния сверхглубокого гипобиоза у крыс и кроликов к хомякам в весенне–летний период года. Проблема эта оказалось достаточно сложной, и к ней мы еще неоднократно будем возвращаться в нашей работе.

2.2.3. Температурный фактор среды в механизме развития гипобиоза

Специальному изучению в нашей работе были подвергнуты зимоспящие животные (суслики, хомяки) на предмет генетической обусловленности того или иного вида спячки (летней или зимней). Было важно оценить, существуют ли различия в механизме развития того или иного вида спячки после возникновения свойства «предрасположенности» к впадению в спячку, в чем состоит это отличие и долго ли оно сохраняется. Как показали наблюдения за хомяками и желтыми сусликами, свойство «предрасположенности» к развитию спячки возникает в соответствующие сезоны года и мало зависит как от светового режима, так и от сухоедения и т. д., чему обычно уделяется много внимания. Для реализации условий перехода в естественную спячку животное ищет не затемнение, а пытается «заклинить» свое тело в какое-либо узкое пространство, затрудняющее его спонтанные движения, даже если световой режим в этом пространстве будет выше постоянного освещения. Если эти животные не могут «зарыться» в подстилку, создать какой-то аналог норы или двигательной иммобилизации, то возникшая «предрасположенность» в условиях комнатной температуры (20-18°С), постепенно (в течение 3–5 дней) угасает. Животные вновь переходят на активный образ жизни, независимо от сезона года, но через некоторое время, без видимых причин, состояние «предрасположенности» может возникать вторично - и вновь, при отсутствии иммобилизации, животные переходят на активный образ жизни. При этом важное значение имеет температурный фактор, а не сезон года, который, соответственно, и определяет температурный режим спячки. В этом нет ничего необычного, а некоторые виды животных (например, желтые суслики пустыни Кара-Кум) вначале впадают в летнюю спячку, а затем, не пробуждаясь, переходят в зимнюю спячку, находясь в общей сложности в состоянии спячки до 8-9 месяцев в году. Таким образом, можно сделать заключение, что не только температурный фактор и иммобилизация реализуют генетически обусловленную «предрасположенность» к впадению в спячку, но необходим и определенный уровень функциональных перестроек организма. Причем именно этот уровень определяет перспективу последующей глубины развития спячки и длительность ее пролонгирования.

2.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИПОБИОЗА И ЕСТЕСТВЕННОЙ СПЯЧКИ

Представления о гипометаболической жизнедеятельности как глубоком подавлении функционального состояния организма не всегда правомерно, особенно когда рассматривается вопрос о физиологически адекватных состояниях. Наиболее ярким примером подобных состояний может служить развитие состояний естественной спячки, особенно в ее начальный период. Действительно, развитие любого гипометаболизма всегда ведет к утрате каких-либо функциональных свойств организма, но не обязательно связанных с нарушением высшей нервной деятельности (ВНД). Например, при нормотермическом гипометаболизме исчезновение эмоциональных и стресс-реакций, вовсе не означает нарушение взаимодействий организма со средой. Более того, устранение реакций стресса позволяет выполнять особо опасные работы более рационально, осторожно и с высокой точностью, что невозможно при проявлении стресс – реакций. Однако для правильного использования этих состояний необходимо хорошее знание физиологии развития этих состояний и объективная их оценка при разных уровнях гипометаболизма.

2.3.1. Изменение поведенческих реакций на этапе развития гипобиоза

Классическим примером гипометаболической жизнедеятельности могут служить известные в природе состояния естественной спячки. Внешнее проявление начального этапа развития любого вида естественной спячки (у сусликов и хомяков) или ее аналога – искусственного гипобиоза (крысы, кролики и др.) имеют очень сходные показатели. Функциональное поведение этих животных отличается определенной неустойчивостью, т.е. периоды дневной активности сменяются угнетением и сонливостью вечером. В соответствии с уровнем активности происходят некоторые колебания температуры тела («плавающая» температура) и выраженность уровня гипометаболизма (снижение на 20 или 50 – 60%). Кролики, например, при уровнях гипометаболизма ниже 50% сохраняют сидячую позу, могут совершать произвольные движения, адекватно реагируют на световые и звуковые раздражители, но утрачивают реакции поиска пищи. Однако координация этих животных нарушается, они «натыкаются» на предметы и не находят даже рядом лежащую пищу. Если же этому животному поднести к носу морковку, то оно активно ее захватывает, с удовольствием пережевывает и успешно заглатывает, пьет воду из пипетки и т.д. Для большей объективности оценки функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС), были проведены специальные опыты по изучению ВНД, которая оценивалась по сохранности условно-рефлекторной деятельности разной биологической значимости.

2.3.2. Особенности изменения ВНД в динамике развития гипобиоза

Условные рефлексы большой биологической значимости оценивались по характеру изменения дыхательно-оборонительных условных рефлексов, а менее значимые - по пищедобывательным условным рефлексам. Двигательно-оборонительные условные рефлексы у крыс вырабатывались на подачу паров аммиака к носу животного, а условным сигналом служило тактильное раздражение области спины штырьковой касалкой. Выработка условных рефлексов происходила достаточно быстро, уже после 8-10 сочетаний, и становилась достаточно прочной на 3-4-й день, после чего переходили к оценке ВНД в динамике развития гипобиоза. Способы получения гипобиоза с перестройкой НХ регуляции при этом не имели существенного значения, а главным показателем служил уровень гипометаболизма и температура тела животных. Условно-рефлекторная реакция у крыс при двигательно-оборонительных условных рефлексах проявлялась двигательным компонентом (возбуждение) и задержкой дыхания, величина которых, по мере развития глубокого гипобиоза, постепенно снижалась 

Рис 6. Изменение дыхательно-оборонительных условных рефлексов у крыс при развитии глубокого гипобиоза

Заштрихованные столбики вверх - средняя величина двигательных, а вниз - дыхательных компонентов условного рефлекса (от 100% нормы – двиг. у/р и дых.у/р). Незаштрихованные столбики - величина латентного периода (ЛП) в сек.; а-норма 37°С, б-32-25°С, в-25-19<°С, г-22-25°С, д-25-32°С, е-32-37°С.

При достижении режима развития глубокого гипобиоза двигательный компонент условной реакции (двиг. у/р) исчезал одновременно с расслаблением животного, при температуре тела 20-19°С. Дыхательный же компонент условной реакции (дых. у/р) оказался более устойчивым и сохранялся даже в первые часы пролонгирования глубокого гипобиоза, а затем также исчезал. На этапе восстановления жизнедеятельности, при повышении температуры тела всего на 2,0-2,5°С, восстанавливался вначале дыхательный компонент условного рефлекса, а затем и двигательный, но со значительным латентным периодом. Во всех случаях двигательный компонент реакции на этапе восстановления жизнедеятельности был менее устойчивым и всегда характеризовался большим латентным периодом, а периодически и вовсе исчезал, особенно после длительного пролонгирования гипобиоза. Менее наглядными оказались исследования ВНД по пищедобывательным условным рефлексам, которые проводилось по методике Л.Н. Котляревского (1951). У крыс вырабатывался определенный стереотип положительных условных рефлексов и дифференцировок определенного сложного стереотипа пищедобывательных рефлексов. Как показали исследования, в первую очередь исчезают дифференцировки, а затем и положительные рефлексы по открытию кормушки, что обычно совпадает с первыми признаками «сонливости» в поведении животных. На этапах восстановления жизнедеятельности двигательно-пищевые условные рефлексы начинали появляться лишь на 2-3 день после опыта, с увеличением латентного периода в 10-30 раз и снижением величины реакции в 6-8 раз. Эти данные позволяют судить о том, что несмотря на полную нормализацию жизнедеятельности животных, наступающую уже на вторые сутки после нормализации жизнедеятельности, наиболее сложные виды ВНД восстанавливаются значительно позднее и в дальнейшем нормализуются лишь к 5-6 дню после опыта.

2.3.3. Изменение афферентной сигнализации и биоэлектрической активности

В этой связи хотелось бы отметить некоторые особенности изменения афферентной чувствительности, которые особенно наглядно проявлялись у крупных животных. Так, начальные этапы развития гипобиоза у собак характеризовались снижением болевой чувствительности и возрастанием тактильной и интеpоцептивной чувствительности (механоpецептоpы пpямой кишки). На этапе снижения темпеpатуpы тела всего на 3-4°С укол вызывал лишь незначительную ориентировочную реакцию, а поглаживание животных – бурную двигательную и даже агрессивную pеакцию. Пpи дальнейшем снижении темпеpатуpы тела возрастала сонливость, нарушалась кооpдинация движений и постепенно исчезала двигательная активность - сначала в задних, затем в пеpедних конечностях и, в последнюю очеpедь, в шейных мышцах. В пpоцессе последующей стабилизации и длительного поддеpжания глубокого гипобиоза крупные животные также pасслаблялись, становились атоничными и утрачивали взаимодействие с внешней средой. Полное исчезновение мышечного тонуса у крупных животных обычно наступало к 3-5 часу пpолонгиpования гипобиоза, а у крыс оно сохранялось более продолжительное время. Очень наглядной оказалась глубина мышечного расслабления у крыс при длительном пролонгировании гипобиоза. Если их разместить на жесткой основе стола, то через 5-10 часов они как бы «сплющивались» и приобретали вид комочка с плоским основанием, и эта форма достаточно долго сохранялась, даже при изменении позы животного. Развивающаяся в процессе стабилизации гипобиоза атония сопровождалась постепенным «затуханием», а затем и полным исчезновением электромиограммы (ЭМГ) в скелетных мышцах. При этом одновременно происходило постепенное «угасание» электроэнцефалограммы (ЭЭГ), устойчивость которой определялась не столько способом получения гипобиоза, сколько температурным режимом его поддержания. Причем у разных видов животных угасание ЭЭГ происходило при разных температурах тела, но всегда соответствовало оптимальному температурному диапазону поддержания глубоких состояний искусственного гипобиоза. Как видно из рис. 7, «затухание» ЭЭГ на этапе развития гипобиоза происходило у крыс при температуре тела 20-19°С, у кошек - при температуре тела 24-23°С и у собак - при температуре тела 26-25°С. На этапе согревания животных происходило восстановление ЭЭГ, но с более выраженной электрической активностью и при более высоких температурах тела. Так, при получении состояний искусственного гипобиоза у кроликов, с применением методов инактивации адренергических влияний, отмечалось увеличение длительности электpической систолы QT обычно в 2 – 3 pаза. Однако пpодолжительность комплекса QRS изменялась мало, лишь возpастал зубец R и отмечалось сглаживание зубца Т, а интеpвал ST, как пpавило, pасполагался на изоэлектpической линии. Динамика изменения ЭКГ при использовании гипоксическо-гиперкапнической газовой среды - как на этапах развития глубокого гипобиоза, так и при восстановлении жизнедеятельности, - существенно не отличались (рис. 8). Во всех случаях процесс нормализации сердечной деятельности обычно протекал при более высоких температурах тела, чем на этапах развития гипобиоза. Следовательно, в режиме пролонгирования состояний глубокого гипобиоза у животных полностью исчезала ЭЭГ И ЭМГ, но хорошо сохранялась ЭКГ. Однако угасание основных показателей активности ЦНС и мышечного тонуса вовсе не означало полного нарушения взаимодействия находящихся в гипобиозе животных с внешней средой, т.к. обнаруживались совершенно оригинальные механизмы так называемых «сторожевых реакций».

Рис 7. Изменение ЭЭГ у крыс, кошек и собак при развитии глубокого гипобиоза и в процессе восстановления жизнедеятельности.

Сверху (а,б,в) - этап развития гипобиоза; снизу (д,е,ж,з) - этап восстановления жизнедеятельности. Калибровка 50 мкв/сек.

Температурные режимы записи ЭЭГ:

Крыса: Кошка: Собака:
а - 36,5°С а - 36,4°С а - 38,0°С
б - 25,0°С б - 32,0°С б - 32,3°С
в - 19,0°С в - 23,0°С в - 25,0°С

г - р е ж и м п р о л о н г и р о в а н и я г и п о б и о з а

д - 22,0°С д - 24,0°С д - 26,0°С
е - 25,0°С е - 30,0°С е - 27,0°С
ж - 29,0°С ж - 34,0°С ж - 28,0°С
з - 35,0°С з - 35,0°С з - 37,0°С

 

Рис 8. Изменение ЭКГ у кролика в период развития глубокого гипобиоза и восстановления жизнедеятельности вгипоксическо-гиперкапнической среде: 

а - нормотермия 38°С, б - охлаждение до 26°С; (в, г, д) - режим пролонгирования (5, 15, 24 час), е - 30°С этап восстановления жизнедеятельности.

2.3.4. «Сторожевые реакции» в глубоком гипобиозе у крыс и хомяков

В глубоком гипобиозе исчезают все виды чувствительности, животные не реагируют на уколы и появляется возможность проводить даже сложные полостные хирургические операции. Однако и при этих состояниях взаимодействие организма с внешней средой сохраняется, и на фоне глубокого подавления физиологических функций, полной атонии, угасания ЭЭГ, ЭМГ сохраняются «сторожевые реакции». Так, если в режиме длительного пролонгирования глубокого гипобиоза изменить положение тела животного в пространстве, то совершенно неожиданно «включается» мышечный тонус и возникает «вспышка» двигательной активности. Причем, это не просто хаотичная двигательно-моторная реакция, а адекватно-направленная двигательная активность с элементами кооpдинации, всегда напрвленными на то, чтобы веpнуться в пеpвоначальное положение. Такая ярко выраженная реакция у внешне совершенно неподвижного тела невольно вызывает крайнее удивление, а механизмы этой координированной двигательной реакции и до сего дня до конца не раскрыты. Пусковой механизм этой мощной «вспышки» активации скелетной мускулатуры и тканевой биоэнергетики удалось раскрыть, но пути ее реализации трудно понять. Как показали исследования, попытки крыс вернуться в первоначальное положение оказывались обычно безуспешными, двигательная активность постепенно затихала, и животные вновь «застывали» в новом, пpиданном им положении. При повтоpных изменениях позы вновь возникали вспышкой двигательной активности, и вновь с координацией двигательных актов, направленных на восстановление измененной позы. Изучение этого же вопроса проводилось и у хомяков - как в состоянии естественной спячки, так и при состояниях искусственно созданного гипобиоза. В том и другом случае реакция на изменение положения тела у хомяков была более выраженной, чем у крыс, и со втоpого или тpетьего pаза ее воспроизведения животным уже удавалось восстановить пеpвоначальное положение тела и резко активировать термогенез, вплоть до полного самосогревания. Эта совершенно необычная «стоpожевая» реакция, вероятно, имеет важное значение пpи состояниях естественной спячки, т.к. в пределах 1 – 2 минут вызывает повышение температуры тела не менее чем на 2-3°С, что не может быть только результатом двигательного термогенеза, т.к. столь мощный процесс термогенеза не соответствует уровню теплопродукции при столь непродолжительной моторной активности.

2.3.5. Пусковой механизм «сторожевой реакции» в глубоком гипобиозе

Учитывая необычность реализации сложной системной «сторожевой реакции» в режиме длительного пролонгирования гипобиоза, представлялось важным раскрыть ее физиологическое содержание и, прежде всего, механизм запуска. Рассуждая логически, эта реакция могла запускаться тактильным анализатором или вестибулярным аппаратом. Однако приведенные выше результаты по изучению условных рефлексов показали, что функция тактильного анализатора угасала в режиме пролонгирования глубокого гипобиоза и восстанавливалась только на этапе восстановления жизнедеятельности. Следовательно, пусковым механизмом «сторожевой реакции» мог быть только вестибуляpный аппаpат, и нужно было исследовать участие его структурных элементов в реализации этой реакции. Вначале мы исследовали возможность запуска «сторожевой реакции» с лабиринтного отдела вестибулярного аппарата. Для решения этой задачи была создана специальная методика pаздpажения лабиpинтов на вpащающемся стенде, которая позволяла создавать pазные угловые ускоpения (240-720 гpад/сек), а о pезультатах реакции мы судили по поствpащательному нистагму. Эти исследования были проведены на крысах при разных температурах тела и показали, что пpи снижении темпеpатуpы тела до 25-28°С пpодолжительность поствpащательного нистагма снижалась в 1,5 – 2,0 pаза по сpавнению с контpолем, а пpи темпеpатуpе тела 21-20°С, т.е. в режиме пролонгирования глубокого гипобиоза, движение глазных яблок на вpащение полностью пpекpащалось. Однако, даже после полного исчезновения поствращательного нистагма, оpтостатические pефлексы, вызванные изменением положения тела в пространстве, и прежде всего головы, хорошо сохpанялись и исчезали лишь после снижения темпеpатуpы тела ниже +16, +15°С. На рис. 9 представлены наиболее типичные изменения в ЭМГ у крыс и хомяков, помещенных на специальном приспособлении, позволяющем изменять положение тела животных в пространстве. Результаты этих исследований показали, что у крыс в глубоком гипобиозе, при температуре тела 20-18°С, изменение положения тела на 90-180° (из любого положения) вызывает хорошо выраженную «сторожевую реакцию», сопровождающуюся всплеском двигательной активности и вспышкой электрической активности на ЭМГ. При этом двигательная активность продолжалась обычно 1,0 – 1,5 минуты, а затем постепенно угасала, но всегда содержала элементы координации двигательного акта, направленные на возвращение первоначального положения. Как правило, синхронно всплеску двигательной ативности нарастала и электрическая активность ЭМГ, которая также постепенно угасала после прекращения двигательного акта (рис. 9). Повторное воспроизведение этой реакции характеризовалось аналогичной реакцией, но обычно более выраженной. При этом нужно учитывать, что каждое воспроизведение подобной реакции ведет к системному повышению температуры тела. Очень наглядно, особенно при первичном воспроизведении «сторожевой» реакции, меняется темп сердечных сокращений (возрастает почти вдвое) и длительное время сохраняется в ускоренном ритме, возвращаясь к исходному уровню лишь через 15-20 минут.

Рис 9. Изменение ЭМГ и ЭКГ у крыс (а,в) и хомяков (с) в глубоком гипобиозе при воспроизведении «сторожевой» реакции

Изменение активности ЭМГ (а) в мышце бедра при дважды воспроизводимой "сторожевой реакции" при изменении положения тела (справа) и исчезновение этой реакции (б) после разрушения отолитового отдела вестибулярного аппарата. в - динамика изменения ЭМГ в бедренной мышце хомяка (1,2,3,4) при "сторожевой реакции". Угол (по вертикали) соответствует 50 мкв для ЭМГ и 1 мв для ЭКГ, а по горизонтали - (0,3 с).

В наших дальнейших исследованиях довольно часто «сторожевая реакция» использовалась специально для ускорения процесса выведения животных из гипобиоза, т.к. эффективность самосогревания животных при этом резко возрастала. Оценить механизм реализации этого термогенного эффекта достаточно сложно, но можно предположить о рефлекторном механизме распада бурого жира, как это имеет место в механизме восстановления жизнедеятельности на этапе выхода зимоспящих животных из состояния естественной спячки. Очевидным и доказанным остается лишь тот факт, что пусковым механизмом этой реакции является отолитовый отдел вестибулярного аппарата. В специальных контрольных опытах, где с помощью манипулятора было проведено двухстороннее разрушение отолитового отдела вестибулярного аппарата, «сторожевая реакция» и все ее компоненты полностью исчезали (рис. 9). В отличие от крыс, у хомяков (впадающих в естественную спячку) при получении глубоких состояний искусственного гипобиоза «сторожевая реакция» оказалась выраженной более значительно по всем параметрам. В температурных диапазонах 20-18°С, животные обычно восстанавливали исходное положение своего тела, а термогенная реакция была столь мощной, что остановить процесс самосогревания после этого было достаточно сложно. Продолжительность каждой «вспышки» активности ЭМГ у хомяков значительно увеличивалась, и каждое повторное воспроизведение этой реакции вело к суммации мышечной активности, что наглядно представлено на рис. 9. Динамика нарастания электрической активности (2,3,4) и темпа сердечных сокращений после трехкратного воспроизведения «сторожевой реакции» по отношению к исходному уровню (1) этих показателей наглядно демонстрирует высокую ее эффективность. Практически, любое нападение на животное, находящееся в состоянии гипобиоза, приведет к изменению положения его тела, и механизм проявления «сторожевой реакции» в этих случаях является универсальным для экстренного пробуждения. Причем этот системный механизм, будучи чрезвычайно эффективным, остается и очень экономичным, т.к. в режиме покоя он не функционирует и не требует энерготрат. Любой другой анализатор у высших животных, выполняя ту же сторожевую функцию, должен был бы функционировать непрерывно. Таким обpазом, даже в глубоких состояниях гипобиоза сохраняется определенное взаимодействие организма с внешней средой («сторожевые реакции») и термогенные механизмы экстренного пробуждения, которые могут быть активированы при полном расслаблении животных и подавлении всех произвольных систем жизнедеятельности организма.

________________________________________________

     Как свидетельствуют данные литературы и результаты представленных выше исследований, все разновидности «клинической гипотермии» в своей основе носят явно патофизиологический характер, и различие состоит лишь в использовании разных видов наркоза, релаксантов и способов охлаждения. Последствия же их применения определяются лишь тяжестью вызванной патологии и уровнем обратимости повреждений, нанесенных организму. К сожалению, большинство медиков мало знакомы с реальными аналогами естественной спячки типа гипобиоза, получение которых абсолютно безопасно, а по достигаемому гипометаболизму и обратимости поддержания они на порядки превышают «клиническую гипотермию». Как это ни парадоксально на первый взгляд, но слишком высокий уровень оксигенации крови при «клинической гипотермии» и более высокий уровень метаболизма несет целый комплекс опасностей. Возникают абсолютно не нужные и расточительные энерготраты на теплообразование, что не позволяет сформировать теплообменный гомеостаз даже при кратковременном режиме поддержания «клинической гипотермии». Соответственно, охлажденный организм оказывается не в состоянии продолжительно обеспечивать потребности жизненно важных функций энергетическими ресурсами. При этом возникшая гипергликемия неожиданно сменяется острой гипогликемией и тканевой гипоксией и, в лучшем случае, ведет к необратимым патологическим нарушениям в органах и тканях, особенно в структурах головного мозга. Кроме того, высокая оксигенация крови создает дополнительную опасность активации процессов свободно-радикального окисления, что также ограничивает во времени возможности поддержания «клинической гипотермии». При рассмотрении способов получения паллиативных моделей гипобиоза мы исходили из того, чтобы у врача не было необходимости обязательно вводить какие-либо новые, высокоэффективные (для решения этой задачи) средства премедикации, а использовать только те, которые уже применяются в данной конкретной клинике. Самое главное, чтобы врач сумел разобраться в нейрохимическом механизме действия этих фармакологических средств, и тогда не будет проблем в преодолении психологического или административного барьера для получения пролонгируемых состояний гипобиоза. Более того, мы стремились показать преимущества даже самых простых паллиативных моделей пролонгируемого гипобиоза, получение которых находится в полной компетенции врача. Специальное рассмотрение паллиативных моделей гипобиоза, является определенным компромиссом, но практическая их реализация легко доступна для любого практического врача и не требует никаких санкций для достижения максимального полезного результата. Единственно, что должен учитывать врач, реализуя паллиативные модели гипобиоза, это суточный предел безопасного поддержания и соблюдение достаточно узкого температурного диапазона пролонгирования. Однако по уровню физиологичности состояния гипобиоза, полученные паллиативными способами, очень близки к радикальным моделям гипобиоза, которые отличаются только тем, что их можно безопасно пролонгировать неделями и в любых заданных температурных диапазонах.

    Важное значение имеет возможность устойчивого поддержания заданных температурных диапазонов, искусственной газовой среды, влажности и других параметров среды. Все известные в литературе способы охлаждения теплокровных животных и человека можно разделить на две основные группы: с внутренним и внешним охлаждением. Внутреннее охлаждение в основном используют хирурги во время проведения операции, оно не представляет непосредственного интереса для изучения пролонгируемых гипометаболических состояний. Внешнее охлаждение более широко используется как в клинике, так и в эксперименте. Довольно часто используется охлаждение водой с пониженной температурой (2 –12°С); охлаждение с помощью холодовых одеял, костюмов, пузырей со льдом; воздушное охлаждение через кожные покровы в холодильной камере или обдув холодным воздухом. Однако, по мнению большинства исследователей метод охлаждения теплокровного организма не имеет решающего значения для охлаждения теплокровного организма. Однако для экспериментальной работы более целесообразно использовать те способы, которые наиболее приемлемы как для охлаждения, так и для длительного поддержания пониженных температур. В процессе проведения работы нами было использовано более 10 модификаций разных типов камер, от простейших холодильных боксов до сложных установок, позволяющих с высокой точностью поддерживать заданные параметры среды. Наиболее простые термокамеры, рассчитанные на поддержание умеренно низких температур были объемом не более1 куб. м. и предназначались как для охлаждения, так и для пролонгирования животных с пониженной температурой тела (рис 13, I,II). Кроме того, эти камеры использовались для различных вспомогательных целей, внутрь которых помещались малого объема барокамеры или микроскоп, позволяющий проводить исследования на клеточном уровне в заданных температурных режимах. При этом микроскоп устанавливали в камеру, а окуляры выводились через специальное окно в центре передней прозрачной стенки камеры и тщательно изолировались теплоизолирующей муфтой. Через специальные теплоизолирующие рукава можно было иметь доступ к объекту исследования и проводить все необходимые манипуляции. 

Рис. 13. Варианты наиболее простых термокамер с режимом поддержания температур по холоду и их использование для решения определенных целевых задач. 

1. – Корпус камер обычно изготавливался из дерева, а внутренняя поверхность обшивалась тонким металлическим листом или сеткой. 2-серийные компрессоры от бытовых холодильников; 3- испарители; 4-контактный электротермометр; 5-вентиляционные устройства; 6-смотровой люк; 7-электровводы; 8-газовые штуцеры; 9- сферический прозрачный колпак; 10-газоизолирующая манжета; 11- штуцеры для подачи газовой смеси. 

Луч света через боковой иллюминатор направлялся на вогнутое зеркало и отражался на зеркало микроскопа, что позволяло хорошо освещать и не нагревать объект исследования. Использовались и другие варианты камер, среди которых наиболее удобной, при проведении опытов с применением искусственной газовой среды, оказалась камера с выносом головы наружу и закрытием ее прозрачным сферическим колпаком (Рис.13, II). Для этих целей использовался сферический колпак от космического скафандра предназначенного для катапультирования собак. Этот колпак обеспечивал надежную герметизацию от камеры и легко снимался при необходимости, а также позволял быстро восстанавливать режим газовой среды при манипуляциях в области головы. Использовались и другие конструкции камер, рассчитанные на создание вакуума, которые были использованы для получения гипометаболических состояний в условиях разрежения. Для изготовления вакуумных барокамер были использованы цилиндрические стерилизаторы высокого давления (объемом около 1 куб. м.). Толстостенная металлическая конструкция такой камеры теплоизолировались, а в боковую стенку заваривалась высокопрочная стеклянная рама, позволяющая вести наблюдение за экспериментом. Контроль за поддержанием уровня разрежения в такой камере проводился с помощью авиационного высотомера (ВД – 30) при непрерывной работе вакуумного насоса и сохранении постоянного вентиляционного подсоса воздуха заданной температуры. Кроме воздушного охлаждения использовались также глицериновые камеры, которые конструктивно отличались лишь тем, что были изготовлены из листового металла и загружались через верхнюю крышку камеры. Камера на 1/4 заполнялась глицерином, а холодопродукция производилась через поддон заполненный глицерином, который непрерывно перемешивался специальной электромешалкой. Животное погружалось в глицерин в наклонном положении, а голова животного приподнималась специальным приспособлением и удерживалась над поверхностью глицерина. Необходимость подобной камеры диктовалась тем, что для охлаждения теплокровных животных, особенно крупных (кролика, кошки, собаки), до температур, близких к 0°С воздушное охлаждение оказалось неприемлемым, т.к. было невозможно исключить их обморожения (особенно конечностей). Глицериновая камера позволяла равномерно и достаточно быстро охлаждать животных до заданных температур при температуре глицерина не ниже 0 –1°С. Однако все эти и другие варианты экспериментальных камер не позволяли вести групповые эксперименты, что было особенно важно на заключительном этапе работы при стандартизации режимов пролонгирования той или иной модели гипобиоза. Для поисковых исследований особенно важно было с высокой точностью поддерживать такие заданные параметры среды, как температуру, контролировать газовый состав среды, влажность и т.д. Возникла необходимость оснастить лабораторию современными универсальными камерами и необходимой аппаратурой.  Большую поддержку в решении технических вопросов оказал С.П.Королев, при непосредственной поддержке которого заводом «Медизприбор» были изготовлены уникальные исследовательские установки (УИА–1; УИА–2). Эти установки представляли собой герметически замкнутые камеры – одну большую (УИА–1) и две малых (УИА–2) с автоматическим режимом функционирования и оснащенные комплектами исследовательской аппаратуры. Наиболее совершенная из них (УИА–1) удовлетворяла всем основным санитарно – гигиеническим нормам и требованиям клинической медицины. Изготовление этой установки предполагало перспективу ее дальнейшего использования при гипометаболических способах лечения и реабилитации жизни человека после разного рода аварий и катастроф. На этапе проведения научно – исследовательских работ такая камера могла служить идеальной установкой для проведения опытов на большой группе животных, что ускоряло перспективу набора необходимого статистически достоверного материала необходимого для получения разрешения выхода в клинику. Камера УИА –1 позволяла быстро изменять и длительно поддерживать в автоматическом режиме температуру в диапазоне от –20°С до +50°С и относительную влажность в пределах 30 – 100%. Эта установка (Рис.14,15, 16) состоит из пяти основных частей: собственно холодильной камеры (емкостью 8 куб м.), пульта управления, узла подготовки воздуха (УПВ), блока осушения и машинного отделения. Для представления о принципе функционирования установки УИА – 1, мы считали целесообразным рассмотреть принципиальную схему ее работы и принципы взаимодействия отдельных узлов и блоков (рис.14

Рис. 14. Принципиальная схема работы исследовательской установки (УИА –1) 

1. Собственно камера; II.Узел подготовки воздуха; III. Блок осушения; А-«вестибюль»; Б-термоотсек; 2-съемная перегородка; 3-испарители; 4-нагреватели; 4а-фильтр; 5-увлажнитель; 6-оттаиватель; 7- стол; 8-подвижной рентгеноаппарат; 9 -патроны с селикогелем; 10 компрессор; 11--воздухозаборник;  

Собственно камера (I) имеет надежную теплоизоляцию, двойной металлический экран разделена съемной теплоизолирующей прозрачной перегородкой (2) на два отсека: «вестибюль»(А) и термоотсек (Б). Перегородка введена с целью экономии энергетических ресурсов и в случае необходимости ее легко снять. Охлаждение камеры проводилось из машинного отделения двумя серийными компрессорами мощностью по 1500 ккал. холодопродукции. Нагрев подаваемого в камеру воздуха осуществлялся с помощью электробатарей – нагревателей (5000 ккал.), которые располагались в УПВ. Испарители (3) и нагреватели (4) непрерывно обдуваются воздушным потоком, поступающим в кондиционер (5 – 30 л/мин). ? При открытой системе кондиционирования воздух забирается из помещения, очищался фильтрами (4а), осушался селикогелем (9). Затем с помощью двух воздуходувок очищенный воздух поступал в камеру увлажнения (5), проходил через нагревательные батареи (4), испарители (3) и поступал в камеру. В случае появления снеговой «шубы» на испарителях включали оттаиватели, которые за несколько минут очищали поверхность батарей охлаждения (6). Регистрация, контроль и регулировка всех параметров производятся автоматически с пульта управления по показаниям датчиков, расположенных в камере. Для плавного выхода на заданный температурный режим (за 1 – 1,5°С) происходило автоматическое отключение одного из холодильных агрегатов и весь последующий режим пролонгирования проводился только на одном холодильном агрегате. При нагреве камеры за 2 – 3°С до заданного температурного режима так же отключалось половина мощностей нагревателей. Такое регулирование позволяло избегать инертности и с высокой точностью (±0,5°С) поддерживать заданный температурный режим.. В конструкции установки был также предусмотрен вариант, при котором вместо датчика температуры камеры можно было подключать специальный датчик – термометр, который в период пролонгирования гипобиоза можно вводить животному ректально. В этом случае температурный режим камеры регулируется заданным режимом ректальной температуры животного, которая в зависимости от задач эксперимента может устанавливаться на любом заданном уровне. Блок осушения связан с камерой с помощью воздухопроводов и конструктивно представляет собой установку с двухканальной переключающейся системой и автоматическим осушением селикогеля. Вся установка может работать в замкнутом режиме при сохранении заданного газового состава среды и других ее параметров и в открытом цикле с выбросом вентилируемого воздуха за пределы помещения. На Рис. 15, представлен общий вид установки УИА–1. На переднем плане герметически закрывающаяся дверь к узлу подготовки воздуха (УПВ). Справа, смотровое окно и панель электрических вводов и газоподводящих штуцеров, слева видна входная дверь в «вестибюль» камеры 

Рис 15. Общий вид установки УИА–1 

На рис.16 представлена компоновка узла подготовки воздуха и пульт управления автоматического поддержания заданных параметров в экспериментальной камере 

Рис 16. компоновка узла подготовки воздуха (УПВ), входящего в состав большой экспериментальной камеры работающей в автоматизированном режиме. 

Меньшими по размеру были камеры УИА – 2, принцип работы которых и внешний вид представлены на рисунках 17 – 18. Полезный объем этих камер составлял 1 куб. м. и рассчитаны они были на длительное и с высокой точностью поддержание заданных температурных и влажностных параметров среды. Каждая установка (УИА –2) состояла: из собственно камеры (I), автономного блока кондиционирования воздуха (II) и передвижного рассольного агрегата (III). Собственно камера УИА – 2 представляла собой теплоизолированный герметический ящик (1) с двойным металлическим экраном (рис 17) и с автономным режимом охлаждения (ФАК–1, 5). На потолке камеры (2) и в специальном поддоне (3) располагались испарители и блоки нагревателей, обдуваемые вентилятором (4). Кроме того, в камере предусмотрены автоматически перекрываемые штуцеры (5), к которым можно было подключать устройства локального охлаждения и нагревания. Автономный блок кондиционирования (II) представлен одноканальной системой, состоящей из поглотителя влаги (6), увлажнителя (7) и компрессора (8), перекачивающего воздух по замкнутой или открытой системе. 

Рис 17. Принципиальная схема работы малой установки УИА–2. 

I – собственно камера; II – автономный блок кондиционирования воздуха; III – рассольный агрегат; IV – наголовник; V – холодовое одеяло 1 – корпус камеры; (2 – 3) – испарители; 4 – вентиляторы; 5 – штуцеры; 6 – осушители; 7 – камера увлажнения; 8 – компрессор; 9 – штуцеры подключения рассольного агрегата; 10 – теплоизолированные шланги; 11 – термосмеситель; 12 – холодильный агрегат; (13 – 13а) – автоматически регулируемые штуцеры; 14 –(ФАК–1,5) – холодильный агрегат для автономного режима работы камеры. 

При необходимости животному, находящемуся в камере, можно было производить локальное охлаждение или нагревание различных областей тела с помощью наголовника или холодового одеяла путем подключения этих устройств к штуцеру внутри камеры (5). При необходимости комбинированного охлаждения рассольный агрегат (III) подсоединялся к камере разъемными штуцерами (9). При этом раствор этиленгликоля по гибкому шлангу (10) поступал в рассольный агрегат, где распределялся по двум каналам. В одном из каналов (А) раствор охлаждался проходя через сеть трубопроводов с температурой –20°С и направлялся в смеситель – (11). Охлаждение сети трубопроводов проводилось холодильной машиной (12) мощностью 700 ккал., установленной в рассольном агрегате. По второму каналу (Б) раствор этиленгликоля поступал в нагреватель, где температура поддерживалось в пределах +100°С, а затем также поступал в смеситель (11). Регулирование уровня открытия штуцеров из охладителя и нагревателя можно было проводить вручную и автоматически с пульта управления по заданной программе. Затем полученная смесь заданной температуры с помощью помпы подавалась к штуцерам холодильной камеры (5). На рис 18 показаны две камеры УИА – 2, конструкция которых различается незначительно. 

Рис. 18 внешний вид малых камер УИА - 2 

Конструктивно во все варианты изготовленных камер УИА –1 и УИА–2, казалось бы, заложены некоторые элементы сложности. Необходимость такого конструктивного решения обусловлено перспективой их дальнейшего совершенствования и автоматизации для работы в автономном режиме. При этом учитывалась перспектива их дальнейшего функционирования в режиме, увязанном с предполагаемыми особенностями и возможностями космических кораблей (типа ТМК).

Copyright © 2007 Тимофеев Николай Николаевич