Общепринятые традиции и стандарты оказания неотложной медицинской помощи людям при острой ишемии сердца, кишечника, конечностей и других органов до сих пор лишены рекомендаций по локальному охлаждению зоны ишемии. В то же время, еще в 1983 году локальная гипотермия была предложена для эффективной защиты органов и тканей от необратимых повреждений при ишемии, поскольку, с одной стороны, охлаждение консервирует ткани и ингибирует их метаболизм (особенно сильно – аэробный) и этим уменьшает потребность в кислороде [13, 14, 15, 19], а с другой стороны, угнетает свертывающую системы крови, предотвращает закупорку кровеносных сосудов тромбами [22,23,50] и способствует развитию холодовой гиперемии, чем улучшает доставку артериальной крови [20, 23, 24, 45].
Цель исследования – доказательство приоритета Российских ученых в разработке способа холодовой защиты сердца, конечностей, кишечника и других органов и тканей от инфаркта (некроза) при их ишемии.
Материалы и методы исследования
Возможность успешной холодовой защиты изолированных митохондрий миокарда от гипоксического повреждения доказана температурными особенностями технологии выделения и хранения митохондрий. В частности, общепринятая методика включает лабораторное измельчение и приготовление гомогената миокарда из охлажденного сердца в холодной комнате (при температуре около 0 °С), выделение митохондрий путем центрифугирования охлажденного (до 0 °С) гомогената сердечной мышцы в рефрижераторной центрифуге, приготовление холодного гомогената митохондрий и его последующее хранение при температуре тающего льда [1, 2, 5].
Способность охлаждения угнетать функциональную активность мембран субклеточных структур и клеток (включая мембранные рецепторы) показана в опытах с изолированными митохондриями, эритроцитами [10, 13, 23, 4] и зерновками злаковых культур (пшеницы, ржи, ячменя и овса) [31].
Способность холода повышать вязкость растворов лекарственных средств, крови, плазмы и других коллоидных жидкостей, повышать твердость кожи, подкожно-жировой клетчатки, стенок кровеносных сосудов и эластичных трубок (являющихся составными частями устройств, предназначенных для инфузионного внутрисосудистого введения плазмозамещающих жидкостей) показана при их прямом охлаждении вплоть до 0 °С [30, 36, 37, 46, 3].
Возможность успешной холодовой защиты сердца, селезенки, печени, почек, кишечника, конечностей, а также кровеносных сосудов различных органов от некроза при ишемии и гипоксии показана в опытах с длительным хранением сегментов изолированного сердца, матки, кровеносных сосудов, кишечника, а также порций крови и плазмы при температуре тающего льда [29]. Возможность удлинения периода безопасной ишемии за счет охлаждения зоны ишемии в органах показана результатами экспериментов с острой ишемией кишки и конечностей в условиях локального охлаждения тканей в зоне ишемии до +18 °С в опытах на собаках, кошках и крысах [34], а также в клинических условиях у пациентов при острой и хронической ишемии нижних конечностей [3, 34].
Результаты исследования и их обсуждение
Для разработки новых способов повышения устойчивости миокарда к недостатку артериальной крови при ишемии первоначально было решено воспользоваться гипотезой профессоров М.Н. Кондрашовой и Л.Д. Лукьяновой, основанной на том, что адаптация биологических объектов к стресс-факторам (в данном случае – к недостатку кислорода) может быть повышена посредством активации выработки энергии в митохондриях, в частности за счет активного окисления янтарной кислоты. Однако полученные нами в ходе работы результаты противоречили этому предположению. В частности, при изучении процессов дыхания и окислительного фосфорилирования в изолированных митохондриях ишемизированной сердечной мышцы крыс и собак установлено, что активируют функцию митохондрий гипертермия, адреналин [21], производные метилксантинов (кофеин-бензоат натрия) [11] и донаторы Ca2+ (кальция хлорид) [2, 8], то есть воздействия, способствующие развитию инфаркта. С другой стороны, было показано, что недостаток кислорода, гипотермия, антиангинальные препараты (нитроглицерин, нитрит натрия, папаверина гидрохлорид, но-шпа и производные феноотиазина) тормозят аэробный и энергетический обмен в митохондриях [1, 2, 6, 7, 8]. Причем, было показано, что антиангинальные средства угнетают дыхание не только в изолированных митохондриях, но и в миокарде [17], повышая устойчивость митохондрий и миокарда к кальциевому повреждению за счет ограничения энергозависимого захвата Са2+ митохондриями [2, 27].
Анализ полученных данных позволил обнаружить, что охлаждение митохондрий и местное действие на них антиангинальных средств угнетает интенсивность окисления янтарной кислоты наподобие малоновой кислоты [9]. Поэтому выявленное нами угнетение функции митохондрий было названо малонатподобным действием [10, 13].
Иными словами, оказалось, что гипертермия и лекарственные средства, провоцирующие приступ стенокардии и инфаркт, стимулируют дыхание, окислительное фосфорилирование, а гипотермия, ишемия и лекарственные средства, обладающие противоишемическим действием, наоборот, угнетают функцию митохондрий и интенсивность окисления сукцината по типу малоновой кислоты. Поскольку сама ишемия также вызывает аналогичное угнетение дыхательной и энергообразующей функции митохондрий в ранний период ишемии [2, 5, 6], когда миокард еще жизнеспособен, подобные изменения решено было оценить как адаптационные, повышающие выживаемость сердца при недостатке артериальной крови.
Результаты последующих экспериментов на животных и клинических наблюдений за пациентами показали, что, гипотермия, ишемия, нитриты, нитраты, производные изохинолина и фенотиазина угнетают аэробный обмен не только в миокарде, но и в стенках кровеносных сосудов сердца, конечностей, кишок и других органов, уменьшая потребность их в кислороде и снижая скорость энергозависимых процессов. В частности, было показано, что возникающее при этих воздействиях снижение образования энергии в митохондриях уменьшает сократительную активность всех мышц, предотвращает и устраняет спазмы и контрактуры в поперечно-полосатых и гладкомышечных структурах [12, 13]. Более того, оказалось, что недостаток кислорода и/или артериальной крови угнетает не только дыхание и окислительное фосфорилирование, но и выработку тепла, приводя, к значительному охлаждению зоны ишемии в условиях комнатной температуры [47].
Проведенный нами анализ полученных результатов показал, что наиболее сильно ингибирует аэробный обмен именно охлаждение. Такой вывод побудил нас кардинально пересмотреть рабочую гипотезу. В связи с этим для предотвращения инфаркта и некроза миокарда и других тканей при их ишемии нами было предложено не активировать, а угнетать метаболизм и консервировать ткани с помощью физического понижения температуры зоны ишемии [13, 25, 26, 32].
Для проверки универсальности этой гипотезы нами были проведены соответствующие эксперименты на органах брюшной полости экспериментальных животных. Результаты экспериментов показали, что локальное охлаждение зоны ишемии в печени, селезенке, почке или тонкой кишке in situ повышает выживаемость их ишемизированных участков за счет уменьшения потребности в артериальной крови посредством угнетения метаболизма, включая аэробный обмен, с одной стороны, и за счет улучшения кровотока в органах посредством холодовой гиперемии и холодовой гипокоагуляции плазмы, с другой стороны [22, 23, 24, 28, 32].
На этом этапе исследований в качестве эталона защитного действия на миокард и другие органы и ткани было предложено рассматривать состояние их метаболизма в условиях локального охлаждения до +18 °С [14, 15, 16]. В частности, предлагалось использовать локальную гипотермию для обнаружения изменений метаболизма, которые следует повторять с помощью фармакологических препаратов для защиты миокарда от необратимого повреждения при ишемии [14, 15, 16, 18, 19]. Кроме этого, предлагалось локально охлаждать любой участок тела при его ишемии, гипоксии и иных патологических состояниях, поскольку холод надежно, быстро и безопасно «консервирует» все ткани нашего организма, представляя собой универсальный защитный фактор, предотвращающий повреждение за счет комплексного угнетения метаболизма [25, 26, 29, 30, 33, 34, 35].
Вслед за этим были проведены исследования свертывающей способности крови в лабораторных условиях in vitro, а также при острых раневых кровотечениях у экспериментальных животных в условиях локальной гипо-, нормо- и гипертермии. Результаты показали, что температура изолированной порции крови и крови, находящейся на раневой поверхности, является важнейшим фактором гемостаза [38]. Было показано, что повышение температуры с +37 до +42 °С ускоряет, а понижение температуры с +37 до +18 °С понижает свертываемость крови и плазмы [38, 39,40,41,50]. Кроме этого оказалось, что местное действие на кровь растворов большинства традиционных кровоостанавливающих и плазмозамещающих средств снижает в ней коагуляционную активность вследствие водного разведения плазмы [48] и ее охлаждения, поскольку вводимые в кровь лекарства являются холодными (а именно – имеют комнатную температуру, то есть +24 – +26 °С) [49].
Полученные результаты позволили разработать несколько новых способов остановки кровотечений, основанных на локальном нагревании кровоточащей поверхности до +42 °С в условиях ее ишемии [23, 29, 32, 33, 38, 39, 40, 41, 46], и предложить несколько новых способов и средств фармакохолодовой терапии острых и хронических ишемических болезней различных участков тела, основанных на локальном охлаждении зоны ишемии до +18 °С [23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 34, 35].
Первыми клиницистами, принявшими участие в экспериментальных исследованиях и клинических испытаниях противоишемического действия локальной гипотермии, явились врачи-хирурги кардиологического диспансера Ижевска Евгений Германович и Юрий Германович Одиянковы [30, 43], а первыми учеными, поддержавшими данное научно-практическое направление, стали профессор Института консервации и трансплантации органов (г. Москва) Нина Андреевна Онищенко и академик Федор Григорьевич Углов (г. Санкт-Петербург). Первая научная статья, демонстрирующая высокую терапевтическую эффективность локального охлаждения при лечении острой непроходимости артерий конечности, была опубликована в журнале «Вестник хирургии» [44], главным редактором которого в то время являлся выдающийся кардиохирург, академик Ф.Г. Углов.
Высокая эффективность способа предотвращения инфаркта (некроза, гангрены) при ишемии, основанного на локальном охлаждении тканей ишемизированной зоны, была убедительно доказана в клинике под руководством основателя сосудистой хирургии в Удмуртии, профессора Михаила Федоровича Муравьева при лечении пациентов, страдающих острой и хронической ишемией нижних конечностей [3, 42, 44]. При этом было выявлено побочное действие холода – первоначальное развитие кратковременного (до 6 минут) холодового спазма кровеносных сосудов, сопровождаемого появлением чувства боли, и повышение вязкости (твердости) тканей при охлаждении. Проведенные нами исследования позволили выяснить, что твердость тканей при их охлаждении повышается из-за их тугоплавкости, а спазм (мышечная контрактура) гладкомышечных элементов при понижении температуры развивается рефлекторно с участием холодовых рецепторов, расположенных вблизи от миоцитов. Поэтому для устранения холодового спазма гладкомышечных элементов и сохранения эластичности охлаждаемых участков тела нами было предложено применять антифризы (спирт этиловый), анестетики и легкоплавкие жиры и масла для общего и/или местного их действия [3, 4, 36, 37, 45].
Заключение. Опираясь на результаты собственных лабораторных, экспериментальных и клинических исследований особенностей динамики биофизического и физико-химичсекого состояния субклеточных, клеточных, тканевых структур и отдельных органов животных и человека при их ишемии, протекающей в условиях локальной гипо-, нормо- и гипертермии, дополненной современными медикаментозными воздействиями (за исключением кислорода и его донаторов, в частности, перекиси водорода), установлено, что локальная нормо- и/или гипертермия, практически не удлиняет, а локальная гипотермия (локальное охлаждение) удлиняет период безопасной ишемии независимо от медикаментозных воздействий. Доказано, что локальное действие холода на ткани является способом локальной холодовой их консервации.
Разработаны оригинальные способы и средства локальной фармакохолодовой защиты миокарда и других тканей и органов от инфаркта (некроза), основанные на предварительном введении антифризов, анестетиков и легкоплавких масел и жиров и последующем понижении температуры в зоне ишемии до +18 °С. Показано, что локальная гипотермия зоны ишемии в различных органах удлиняет в 2-3 раза момент наступления в ней некроза (инфаркта). Иными словами локальное охлаждение тканей в зоне ишемии миокарда (и других тканей) повышает их устойчивость к недостатку артериальной крови и удлиняет момент развития инфаркта (некроза, гангрены) в 2-3 раза.