Научный сотрудник лаборатории токсикологии, ФГБНУ «НИИ МТ».
e-mail: artmakf@yandex.ru
Research associate of laboratory of toxicology, Izmerov Research Institute of Occupational Health.
e-mail: artmakf@yandex.ru
Введение. Критическая стадия высотной болезни, развивающаяся на высотах более 8 км, проявляется потерей сознания, судорогами, апноэ с последующим смертельным исходом. Механизм — острое кислородное голодание организма, в частности головного мозга, на фоне низкого парциального давления кислорода. Группы риска — профессиональные альпинисты и гиды, спортсмены-экстремалы, лётчики. Одним из возможных путей профилактики негативного воздействия острой гипобарической гипоксии является снижение уровня метаболизма — перевод организма в состояние искусственного гипобиоза. При общем снижении потребности организма в кислороде, большее его количество должно оставаться в артериальной крови для обеспечения базовых потребностей тканей головного мозга и предотвращения необратимых ишемический нарушений.
Цель исследования — оценить эффективность защиты организма от условий острой гипобарической гипоксии с помощью снижения уровня метаболизма.
Материалы и методы. Исследование выполнено в 2 этапа. На 1-м определяли возможность применения модели искусственного гипобиоза, на 2-м — эффективность модели. Самцы сирийских хомяков массой 90–110 г. разделены на 5 групп по 8 голов — 2 опытные (по группе на каждом этапе) и 3 контрольные (1 на 1-м, 2 — на 2-м). Для индукции искусственного гипобиоза животным опытных групп внутримышечно вводили суспензию α-метилдопа 1 г/кг. Животным контрольных групп вводили 0,9% NaCl. На 1-м этапе проводили непрямую калориметрию — измеряли скорость потребления кислорода и углекислого газа. Измерение проводили дважды — до внутримышечной инъекции и через 3 часа после. На 2-м этапе моделировали острую форму высотной болезни. Каждое животное помещали в барокамеру через 3 часа после инъекции. Создавали разрежение воздушной среды до 30 кПа и 20 кПа. Осуществляли непрерывное визуальное наблюдение. Регистрировали наличие сознания, время поддержания позы, судорог, начала агонального дыхания, апноэ.
Результаты. На 1-м этапе у животных опытной группы средняя скорость потребления О2 до инъекции — 4,04±0,3 мл/100 г/мин, после — 2,70±0,11 мл/100 г/мин (p<0,01), выделения СО2 — 3,17±0,27 мл/100 г/мин и 2,26±0,09 мл/100 г/мин (p<0,01) соответственно. У животных контрольной группы средняя скорость потребления О2 до инъекции — 3,80±0,43 мл/100 г/мин, после — 3,88±0,37 мл/100 г/мин, выделения СО2 — 2,95±0,31 мл/100 г/мин и 2,92±0,2 мл/100 г/мин, соответственно.
На 2-м этапе у животных контрольной группы при разрежении 20 кПа проявлялись симптомы острого поражения центральной нервной системы. Среднее время поддержания позы составило 3±2 с, время начала первых генерализованных судорог — 20±3 с, вторых — 56±5 с, начала агонального дыхания — 52±9 с, апноэ — 114±26 с. Сознание у всех животных отсутствовало. У животных опытной группы с индукцией искусственного гипобиоза при разрежении 20 кПа проявлений острого поражения центральной нервной системы не отмечено. В контрольной группе при разрежении 30 кПа у 1 животного из 8 были отмечены судороги на 56 с с начала экспозиции.
Выводы. Экспериментально доказана эффективность снижения уровня метаболизма для профилактики потери сознания и развития генерализованных судорог в условиях острой гипобарической гипоксии; в состоянии искусственного гипобиоза более чем в 20 раз увеличивается время безопасного пребывания в гипоксической среде.
Этика. Исследования с участием лабораторных животных проходили с соблюдением необходимых нормативных актов (Хельсинкской декларации 2000 г. о гуманном отношении к животным и «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приказ Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г.)). Протокол исследования был одобрен этическим комитетом ФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова».
Участие авторов:Макаров А.Ф. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;Ткачук Ю.В. — сбор и обработка данных;Тоньшин А.А. — редактирование;Бухтияров И.В. — концепция и дизайн исследования.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Конфликт интересов отсутствует.
Дата поступления: 09.01.2023 / Дата принятия к печати: 11.01.2023 / Дата публикации: 25.02.2023
Introduction. Critical stage of acute mountain (altitude) sickness, manifesting by loss of consciousness, convulsions, apnea and high risk of death, develops at altitudes above 8 km. Acute oxygen starvation of the central nervous system while significant hypobaric hypoxia is the main mechanism of critical stage of acute mountain sickness. Alpinists and professional guides, extreme athletes are the main risk group. It is proposed to reduce the level of metabolism (artificial hypobiosis induction) to prevent the negative impact of acute hypobaric hypoxia on central nervous system.
The study aims to assess the efficiency of the metabolic rate reduction for the organism negative impact prevention while acute hypobaric hypoxia.
Materials and methods. Study had 2 stages. The 1st — definition of the possibility of using artificial hypobiosis model. The 2nd — the model efficiency definition. Syrian hamsters 90–110 g weight were used in the study. 5 groups, 8 animals in each. Animals of two experimental groups (1 — on the 1st stage and 1 — is on the 2nd) had intramuscular injections of 1 g/kg Methyldopa (CAS Number 555-30-6). Animals control groups (1 — on the 1st stage and 2 — is on the 2nd) had 0,9% NaCl. Indirect calorimetry was performed on the 1st stage. Oxygen consumption and carbon dioxide elimination speed were measured in each animal group twice: before intramuscular injection and 3 hours after. Critical stage of acute mountain (altitude) sickness was performed on the 2nd stage. In 3 hours after intramuscular injection animals of each group had been placed in hypobaric chamber. 30 kPa underpressure for control group #1 animals and 20 kPa for control group #2 and experimental group animals, speed — 1,25 kPa/s. To avoid CO2 accumulation continuous chamber air flow was made. Continuous visual observation carried out. Consciousness, posture maintenance time, convulsive seizures, agonal breathing, and apnea were registered.
Results. 1st stage. Experimental group animals’ mean base oxygen consumption speed was 4,04±0,3 ml/100 g/min, and 2,70±0,11 ml/100 g/min (p<0,01) after intramuscular injection., carbon dioxide elimination speed was 3,17±0,27 ml/100 g/min and 2,26±0,09 ml/100 g/min (p<0,01) respectively. Control group animals’ mean base oxygen consumption speed was 3,80±0,43 ml/100 g/min, and 3,88±0,37 ml/100 g/min after intramuscular injection, carbon dioxide elimination speed was 2,95±0,31 ml/100 g/min and 2,92±0,2 ml/100 g/min, respectively. 2nd stage. 20 kPa control group: since start of exposure the average animal posture maintenance time was 3±2 s, the first convulsion time — 20±3 s, the second convulsion — 56±5 s, agonal breath start — 52±9 s, apnea — 114±26 s. Consciousness absence in all animal was observed. Experimental group: none of the parameters is to register were observed. All animals had consciousness, actively restored their position, while chamber was tilted. The exposure lasted for 20 minutes. 30 kPa control group: 1 animal of 8 had convulsions on 56 s of 20-minute exposure. None of the parameters is to register were observed in other animals. All animals had consciousness, actively restored their position, while chamber was tilted.
Conclusions. The effectiveness of lowering the metabolic rate for the prevention of loss of consciousness and the development of generalized convulsions in acute hypobaric hypoxia has been experimentally proven; in a state of artificial hypobiosis, the time of safe stay in a hypoxic environment increases by more than 20 times.
Ethics. The study was carried out in accordance with the ethical principles of the Declaration of Helsinki. The Clinical Study Protocol was reviewed at a meeting of the local Ethics Committee FSBSI IRIOH.
Contribution:Makarov A.F. — research concept and design, data collection and processing, text writing;Tkachuk Yu.V. — data collection and processing;Tonshin A.A. — editing;Bukhtiyarov I.V. — concept and design of the study.
Funding. The study had no funding.
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.
Received: 09.01.2023 / Accepted: 11.01.2023 / Published: 25.02.2023
The authors declare that there are no conflicts of interest present.