zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2024-64-8-506-517dvgnwezurniimtpe-3531Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОбоснование возможности использования жидкостной искусственной вентиляции лёгких для лечения острого респираторного дистресс-синдрома токсического генезаJustification of the possibility of using liquid artificial lung ventilation for the treatment of acute respiratory distress syndrome of toxic genesishttps://orcid.org/0009-0002-0321-2829ИсабековНиколай РинатовичIsabekovNikolay R.

Научный сотрудник лаборатории разработки метода газожидкостной искусственной вентиляции лёгких

e-mail: isabekov.nikolai@yandex.ru

Researcher, Laboratory for the Development of the Method of Gas-Liquid Artificial Ventilation of the Lungs, Izmerov Research Institute of Occupational Health

e-mail: isabekov.nikolai@yandex.ru

isabekov.nikolai@yandex.ruТоньшинАнтон АлександровичTonshinAnton A.

Заведующий лабораторией токсикологии, канд. биол. наук

e-mail: atonshin@yandex.ru

Head of the Laboratory of Toxicology, Izmerov Research Institute of Occupational Health, Dr. of Sci. (Biol.)

e-mail: atonshin@yandex.ru

atonshin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3627-7031БонитенкоЕвгений ЮрьевичBonitenkoEvgenij Yu.

Главный научный сотрудник лаборатории разработки метода газожидкостной искусственной вентиляции лёгких, д-р мед. наук, профессор

e-mail: eu_bonitenko@mail.ru

Chief Researcher, Laboratory for the Development of a Method of Gas-Liquid Artificial Lung Ventilation, Izmerov Research Institute of Occupational Health. Dr. Sci. (Med.), Professor

e-mail: eu_bonitenko@mail.ru

eu_bonitenko@mail.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»РоссияIzmerov Research Institute of Occupational HealthRussian Federation202416092024648506517Copyright © Исабеков Н.Р., Тоньшин А.А., Бонитенко Е.Ю., 20242024Исабеков Н.Р., Тоньшин А.А., Бонитенко Е.Ю.Isabekov N.R., Tonshin A.A., Bonitenko E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3531Введение

Введение. Пульмонотоксиканты — это химические вещества, вызывающие бронхоспазм и повреждение альвеолярно-капиллярной мембраны. Поражения дыхательной системы пульмонотоксикантами при авариях на промышленных предприятиях особенно актуальны в настоящее время. Существующие методы лечения при поражении пульмонотоксикантами и развитии острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) становятся малоэффективными, поэтому одной из задач современной медицины является разработка новых методов лечения ОРДС. Одним из таких методов может являться создание «терапевтического окна» путём применения перфторуглеродных (ПФУ) жидкостей. Представлена экспериментальная оценка применения жидкостной искусственной вентиляции лёгких (ЖИВЛ) ПФУ жидкостями на модели ОРДС лёгких.

Цель исследования

Цель исследования. Изучить возможность применения жидкостной искусственной вентиляции лёгких для создания терапевтического окна при лечении острого респираторного дистресс-синдрома химической природы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование проведено на самцах крыс вида Вистар возрастом 4 месяца, массой 180–190 г. Токсический отёк лёгких инициировался эндотрахеальным введением 0,1 М раствора HCl. Наркотизированных крыс интубировали канюлей после чего интратрахеально вводили 0,1 М раствора HCl в дозе 2 мл/кг и ожидали снижения сатурации ниже 80. Затем рандомизировали животных по массе на группы по 6 особей в каждой. Животных контрольной группы подключали к аппарату ИВЛ. Животным опытной группы проводили ЖИВЛ ПФУ жидкостями в течение часа, затем переводили на ИВЛ. В качестве ПФУ жидкости использовали перфтордекалин. Регистрировали частоту сердечных сокращений, сатурацию кислородом, ректальную температуру, продолжительность выживания, а также общую выживаемость по группам.

Результаты

Результаты. В контрольной группе после инстилляции 0,1 М раствора HCl и подключения к аппарату ИВЛ в течение первых 25–30 мин. наблюдалось постепенное снижение SpO2 до 74,0±5,6% (фон — 95,0±3,5%) и увеличение ЧСС до 182,0±8,6 уд./мин., (фон — 278,0±14,8 уд./мин.) после чего происходила декомпенсация состояния животных. У животных экспериментальной группы после подключения к аппарату ЖИВЛ регистрировалось резкое снижение ЧСС в течение первых 5 мин. до 61,0±8,5 уд./мин. В свою очередь сатурация в течение всей ЖИВЛ значительно не изменялась и находилась в диапазоне от 95 до 100%. В результате проведённых экспериментов было отмечено, что средняя продолжительность выживания в опытной группе составляла 256,0±34,5 мин., что достоверно (р<0,001) более чем в 5 раз превышало данный показатель у животных в контроле — 45,3±4,3 мин.

При изучении ректальной температуры у животных контрольной группы значительных изменений выявлено не было. В свою очередь у животных опытной группы отмечалось резкое снижение ректальной температуры в течение первых 30 мин. от начала ЖИВЛ, в среднем на 5,8±1,6°С.

В результате патологоанатомического вскрытия были выявлены различия в массовых коэффициентах лёгких в разных группах. Так, в контрольной группе и опытной группах он составил 1,67±0,06 и 2,4±0,045% соответственно.

Выводы

Выводы. На модели ОРДС, вызванного эндотрахеальным введением 0,1М раствора соляной кислоты, было показано, что ЖИВЛ с использованием ПФУ жидкостей низких температур в отличии от обычной механической вентиляции позволяет в течение длительного времени поддерживать стабильное состояние животных; эвакуировать значительное количество отёчной жидкости из лёгких и тем самым увеличить продолжительность их выживания.

Представленные выше данные свидетельствуют о том, что применение гипотермической ЖИВЛ может быть использовано для создания «терапевтического окна» при ОРДС, в том числе и при его наиболее тяжёлой форме — альвеолярной стадии токсического отёка лёгких.

Этика

Этика. Исследования с участием лабораторных животных проходили с соблюдением следующих нормативных актов: Хельсинкской декларации 2000 г. «О гуманном отношении к животным», Приказа Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г. «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», Приказа Минздравсоцразвития России № 199н от 01.04.2016 г. «Об утверждении правил лабораторной практики». Протокол исследования был одобрен этическим комитетом ФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова». Протокол № 4 от 25 мая 2022 года.

Участие авторов

Участие авторов:Исабеков Н.Р. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;Тоньшин А.А. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных;Бонитенко Е.Ю. — концепция и дизайн исследования, редактирование.

Финансирование

Финансирование. Работа была выполнена в рамках государственного задания, код темы FGFE-2024-0003.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 05.08.2024 / Дата принятия к печати: 20.08.2024 / Дата публикации: 15.09.2024

Introduction

Introduction. Pulmonotoxicants are chemicals that cause bronchospasm and damage to the alveolar capillary membrane. Lesions of the respiratory system with pulmonotoxicants in industrial accidents are especially relevant at the present time. Existing methods of treatment for the defeat of pulmonotoxicants and the development of acute respiratory distress syndrome (ARDS) are becoming ineffective, therefore, one of the tasks of modern medicine is to develop new methods of treating ARDS. One of these methods may be the creation of a «therapeutic window» by using perfluorocarbon (PFC) liquids. This article will present an experimental assessment of the use of liquid artificial lung ventilation (LALV) PFC liquids on the ARDS lung model.

The study aims to explore the possibility of using liquid artificial lung ventilation to create a therapeutic window in the treatment of acute respiratory distress syndrome of a chemical nature.

Materials and methods

Materials and methods. The authors conducted a study on male Wistar rats aged 4 months, weighing 180–190 g. Toxic pulmonary edema was caused by endotracheal administration of 0.1 m HCl solution. The anesthetized patients were intubated using a cannula, after which the researchers intratracheally injected 0.1 M HCl solution at a dose of 2 ml/kg, a decrease in saturation below 80 was expected. Then the experts randomized the animals by weight into groups of 6 individuals each. They connected the animals of the control group to a ventilator. The animals of the experimental group were treated with PFC liquids for an hour, then transferred to a ventilator. Perfluorodecalin was used as a PFC liquid. The scientists recorded heart rate, blood oxygen saturation, rectal temperature, life expectancy and overall survival by group.

Results

Results. In the control group, after instillation of 0.1 M HCl solution and connection to a ventilator during the first 25–30 minutes, there was a gradual decrease in SpO2 to 74.0±5.6% (background — 95.0±3.5%) and an increase in heart rate to 182.0±8.6 beats/min., (background — 278.0±14.8 beats/min.) after which there was decompensation of the animal condition. In animals of the experimental group, after connecting to the LALV device, a sharp decrease in heart rate was recorded during the first 5 minutes to 61.0±8.5 beats/min. In turn, saturation did not change significantly throughout the LALV and was in the range from 95 to 100%. As a result of the experiments, it was noted that the average survival time in the experimental group was 256.0±34.5 minutes, which was significantly (p<0.001) more than 5 times higher than this indicator in the control animals — 45.3±4.3 minutes.

There were no significant changes in the study of rectal temperature in the animals of the control group. In turn, the animals of the experimental group showed a sharp decrease in rectal temperature during the first 30 minutes from the beginning of LALV, on average by 5.8±1.60°С.

As a result of the pathoanatomic autopsy, differences in lung mass coefficients were revealed in different groups. Thus, in the control group and the experimental groups, it was 1.67±0.06 and 2.4±0.045%, respectively.

Conclusion

Conclusion. On the model of ARDS caused by endotracheal administration of 0.1M hydrochloric acid solution, it was shown that living with the use of PFC of low temperature liquids, unlike conventional mechanical ventilation, allows for a long time to maintain a stable condition of animals; evacuate a significant amount of edematous fluid from the lungs and thereby increase the duration of their survival. The data presented above indicate that the use of hypothermic LALV can be used to create a «therapeutic window» for ARDS, including its most severe form — the alveolar stage of toxic pulmonary edema.

Ethics

Ethics. Studies involving laboratory animals were conducted in compliance with the following regulations: the Helsinki Declaration of 2000 «On humane treatment of animals», Order No. 755 of the Ministry of Health of the USSR dated 08/12/1977 «Rules for carrying out work using experimental animals», Order No. 199n of the Ministry of Health of the Russian Federation dated 04/01/2016 «On approval of the rules of laboratory practice». The protocol of the study was approved by the Ethics Committee of the Izmerov Research Institute of Occupational Health. Protocol No. 4 dated May 25, 2022.

Contribution

Contribution:Isabekov N.R. — concept and design of research, data collection and processing, text writing;Tonshin A.A. — concept and design of research, data collection and processing;Bonitenko E.Yu. — concept and design of the study, editing.

Funding

Funding. The work was performed within the Framework of the state assignment, the topic code FGFE-2024-0003.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.

Received

Received: 05.08.2024 / Accepted: 20.08.2024 / Published: 15.09.2024

перфторуглеродперфтордекалинострый респираторный дистресс-синдромтоксический отёк лёгкихискусственная вентиляция лёгкихжидкостная искусственная вентиляция лёгкихperfluorocarbonperfluorodecalinacute respiratory distress syndrometoxic pulmonary edemaartificial lung ventilation (ALV)liquid artificial lung ventilation (LALV)ReferencesФедеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Государственный доклад. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2021–2022 г.: 145–164.Federal service for supervision of consumer rights protection and human well-being. State report. On the state of sanitary and epidemiological welfare of the population in the Russian Federation in 2021–2022: 145–164.Башарин В.А., Чепур С.В., Толкач П.Г. и соавт. Токсикология пульмонотоксикантов: уч. пособие. Издательство «Левша. Санкт-Петербург, 2021.Basharin V.A., Chepur S.V., Tolkach P.G. et al. Toxicology of pulmonotoxicants: textbook. Levsha Publishing House. St. Petersburg, 2021.Марино П.Л. Интенсивная терапия. 2-е изд., 2022.Marino P.L. Intensive therapy. 2nd ed. 2022: 393–398.Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л., Плотников Г.П., Тихонов Н.С., Терапевтическая гипотермия: возможности и перспективы. Клиническая медицина. 2014: 9; 9–16.Grigoriev E.V., Shukevich D.L., Plotnikov G.P., Tikhonov N.S., Therapeutic hypothermia: possibilities and prospects. Klinicheskaya meditsina. 2014: 9; 9–16.Arrich J., Schütz N., Oppenauer J., Vendt J., Holzer M., Havel C. et al. Hypothermia for neuroprotection in adults after cardiac arrest. Cochrane Database Syst Rev. 2023; 5(5): CD004128. https://doi.org/10.1002/14651858.CD004128.pub5Arrich J., Schütz N., Oppenauer J., Vendt J., Holzer M., Havel C. et al. Hypothermia for neuroprotection in adults after cardiac arrest. Cochrane Database Syst Rev. 2023; 5(5): CD004128. https://doi.org/10.1002/14651858.CD004128.pub5Dirkes S. Liquid ventilation: new frontiers in the treatment of ARDS. Crit. Care Nurse. 1996; 16(3): 53–58.Dirkes S. Liquid ventilation: new frontiers in the treatment of ARDS. Crit. Care Nurse. 1996; 16(3): 53–58.Rambaud J., Lidouren F., Sage M., Kohlhauer M., Nadeau M., Fortin-Pellerin É., et al. Hypothermic total liquid ventilation after experimental aspiration-associated acute respiratory distress syndrome. Ann. Intensive Care. 2018; 8(1): 57. https://doi.org/10.1186/s13613-018-0404-8Rambaud J., Lidouren F., Sage M., Kohlhauer M., Nadeau M., Fortin-Pellerin É., et al. Hypothermic total liquid ventilation after experimental aspiration-associated acute respiratory distress syndrome. Ann. Intensive Care. 2018; 8(1): 57. https://doi.org/10.1186/s13613-018-0404-8Баринов В.А., Бонитенко Е.Ю., Белякова Н.А., Родченкова П.В., Тоньшин А.А., Панфилов А.В., и др. Использование перфторуглеродных жидкостей в лечении респираторного дистресс-синдрома. Медлайн.ру. 2022; 23: 515–555.Barinov V.A., Bonitenko E.U., Belyakova N.A., Rodchenkova P.V., Tonshin A.A., Panfilov A.V. et al. The use of perfluorocarbon fluids in the treatment of respiratory distress syndrome. Medline.ru. 2022; 23: 515–555.Foust R. 3rd, Tran N.N., Cox C., Miller T.F. Jr., Greenspan J.S., Wolfson M.R., et al. Liquid assisted ventilation: an alternative ventilatory strategy for acute meconium aspiration injury. Pediatr. Pulmonol. 1996; 21(5): 316–322. https://clck.ru/3CkbAPFoust R. 3rd, Tran N.N., Cox C., Miller T.F. Jr., Greenspan J.S., Wolfson M.R., et al. Liquid assisted ventilation: an alternative ventilatory strategy for acute meconium aspiration injury. Pediatr. Pulmonol. 1996; 21(5): 316–322. https://clck.ru/3CkbAPHirschl R.B., Parent A., Tooley R., Shaffer T., Wolfson M., Bartlett R.H. Lung management with perfluorocarbon liquid ventilation improves pulmonary function and gas exchange during extracorporeal membrane oxygenation (ECMO). Artificial Cells Blood Substit Immobil. Biotechnol. 1994; 22(4): 1389–1396. https://doi.org/10.3109/10731199409138842Hirschl R.B., Parent A., Tooley R., Shaffer T., Wolfson M., Bartlett R.H. Lung management with perfluorocarbon liquid ventilation improves pulmonary function and gas exchange during extracorporeal membrane oxygenation (ECMO). Artificial Cells Blood Substit Immobil. Biotechnol. 1994; 22(4): 1389–1396. https://doi.org/10.3109/10731199409138842Costantino M.L. The use of liquid perfluorocarbons for neonatal lung ventilation. Int. J. Artif. Organs. 1996; 19(5): 284–290.Costantino M.L. The use of liquid perfluorocarbons for neonatal lung ventilation. Int. J. Artif. Organs. 1996; 19(5): 284–290.Бонитенко Е.Ю., Белякова Н.А., Баринов В.А., Краснов К.А., Гладчук А.С., Буров А.А., и др. Применение перфторуглеродов при лечении тяжёлой бронхолёгочной патологии. Часть I: классификация методов (аналитический обзор). Медлаин.ру. 2023; 24: 1368–1397.Bonitenko E.U., Belyakova N.A., Barinov V.A., Krasnov К.А., Gladchuk A.S., Burov A.A., et al. Perfluorocarbons in the treatment of severe bronchopulmonary pathology. Part I: classification of methods (analytical review). Medline.ru. 2023; 24: 1368–1397.Rambaud J., Lidouren F., Sage M, Kohlhauer M., Nadeau M., Fortin-Pellerin É., Micheau P., Zilberstein L., Mongardon N., Ricard J.D., Terada M., Bruneval P., Berdeaux A., Ghaleh B., Walti H., Tissier R. Hypothermic total liquid ventilation after experimental aspiration-associated acute respiratory distress syndrome. Ann Intensive Care. 2018 May 2; 8(1): 57. https://doi.org/10.1186/s13613-018-0404-8Rambaud J., Lidouren F., Sage M, Kohlhauer M., Nadeau M., Fortin-Pellerin É., Micheau P., Zilberstein L., Mongardon N., Ricard J.D., Terada M., Bruneval P., Berdeaux A., Ghaleh B., Walti H., Tissier R. Hypothermic total liquid ventilation after experimental aspiration-associated acute respiratory distress syndrome. Ann Intensive Care. 2018 May 2; 8(1): 57. https://doi.org/10.1186/s13613-018-0404-8Wei F., Wen S., Wu H., Ma L., Huang Y., Yang L. Partial liquid ventilation–induced mild hypothermia improves the lung function and alleviates the inflammatory response during acute respiratory distress syndrome in canines. Biomed. Pharmacother. 2019; 118: 109344. https://doi.org/10.1016/j.biophah.2019.109344Wei F., Wen S., Wu H., Ma L., Huang Y., Yang L. Partial liquid ventilation–induced mild hypothermia improves the lung function and alleviates the inflammatory response during acute respiratory distress syndrome in canines. Biomed. Pharmacother. 2019; 118: 109344. https://doi.org/10.1016/j.biophah.2019.109344Исабеков Н.Р., Тоньшин А.А., Бонитенко Е.Ю. Обоснование возможности использования бронхоальвеолярного лаважа с перфторуглеродными жидкостями для лечения альвеолярной стадии токсического отёка лёгких. Медицина труда и промышленная экология. 2024; 64(2): 105–110. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2024-64-2-105-110Isabekov N.R., Tonshin A.A., Bonitenko E.Yu. Substantiation of the possibility of using bronchoalveolar lavage with perfluorocarbon fluids for the treatment of the alveolar stage of toxic pulmonary edema. Med. truda i prom. ekol. 2024; 64(2): 105–110. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2024-64-2-105-110 (in Russian).Исабеков Н.Р., Тоньшин А.А., Бонитенко Е.Ю. Гипотермия, индуцированная бронхоальвеолярным лаважом перфторуглеродными жидкостями, как способ лечения альвеолярной стадии токсического отёка лёгких. Экспериментальное обоснование. Медицина труда и промышленная экология. 2024; 64(5): 293–302. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2024-64-5-293-302Isabekov N.R., Tonshin A.A., Bonitenko E.Yu. Hypothermia induced by bronchoalveolar lavage with perfluorocarbon liquids as a method for the treatment of the alveolar stage of toxic pulmonary edema. Experimental assessment. Med. truda i prom. ekol. 2024; 64(5): 293–302. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2024-64-5-293-302Hutin A., Lidouren F., Kohlhauer M., Lotteau L., Seemann A., Mongardon N., Renaud B., Isabey D., Carli P., Vivien B., Ricard J.D., Hauet T., Kerber R.E., Berdeaux A., Ghaleh B., Tissier R. Total liquid ventilation offers ultra-fast and whole-body cooling in large animals in physiological conditions and during cardiac arrest. Resuscitation. 2015; 93: 69–73. https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2015.05.020Hutin A., Lidouren F., Kohlhauer M., Lotteau L., Seemann A., Mongardon N., Renaud B., Isabey D., Carli P., Vivien B., Ricard J.D., Hauet T., Kerber R.E., Berdeaux A., Ghaleh B., Tissier R. Total liquid ventilation offers ultra-fast and whole-body cooling in large animals in physiological conditions and during cardiac arrest. Resuscitation. 2015; 93: 69–73. https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2015.05.020

The authors declare that there are no conflicts of interest present.