На правах рукописи

КУССМАУЛЬ АННА РЕЙНГОЛЬДОВНА

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ КРИПТОНА НА ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

14.00.32 - авиационная, космическая и морская медицина

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Москва - 2007

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук.

Научный руководитель:
доктор медицинских наук Павлов Борис Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук Кобрин Владимир Исаакович
доктор медицинских наук Солдатов Павел Эдуардович

Ведущее учреждение: Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Российская медицинская академия последипломного образования Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ДПО "РМАПО Росздрава"), кафедра анестезиологии и реаниматологии (г. Москва).

Защита диссертации состоится "25" мая 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 002.111.01 в ГНЦ РФ - Институте медико-биологических проблем Ран по адресу: 123007, г.Москва, Хорошевское ш., 76а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - Института медико-биологических проблем РАН.

Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат биологических наук Пономарева Ирина Павловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время бесспорной является возможность использования индифферентных газов (инертных газов, а также азота и водорода) в составе газовых смесей и сред при глубоководных водолазных спусках [Орбели, Бресткин, Кравчинский, 1944; Bond, 1963, Смолин и др., 1968; Fructus, Brauer, Dimov, 1968; Беннет, 1971; Генин и др., 1992; Семко и др., 2000; Баранов, Павлов, 2004; Смолин, Соколов, Павлов, 2003, 2004, 2005]. Кроме того, эти газы уже широко используются в практике создания искусственной среды обитания для замкнутых гермообъектов. Так, перспективным является создание пожаробезопасной среды в гермообъектах, включая космические корабли и станции, с использованием аргона [Pavlov, Buravkova, 1999; Солдатов, 2006; Павлов, 2006].

Помимо этого проводятся работы по внедрению новых методов лечения и реабилитации газовыми смесями, содержащими инертные газы. Являясь химически инертными, они, тем не менее, обладают широким спектром биологического действия. Уже сегодня можно говорить, что инертные газы - это новый класс нетоксичных средств, оказывающих на организм целый ряд биологических эффектов, которые уже используются в медицине [Лазарев, 1941; Павлов и др., 1995, 2006; Буров, Потапов, Макеев, 2000; Логунов, Павлов, Григорьев и др., 2006].

Так, использование кислородно-гелиевых смесей эффективно при лечении ряда заболеваний органов дыхания и сердечно-сосудистой системы, реабилитации после переохлаждения и физических нагрузок нагрузок [Barach, 1935; Orr, 1988; Павлов и др., 1995; Куценко, 2000; Воль, 2006]. Применение кислородно-аргоновых гипоксических смесей (с содержанием кислорода 10-15%) повышает резистентность организма человека и млекопитающих к гипоксической гипоксии и улучшает сон после психофизических нагрузок [Pavlov, Grigoriev, Smolin et al., 1997; Шулагин, Дьяченко, Павлов, 2001; Павлов, 2006]. С помощью кислородно-ксеноновых смесей возможна терапия бессонницы, неврозов различной этиологии, реактивных и абстинентных состояний, снижения болевой чувствительности. Ксенон на сегодняшний момент, кроме того, является идеальным общим анестетиком, однако его повсеместное использование ограничивается высокой стоимостью [Буачидзе, Смольников, 1962; Буров, Потапов, Макеев, 2000; Наумов и др., 2002].

Наиболее близким к ксенону по физическим свойствам элементом является криптон [Aitkenhead, Smith, 1990], но для его внедрения в медицинскую практику необходимо всестороннее изучение влияния этого газа на организм. При этом анестетическая сила криптона несколько слабее, чем ксенона, что может дать новый, более широкий, чем у ксенона спектр применения для лечения и реабилитации при нормальном давлении и обеспечить достаточную анестезию при повышенном давлении [Павлов, Куссмауль и др., 2005]. Кроме того, в перспективе возможно использование криптона в водолазной практике, космической и экстремальной медицине для создания безопасной дыхательной газовой среды с заданными свойствами в гермозамкнутых объектах и для проведения анестезии под повышенным давлением.

Несмотря на возрастающий интерес к этой области [Abraini, 2003; Preckel, 2004, 2006; Ma, 2007], механизмы действия инертных газов, в частности их наркотического действия, до конца не выяснены.

Цель работы - изучение биологического действия криптона на живые организмы различных уровней организации в условиях повышенного давления.

Задачи исследования.

1. Создание экспериментальных установок:
   - барокамеры длительного содержания биообъектов и водных животных под давлением в термостате и оптической барокамеры для макрофото- и видеосъемки лабораторных животных (лабораторных планарий, иглистых тритонов, плодовых мушек и др.) под давлением;
   - гермобоксов и инкубаторов для длительной инкубации яиц японского перепела в газовых средах различного состава под различным давлением в отсеке барокомплекса ГВК-250;
   - барокамерного дыхательного аппарата с замкнутой схемой дыхания для проведения исследований с участием человека в барокомплексе под давлением по изучению эффектов дыхательных газовых смесей, содержащих криптон и другие инертные газы, и автоматизированного дыхательного аппарата для нормобарических условий.
2. Определение пороговых величин парциального давления криптона, оказывающего анестетический эффект на различных лабораторных животных и человека.
3. Оценка влияния криптона на формирование органов и тканей:
   - в процессе регенерации;
   - в эмбриогенезе.
   
4. Исследование влияния воздушно-криптоновых сред и кислородно-криптоновых смесей на клинико-биохимические показатели крови животных и человека.
5. Изучение цитогенетических последствий инкубации крыс в воздушно-криптоновой среде.
6. Исследование влияния дыхания кислородно-криптоновыми смесями при нормальном и повышенном давлении на электрическую активность мозга человека.

Основные положения выносимые на защиту :

1. Биологическая активность химически инертного газа криптона на животных и человека проявляется в различной степени в зависимости от парциального давления и уровня организации живого организма; при этом видимых отрицательных эффектов на организм не отмечено.
2. Криптон в водных и газовых средах и смесях при повышенном давлении проявляет выраженный анестетический эффект на лабораторных животных и человека.

Научная новизна работы

1. Впервые применен эволюционный подход к изучению действия повышенного парциального давления криптона на живые организмы, и выстроен эволюционный ряд из исследованных объектов по степени их чувствительности к криптоновой анестезии.
2. Впервые проведены исследования, в которых полный цикл эмбрионального развития теплокровных животных (японского перепела) происходит в атмосфере анестетика (криптона и закиси азота).
3. Впервые осуществлено исследование влияния криптона, обладающего анестетическими свойствами, на образование органов и тканей как в процессе регенерации, так и в процессе эмбриогенеза.
4. Впервые проведены исследования с участием человека по изучению влияния дыхания газовыми смесями, содержащими криптон, при нормальном и повышенном давлении на электрическую активность мозга и клинико-биохимические показатели крови.

Практическая значимость и внедрение результатов исследования в практику

В лекционные курсы для аспирантов ГНЦ РФ-ИМБП РАН, студентов МГУ, РГМУ, МАИ, курсантов ИПК ФМБА России включены данные о физиологическом действии криптона на человека и животных при нормальном и повышенном давлении, полученные в рамках данной работы. Результаты работы легли в основу обоснования НИОКР МО РФ по созданию подвижного гипербарического госпиталя с барооперационной, в которой для анестезии предполагается использовать криптон и ксенон.

По результатам работы разработаны ТУ на медицинскую газовую смесь: ТУ 2114-028-39791733-2007 от 15.01.2007 г. Дыхательная газовая смесь "КрипОксА". Потапов В.Н., Жданов В.Н., Филиппов В.М., Потапов А.В., Волокитин Л.Б., Козин В.Л., Павлов Б.Н., Амиров Р.Р., Демидион П.Ю., Павлов Н.Б., Куссмауль А.Р., Тугушева М.П., Логунов А.Т. (Акт о внедрении результатов от ООО "Акела-Н" от 15.01.2007). Разработаны действующие макеты барокамерного дыхательного аппарата с замкнутой схемой дыхания под давлением до 10 кгс/см2 с применением различных дыхательных газовых смесей на основе криптона, аргона, ксенона, а также автоматизированного дыхательного аппарата для нормобарических условий (Акт о внедрении результатов от ЗАО СКБ ЭО от 19.04.2007).

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертации доложены на конференциях молодых ученых ГНЦ РФ-ИМБП РАН, посвященных Дню космонавтики (Москва, 2005, 2006, 2007); конференции "Гипербарическая физиология и водолазная медицина" (Москва, 2005); I Съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005); XIII международной конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2006); VIII всемирном конгрессе по адаптационной биологии и медицине (Москва, 2006); XXXI академических чтениях по космонавтике "Актуальные проблемы Российской космонавтики" (Москва, 2007).

Диссертация апробирована на секции Ученого совета "Гипербарическая физиология и экологическая медицина" ГНЦ РФ-ИМБП РАН (протокол № 3 от 13 апреля 2007 г.).

По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 6 глав собственного исследования, каждая из которых заканчивается обсуждением и выводами по главе, заключения, общих выводов, списка литературы и приложений, содержащих таблицы, фотографии, материалы по внедрению. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, иллюстрирована 21 таблицей и 28 рисунками (а также содержит 32 таблицы и 6 рисунков в приложениях). Библиография включает 181 источник, из них 116 - на английском языке.

Полный текст автореферата (в формате MS Word, 17.6 Mb)