Непосредственно у жертв морских катастроф определить состояние кислородного баланса в мозге и в миокарде вплоть до остановки спонтанного дыхания практически невозможно. Недавно исследователи попытались решить эту проблему на животных с помощью измерения рО2 в коре мозга крыс с помощью кислородного ультрамикроэлектрода с диаметром 3–5 мкм, включая изоляцию. Такие электроды практически не повреждают ткани и позволяют измерять рО2 в точечных участках между микрососудами. Из-за сложности методики такие электроды редко применяются в научных исследованиях. Е. П. Вовенко (1993) произвел соответствующие измерения с помощью кислородных ультрамикроэлектродов и установил, что при охлаждении в воде белых крыс величина рo2 в коре головного мозга остается на исходном или даже повышенном уровне вплоть до момента полной остановки дыхания, которая происходит при температуре мозга около 17 °C. Н. А. Слепчук (1995) показала, что у охлаждаемых крыс после полной остановки дыхания при температуре мозга около 17 °C нагревание специальным миниатюрным термодом продолговатого мозга на 2–3 °C приводит к восстановлению дыхательных движений, хотя тело еще продолжает охлаждаться.
Эти опыты имеют важное значение, так как показывают, что выключение важнейших центров мозга при охлаждении организма происходит не в результате гипоксии, а в результате прямого действия на нервную ткань низкой температуры. Можно предположить, что постепенное уменьшение частоты сокращений сердца при гипотермии имеет аналогичный механизм.
Такой вывод и такое предположение имеют важное значение в разработке методов неотложной медицины для спасения человека при глубокой гипотермии в результате несчастных случаев.
4. Механизм действия холода, нарушающего физиологические функции.
Согласно теории П. Хочачка (1986), в основе действия холода на клетку так же, как и при недостатке кислорода, лежит повышение концентрации ионов кальция в цитозоле, что дезорганизует биохимические реакции и ведет к разрушению клеточных структур. Причина повышения концентрации ионов кальция аналогична – недостаток энергии, однако происхождение энергетической недостаточности при действии холода иное и заключается в утрате под действием холода четвертичной структуры и распаде на субъединицы важнейших ферментов клетки – митохондриальной АТФ-азы, Ацетил-КоА-карбоксилазы, пируваткарбоксилазы и др. Энергетические циклы в клетке нарушаются, и возникает энергетическая недостаточность. Недостаток энергии для удаления из цитозоля избытка ионов кальция приводит к увеличению его концентрации в клетке и к дезорганизации обмена веществ, которая практически идентична происходящей при гипоксии. Понятно, что при гипотермии все эти процессы развиваются чрезвычайно медленно по сравнению с гипоксией при нормальной температуре тела.
5. Механизмы и пределы физиологической адаптации к острому охлаждению.
• В соответствии с современными данными при внешнем охлаждении организма сигналы от холодовых терморецепторов кожи и от термочувствительных нейронов разных отделов центральной нервной системы конвергируют к интегративным нейронам в ядрах заднего гипоталамуса.
• В названных нейронах вырабатывается «управляющий» сигнал, который способствует резкому сужению кожных сосудов и вызывает повышение теплопродукции благодаря интенсивной холодовой мышечной дрожи.
• Происходящее при этом повышение потребностей в кислороде путем физиологической регуляции усиливает легочную вентиляцию и увеличивает МОК. У человека при эксидентальной гипотермии максимум теплопродукции, легочной вентиляции и МОК достигается при температуре в прямой кишке порядка 34–35 °C и температуре кожи около 25–30 °C.
• При дальнейшем охлаждении тела холодовая дрожь ослабевает и уровень теплопродукции снижается. Частично это объясняется угнетением деятельности холодовых терморецепторов кожи, которая охлаждается очень быстро. При температуре кожи 10–12 °C частота импульсации терморецепторов резко снижается. При температуре 5 °C многие терморецепторы перестают импульсировать, а при температуре 0–2 °C парализуются почти все холодовые терморецепторы. При падении температуры центра терморегуляции на 6–8 °C резко угнетается частота импульсации «холодовых» нейронов. Недавно К. П. Ивановым и др. (1995) был установлен следующий факт: при введении животному в вену терапевтической дозы ЭДТА, которая стимулирует отток ионов кальция из цитозоля рецепторов в межклеточную среду, частота импульсации холодовых рецепторов быстро восстанавливается даже при температуре кожи около 0 °C, что расширяет представления о пределах адаптации нервных структур к холоду.
Первоначальное уменьшение легочной вентиляции и МОК в определенной стадии гипотермии можно было бы трактовать как результат физиологической регуляции в ответ на уменьшение потребностей организма в кислороде. Однако при этом развиваются специфические нарушения функций. Они состоят в падении температурного коэффициента Q10. В нашем случае это отношение уменьшения частоты дыхания или сокращений сердца к понижению температуры тела. У крыс падение частоты сокращений сердца, например при уменьшении температуры миокарда при гипотермии от 37 до 27 °C, происходит при коэффициенте Q10 порядка 1,8–2,2. При температуре миокарда ниже 23 °C он увеличивается до 9,5. У человека тяжелые нарушения обмена веществ в сердце, которые приводят к фибрилляции желудочков, могут наступить при температуре тела 25–26 °C. У человека, извлеченного из воды при морских катастрофах, при наличии легочного дыхания малейшее мышечное напряжение или слишком быстрое отогревание, увеличивая нагрузку на сердце, может превзойти энергетические возможности охлажденного сердца и вызвать опасную фибрилляцию желудочков. Успешная реализация механизмов предельной адаптации к холоду (выживания) зависит от режима отогревания.
У человека остановка дыхания происходит, очевидно, при температуре тела 25–26 °C, хотя при эксидентальной гипотермии этот момент установить трудно, так как при оказании помощи пациента прежде всего переводят на искусственную вентиляцию легких, даже если спонтанное дыхание еще сохранено. Возможно, однако, что слабое дыхание у некоторых людей сохраняется и при более низкой температуре. У незимнеспящих животных остановка дыхания происходит при разной температуре в зависимости от вида животного и от способа охлаждения. У крыс при иммерсионной гипотермии полная остановка дыхания наступает в среднем при температуре головного мозга 17 °C. Индивидуальные вариации заключены между 16 и 18 °C.
После остановки дыхания наступает аноксическая фаза гипотермии. Это отражается прежде всего на системе терморегуляции, которая, как хорошо известно, особенно чувствительна к недостатку кислорода. Так был показан процесс угнетения импульсации отдельных нейронов центра терморегуляции под влиянием гипоксии. После остановки дыхания у человека и животных немедленно исчезают даже слабые приступы холодовой дрожи и явления терморегуляционного тонуса мышц. Происходит расширение кожных сосудов. Сердце еще продолжает работать, и иногда довольно долго. Однако сразу после остановки дыхания наступают резкие нарушения функции миокарда. Коэффициент Q10 повышается до 200–270. Сокращения прогрессивно ослабляются, кровяное давление быстро падает. Как уже было показано, механизмы нарушения функций и структуры клетки при гипотермии и аноксии сходны. При температуре тела, вызывающей гипотермическую остановку дыхания, потребности клетки в энергии еще довольно высоки.
Сочетание гипотермии, аноксии и резкого ослабления кровообращения быстро приводит к необратимым изменениям в клетках дыхательного центра. Вот почему аноксическую фазу гипотермии квалифицируют как предел физиологической адаптации к острому охлаждению организма человека и животных.
Случаи восстановления физиологических функций у жертв эксидентальной гипотермии в клинических условиях при температуре тела 22–26 °C можно объяснить сохранением каких-то важных биохимических процессов в клетке, которые обеспечивают сохранность клеточных структур, а также минимальных функций легочного дыхания и общего кровообращения. Этим же можно объяснить и случаи самостоятельного восстановления физиологических функций при очень глубокой эксидентальной гипотермии у людей, оставленных без помощи. Такой случай самостоятельного разогревания при понижении температуры в прямой кишке до 18 °C известен.
С развитием и усовершенствованием техники искусственного кровообращения были получены важные факты с точки зрения биологии, физиологии и неотложной медицины. Оказалось, что при понижении температуры мозга человека до 10–12 °C и даже до 6 °C мозг определенное время сохраняет жизнеспособность и его функции в полном объеме могут быть восстановлены с помощью искусственного дыхания и кровообращения. Хотя мозг при температуре 12–15 °C нуждается в минимуме энергии и потребление кислорода им находится почти на уровне ошибки измерения, в нем все-таки происходит обмен веществ, соответствующий такой низкой температуре. Это можно назвать адаптивным типом обмена, так как он позволяет сохранять жизнеспособность. При этом, если полное прекращение кровообращения при 37 °C не лишает мозг жизнеспособности в течение 30 и даже 60 мин, можно предполагать, что при 5-10 °C особенности его обмена позволят сохранить жизнеспособность в течение многих часов и, может быть, даже суток. Реализация таких предполагаемых возможностей в результате упорных глубоких исследований будет иметь огромное значение для науки и, конечно, для медицины катастроф.
