Удк 621. 357: 541. 13 В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия москва, 1995
|
|
Скачать 2.86 Mb.
|
|
Действия эха-растворов на внутреннюю |
| Глава 4. МОДЕЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИСТЕМНОГО ^ СРЕДУ ОРГАНИЗМА. 4.1. Возможные пределы изменений ОВП в органах и тканях. Для биологических субстратов актуален приблизительный диапазон s от (-250) до 1000 мВ,ХСЭ. Разброс рН в биологических средах обычно не выходит за пределы 6,0 - 8,0. Внутриклеточный ацидоз со смещением рН до величин ниже 6,0 (например, при острой ишемии миокарда) связан с развитием некробиоза. (35) Уменьшение рН клеток печени ниже 7,0 приводит к существенным нарушениям ее функции. Значения крови выше 7,6 представляют непосредственную опасность для жизни. (36) Таким образом рН-зависимые изменения ОВП в биологических средах в соответствии с регрессией ст/рН (см. формулу (6)) могут достигать величин порядка 100 мВ. (Без учета сопутствующих изменений отношения [Ox]/[Red]). Допустимые колебания ОВП во внутренних средах организма мало изучены. По данным Г.В.Сумарукова (37) мелкие лабораторные животные (мыши, крысы) остаются живы после внутрибрюшинного введения радиопротекторов, сопровождающегося регрессией ОВП в тканях головного мозга, печени, почек, мышц, костного мозга приблизительно на 100-200 мВ. ОВП ткани головного мозга млекопитающих при острой ишемии повышается на 60-80 мВ. (38, 39) В целом по сумме приведенных данных можно предположить, что микроэкологические условия во внутренней среде организма, характеризующиеся рН6,0 и при ОВП400 мВ,ХСЭ, несовместимы с нормальной жизнедеятельностью клеток. Формальный верхний физиологический предел ОВП тканей в диапазоне рН = 6,0 - 8,0 не установлен. Нижние допустимые физиологические пределы ОВП в организме также неизвестны. В белково-клеточных средах млекопитающих при рН6,0 и при рН8,0 нарастают грубые функциональные нарушения. В диапазоне рН=3,0-4,0 большинство растворенных белков подвергаются необратимой коагуляции. При сдвигах рН белковых сред в диапазон 9,0-10,0 происходит агрегация белковых молекул, которая по большей части имеет обратимый характер. (40) Указанные моменты достоверно относятся только к тем ситуациям, когда закисление или защелачивание растворов белков осуществляется без применения методов ЭХА, то есть обычными растворами кислот и оснований. Однако есть все основания считать, что анолит и католит со смещением рН (и, следовательно, ОВП) в области крайних значений обладают абиотическими свойствами. 4.2. Совместимость ЭХА-растворов с жизнью клеточных тест-объектов. Границы подвижности одноклеточной водоросли эвглена зеленая (Euglena viridis) в ЭХА-средах. Эвглена - одноклеточная зеленая водоросль, обитающая в открытых водоемах в водной среде с рН, близким к нейтральным значениям, при ОВП 200-400 мВ,ХСЭ. В лабораторных условиях эвглена культивируется в многокомпонентной водно-минеральной среде с микродобавками витаминов с рН = 6,90 - 6,95 ; ОВП = 350 - 370 мВ,ХСЭ. Клетки эвглен передвигаются с помощью жгутика, при возникновении экологически неблагоприятных условий сбрасывают жгутик, теряют подвижность и округляются (сферулизуются). Сферулизованные эвглены некоторое время сохраняют жизнеспособность. Погибшие клетки эвглен, облучаемые ультрафиолетовым светом в системе люминисцентного микроскопа, характеризуются красной флюоресценцией. Эвглены сохраняют хорошую подвижность в образцах обычной питьевой воды, не содержащей соединений активного хлора и других абиотических примесей. В московской водопроводной воде, полученной непосредственно из-под крана, при рН = 6,8 - 7,5 и ОВП = 200 - 450 мВ,ХСЭ с концентрацией активного хлора (Сах) порядка 0,5-1,0 мг/л клетки эвглен, взятые из нормальной культуральной среды, в подавляющем большинстве сферулизуются в течение нескольких секунд и в дальнейшем их подвижность не восстанавливается. Единичные эвглены сохраняют подвижность и в этих условиях. По мере элиминации из воды активного хлора выжившие эвглены размножаются и продолжают активно двигаться в течение 9 - 11 дней до исчерпания питательного ресурса среды. В процессе электрохимической обработки водно-солевых растворов образуются стабильные и метастабильные активные химические соединения, в том числе соединения активного хлора, обладающие цитотоксичностью. Суммарная концентрация сильных окислителей (Сox), образующихся у анода, определяется с помощью следующего расчета: 1) удельный расход электричества (q Кл/л) расчитывается по формуле: q = I/Q , (11) где I - сила тока, А ; Q - объемная подача водно-солевого раствора в анодную камеру, л/с ; 2) величина Сox (моль/л) вычисляется с помощью выражения: Сох = q/F , (12) где F - число Фарадея (96500 Кл/моль). Между характеристиками Сох и Сах существует определенная связь, смысл которой в том, что соединения активнного хлора (например, гипохлорит натрия, NaClO) являются частным случаем сильных окислителей, совокупность которых в ЭХА-растворах включает стабильные и метастабильные молекулы, не содержашие хлор. Так как один ммоль гипохлорита натрия соответствует 74 мг этого вещества, то Сах по гипохлориту, равная 74 мг/л, эквивалентна 1103 моль/л. Если величина Сох, расчитанная по формулам (11,12) или определенная другим методом, равна 1103 моль/л, то для гипохлорита это равнозначно 74 мг/л, но для других сильных окислителей весовое выражение их концентраций в данном случае будет иным. Сравнение биологической или абиотической активности сильных окислителей различной природы удобнее проводить по показателям молярных концентраций. Однако на практике в отношении хлорсодержащих антисептиков и ЭХА-растворов закрепилась оценка их биоцидной активности по показателям активного хлора, то есть по Сах. Поэтому в дальнейшем мы будем переводить молярные концентрации Сох (моль/л) в условный эквивалент Сах (мг/л) для случая, в котором сильные окислители в растворе были бы представлены только одним гипохлоритом. Например, Сох ЭХА-раствора сложного состава= 0,0108 моль/л, раствор гипохлорита натрия концентрацией Сах = 800 мг/л также характеризуется Сох = 0,0108 моль/л. Эти растворы, разные по химическому составу, эквивалентны по молярным концентрациям сильных окислителей, биоцидность которых в одном растворе может проявляться иначе, чем в другом. Влияние Сох продуктов, синтезированных у анода, на подвижность эвглен изучали в следующем эксперименте. С помощью установки СТЭЛ получали ЭХА-раствор типа АН с рН=6,5 ; ОВП = 600-650 мВ.ХСЭ ; Сох = 0,004 моль/л, что для неактивированного раствора гипохлорита эквивалентно Сах = 300 мг/л. Полученный АН добавляли в культуру эвглен в разведениях 1:1000; 2:1000; 3,5:1000; 6:1000 и получали таким образом в культуральной среде значения Сох = 4106 ; 8106 ; 1,4105 ; 2,4105 моль/л. Подобные молярные концентрации были бы достигнуты в растворах гипохлорита с Сах = 0,3 ; 0,6 ; 1,0 и 1,8 мг/л, соответственно. Подвижность эвглен зависела от интенсивности затравки культуральной среды следующим образом. При Сох = 4106 моль/л подвижность клеток существенно не менялась или менялась незначительно. При Сох среды = 8106 моль/л подвижность эвглен существенно уменьшалась, часть клеток подвергалась сферулизации. Дальнейшее увеличение Сох в культуральной среде до 1,4105 - 2,4105 моль/л приводило к полному обездвижению и сферулизации эвглен. Эти данные хорошо совпадают с результатами наблюдений изменения подвижности клеток эвглен в хлорированной водопроводной воде - подвижность клеток полностью прекращалась при Сах 1,0 мг/л, что эквивалентно 1,35105 моль/л. При добавке АН к культуральной среде для эвглен в пропорциях 1:1000 - 6:1000 рН и ОВП среды не изменялись и находились до и после добавки ЭХА-раствора в пределах 6,95 + 0,1 и 360 + 10 мВ,ХСЭ, соответственно. Следовательно, в этой ситуации изменения подвижности клеток микроскопических водорослей не были рН-зависимыми или ОВП-зависимыми и определялись только степенью загрязненности искусственной среды обитания эвглен. В свежем католите, приготовленном на установке СТЭЛ на основе заведомо экологически чистой питьевой воды при q до 80 Кл/л (рН = 8-9 ; ОВП = от (-100) до (-350) мВ,ХСЭ, подвижность клеток Euglena viridis сохраняется в течение продолжительного времени (до 10 сут.). Для изучения действия на эвглен факторов рН и ОВП в ЭХА-растворах вне зависимости от присутствия пообочных цитотоксических продуктов полученные образцы анолита и католита минерализацией не более 1 г/л подвергали дополнительной обработке с помощью угольных сорбентов марки СКН (Киев) или цеолитов синтетических. ЭХА-растворы смешивались с сорбентами в весовом отношении 1 г сорбента на 10 мл раствора. Экспозиция ЭХА-растворов с сорбентами продолжалась в течение 45 мин в емкостях из лабораторного стекла при комнатной температуре. В этих условиях ЭХА-растворы сохраняли аномальные сочетания рН и ОВП. После экспозиции ЭХА-растворов с сорбентами они подвергались тестированию по показателю подвижности эвглен. Клетки водорослей захватывались пипеткой и вносились в обработанные сорбентами растворы анолита или католита. Подвижность клеток оценивалась с помощью обычной светооптической микроскопии методом “давленной капли”. На рис. 4.1 область распределения ковариант рНОВП, ограниченная контуром Э, соответствует хорошим показателям подвижности эвглен в ЭХА-растворах, обработанных сорбентами, характеризующихся данными сочетаниями рН и ОВП. На том же рисунке контуром В обозначена область сочетаний рНОВП, благоприятная для роста бактерий на питательных средах (13). Совпадение контуров Э и В лишь частичное. В диапазоне рН от 3,5 до 9 подвижность эвглен ограничена сверху значениями ОВП = 400-500 мВ,ХСЭ. При рН = 7-10 эвглены остаются подвижными в ЭХА-средах с показателями ОВП от (-500) до (-800) мВ,ХСЭ. При рН =5-7 подвижность эвглен сохраняется в ЭХА-средах с ОВП = до (-450) мВ,ХСЭ. В диапазонах рН 3,5 и рН 10,5 эвглены полностью обездвиживаются. В отличии от эвглен бактерии-ацидофилы способны расти на средах с рН = 2 - 3,5 при ОВП = 800 - 1100 мВ,ХСЭ. Показатели рН от 3,5 до 10,5 совместимы с жизнедеятельностью большинства исследованных микроорганизмов и микроскопической водоросли Euglena viridis. Особенностью эвглен является их способность сохранять подвижность в католите с рН = 9 - 10,5 при ОВП = (-500) - (-800) мВ,ХСЭ, очищенном с помощью сорбентов от пообочных примесей. Таким образом по тесту подвижности эвглен и по показателям выживания микроорганизмов абиотические условия в среде католита возникают при рН выше 10-10,5. Аномальные электронодонорные характеристики ОВП до (-800) мВ,ХСЭ сами по себе не являются признаком цитотоксичности. Влияние факторов электрохимической обработки водных сред на подвижность сперматозоидов быка. Для оценки цитотоксического действия ЭХА-сред на изолированные клетки клетки организма млекопитающего проводилось определение подвижности в этих средах сперматозоидов быка по методике А.П.Еськова и Р.И.Каюмова. (41) Гранулированная сперма быка, замороженная в парах азота, подвергается размораживанию в физиологическом растворе. Полученная взвесь подвижных клеток инкубируется в тестируемых водных средах, доведенных до изотонии добавками хлорида натрия. Инкубация осуществляется в оптической кювете в нормотермических условиях. С помощью специальной измерительно-регистрирующей системы проводится автоматический подсчет количества актов прохождения сперматозоидов через инфракрасный лазерный зонд. Характеристики лазерного излучения подобраны таким образом, что они индифферентны относительно жизнедеятельности клеточного объекта. Индекс подвижности сперматозоидов вычисляется как отношение среднего времени подвижности в испытуемом растворе к среднему времени подвижности в контрольном растворе: среднее время подвижности в контрольном растворе принимается за 100%. Таким раствором обычно является ампульная дистиллированная вода для инъекций, также доведенная до изотонии. Определяется также интеграл показателей подвижности сперматозоидов (интегральный индекс подвижности Is) также в процентах к контролю. Отклонения Is за пределы диапазона 60-120% относительно эталона рассматриваются как признак токсикологического риска. Поскольку действие растворов, подвегнутых электролизу, на клеточный объект является многофакторным, целесообразен последовательный анализ отдельно взятых факторов электрохимического воздействия на биологические объекты. Соответственно были поставлены следующие задачи: 1) выявить зависимость подвижности сперматозоидов в изотоническом растворе на основе католита от удельного количества электричества (q, Кл/л), затраченного при униполярной катодной обработке заведомо чистой ультрапресной воды с исходной минерализацией до 0,1 г/л ; 2) выявить зависимость подвижности сперматозоидов от концентрации электрохимически синтезированного гипохлорита натрия ( СNaClO, моль/л) в физиологическом растворе хлорида натрия; как известно гипохлорит является типичным продуктом анодного окисления. Указанные модели выбраны по следующим признакам: исследуемые водные среды сопоставимы по показателям рН в области значений 8 - 9 ; значения q, необходимы по расчету по формуле (11) для получения исследованных концентраций гипохлорита при анодном синтезе, эквивалентны в данном случае величинам q при униполярной катодной обработке ультрапресной воды. Католит ультрапресной воды получали в катодной камере модуля ПЭМ при постоянном токе силой 0,01 ; 0,03 ; 0,09 А от стабилизированного источника тока Б5-47 при расходе воды 0,00067 л/с. Соответственно q = 15 - 134 Кл/л. Исходный раствор гипохлорита, полученный на бездиафрагменном электролизере ЭДО, концентрацией 102 моль/л разводили физиологическим раствором до концентраций 105 ; 5105 ; 104 ; 5104 ; 103 моль/л. Теоретические значения q, потребные для получения таких концентраций гипохлорита, расчитывались по формуле (12), при этом СNaClO рассматривалсь как частный случай Сох. Соответственно, условные расчетные значения q для заданных концентраций гипохлорита: 1,0 ; 4,8 ; 9,6 ; 48 и 96 Кл/л. Определение показателя Is для сперматозоидов, инкубируемых в католите ультрапресной воды и в физиологическом растворе с добавками гипохлорита, проводилось в лаборатории отд. 23 ВНИИИМТ НПО “Экран”. (42) Зависимость Is от величин q, реальных при получении католита и расчетных для заданных концентраций гипохлорита, представлены в табл. 4.1. В той же таблице указаны значения ОВП тестируемых сред перед началом инкубации. Табл. 4.1 Is сперматозоидов быка в тестируемых электрохимически обработанных средах в зависимости от параметров q и ОВП. _______________________________________________________________ q Кл/л Тестирование католита Тестирование растворов ультрапресной воды гипохлорита Is, % ОВП,мВ,ХСЭ Is, % ОВП,мВ,ХСЭ _______________________________________________________________ 0 (Контроль) 100 240 - 260 100 250 - 300 ( 1 )* - - 80 - 102 260 - 280 ( 4,8 ) - - 0 - 20 310 - 350 ( 9,6 ) - 15 ** 102 (-150) - (-160) 20 - 92 500 - 600 45 - ( 48 ) 95-110 (-160) - (-180) 0 650 - 700 90 - (96 ) 0 - 55 (-190) - (-210) 0 700 - 750 134 0 (-700) - - _______________________________________________________________ Примечания: * в скобках - расчетные значения q для исследованных разведений гипохлорита, **близкие значения реальных и расчетных значений q объеденены в общий диапазон. По данным таблицы 4.1 катодная обработка чистой ультрапресной воды при q до 45 Кл/л практически не влияет на подвижность клеточного тест-объекта. При q = 90 Кл/л показатель Is сперматозоидов во взвеси на католите снижается и при q = 134 Кл/л подвижность сперматозоидов во взвеси на католите подвергается полной депрессии, что соответствует стойкому переходу ОВП в область значений ниже (-200) мВ,ХСЭ. Инкубируемые сперматозоиды нечувствительны по показателю подвижности к гипохлориту в концентрации порядка 105 моль/л, что соответствует расчетному q порядка 1 Кл/л. При СNaClO = 5105 моль/л (расчетное q = 4,8 Кл/л) во взвеси сперматозоидов наблюдается существенное снижение Is , но при увеличении концентрации гипохлорита до 104 моль/л (расчетное q = 9,6 Кл/л) отмечается достоверный пик активации жгутиковых клеток, совпадающий с переходом ОВП через диапазон 500-600 мВ,ХСЭ. При концентрациях гипохлорита 5104 - 103 моль/л (расчетные q = 48 - 96 Кл/л) значения Is взвеси сперматозоидов снижаются до 0, что соответствует ОВП 650 мВ,ХСЭ. Таким образом, устойчивое подавление подвижности клеточного тест-объекта в электрохимически обработанных средах в данном случае достигается при выходе ОВП за нижний или верхний предел диапазона значений (-200) - 600 мВ,ХСЭ. Эти данные хорошо совпадают с диапазоном ОВП, экологически совместимым с жизнедеятельностью бактерий на редокс-средах с заданными показателями ОВП при рН = 8,0 - 8,5. (13) Изолированные клетки млекопитающих (эритроциты крови) чувствительны к гипохлориту в концентрациях порядка 107 моль/л, но при наличии в инкубационной среде фактора белковой защиты (молекулы альбумина) могут сохранять относительную устойчивость к гипохлориту в концентрациях до 102 моль/л. (43) Очевидно, что гипохлорит в низких концентрациях порядка 5105 моль/л вызывает обратимые нарушения подвижности изолированной жгутиковой клетки (сперматозоида) в присутствии факторов белковой защиты (белковые компоненты размороженного эякулята). По-видимому существенное увеличение ОВП при переходе к концентрации гипохлорита 104 моль/л до 500-600 мВ,ХСЭ активирует в клетках окислительные процессы, в том числе окислительное фосфорилирование. В результате происходит мобилизация внутриклеточных энергетических ресурсов и подвижность клеточного тест-объекта усиливается, несмотря на токсический фон инкубационной среды, связанный с действием гипохлорита. Дальнейшее повышение токсического фона в инкубате при концентрации гипохлорита 5104 моль/л и более усугубляет физиологические нарушения инкубируемых сперматозоидов - механизмы движения жгутиков теряют способность к активации за счет увеличения электроноакцепторных свойств среды, поскольку ее окислительный потенциал становится запредельным. ВЫВОДЫ. В инкубационной среде на католите показатели подвижности сперматозоидов устойчивы при ОВП до (-180)мВ,ХСЭ. Более интенсивный режим катодной обработки (q 45 Кл/л) обуславливает быструю регрессию подвижности клеточного тест-объекта. Продукт анодного окисления - гипохлорит в концентрации 5105 - 104 моль/л вызывает обратимые нарушения функции подвижности изолированных сперматозоидов. Более высокие концентрации гипохлорита в инкубационной среде обуславливают полную и устойчивую депрессию подвижности клеточного тест-объекта. Размороженные сперматозоиды быка теряют подвижность в инкубационных средах с рН5 и сохраняют подвижность при рН инкубационных сред до 9 - 9,5. (41) С учетом этих данных ориентировочный ареал жизнеспособности спермы в средах с различными показателями рН и ОВП представлен на рис. 4.2. Устойчивость эритроцитов крови человека при инкубации в ЭХА-средах. Эритроциты свежей донорской крови человека инкубировались в изотонических растворах хлорида натрия (9 г/л), приготовленных на основе ЭХА-сред, полученных на установках типа СТЭЛ и “Изумруд”. Концентрация эритроцитов в тестируемых взвесях 1:500 - 1:1000. В контрольных опытах использовались пробы, приготовленные на дистиллированной или водопроводной воде. Продолжительность инкубации до 24 ч при температуре 20С. Исследовалась устойчивость эритроцитов в инкубационных средах к действию следующих гемолитических факторов: - осмотический шок методом мгновенного разведения изотонической эритроцитарной взвеси до уровня минерализации 4,5 г/л; - кислотный эритролиз методом добавления в изотоническую эритроцитарную взвесь соляной кислоты до концентрации 0,002 моль/л. Состояние эритроцитарных взвесей исследовалось с помощью фотометрии на спектрофотометре КФК-2 (кюв. 10,070 ; = 315 нм) с микроскопическим контролем. В изотоническом растворе хлорида натрия на дистиллированной воде резистентность эритроцитов к факторам гемолиза быстро уменьшалась до минимума, то есть до полного разрушения эритроцитов в среде при рН 5. Время кислого эритролиза в физиологическом растворе на основе дистиллированной воды в присутствии 0,002 Н НCl около 5 мин., что совпадает с литературными данными. (44) При инкубации эритроцитов в изотоническом растворе на основе водопроводной воды (рН 7) осморезистентность и кислотная резистентность эритроцитов постепенно снижается: к концу периода инкубации осморезистентность не менее 50%, время полного кислотного гемолиза 9 мин. В изотонической среде на католите водопроводной воды при малой интенсивности электрохимической обработки (q = 35 Кл/л ;рН = 7,5 - 8,0 ; ОВП = 0 - 100 мВ,ХСЭ ) осморезистентность эритроцитов в течение первых 3 ч инкубации превышала показатели контроля, но отмечалась заметная модификация гемоглобина с усилением розового окрашивания. Суточная инкубация эритроцитов при изотонии на католите указанных характеристик вызывала следующие изменения: - значительная модификация гемоглобина; - снижение показателя времени кислотного гемолиза до 2 мин ; - устойчивость оболочек эритроцитов к осмотическому шоку не менее 60% (в контроле 50%). В изотонических растворах на основе ЭХА-сред типа А и АН, полученных при удельном расходе электричества 35 - 70 Кл/л, а также на основе питьевой воды, очищенной на установке “Изумруд”, происходила быстрая модификация гемоглобина с усилением серого окрашивания. При этом осморезистентность эритроцитов снижалась, но устойчивость эритроцитарных оболочек к действию кислоты в указанных средах повышалась. Гемолитическая активность воды, очищенной на установке “Изумруд”, сохранялась только в течение 2-3 ч после ее получения и при дальнейшем выстаивании воды показатели ее действия на изолированные эритроциты не отличались от контрольных. Кислый эритролиз в условиях изотонии на воде, очищенной на установке “Изумруд”, зависел от буферных свойств тестируемой среды. Когда очищенная вода обогащается гидрокарбонатами за счет СО2 атмосферы при добавлении концентрированной НСl 0,17 мл/л до 0,002 моль/л, рН раствора остается выше 5,0. В этих условиях кислый эритролиз не происходит. Суточная инкубация свежих эритроцитов при изотонии на ЭХА-средах типа К, А и АН, полученных при q = 90 - 720 Кл/л (ток 1 - 8 А на установке СТЭЛ при расходе воды 40 л/ч) дала следующие результаты. В ЭХА-средах, синтезированных при токе 1 А, остаточная резистентность эритроцитов к инкубации (то есть доля сохранившихся клеток) была во всех средах приблизительно одинаковой и составляла 25% с незначительной модификацией гемоглобина. В католите при рН более 11,0 (ток 3 А и выше) быстро происходил полный гемолиз с модификацией свободного гемоглобина. В кислом анолите при рН ниже 4,0 (ток выше 3 А, Сох = 1103-3103 моль/л) в условиях изотонии эритроциты полностью разрушались в течение 30 мин. и во взвеси появлялись макроскопические хлопья коагуляции, которые затем подвергались лизису. В АН, синтезированном при токе 1-3 А, в условиях изотонии (рН = 6,2 + 0,2 ; Сох = 3104 моль/л) после получасовой инкубации происходил частичный лизис эритроцитов с модификацией гемоглобина, но без выпадения коагуляционных хлопьев. В более “жестком” АН (ток 5-8 А ; Сох = 1,5103 - 3103 моль/л) в изотонических условиях отмечалась быстрая модификация гемоглобина без разрушения клеточных оболочек и без образования хлопьев коагуляции. Эритроциты во взвесях сохранялись в виде “теней”, приблизительно 1/3 модифицированного гемоглобина выходила за пределы клеточных оболочек при суточной экспозиции. Таким образом, действие АН на биологический субстрат, представленный эритроцитарной взвесью, было более щадящим по сравнению с действием анолита кислого. В электронодонорной среде (католит) отмечается тенденция к повышению осморезистентности эритроцитов и уменьшение их кислотной резистентности за исключением случаев, когда сдвиг рН в кислую сторону компенсируется буферным щелочным резервом среды. В нейтральных электроноакцепторных средах типа АН отмечается снижение осмотической резистентности эритроцитов и усиление их кислотной резистентности (точнее, повышение кислотной резистентности клеточных мембран). В кислых электроноакцепторных средах (в кислом анолите с концентрацией сильных окислителей 0,001 - 0,003 моль/л) происходит кислый эритролиз по аналогии с лизисом эритроцитов в 0,002 Н растворе НСl. Показатели концентраций стабильных окислителей, действующих на эритроциты в данном случае совпадают, но лизис эритроцитов в кислом анолите идет медленнее: в течение 30 мин. против 5 мин. в эквимолярном растворе соляной кислоты. 4.3. Комплексное описание физиологических гомеостазированных систем как объектов электрохимического регулирования с учетом возможных точек приложения действия ЭХА-растворов. В 1945 г. J.S.Grey (45), изучавший потребность в кислороде у пилотов высотной авиации, сформулировал теорию гомеостазирования системы дыхания. У физически крепких тренированных людей в стационарном режиме интенсивность альвеолярной вентиляции (Qa, л/мин) выражалась следующей формулой: Qa = 1,1[H+] + 1,31pCO2 90 + 1,06107(104 pO2)4,9, (13) где [H+] - концентрация ионов водорода в артериальной крови в нмоль/л ; рО2 и рСО2 - напряжение (парциальное давление) кислорода и углекислого газа в артериальной крови, мм.рт.ст. Расчеты по формуле (13) показывают, что небольшие изменения рО2 в артериальной крови в сторону уменьшения мало влияют на величину альвеолярной вентиляции, то есть параболический член формулы (13) растет сначала медленно. При углублении артериальной гипоксемии с уменьшением рО2 до 65 мм.рт.ст. и ниже расчетное напряжение функции легких возрастает по очень крутой параболе и при этом теоретические значения Qa превышают физические возможности человека. Следовательно в стационарном физиологическом режиме существования организма человека реальные отрицательные смещения напряжения кислорода в артериальной крови не могут превышать по абсолютной величине (-40) - (-45) мм.рт.ст. в течение сколь-нибудь длительного времени. Аналогичные расчеты по формуле (13) показывают, что сдвиг рН в сторону ацидоза в артериальной крови и, повидимому, в тканевых средах не превышает по абсолютной величине (-0,2) - (-0,3) ед. рН. Разумеется, эти расчеты характеризуют физиологический статус испытуемых пилотов американской высотной авиации теперь уже в полувековой ретроспективе. С тех пор биологическая природа человека мало изменилась, но изменился характер экстремальных физиологических ситуаций, в которых может оказаться человек в современных условиях (например, при сверхнагрузках в спорте, в космическом полете , при интенсивной терапии и т.д.). Однако мы будем исходить из оценок системных связей в человеческом организме, приближающихся к хорошо изученным рутинным вариантам, рассматривая формулу (13) как принципиальное описание многофакторной корреляции, указанных в ней показателей. Регрессия ОВП при уменьшении напряжения кислорода в тканях теплокровных составляет 1,0 - 1,5 мВ/мм.рт.ст. (22) Следовательно, уменьшение рО2 в биологической жидкости на 40 мм.рт.ст. создает вклад в электронодонорную активность, эквивалентный уменьшению ОВП приблизительно на 40-60 мВ. Однако сопутствующее гипоксии смещение рН в сторону ацидоза создает клад в электроноакцепторную активность, эквивалентный 15-20 мВ. В итоге суммарный сдвиг ОВП внутренней среды в сторону восстановительных значений при гипоксии не превысит по абсолютной величине регрессию этого показателя (ОВП0) на 40- 45 мВ. Как известно, изменения рН в организме могут быть навязаны введением во внутреннюю среду кислых продуктов, ощелачивающих соединений, изменением режима дыхания и газового состава вдыхаемой смеси, а также фармакологическими и иными экспериментальными воздействиями на общий и регионарный кровоток. Так в остром эксперименте на наркотизированных собаках в условиях торакотомии удалось показать основные типы зависимости рН и показателей газов крови (рО2 и рСО2) от навязанных организму острых нарушений кислотно-щелочного равновесия (КЩР), газообмена и общего кровообращения. (46) Моделировались следующие патологические состояния: 1) метаболический ацидоз (внутривенное введение 0,2 Н лимонной кислоты 1,5 мг/кг); 2) метаболический алкалоз (внутривенное введение 5% раствора бикарбоната натрия 10 мг/кг) ; 3) артериальная гипоксемия (принудительное дыхание гипоксической газовой смесью - 10% О2, в режиме нормовентиляции); 4) комбинированный (газово-метаболический) ацидоз (принудительная гиповентиляция легких обычным атмосферным воздухом); 5) газовый ацидоз без метаболической компоненты (принудительная гиповентиляция легких при дыхании чистым медицинским кислородом); 6) газовый алкалоз (принудительная гипервентиляция легких атмосферным воздухом); 7) общая гипоперфузия организма в режиме искусственного кровообращения(ИК) - (общая скорость кровотока - ОСК 50% от нормы) . Подопытные животные контрольной группы наркотизировались и находились в состоянии операционной травмы, связанной с интраторакальным введением датчиков физиологической информации. Исходные показатели в этой группе соответствовали физиологической норме. Но в течение 15-30 мин. у травмированных животных развивался ацидоз смешанного типа не фоне нормальных показателей оксигенации артериальной крови, вентиляции легких и общего кровообращения. Полученные физиологические сдвиги в организме были ранжированы по показателям рН артериальной крови (рНа) от минимальных при декомпенсированном метаболическом ацидозе до максимальных при декомпенсированном метаболическом алкалозе. Гамма физиологических показателей в организме подопытных животных представлена в табл. 4.2. Таблица 4.2 Физиологические показатели в организме наркотизированных собак при сдвигах рНа при различных типах нарушения КЩР. _______________________________________________________________ Вид экспериментального рНа Типы измений воздействия физиологических показателей _______________________________________________________________ ------------- 1 -------------------------- 2 ---------------------------- 3 -------------------- Внутривенное введение 7,15 + 0,04 Декомпенсированный лимонной кислоты метаболический ацидоз, дефицит буферных оснований ВЕ = (-15,5) ммоль/л, гемодинамический коллапс, ОСК 30% от нормы, утилизация О2 28% от нормы, газы крови в норме. Общая гипоперфузия 7,20 + 0,05 Ацидоз смешанного типа, при ИК артериальная гиперкапния, ВЕ = (-12,2) , заданная ОСК 50% от нормы, утилизация О2 82% от нормы, оксигенация артериальной крови в норме. Продолжение табл. 4.2 ______________________________________________________________ ----------- 1 ---------------------------- 2 ------------------------- 3 --------------------- Гиповентиляция 7,22 + 0,04 Артериальная гиперкапния, легких чистым О2 ВЕ = 0,5, “чистый” газовый ацидоз, ОСК 174% от нормы, утилизация О2 82% от нормы, оксигенация артериальной крови в норме. Гиповентиляция 7,26 + 0,03 Комбинированный ацидоз, легких атмосферным артериальная гиперкапния, воздухом ВЕ = (-4,6), ОСК 146% от нормы, утилизация О2 107% от нормы, оксигенация артериальной крови в норме . Операционная травма 7,28 + 0,01 Комбинированный ацидоз, в контрольной небольшая артериальная группе гиперкапния, ВЕ = (-8,0), ОСК и утилизация О2 100% нормы, оксигенация артериальной крови в норме. Дыхание гипоксической 7,35 + 0,04 Артериальная гипоксемия, смесью, нормовентиляция показатели КЩР близки к норме, ВЕ = (-3,0), ОСК 124% от нормы, утилизация О2 60% от нормы. Состояние 7,37 - 7,42 КЩР без нарушений, физиологической ВЕ = 0, нормы ОСК, утилизация О2, газы крови в норме. Гипервентиляция 7,47 + 0,02 Артериальная гипокапния, легких атмосферным газовый алкалоз, ВЕ=(-3,5), воздухом ОСК 93% от нормы, утилизация О2 109% от нормы, оксигенация артериальной крови в норме. Продолжение табл. 4.2 _______________________________________________________________ ------------- 1------------------------ 2 --------------------------------- 3 ---------------- Внутривенное 7,55 + 0,01 Метаболический алкалоз, введение бикарбоната ВЕ = 13,5, натрия ОСК 165% от нормы при относительном уменьшении сосудистого тонуса, утилизация О2 180% от нормы, газы крови в норме. _______________________________________________________________ Толкование данных табл. 4.2 основано на следующих предпосылках. Ионы водорода фармакологически активны и проявляют себя как симпатолитические агенты, поскольку они блокируют мембранные поверхности адренорецепторов. Соответственно, резко выраженный декомпенсированный метаболический ацидоз вызывает сосудистый коллапс, нарушает тканевую микроциркуляцию и снижает утилизацию кислорода организмом в основном за счет нарушения его доставки к тканям и органам. Первичное уменьшение ОСК при ИК первоначально не влияет на рН и газовые характеристики артериальной крови. В этом случае уменьшение траспорта кислорода в тканевой массив связано с чисто механическими причинами (снижение производительности перфузионного насоса аппарата ИК). В дальнейшем искусственная гипоперфузия сопровождается развитием метаболического ацидоза в связи с накоплением в тканях недоокисленных продуктов, что усугубляет нарушения микроциркуляции и способствует нарастанию тканевой гипоксии. При дыхании гипоксической смесью возникает артериальная гипоксемия и увеличение ОСК в качестве компенсаторной реакции. В результате утилизация О2 составляет 60% от нормы, что достаточно для сохранения стабильности системы КЩР (возникает незначительный матаболический ацидоз и в этих условиях снижение утилизации кислорода связано по преимуществу не с нарушениями микроциркуляции, а с недостаточной оксигенацией крови). Присутствие в тканях недоокисленных энергетических продуктов (по преимуществу молочной кислоты) создает предпосылки для повышенного кислородного запроса. Для проверки этого обстоятельства у подопытных собак, находившихся в течение 30 мин. в режиме ИК при ОСК 50% от нормы, форсированным увеличением производительности перфузионного насоса осуществлялось возвращение ОСК к 100% (то есть к исходному уровню, соответствующему физиологической норме). Состояние смешанного ацидоза при переходе от гипоперфузии к нормоперфузии практически не корректировалось, но при этом показатели утилизации кислорода организмом в течение нескольких минут увеличивались от 82% при гипоперфузии до 142%. (приблизительно в 1,7 раза) . Следовательно грубые нарушения КЩР указанного типа сами по себе не препятствуют удовлетворению кислородного запроса, если доставка кислорода с кровью к тканям осуществляется в достаточном объеме. Гиперкапния (увеличение рСО2) крови вызывает симпатомиметический эффект, улучшает микроциркуляцию, что способствует повышению утилизации кислорода в организме |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям