Влияние факторов горного климата на сурфактантную систему легких и коррекция ее нарушений

История изучения сурфактантной системы легких является ярким примером эффективности внедрения достижений фундаментальной науки в практическую медицину. Если на научных конференциях семидесятыхначала восьмидесятых годов приходилось доказывать сам факт существования сурфактанта легких и биологическую значимость его биофизических свойств, то в настоящее время за счет заместительной терапии естественным или полусинтетическим сурфактантом удается выхаживать глубоко недоношенных новорожденных весом 500−700 грамм и лечить шоковое легкое у взрослых [52, 59, 68, 119, 136, 159, 160, 166, 221, 219, 222, 267, 281, 307]. Изучение механизмов регуляции метаболизма сурфактанта [77, 81, 84, 102, 112, 122, 126, 206, 227, 244, 260, 318, 329] позволило успешно применять фармакологическую стимуляцию его синтеза и секреции при различной бронхолегочной патологии [48, 56, 70, 87, 158, 170, 262, 264, 301, 347]. Имеются данные о возможности использования для коррекции нарушений ССЛ, возникающих при хроническиом бронхите и бронхиальной астме, некоторых физиотерапевтических процедур [80, 108 111, 127, 124, 159], спелеои климатотерапии [18, 24, 25, 44, 48, 148]. Хотя пока с этих позиций изучены только те заболевания, при которых доказано закономерное развитие дефицита сурфактанта и только отдельные лечебные методики. Большинство новых физиотерапевтических методик, успешно применяющиеся для реабилитации легочных больных [45, 49, 83], с позиций исследования влияния на ССЛ не изучены.

Повышенный интерс к ССЛ объясняется также многогранностью ее функциональной роли в физиологии и патологии органов дыхания. Доказано, что сурфактант легких обладает антиателектатическими [15, 23, 55, 61, 205, 321], противоотечными [15, 57, 156, 203, 277, 278, 343], иммуномодулирую-щими [57, 88, 179, 203, 276, 304, 344], эвакуаторными [102, 204, 310, 320], антиоксидантными [28, 37, 138, 158, 290, 319] и другими свойствами. Нарушения CCJI встречаются при многих заболеваниях и экспериментальных воздействиях [11, 38, 53, 57, 102, 106, 125, 150, 179, 233, 305], сопровождаясь острой или хронической дыхательной недостаточностью [15, 103, 190].

Гораздо менее изучено состояние сурфактанта на стадии предболезни, при пограничных состояниях, при действии различных факторов риска, при деятельности человека в экстремальных условиях. Хотя такая задача вытекает из принципов восстановительной медицины, ориентированной на своевременное лечение и предупреждения развития заболеваний [93, 123]. Это связано с тем, что оценить состояние CCJI у человека нелегко. Безболезнено получить для анализа можно лишь определенный субстрат — конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ), и с определенной натяжкой — жидкость бронхоальвеолярного лаважа (ЖБАЛ). Однако сами методики сбора и анализа этих субстратах пока еще не стандаризированы, и биологическая суть выявляемых сдвигов какая биологическая физических или биохимических показателей КВВ не достаточно изучена.

Поэтому важным этапом внедрения методов коррекции нарушений CCJI являются доклинические испытания на экспериментальных моделях заболеваний легких.

CCJI недостаточно изучена с позиции горной медицины и физиологии. Вопросам адаптации CCJI к условиям высокогорья были посвящены диссертационные работы A.A. Арбузова [13] и В. Ю. Горчакова [38] и Выявлено, что ПА сурфактанта у крыс и мышей, адаптированных к высокогорной гипоксии, близка к контрольному уровню или несколько превышает его. В процессе адаптации лабораторных животных к условиям высокогорья развиваются гипертрофия и гиперплазия альвеолоцитов II типа, увеличивается доля дипальмитолецитина, основного компонента сурфактанта. [17, 35, 168, 175], Однако осталось неясным, обеспечивает ли повышенный уровень ПА сурфактанта у адаптированных животных в условиях высокогорья защиту от дополнительных нагрузок, не оценены возможности функционального резерва ССЛ в горных условиях. В доступной нам литературе мы не встретили работ, изучающих восстановительные изменения ССЛ после гипоксического повреждения.

С учетом большой частоты гипоксических состояний в патологии человека и при трудовой деятельности в экстремальных условиях гор вопросы диагностики и коррекции нарушений ССЛ при гипоксии имеют большую значимость. К сожалению, эффективность известных стимуляторов и модификаторов сурфактанта на гипоксических моделях недостаточности ССЛ не изучалась. На сегодняшний день практически важно не просто отметить наличие или отсутствие эффекта какого-либо препарата на ССЛ, а отобрать на экспериментальных моделях гипоксической недостаточности сурфактанта наиболее эффективные лечебные средства и физиотерапевтические методы с прямым действием на поврежденное звено метаболизма, оптимизировать сроки и дозы воздействия с учетом периодизации патологического процесса.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучить механизмы повреждения, репарации и адаптации сурфактант-ной системы легких экспериментальных животных и человека при действии факторов горного климата, а также возможность лекарственной и физиотерапевтической коррекции возникающих нарушений.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ: 1. Разработать аппаратуру и методики исследования ССЛ человека и у экспериментальных животных, определить значимость конкретных физиологических, морфологических, биохимических показателей в оценке состояния и резервных возможностей ССЛ в норме, а также в экстремальных условиях.

2. На моделях изолированного и комбинированного действия факторов горного климата у экспериментальных животных выявить общие закономерности и отличительные особенности реакции ССЛ.

3. Изучить динамику адаптации к горному климату ССЛ белых крыс, здоровых людей и больных бронхиальной астмой,.

4. Оценить резервные возможности ССЛ у животных, адаптированных и неадаптированных к условиям высокогорного климата, путем дополнительного действия дозированной физической нагрузки.

5. Оценить возможность защиты ССЛ белых крыс и плодов кроликов от повреждения острой и хронической барокамерной гипоксией путем предварительного введения амброксола, бензонала, гумата меди, ультразвуковых ингаляций липосом лецитина, внутрисосудистого лазерного облучения крови.

6. Изучить динамику естественной репарации ССЛ белых крыс после однократного действия острой барокамерной гипоксии и при действии амброксола, бензонала, гумата меди, электромагнитных полей крайне высоких частот (ЭМП КВЧ).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Впервые комплексом физических, биохимических и морфологических методов, включая электронную микроскопию и компьютерную морфо-метрию, изучены механизмы повреждения, компенсаторные изменения и резервные возможности ССЛ при действии факторов горного климата в естественных условиях горного климата и на экспериментальных моделях.

Выявлены общие (стрессовая реакция) и отличительные изменения при изолированном действии факторов горного климата. Действие таких факторов горного климата как изменение газового и ионного состава, температуры вдыхаемого воздуха инициирует в легких местные реакции, включающие изменения метаболизма сурфактанта и ПОЛ.

Впервые прослежены изменения ССЛ и ПОЛ бронхоальвеолярных смывов при пребывании крыс в условиях с измененным ионным составом воздуха, доказано повреждающее действие крайних степеней деионизации и гиперионизации воздуха.

Получены новые данные о динамике морфофункциональных показателей ССЛ при адаптации лабораторных животных к условиям среднегорья и высокогорья Кыргызстана. Прослежены изменения поверхностной активности КВВ у здоровых людей и больных бронхиальной астмой при пребывании в условиях высокогорья в течение 1 месяца.

Оценена степень адаптированности ССЛ белых крыс к условиям высокогорья. Выявлены особенности реакции ССЛ лабораторных животных, адаптированных и неадаптированных к горным условиям, на дополнительную физическую нагрузку разной интенсивности. Показано, что повышенный уровень функционирования ССЛ в условиях высокогорья достигается за счет сокращения резервных возможностей.

Получены новые сведения о морфофункциональных изменениях ССЛ при естественной репарации после однократного действия тяжелой гипоксии. Отработаны на взрослых животных и плодах кроликов экспериментальные модели недостаточности ССЛ гипоксического генезиса для изучения протекторного и корригирующего эффекта медикаментозных и физиотерапевтических средств.

Новыми являются сведения об эффективности протекторного и корригирующего действия амброксола, бензонала, гумата меди на гипоксической модели недостаточности сурфактанта у взрослых животных и плодов.

Впервые изучено влияние внутрисосудистого лазерного облучения крови и ЭМП КВЧ на ПА сурфактанта, ультраструктуру легких, состояние ПОЛ у интактных крыс и на репарацию ССЛ после гипоксического повреждения.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

Разработан и запатентован прибор для определения ПА сурфактанта, выполненный на современной электронной базе, позволяющий автоматически с высокой точностью измерять изменения поверхностного натяжения ПН растворов ПАВ в процессе моделирования дыхательного цикла.

Предложена методика определения ПА сурфактанта в бронхоальвео-лярных смывах и в конденсате выдыхаемого воздуха с использованием техники монослоев с летучим растворителем ПАВ, повышающая точность и быстроту анализа. Методика применена для физиологических и гигиенических обследований групп людей в экстремальных условиях горного климата, а также в пульмонологической клинике.

Разработаны методики количественного определения сурфактанта легких в гистологических срезах легких лабораторных животных (белые крысы, морские свинки, новорожденные крольчата). Проведено сравнительное экспериментальное исследование сурфактанта в разных субстратах для анализа (конденсат выдыхаемого воздуха, бронхоальвеолярный смыв, эн-добронхиальный смыв, экстракт легкого после смыва) — определена биологическая суть сдвигов параметров ПН для оценки клеточного и внеклеточного компонентов ССЛ.

Большая частота гипоксических состояний в патологии человека, особенно у жителей горных регионов, определяет практическую значимость изучения проблемы профилактики и коррекции возникающих при этом нарушений ССЛ. Проверка эффективности амброксола, бен-зонала, гумата меди, лазерного облучения крови на гипоксической модели недостаточности сурфактанта может способствовать более широкому применению этих средств и процедур. В частности изученные средства могут быть применены для профилактики острой горной болезни и облегчения процесса акклиматизации в горных условиях.

Показана значимость изменений ионного состава воздуха для организма, способных приводить к развитию легочной патологии. В связи с широким применением в современных условиях электробытовой и промышленной техники, приводящей к изменению ионного состава окружающего воздуха, вопросы санитарно-гигиенической оценки условий производственной деятельности и профилактики заболеваний легких требуют учета исследований состояния ССЛ.

Изучено действие ЭМП КВЧ в на репаративные процессы в легких после гипоксического повреждения, результаты исследования могут явиться обоснованием для более широкого использования ЭМП КВЧ в лечении болезней легких.

В целом, проведенные эксперименты позволили получить ряд данных, раскрывающих роль ССЛ в патогенезе и саногенезе легочной патологии, и могут явиться теоретической базой для последующих клинических работ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Предлагается комплекс морфофункциональных исследований для оценки состояния ССЛ у экспериментальных животных и человека, ее резервных возможностей, позволяющий изучать свойства, структуру и состав внеклеточного и клеточного сурфактанта.

2. Факторы горного климата (при моделировании их изолированного действия и при сочетании в природных условиях) приводят изменению структуры и метаболизма ССЛ. При остром действии факторов горного климата наблюдаются негативные изменения ССЛ, способствующих развитию дыхательной недостаточности. При длительном пребывании животных и человека в условиях горного климата ССЛ адаптируется к повышенной функциональной нагрузке. Повышенный уровень метаболизма сурфактанта в условиях горного климата достигается за счет сокращения резервных возможностей ССЛ. Дополнительная физическая нагрузка в условиях высокогорья приводит к срыву адаптации и развитию отека легких.

3. Для предупреждения или коррекции повреждения ССЛ гипоксиче-ского генезиса можно использовать амброксол, бензонал, внутрисосу-дистое лазерное облучением крови, электромагнитные поля КВЧ, ультразвуковые ингаляции гумата меди.

ВНЕДРЕНИЕ.

1. Автоматические претензионные весы — тензиоспектрометр-01, запущены в мелкосерийное производство, и внедрены в научно-исследовательскую работу во Всесоюзном НИИ пульмонологии, Ленинград (1991), Кыргызском НИИ кардиологии, Бишкек, Кыргызском НИИ акушерства и педиатрии, Бишкек, Кыргызском НИИ курортологии и восстановительного лечения.

2. Методики определения ПА в бронхоальвеолярном смыве и в конденсате выдыхаемого воздуха с использованием техники монослоев с изопропило-вым спиртом были применены во Всесоюзном НИИ пульмонологии, в Национальном научном центре кардиологии и терапии (прежнее название Кыргызской НИИ кардиологии), в Национальном центре педиатрии и детской хирургии (Кыргызском НИИ акушерства и педиатрии), в Кыргызском НИИ курортологии и восстановительного лечения, на кафедрах патологической анатомии, кафедре патологической физиологии КГМА, в Городской детской клинической больнице скорой помощи, Бишкек.

3. Методики флюорометрии липидов в гистохимических срезах легких были внедрены на кафедре патологической физиологии Карагандинского государственного медицинского института, Крымского государственного медицинского института, кафедре патологической анатомии, кафедре судебной медицины Кыргызской государственной медицинской академии.

4. Результаты научных исследований внедрены в практику преподавания кафедры патофизиологии КГМА в разделы «Патофизиология системы органов дыхания», «Типовые патологические процессы. Гипоксия», Кафедры патологической анатомии КПУГА, разделы «Компенсаторно-приспособительные процессы», «Болезни органов дыхания», кафедры физических методов лечения с курсом традиционной медицины КГМА по разделам «Лечение электромагнитными полями, лазеротерапия», кафедры физиологии Кыргызско-Российского Славянского университета по разделу «Физиология дыхания», кафедры медицинской реабилитации Кыргызско-Российского Славянского университета по разделу «Медицинская климатология», курса физиотерапии КГМИ ПиПМК по разделу «Лазеротерапия».

КОЛИЧЕСТВО ПУБЛИКАЦИЙ.

По теме диссертации опубликовано 112 научных работ, не считая тезисов -60 работ. В том числе: 3 изобретения, монография «Оценка состояния сур-фактантной системы легких в норме и патологии», методические рекомендации, 4 работы в дальнем зарубежье, 9 журнальных статей в центральных (российских) журналах, 9 журнальных статей в региональных журналах, 11 статей в сборниках стран СНГ. Все разделы работы нашли отражение в данных публикациях.

СВЕДЕНИЯ ОБ АПРОБАЦИИ ДИССЕРТАЦИИ.

Материалы диссертации доложены: на XIX Всесоюзном съезде терапевтов, Ташкент- 1987, на 2 съезде терапевтов Киргизии, Фрунзе, 1988; на VII научно-практической конференции врачей краснознаменного Среднеазиатского военного округа, Алма-Ата, 1988; На Международном симпозиуме «Легочные артериальные гипертензии, Фрунзе, 1988; на 5 и 7 Всесоюзных симпозиумах „Эколого-физиологические проблемы адаптаций“, Москва, 1988, Красноярск, 1991; на VII Всесоюзном симпозиуме по экологической физиологии, Ашхабад, 1989; на конференции посвященной 40-летию КГМИ, Фрунзе, 1989, на Всесоюзных научных конференциях „Сурфактантная и антисурфактантная система легких“, Харьков. 1989, 1990, Ялта, 1991, на 1 Всесоюзном конгрессе пульмонологов, Киев, 1990; на Всемирном конгрессе международного общества патофизиологов, Москва, 1991, на 5 конференции морфологов Средней Азии и Казахстана, Чолпон-Ата, 1991; на 2 республиканском съезде физиологов Таджикистана, Душанбе, 1991, на 3 национальном конгрессе по болезням органов дыхания. Санкт-Петербург, 1992; на 1 и 2 международном симпозиуме Проблемы саногенного и патогенного эффектов экологических воздействий на внутреннюю среду организма». Чолпон-Ата, 1993, 1995; на 1 съезде педиатров и акушеров Кыргызстана, Бишкек, 1993; на 1 и 2 конгрессе пульмонологов стран Центральной Азии, Ташкент, 1994, Алма-Ата, 1996, на Иссык-Кульской конференции «Во имя будущего планеты», Бишкек, 1994; на 1 Конгрессе по внутренней медицине стран Центральной Азии, Ташкент, 1994; на Международном симпозиуме по горной медицине, Бишкек, 1994; на 4 и 5 национальном конгрессе по болезням органов дыхания, Москва, 1994, 1995, на Республиканской конференции физиотерапевтов и курортологов, Бишкек, 1995; на научно-практической конференции «Новое в лазерной медицине», Бишкек, 1995; на международной конференции «Высокогорные исследования: изменения и перспективы в XXI веке», Бишкек, 1996; на научно-практической международной конференции «Медицинская реабилитации и физическая терапия», Бишкек, -1997., на республиканской конференции «Актуальные вопросы современной гистопатологии», Бишкек, 1999, на международной конференции «Проблемы медицинской реабилитации в Кыргызской республике», Бишкек, 2001, на конференции «Проблемы, стратегия и перспективы развития медицины труда в горных регионах», Бишкек, 2002.

выводы.

1. На действие большинства факторов горного климата (гипоксия, гипотермия, ветер, гиперинсоляция, при физической нагрузке) ССЛ реагирует повышением секреции сурфактанта альвеолоцитами 2 типа, повышенным его расходованием, уменьшением резервного и незрелого сурфактанта, изменением метаболизма. При продолжающемся интенсивном действии фактора снижается количество внеклеточного сурфактанта, развиваются дыхательная недостаточность.

2. Длительное дыхание воздуха с измененным ионным составом как в сторону резкой деионизации, так в сторону резкой гиперионизации проявляется снижением ПА клеточного и внеклеточного сурфактанта, активацией ПОЛ и структурными нарушениями респираторного отдела. В отличие от других климатических факторов при этом проявляется не стрессовое, а кумулятивное действие.

3. Адаптация легких к условиям горного климата протекает в виде фазной реакцией со снижением ПА ССЛ в фазу аварийной адаптации и последующей нормализацией. В условиях среднегорья эти сдвиги нерезкие и быстро проходящие. В условиях высокогорья снижением ПА более существенно и сопровождается метаболическими и структурными изменения легких. Восстановление структуры и функции ССЛ занимает до 2 месяцев. При длительной более 2 месяцев адаптации к высокогорному климату активность ССЛ возрастает, сопровождаясь гиперплазией и гипертрофией альвеолоцитов II типа.

4. Интенсивная плавательная нагрузка у крыс низкогорья вызывает повышение количества неклеточной фракции сурфактанта при сохранении резервов клеточного сурфактанта. Суперинтенсивная нагрузка вызывает снижение активности клеточного сурфактанта, активацию ПОЛ и грубые нарушения структуры легких. В условиях горного климата при дополнительной физической нагрузке развивается выраженная недостаточность.

ССЛ. У крыс, адаптированных к условиям высокогорья, высокий уровень метаболизма сурфактанта обеспечивается за счет сокращения резервных возможностей и не защищает ССЛ от истощения при дополнительной нагрузке.

5. Действие длительной барокамерной гипоксии на созревание легких плодов в пренатальный период неоднозначно. Ежедневные подъемы самок в последнюю неделю беременности на «высоту» 4000 м стимулируют активность ССЛ у новорожденных крольчат. При повышении высоты подъема до 6000 м характер действия сменяется на повреждающее.

6. Однократная шестичасовая экспозиция белых крыс в барокамере на «высоте» 6000 м приводит к транзиторной недостаточности ССЛ. Сдвиги показателей ССЛ полностью нормализуются в течение 5 суток. При барокамерной гипоксии, соответствующей высоте 9000 м, развивается стойкая недостаточность ССЛ, характеризующаяся резким снижением ПА, активацией ПОЛ, деструкцией альвеолоцитов, повреждением аэрогема-тического барьера с развитием интерстициального и альвеолярного отека, кровоизлияний. Репарация ССЛ в 5-дневный период не происходит.

7. Предварительные инъекции амброксола перед подъемом крыс в барокамере ослабляют повреждающее действие острой гипоксии на ССЛвведение амброксола беременным самкам в последнюю неделю беременности на фоне прерывистой барокамерной гипоксии снимают тормозящий эффект последней на созревание легких плодовкурс инъекций амброксола в период последействия острой барокамерной гипоксии корригирует снижение ПА сурфактанта и структурные повреждения респираторного отдела легких. Корригирующий и протекторный эффект амброксола обусловлен его свойствами стимулировать секрецию и синтез сурфактанта.

8. Корригирующие и протекторное действие бензонала при недостаточности ССЛ гипоксического генезиса сопоставимо по эффективности с амброксолом, и обусловлено способностью бензонала активировать систему антиоксидантной защиты.

9. Физиотерапевтические процедуры (ВЛОК, воздействие на грудную клетку ЭМП КВЧ, ультразвуковые ингаляции гумата меди) способны защитить ССЛ от гипоксического повреждения и стимулировать репарацию ССЛ в восстановительный период. Эффективность изученных физиотерапевтических методов сравнима с известными фармакологическими препаратами. Усиление репарации ССЛ под влиянием ЭМП КВЧ и ингаляций гумата меди является одним из механизмов их саногенного эффекта.