THE EXPERIMENTAL EFFICIENCY EVALUATION OF RESPIRATORY THERAPY FOR TOXIC PULMANORY EDEMA IN ACUTE INTOXICATION WITH PYROLYSIS PRODUCTS OF FLUOROPLASTICS

Full Text

Актуальность. Пульмонотоксиканты - вещества, вызывающие структурно-функциональные нарушения органов дыхания, которые определяют клинические проявления интоксикации и ее исход [2]. Физико- химические свойства веществ пульмонотоксического действия значительно отличаются друг от друга, общим для них является высокая летучесть и способность вызывать ингаляционные поражения, причем к истинным пульмонотоксикантам (удушающим веществам) относят соединения, воздействие которых приводит к развитию отека легких с минимальным раздражающим эффектом [1, 2]. В современном мире неуклонно растет спрос на различные полимерные материалы и, как следст- вие этого, их производство. В качестве примера можно привести фторсодержащие полимерные ма- териалы, самый распространенный из которых - политетрафторэтилен, который в Российской Феде- рации производится под маркой фторопласт-4. Данный полимер широко используется в машино- строение (поршневые кольца), легкой промышленности (покрытие одежды для спорта), медицине (про- тезы и трансплантаты) и др. [8] Сами по себе фторсодержащие полимеры не представляют опасности для человека при темпера- турах до 260-400°С. Однако, при температурах свыше 400°С они разлагаются и выделяют газообразные токсичные продукты [10]. Так, при пиролизе фторопласта-4 при температуре свыше 400°С образуется перфторизобутилен - бесцветный токсичный газ, относящийся к 1 классу опасности, ингаляционное поступление которого в организм может приводить к нарушению функций дыхательной системы, вплоть до острого лёгочного отёка и летального исхода [3, 7]. Отравление продуктами пиролиза фторопластов может произойти при воздействии химического по- ражающего фактора на пожаре или при аварийных ситуациях на объектах по производству и утилиза- ции фторполимеров (методом термодеструкции). На сегодняшний день отсутствуют эффективные схемы лечения острого лёгочного отёка. Применение большинства существующих патогенетических схем ограничено латентным периодом интоксикации и отчасти стадией формирования интерстициального отёка лёгких. Современные подходы к лечению отека легких описаны в национальном руководстве по пульмонологии, в клинических рекомендациях по ведению больных с острым респираторным дистресс-синдромом, введенных в действие решением Общероссийской общественной организацией «Федерация анестезиологов и реаниматологов» [6]. В настоящее время метод применения кислородно-гелиевой смеси (гелиокс) широко используется для лечения тяжёлых пневмоний. Физические свойства кислородно-гелиевой смеси обосновывают её применение при широком спектре бронхолегочных заболеваний. Влияние кислородно-гелиевой смеси на степень выраженности дыхательной недостаточности и активность воспаления, позволяют предполо- жить её эффективное применения при отеке легких, в том числе токсической этиологии [9]. Цель исследования. Оценить эффективность применения кислородно-гелиевой смеси для фарма- кологической коррекции токсического отёка лёгких у лабораторных животных при интоксикации продук- тами пиролиза фторопластов. Материалы иметоды исследования. Экспериментальное исследование выполнено на белых- беспородных крысах-самцах массой 200-220 г. Животные были разделены на три группы: Контроль - животные находились в ингаляционной камере и дышали атмосферным воздухом; Интоксикация - животных подвергали воздействию продуктов пиролиза; Лечение - животных подвергали воздействию продуктов пиролиза и осущест- вляли лечение кислородно-гелиевой смесью. Выведение животных из эксперимента осуществляли путём пе- редозировки раствора Золетила (Verifarm, Франция). При проведении исследования выполняли требования нормативно-правовых актов о порядке экспериментальной работы с использованием животных, в том числе по гуманному отношению к ним [5]. 3Статическую ингаляционную интоксикацию осуществляли в герметичной камере объемом 0,1 м , оснащен- ной вентилятором для равномерного перемешивания газовоздушной смеси. В качестве исходного материала для термической деструкции использовали политетрафторэтилен марки Фторопласт-4. Термическое разло- 0жение фторопласта проводили в камере для пиролиза при температуре 580-750 С в течение 4 мин. Темпера- туру в камере для пиролиза определяли при помощи инфракрасного пирометра ADA Tem Pro 900 (China). Образовавшиеся продукты пиролиза фторопласта (далее продукты пиролиза) посредством естественной конвекции поступали в ингаляционную камеру, в которую помещали лабораторных животных. Время воздейст- вия на животных продуктов пиролиза с момента начала термодеструкции составляло 15 мин. Содержание оксида углерода (СО), кислорода (О ) в ингаляционной камере определяли при помощи га- 2зоанализатора ДАХ-М («Аналит-прибор», Россия). Анализ газовоздушной смеси в ингаляционной камере про- водили методом газо-жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (Agilent 7890B с масс-селективным детектором Agilent 240 ms, США). В качестве токсикометрического показателя ис- пользовали массу навески вещества (фотропласта-4), продукты термодеструкции которого приводили к гибе- ли 50 % животных в течение суток. После окончания интоксикации крыс извлекали из ингаляционной камеры, и они дышали атмосферным воз- духом. Наблюдение за животными осуществляли в течение суток. Содержание карбоксигемоглобина в крови лабораторных животных определяли спектрофотометрическим методом (спектрофотометр Lange DR 2800 (США)) непосредственно после окончания интоксикации. Легочной коэффициент определяли у выведенных из эксперимента животных через 1, 3, 8 и 24 ч после интоксикации. После выведения животных из эксперимента лёгкие помещали в 10% раствор нейтрального формалина, готовили гистологические препараты по стандартной методике. Исследование микропрепаратов осуществляли на микроскопе МИКМЕД-6 (Россия), при увеличении х 100, 200 и 400, выполняли фоторегистрацию. Анализ бронхиально- альвеолярной лаважной жидкости (БАЛЖ) проводили по методу Brain и Beck [8]. Материал для анализа получали у предварительно выведенных из эксперимента животных через 3 часа после воздействия про- дуктов пиролиза. Клеточный состав бронхоальвеолярной лаважной жидкости определяли в мазках, при- готовленных из ресуспензированного центрифугата объемом 0,02 мл после отделения надосадочной жидкости, путём проведения световой микроскопии. Дифференцировали альвеолярные макрофаги и нейтрофилы, выражали в абсолютных единицах. 2Лечение животных осуществляли при помощи кислородно-гелиевой смеси (соотношение О и Не - 60 об.% и 0 об.%). Через час после окончания интоксикации животных группы «Лечение» помещали в камеру объёмом 403,05 м , в которую подавали кислородно-гелиевую смесь. Лечение проводили в течение 6 часов, после чего животных извлекали из камеры и они дышали атмосферным воздухом. Оценивали выживаемость, среднюю продолжительность жизни у погибших животных и величину лёгочного коэффициента через 6 часов после воз- действия (у предварительно выведенных из эксперимента животных). Статистический анализ результатов экспериментальных исследований проводили при помощи программы Statistica 10.0. Полученные данные, распределение которых отличалось от нормального, анализировали при помощи непараметрического U-критерия Манна-Уитни. Данные в тексте представлены в виде медианы, верх- него и нижнего квартилей - Me [Qн; Qв]. Вывод о статистической значимости различий между группами при- нимали при p<0,05 [4]. Результаты исследования. В ходе проведённых предварительных экспериментов было установлено, что масса навески фторопласта-4 для крыс по критерию суточной выживаемости составляла 2,68 ± 0,60 г. Терми- ческое разложение фторопласта-4 сопровождалось поступлением белого дыма, который «стелился» по дну ингаляционной камеры. Во время воздействия на животных продуктов пиролиза отмечали слабое раздражающее действие дыма, незначительное снижение двигательной активности. Содержание ок- сида углерода в ингаляционной камере не превышало 180 [170; 200] ppm. Концентрация кислорода в течение 15 мин воздействия снижалась не более чем на 0,4 об.% при одновременном нахождении в ингаляционной камере шести крыс. По результатам проведённого анализа методом газо-жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием в пробе газовоздушной смеси был обна- ружен перфторизобутилен, относительное содержание которого в образце составляло 85,9 %. После извлечения животных из камеры признаков раздражающего действия выявлено не было, двига- тельная активность не изменялась. Концентрация карбоксигемоглобина в крови крыс после извлечения из камеры составляла 28 [26; 31] %. Гибель животных начиналась через 6-8 ч после воздействия. За 20-40 мин до развития летального исхода у животных отмечали резкое снижение двигательной активности, ды- хание становилось поверхностным, неравномерным с частотой 45 [38; 52]/ мин. Отмечали обильное выделение пены из полости носа. Для количественной оценки степени выраженности поражения лёгких у животных определяли лёгочный коэффициент (рис. 1). Было установлено, что через 1 ч после воздействия легочный коэффициент у экспериментальных жи- вотных не отличался от контрольной группы (p>0,05). Увеличение легочного коэффициента (p<0,05) от- мечали уже через 3 ч после интоксикации. Через 8 ч после воздействия наблюдалось резкое увеличение легочного коэффициента, наибольшее значение (p<0,05) было установлено через 24 ч после интокси- кации продуктами пиролиза. Через 24 часа после выведения животных из эксперимента оценивали морфологические изменения в легких. При морфологическом исследовании макропрепарата животных контрольной группы легкие - равномерного розового цвета, с ровными краями, хорошо различимыми границами между долями. Легкие крыс, подвергшихся интоксикации продуктами пиролиза резко увеличены в размерах, розовато- багрового цвета за счет обширных очагов кровоизлияний, края сглажены, плохо визуализируются бороз- ды между долями, на разрезе отмечается пенистая розовая жидкость, сосуды полнокровны. При микроскопическом исследовании гистологических препаратов лёгких животных контрольной группы признаков поражения легочной ткани не было выявлено (рис. 2). Определяли тонкие межальвео- лярные перегородки, альвеолы заполненные воздухом, воздушность лёгочной ткани сохранена, крове- носные сосуды не расширены. При исследовании гистологических препаратов лёгких животных, полу- ченных через 24 часа поле интоксикации, отмечали истончение межальвеолярных перегородок, вслед- ствие сдавливания их отечной жидкостью, выход гомогенного транссудата в полость альвеол, набухание и полнокровие легочных сосудов, нейтрофилы, эритроциты и десквамированный эпителий в просвете альвеол. Данная гистологическая картина характерна для токсического отёка лёгких с преобладанием альвеолярного компонента. При анализе клеточного состава БАЛЖа было выявлено, что воздействие продуктов пиролиза приводи- ло к значимому увеличению общего количества клеток (p<0,05) по сравнению с контролем. Увеличение общего количества клеток происходило за счет альвеолярных макрофагов и нейтрофилов (p<0,05) (табл. 1). качестве подхода к фармакологической коррекции токсического отёка лёгких использовали ингаля- цию кислородно-гелиевой смеси. Различий по клиническим проявлениям интоксикации между живот- ными, получавшими лечение, и животными группы Интоксикация обнаружено не было. Выживаемость животных в группе «Лечение» составляла 67 ± 21%, в то время как в группе «Интоксикация» - 33 ± 21%. Зна- чимых различий по критерию выживаемости обнаружено не было. Было выявлено увеличение средней продолжительности жизни лабораторных животных (p=0,013), полу- чавших в качестве лечения кислородно-гелиевую смесь. Так, СПЖ в группе «Интоксикация» составляла 6,3 [5, 3; 7, 2] час, а в группе «Лечение» - 10 [9, 6; 11, 5] час. В отдельном опыте животных, получавших лечение, выводили из эксперимента через 6 часов после ин- токсикации, извлекали лёгкие для дальнейшего исследования. При макроскопическом исследовании лёгкие были увеличены в размере, отмечали единичные очаги кровоизлияния на поверхности. Лёгочный коэффициент был ниже (p=0,03) чем у животных группы Интоксикация, определённый в тот же срок по- сле воздействия (6,8 [6, 1; 7, 2] и 9,6 [8, 1;11, 4] соответственно). Обсуждение полученных результатов. В проведенном исследовании показано, что при термической деструкции фторопласта при температуре свыше 440°С образуются токсичные газообразные продукты пиролиза, ингаляционное воздействие которых приводит к развитию токсического отека легких у лабора- торных животных. Токсичность продуктов пиролиза фторопласта в первую очередь обусловлена пер- фторизобутиленом [0]. Механизм действия перфторизобутилена обусловлен тем, что фтор в его струк- туре делает его высокоэлектрофильным соединением, что способствует его взаимодействию с -SН, - 2NH и -OH группами, что приводит к повреждению макромолекул [0]. Данные патогенетические меха- низмы приводят к активации каскада провоспалительных цитокинов и формированию острой воспали- тельной реакции в лёгочной ткани [0]. В ходе проведенного исследования было выявлено, что использование кислородно-гелиевой смеси в качестве средства фармакологической коррекции токсического отека легких у лабораторных живот- ных, вызванного интоксикацией продуктами пиролиза фторопласта-4, приводит к увеличению (p<0,05) к увеличению средней продолжительности жизни и снижению величины ЛК, определённого через 6 часов после интоксикации. Положительный эффект респираторной поддержки кислородно-гелиевой смесью, вероятно, обу- словлен высокой диффузионной способностью гелия при прохождении через альвеолярно- капиллярную мембрану (в 1,8 раз выше, чем у кислорода), что способствует улучшению вентиляции, 2эффективной элиминации СО из крови, улучшению вентиляционно-перфузионного отношения, нор- мализацию кислотно-основного состояния. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для дальнейшей оценки эффектив- ности применения кислородо-гелиевой смеси для коррекции токсического отёка лёгких, вызванного интоксикацией перфторизобутиленом и другими пульмонотоксикантами.

About the authors

D. T Sizova

S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian Federation

St. Petersburg, Russia

M. A Chaykina

S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian Federation

St. Petersburg, Russia

A. S Sizov

S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian Federation

St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files