Автореферат: Физиолого-гигиеническое обоснование новых методов обеспечения организма кислородом в экстремальных условиях

Таблица 2 - Сравнительный состав кислорода медицинского по действующему ГОСТ и полученного методом КБА из атмосферного воздуха

Выявлено, что измерения концентрации кислорода в газовой среде, проведенные на аппаратуре, работа которых основана на различных принципах (электрохимические датчики, термомагнитоэлектрический датчик, детектор по теплопроводности), дают несколько различные результаты, которые характеризуются повторяемостью и превышают собственные ошибки аппаратуры. Это указывает на различие физико-химических свойств кислорода медицинского и адсорбционного.

Был проведен анализ адсорбционной активности кислорода, полученного различными способами, на ионных кристаллах - цеолитах (таблица 3).

Обнаружено, что при давлении кислорода около 200 мм рт. ст. адсорбируемость разных образцов кислорода различается в 1,5 раза, а эффективные коэффициенты диффузии - в 3 раза.

Таблица 3 - Адсорбционно-кинетические характеристики различных марок кислорода на цеолите CaLSX при температуре 293 К.

Примечание: ф ₀₅- время отработки половинной адсорбционной емкости цеолита; D _O2- эффективный коэффициент диффузии кислорода в цеолите.

При давлениях кислорода около 760 мм.рт.ст. различия в адсорбируемости кислорода разных марок уменьшается и составляют около 15 %.

Проведены масс-спектроскопические исследования изотопного состава кислорода, полученного разными способами.

Таблица 4 - Изотопные соотношения различных образцов кислорода

Из анализа соотношения величин содержания тяжелых изотопов и коэффициентов диффузии следует предположение о том, что чем меньше тяжелых изотопов в составе кислорода, тем меньше коэффициент диффузии адсорбции в цеолите. Полученные результаты требуют дальнейшего исследования причин, влияющих на адсорбцию кислорода, механизма адсорбции, а также молекулярного состава образцов.

Таким образом, кислородообогащенные газовые смеси, полученные путем адсорбционного разделения атмосферного воздуха по сравнению с кислородом медицинским по действующему ГОСТ имеют в своем составе повышенный процент аргона (до 4,5%). Обнаружено, что при давлении кислорода около 200 мм рт. ст. адсорбируемость разных образцов кислорода различается в 1,5 раза, а эффективные коэффициенты диффузии в 3 раза. Происходит изменение соотношения изотопов кислорода в продуктовом газе. Увеличен процент изотопа О¹⁶, снижен процент изотопов О¹⁷ и О¹⁸. Работы выполнены совместно со Смирновым И.А. (ГНЦ РФ - ИМБП РАН), Буряком А.К. и Ульяновым А.А. (ИФХ РАН).

Полученные данные явились основанием для проведения дальнейших исследований кислорода и кислородообогащенных газовых смесей, полученных путем адсорбции из атмосферного воздуха в экспериментах на лабораторных животных.

Эксперименты на животных

Исследование непрерывного ингаляционного воздействия кислорода, полученного способом адсорбции, в экспериментах на лабораторных крысах.

Эксперименты проводились на установке «Аргон». Подопытных крыс (линия “Wistar”, средняя масса 170 г) помещали в гипероксическую газовую среду:

с содержанием кислорода 90-95% по ГОСТ 5583-78 - контроль;

с содержанием кислорода 85-87% с 2,5-3,5% аргона; смесь, полученная путем адсорбции из воздуха - опыт.

По поведенческим реакциям, патоморфологической картине внутренних органов и биохимическим показателям крови у животных, содержавшихся в гипероксической среде, вне зависимости от способа получения кислорода наблюдаются ярко выраженные признаки, характерные для острого отравления кислородом. Различий между группами не выявлено.

Результаты экспериментов на животных не дают оснований для заключения о различии в действии кислорода и кислородообогащенных газовых смесей, получаемых способом КБА, по сравнению с аналогичными смесями на основе кислорода медицинского. В условиях гипероксии токсические эффекты кислорода являются ведущими.

Представляет большой интерес вопрос о влиянии адсорбционного кислорода на организм в состоянии гипоксии, которая вызывалась снижением концентрации кислорода в окружающей среде.

Исследование воздействия кислорода, полученного способом адсорбции, на эмбриогенез японского перепела.

Для оценки влияния газовых смесей с пониженным содержанием кислорода использовались эмбрионы японского перепела одомашненного (Coturnix coturnix japonica dom.) яйценоской породы. Гипоксическая среда является сильным повреждающим фактором для зародышей с достаточно хорошо известными морфологическими проявлениями. На этом фоне даже небольшое изменение свойств среды инкубации должно приводить к выраженным эффектам, направленным в ту или иную сторону.

Целью эксперимента была оценка влияния кислорода, полученного с помощью адсорбционного генератора кислорода с измененными физико-химическими свойствами, на ранний эмбриогенез японского перепела в гипоксической газовой среде (10%). Работа проведена совместно с Гурьевой Т.С., Дадашевой О.А. (ГНЦ РФ - ИМБП РАН).

Опытная группа инкубировалась в гипоксической газовой среде, где использовался кислород, полученный из адсорбционного генератора кислорода. Группа контроль-1 инкубировалась с использованием кислорода, полученного промышленным способом низкотемпературной ректификации (медицинский кислород), той же концентрации, а группа контроль-2 - в атмосферном воздухе. Опытные и контрольные эксперименты проводились на стенде «Аргон». Длительность каждого эксперимента составила 4 суток. Основные результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Результаты инкубирования яиц японского перепела в газовой среде с содержанием кислорода 10% в течение 4 суток

* - от количества оплодотворенных яиц.

Сравнение данных, полученных в опытной и контрольных группах, позволяет сделать вывод о том, что в опытной группе, где инкубирование яиц проходило в газовой смеси на основе адсорбционного кислорода с измененными физико-химическими свойствами, результаты значительно отличаются от полученных в контроле - 1, где развитие эмбрионов было в смеси с использованием кислорода, полученного способом низкотемпературной ректификации:

- количество эмбрионов и число случаев с морфологическими нарушениями в два раза меньше;

- эмбрионов с патологией развития глаза в два раза меньше;

- не отмечено ни одного случая эмбрионов с аномалией развития мозга;

- наблюдается меньшее количество эмбрионов с измененной формой тела.

Постановочные исследования с участием человека

В таблице 6 приведены результаты измерения напряжения газов крови у двух пациентов с тяжелой формой дыхательной недостаточности при дыхании атмосферным воздухом, кислородом медицинским по действующему ГОСТ и кислородом адсорбционным.

Таблица 6 - Напряжение газов крови у пациентов с тяжелой формой дыхательной недостаточности при дыхании воздухом, кислородом медицинским и кислородом адсорбционным

При дыхании кислородом медицинским происходит повышение напряжения кислорода артериальной крови в среднем в 1,5 раза без уменьшения напряжения углекислого газа. Если пациенты дышали кислородом адсорбционным, то наблюдалось не только повышение напряжения кислорода в 1,6 раза, но и уменьшение напряжения углекислого газа в среднем в 1,5 раза, что особенно заметно у второго пациента. Работа выполнена совместно со Смирновым И.А. (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) в Институте пульмонологии.

Таким образом, установлено, что при получении кислорода методом КБА происходит изменение физико-химических свойств кислорода. Кроме того, происходит повышение концентрации аргона (до 4,5%). При оценке влияния адсорбционного кислорода на быстро развивающиеся живые системы на примере эмбрионов японского перепела в условиях низкого содержания кислорода (10%) в инкубационных средах было показано, что в опытной группе (кислород адсорбционный) количество эмбрионов, имеющих патологию в развитии, было в два раза меньше, чем в контроле (кислород медицинский по действующему ГОСТ).

При проведении постановочных исследований с участием человека показано, что при дыхании адсорбционным кислородом у пациентов с дыхательной недостаточностью наблюдается не только повышение напряжения кислорода артериальной крови, как и при дыхании кислородом медицинским по действующему ГОСТ, но и одновременное уменьшение напряжения углекислого газа.

Изучение биологических эффектов инертного газа аргона в условиях гипоксичекой гипоксии

Целью исследований являлась оценка воздействия на организм инертного газа аргона в качестве средства защиты при значительном снижении концентрации кислорода в окружающей среде и разработка на этой основе пожаробезопасных газовых сред для обитаемых гермообъектов.

Работы проводились по следующим направлениям:

- исследование влияния аргона на состояние организма животных в сильно обедненной кислородом газовой среде;

- оценка влияния аргона на протекание жизненных процессов у высших и низших животных, а также у микроорганизмов для выяснения возможных механизмов биологических эффектов в газовых средах с различным содержанием кислорода;

- оценка пожаробезопасности газовых сред на основе аргона по условиям горения конструкционных материалов;

- длительные исследования с участием человека в гипоксических аргонсодержащих средах.

Исследования на млекопитающих в гипоксических кислородно-азотно-аргоновых средах