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

Эксперименты по оценке времени жизни лабораторных крыс в гипоксических средах

Целью экспериментов являлось установление различий влияния гипоксии на выживаемость животных в кислородно-азотных и кислородно-азотно-аргоновых средах (КАСр и КААрСр). Белые лабораторные крысы-самцы линии “Wistar” (масса 180-200 г, n = 6 в каждом опыте) через герметичный шлюз помещались в камеру с готовой гипоксической КАСр или КААрСр различного состава. Условия проведения эксперимента и основные результаты представлены в таблице 7.

Наблюдается увеличение выживаемости животных и статистически достоверное увеличение времени жизни в гипоксических средах с содержанием кислорода 4-5 %об. и аргона 70-80 %об., а добавление 4-8 %об. углекислоты снижает выживаемость.

Таблица 7 - Условия проведения и основные результаты экспериментов по оценке выживаемости крыс в гипоксических газовых средах в течение 4 ч

При оценке влияния параметров микроклимата на время жизни животных в исследуемых средах было отмечено выраженное отрицательное влияние повышенной температуры на выживаемость животных в гипоксических средах как на основе азота, так и аргона. Эффект связывается с однонаправленностью реакций организма на перегревание и гипоксию.

Эксперименты по оценке времени жизни лабораторных мышей в гипоксических средах

На следующем этапе производилась оценка времени жизни мышей с различными уровнями обмена C57BL/6, Balb/c и гибридов F1CBAxBalb/c. Наблюдается достоверное уменьшение времени жизни подопытных животных в КАрСр при концентрации кислорода 4-5 % по сравнению 4-5 % КАСр и статистически недостоверные тенденции для мышей F1CBAxBalb/c такого же характера при концентрации кислорода 6,3-6,4 %. Также показано, что мыши линии C57BL/6 имеют большее время выживания по сравнению с другими подопытными животными как в контроле, так и в опыте.

Интенсивность метаболизма мышей линии C57BL/6 относительно низка. Размеры мозга и, следовательно, доля потребляемого кислорода от общей величины, средние. Относительно устойчивы к действию радиации, что коррелирует с устойчивостью к гипоксии (Ажипа Я.И., 1983; Плахатнюк В.И. и др., 1984).

В отличие от них мыши линии Balb/c обладают относительно высоким метаболизмом, большими размерами головного мозга и имеют высокую чувствительность к ионизирующему излучению. Кроме того, у этой линии отмечен дефицит пероксидазы и тироксиназы в легких и коже (Бландова и др., 1983), что указывает на пониженную активность антиоксидантной системы, которая также имеет немаловажную роль для устойчивости к гипоксии (Хитров Н.К. и др., 1991). Гибриды F1CBAxBalb/c обладают многими сходными свойствами с линией Balb/c.

Если предположить, что присутствие аргона так или иначе активирует метаболические процессы, то усиление распада глюкозы у животных, обладающих и без того очень высоким уровнем метаболизма (мыши), может привести к уменьшению выживаемости, в отличие от животных с относительно низким уровнем метаболизма (крысы).

Таким образом, у мелких млекопитающих устойчивость к гипоксии в разные отрезки времени определяется различными факторами: в первые десятки секунд - запасами кислорода; далее, до 4-10 мин - доступными запасами глюкозы и скоростью ее утилизации; свыше 10 мин - накоплением продуктов гликолиза и перекисным окислением липидов. Первый максимум смертности приходится на момент исчерпания возможностей получения необходимого количества АТФ при окислительном фосфорилировании. Затем, если возможности анаэробного гликолиза и сохраненного уровня окислительного фосфорилирования соответствуют минимальным потребностям организма, расходуется доступный запас глюкозы. Если к этому времени не произойдет мобилизация запасов гликогена, то головной мозг погибнет (второй максимум смертности). В противоположном случае он продолжает функционировать в состоянии неустойчивого равновесия неопределенное время. гермообъект кислород цеолит

Эксперименты по оценке влияния газовых сред на основе аргона с различным содержанием кислорода на биохимические показатели крови лабораторных крыс

Эксперименты проводились на самцах белых лабораторных крыс линии “Wistar”. Эксперименты проводились при условии полной рандомизации и обрабатывались по методу математического планирования факторных экспериментов 2^k, где k - количество исследуемых факторов. Оценивалось воздействие на организм двух факторов:

пониженного содержания О₂ во вдыхаемой газовой смеси (от 6 до 10% об.);

присутствия в газовой смеси аргона (от 0 до 80% об.)

Оценка изменения биохимических показателей крови животных проводилась после воздействия на них О₂/N₂/Ar гипоксической дыхательной газовой смеси в течение 1,5 часов по методу «слепой пробы».

На рисунке 2 представлена рассчитанная по методу математического планирования зависимость изменения концентрации глюкозы плазмы крови подопытных животных, подвергнутых воздействию гипоксических дыхательных газовых сред, от содержания кислорода и аргона.

Рисунок 2 - Концентрация глюкозы в крови подопытных животных (крысы линии "Wistar") в зависимости от содержания кислорода и аргона в ДГС. Метод математического планирования, полный двухфакторный эксперимент

При относительно высоком содержании кислорода (10 % об.) увеличение содержания аргона ведет к понижению концентрации глюкозы. При низком содержании кислорода (6-7% об.) увеличение содержания аргона ведет к одновременному повышению концентрации глюкозы. В диапазоне содержания кислорода 8,5-9,5% аргон не оказывает влияния на концентрацию глюкозы.Уравнение регрессии в кодированных переменных для концентрации глюкозы в исследованных диапазонах содержания кислорода и аргона показывает не только влияние каждого фактора (содержание кислорода и аргона), но и эффекты их взаимодействия.

Lg[Глю]=2.15 - 0.06X₁ + 0.01X₂ - 0.03X₁X₂,

где :

[Глю] - концентрация глюкозы в крови; Х₁ - фактор «содержание О₂»; Х₂ - фактор «содержаниеAr»

Из представленной формулы следует, что основное влияние на уровень глюкозы крови оказывает содержание кислорода в дыхательной газовой среде - 60% по удельному весу. Взаимодействие факторов содержания кислорода и аргона стоит на втором месте - 30%. Минимальное влияние имеет уровень аргона как таковой - 10%.

Таким образом, в условиях гипоксической гипоксии аргон является метаболически активным агентом и оказывает разнонаправленное влияние на такой биохимический показатель плазмы крови крыс, как концентрация глюкозы. При относительно высоком содержании кислорода (10 % об.) увеличение содержания аргона ведет к понижению концентрации глюкозы. При низком содержании кислорода (6-7% об.) увеличение содержания аргона ведет к одновременному повышению концентрации глюкозы. В диапазоне содержания кислорода 8,5-9,5% аргон не оказывает влияния на концентрацию глюкозы.

На следующем этапе работы оценивалось влияние аргона на потребление кислорода и выделение углекислого газа животными в нормоксических и гипоксических газовых средах. Опыты по определению потребления кислорода проводились на стенде «МиниОбмен» на самцах белых лабораторных крыс линии "Wistar" с массой тела 350 9,5 г. По устойчивости к острой гипоксии подопытные животные были сформированы в однородную группу.

Показано, что если в гипоксических КАСр с 5 % и 10 % кислорода происходит статистически достоверное прогрессивное снижение общего потребления кислорода до величины 55 % от исходного уровня, то в гипоксических КАрСр с 5 % и 10 % кислорода потребление О₂ падает не более чем до 91 % от исходного, причем это падение недостоверно.

При оценке такого показателя обменных процессов как потребление кислорода показано, что если в гипоксических азотсодержащих средах с 10 % и 5 % кислорода происходит статистически достоверное прогрессивное снижение общего потребления кислорода до величины 55 % от исходного уровня, то в гипоксических аргонсодержащих средах кислорода потребление О₂ падает не более чем на 10% от исходного, причем это падение недостоверно. Тем самым, наличие аргона в гипоксических дыхательных средах ведет к сохранению потребления кислорода практически на исходном уровне. В нормоксических средах на потребление кислорода наличие аргона не сказывается.

Исследование влияния аргона на эмбриогенез японского перепела

Большой интерес представляет оценка влияния присутствия аргона в газовой среде на быстро развивающиеся живые системы. Объектом исследования являлись эмбрионы японского перепела. Работа выполнена совместно с Гурьевой Т.С. и Дадашевой О.А. (ГНЦ РФ - ИМБП РАН).

Эксперименты проводились на стенде «Аргон». Условия проведения эксперимента представлены в таблице 8. Во всех сериях количество яиц на закладку составляло 30 шт.

Таблица 8 -Продолжительность инкубации яиц японского перепела и параметры газовой среды

На рисунке 3 представлены данные по смертности эмбрионов японского перепела, инкубировавшихся в различных гипоксических газовых средах - кислородно-азотной (О₂-10%, N₂-90%, гипоксия-1), кислородно-азотно-аргоновой (О₂-10%, N₂-35%, Ar-55% гипоксия-2), - и в лабораторном контроле (атмосферный воздух).

В обеих опытных группах наибольший процент погибших эмбрионов (65-67%) приходится на 4 - 5 сутки развития. В группе гипоксия-1 к 6 суткам показатель смертности составил 100%, в группе гипоксия-2 100% смертность наблюдалась только к 7-м суткам.

Наибольшее по количеству и типам отклонений в развитии эмбрионов японского перепела наблюдалось при инкубировании яиц в кислородно-азотной газовой смеси. Только в этой группе отмечена микроцефалия (14% от общего числа) и значительное число (42%) других патологий. В кислородно-азотно-аргоновой среде соответственная величина составила всего 7,5%.

Справа показаны эмбрионы, достигшие максимального развития в своей группе. В каждом опыте n=30

Рисунок 3 - Стадии развития и динамика смертности японского перепела при инкубации в гипоксических газовых смесях - кислородно-азотной (О2-10%, N2-90%), кислородно-азотно-аргоновой (О2-10%, N2-35%, Ar-55%) и в лабораторном контроле (атмосферный воздух)

В опытной группе (кислород адсорбционный) количество эмбрионов, имеющих патологию в развитии в два раза меньше, чем в контрольном эксперименте (кислород медицинский по действующему ГОСТ).

Таким образом, кислород, полученный методом КБА, способствует адекватному снабжению кислородом эмбрионов японского перепела в условиях низкого содержания кислорода (10%), что проявляется в снижении количества аномалий развития.

Целью следующего эксперимента явилась оценка воздействия на эмбриогенез птиц повышенного содержания адсорбционного кислорода в среде инкубации.

На рисунке 4 представлены данные, характеризующие стадии развития эмбрионов на 4-е сутки инкубирования в гипероксических газовых средах.

Рисунок 4 - Количество эмбрионов японского перепела на 4-е сутки инкубирования, находящихся в определенной стадии развития, в гипероксической кислородно-азотной (О₂ - 35 %,N₂ - 65%), кислородно-азотно-аргоновой (О₂ - 35%, N₂ - 10%, Ar - 55%) средах и на воздухе (контроль)

Таким образом, при развитии эмбрионов японского перепела в гипероксической кислородно-азотно-аргоновой среде наблюдается снижение токсических эффектов кислорода и, в отличие от кислородно-азотной среды, проявляется эффект ускорения развития. Тем самым, присутствие аргона в среде инкубации при повышенной концентрации кислорода также ведет к нормализации кислородообеспечения зародышей японского перепела.