способ дезактивации карбоксигемоглобина крови

Формула изобретения

Способ дезактивации карбоксигемоглобина крови, основанный на фотодеструкции карбоксигемоглобина крови, отличающийся тем, что фотодеструкцию карбоксигемоглобина крови осуществляют путем воздействия лазерным излучением на кожный покров в течение 10 мин при легкой степени интоксикации, в альвеолы легких - в течение 20 мин при средней степени интоксикации, и внутривенно - в течение 40-60 мин при тяжелой степени интоксикации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, в частности для устранения отравляющего действия монооксида углерода (СО) - угарного газа. Проблема эффективного устранения отравляющего действия угарного газа является весьма актуальной и социально значимой задачей. До настоящего времени возможности современной медицины остаются весьма ограниченными, поэтому потери от последствия отравлений угарным газом значительны.

Монооксид углерода СО является продуктом неполного сгорания углеводородсодержащего топлива и представляет собой токсичный сильнодействующий газ без цвета и запаха. Токсичность СО для организма человека связана с высокой степенью прочности присоединения его к гемоглобину в 240 раз прочнее, чем кислород [1]. Рост концентрации карбоксигемоглобина Hb(СО)₄ в крови сопровождается снижением транспортировки кислорода гемоглобином Нb, что приводит к глубокому дефициту кислорода (гипоксии) в тканях.

Скорость расщепления СО от Hb крайне низка и при концентрации Hb(СО)₄ в крови ~20% период его полураспада составляет не менее восьми часов [2]. В клинической практике используется метод принудительной вентиляции легких чистым кислородом. Он позволяет несколько уменьшить это время, но не снимает проблему летального исхода [3] при концентрациях Hb(СО)₄ в крови свыше 60%, угарный газ СО является основной причиной гипоксии у погибших вследствие пожаров.

Известны способ и устройство устранения отравляющего действия окиси углерода, включающего принудительную вентиляцию легких 100% кислородом [4]. В известном способе, нейтрализация отравляющего действия угарного газа проводится вдыханием чистого кислорода. Доставка кислорода в легкие человека осуществляется с использованием кислородной маски или в условиях искусственной вентиляции легких через интубационную трубку. Так, концентрация кислорода в крови искусственно повышается до максимально возможного уровня, чтобы компенсировать недостаток снабжения тканей O ₂ оксигемоглобином крови. Вентиляция легких чистым кислородом продолжается до тех пор, пока полностью не восстановиться кислородно-транспортная функция гемоглобина.

Данный способ имеет ряд существенных недостатков. По данному способу не существуют никаких объективных критериев, по которым можно определить время проводимой процедуры. Кроме того, при повреждении дыхательных путей, (например ожоге) этот способ становится непригодным.

Ближайшим по техническому решению к предлагаемому способу является способ гипербарической оксигенации крови ГБО - прототип [5]. Он основан на воздействие на человека чистым кислородом, при давлении, превышающем атмосферное. Этот способ не является селективным, и длительное время воздействия вызывает кислородную токсемию, что накладывает ограничение в широком использовании метода ГБО в клинической практике. Существенным недостатком данного способа является то обстоятельство, что он никак не влияет на разрушения комплекса, а всего лишь создает благоприятные условия для временной компенсации нехватки кислорода в тканях путем повышения концентрации О ₂ в плазме артериальной крови. Таким образом, способ ГБО имеет низкую эффективность в восстановлении кислородно-транспортной функции гемоглобина.

Задачей изобретения является повышение способности гемоглобина Нb транспортировать кислород за счет принудительного разрушения карбоксигемоглобина, что приводит к устранению отравляющего действия СО - угарного газа.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе дезактивации карбоксигемоглобина крови, основанном на насыщении крови кислородом, насыщение крови кислородом осуществляют путем воздействия светом или лазерным излучением с длиной волны 564 нм через кожный покров.

В способе дезактивации карбоксигемоглобина крови, основанный на насыщении крови кислородом, насыщение крови осуществляют путем воздействия светом или лазерным излучением с длиной волны 540 нм или 570 нм через альвеолы легких или при внутривенном облучении крови.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, полученными авторами на основе экспериментальных исследований, где:

на фиг.1 изображена схема фоторазрушения комплекса СО с гемоглобином Hb;

на фиг.2 изображены интегральные спектры действия оксигемоглобина Hb(О₂ )₄. Кривая 1 отображает интегральный спектр действия карбоксигемоглобина Hb(СО)₄, кривая 2 - интегральный спектр действия в кожных кровеносных сосудах по всей глубине проникновения от 0,1 мм до 5 мм, кривая 3 - отношение спектров действия Hb(СО)₄ к Hb(O₂)₄.

В нормальном состоянии, богатая сеть артериальных и венозных кровеносных сосудов и капилляров содержит преимущественно гемоглобин (НЬ) и оксигемоглобин HbO₂. Кроме того, гемоглобин может образовать комплексы с СО, который препятствуют транспортировке кислорода, с чем и связано отравляющее действие этого газа.

В предложенном способе осуществляют принудительное разрушение комплекса Hb(СО)₄ путем воздействия на него светом или лазерным излучением через кожный покров на кровеносные сосуды и капилляры, или воздействуют непосредственно на альвеолы легких человека, или воздействуют на кровь внутривенно. Во всех случаях физический принцип фотодекомпозиции Hb(СО) ₄ остается таким же, как это проиллюстрировано на фиг.1.

Особенности в условиях воздействия определяются степенью интоксикации, т.е. концентрацией Hb(СО)₄ в крови и различием в оптических свойствах кожной ткани. Общеприняты следующие критерии степени интоксикации монооксидом углерода СО:

- Легкая степень интоксикации при концентрации Hb(СО)₄ в крови в пределах от 10% до 30%;

- Средняя тяжесть интоксикации, когда концентрация Hb(СО)₄ в крови составляет 30-60%;

- Тяжелая степень интоксикации, когда концентрация Hb(СО)₄ в крови достигает 60-80%.

При легкой степени интоксикации монооксидом углерода наиболее эффективно использовать воздействие на Hb(СО)₄ крови через кожный покров, богатый сетью кровеносных сосудов и капилляров. Такое воздействие обеспечивает неинвазивный процесс фотодеструкции Hb(СО)₄ и удаление угарного газа СО из организма.

При этом необходимо принимать во внимание оптические свойства кожи для подбора оптимальных параметров лазерного излучения, чтобы эффективно воздействовать не только на поверхностные, но и глубоко расположенные кровеносные капилляры.

На фиг.2 представлены расчетные спектры суммарного поглощения комплекса гемоглобина с кислородом Hb(O₂ )₄ - (кривая 1), карбоксигемоглобина Hb(CO)₄ - (кривая 2) в кожных кровеносных сосудах, проинтегрированные по всей глубине проникновения от 0,1 мм до 5 мм. Как видно из приведенных чертежей, форма интегральных спектров действия HbO ₂ и HbCO весьма близки. Максимумы коротковолновой полосы для HbO₂ и HbCO совпадают на длине волны =543 нм, и существенное различие начинает проявляться в длинноволновом спектральном диапазоне.

Так, максимумы длинноволновых полос интегрального поглощения Hb(O2)₄ и Hb(СО)₄ различаются на 10 нм и соответственно приходятся на =580 нм и =570 нм. Сильное перекрытие интегральных спектров действия препятствует селективному оптическому воздействию на Hb(СО) ₄ через кожный покров, без воздействия при этом Hb(О ₂)₄.

Вместе с тем, имеются участки, где может быть обеспечена максимальная селективность воздействия на Hb(СО)₄, что наглядно демонстрирует кривая 3 на фиг.2, характеризующая отношение спектров действия Hb(СО) ₄ к Hb(О₂)₄.

Как видно, наиболее селективное воздействие на Hb(СО)₄ достигается в полосе с максимумом длины волны =564 нм.

При этом компонента Hb(О₂ )₄ будет затрагиваться минимальным образом, а большая разница в квантовых выходах фотодиссоциации позволит преимущественно деактивировать компоненту Hb(СО)₄ в кожных кровеносных сосудах.

В случае средней тяжести интоксикации монооксидом углерода наиболее эффективным является транспортировка света непосредственно в альвеолы легких. В легких человека благодаря насыщенной кровеносными капиллярами поверхности альвеол эффективное поглощение Нb(СО)₄ будет точно таким, как и его невозмущенный спектр поглощения. В этом случае для фотодеструкции Hb(СО) ₄ следует осуществлять воздействие на длинах волн ₁=540 и (или) ₂=570 нм.

В случаях когда концентрация карбоксигемоглобина в крови достигает критического уровня (тяжелая степень интоксикации), т.е. приводит к существенному снижению кислородно-транспортных функций гемоглобина и тяжелой гипоксии, необходима интенсивная фотодеструкция Hb(СО)₄ в венозной крови, путем внутривенного облучения лазерным излучением.

При этом венозная кровь, проходя через легкие, вновь обогащается кислородом, и через артерии восстанавливает адекватное снабжение клеток кислородом. Важным фактором в повышении эффективности преложенных методов является поддержание максимально возможной концентрации молекулярного кислорода в плазме крови. В этом случае при фотодеструкции карбоксигемоглобина происходит замещение СО молекулярным кислородом и, таким образом, сводится к минимуму повторное связывание монооксида углерода с гемоглобином.

Экспериментальные исследования эффективности фотодеструкции Hb(СО) ₄ проведено in vitro в зависимости от воздействия лазерным излучением.

В экспериментах использована венозная кровь, стабилизированная антикоагулянтом (гепарин, ЭДТА).

Оптическая плотность определялась с помощью спектрофотометра СФ-26.

Концентрация карбоксигемоглобина рассчитывалась следующим образом:

%Hb(CO)₄=D₅₃₁ (X)-D₅₃₈(X)/D₅₃₁[Hb(СО)₄]-D ₅₃₈[Hb(CO)₄]

После определения оптической плотности образца D(X), его насыщали 100% моноксидом углерода СО для того, чтобы перевести весь содержащий гемоглобин в карбоксигемоглобин, и снова измеряли оптическую плотность D[Hb(CO) ₄]. Соотношение D(X)/D[Hb(CO)₄] и определяет процент карбоксигемоглобина в крови.

Монооксид углерода СО получали с помощью реакции между концентрированной серной и муравьиной кислотой при нагревании (кипячении) в колбе с закрытой крышкой и газоотводной трубкой. Концентрированную серную и муравьиную кислоты смешивали в соотношении 1:1.

НСООН --->(t, H₂SO₄)H₂O+СО

Для определения карбоксигемоглобина, через приготовленный раствор крови пропускали СО в течение 10 минут. Исходная концентрация карбоксигемоглобина в крови составляла в среднем 2% при погрешности ~3%. Кровь насыщали 100% СО в течение 10 минут, а затем воздействовали оптическим излучением на длине волны =564 нм и мощностью порядка 5,5 мВт. Для удаления выделившегося в результате фотодиссоциации карбоксигемоглобина угарного газа и предотвращения его повторного связывания с гемоглобином параллельно с лазерным облучением проводили насыщение крови воздухом.

Результаты проведенного эксперимента показывают, что после воздействия лазерным излучением в течение 10 минут концентрация карбоксигемоглобина снизилась на 15% по сравнению с исходной, т.е. насыщенной 100% СО. Для снижения концентрации карбоксигемоглобина на 30%, что соответствует нижней границе средней тяжести интоксикации, потребуется воздействие лазерным излучением в течение 20 минут. Для дезактивации больших концентраций карбоксигемоглобина 60-80%, что характеризует тяжелую степень интоксикации, потребуется время воздействия от 40 до 60 минут.

Следует отметить, что в отсутствие облучения кровь со 100% насыщением СО не обнаруживает никаких изменений концентрации карбоксигемоглобина за время, равное времени воздействия оптическим излучением, что показывает прочность связи СО с гемоглобином.

Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют определить, какими длинами волн оптического излучения можно эффективно разрушать карбоксигемоглобин in vivo, воздействуя на кровеносные сосуды через кожный покров, непосредственно на альвеолы в легких или внутривенно.

Предлагаемый способ можно использовать для эффективного устранения отравляющего действия угарного газа.

Источники информации

1. Meredith Т, Vale A: Carbon monoxide poisoning. Br Med J. 1988. V.296. P.77-78.

2. Peterson J.E., Stewart R.D. Absorption and elimination of carbon monoxide by inactive young men. Arch Environ Health. 1970. V.21, P.165-175.

3. Goulon M, Barois A, Rapin M, Nouailat F, Grosbuis S, Labrousse J. Carbon momoxide poisoning and acute anoxia. J Hyperbar Med. 1986. V.1. P.23-41.

4. Croker P. Carbon monoxide poisoning: the clinical entity and its treatment. A review. Military Med. 1984, 149. 257-263.

5. Grim P.S., Gottlieb L.J., Boddie A., Batson E. Hyperbaric Oxygen Therapy. JAMA. 1990. V.263, N 16 p.2216-2229.