способ проведения спасательных мероприятий

Формула изобретения

Способ проведения спасательных мероприятий при воздействии шума на организм человека, включающий подачу кислородно-азотно-аргоновой газовой смеси из аварийных баллонов через редуктор с подогревом смеси и вдыхание ее человеком, отличающийся тем, что осуществляют экстренную, в течение не менее чем 30 мин со времени начала шумового воздействия, подачу и вдыхание человеком кислородно-азотно-аргоновой газовой смеси для отопротекции при нормобарическом давлении, причем используют газовую смесь следующего состава: 15±1,5% кислорода, 61±1,5% азота и 24±1% аргона, нагретую до темпертуры 25±10°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спасению человека и найдет применение в мероприятиях по ликвидации катастроф и аварий.

Авторами изобретения установлено, что дыхание кислородно-азотно-аргоновой газовой смесью при нормобарическом давлении обеспечивает защитный эффект улитки от негативного действия шума.

В настоящее время возросла актуальность данной задачи.

Исследования в данной области касаются определения показаний к различным видам воздействий на человека, прогнозирования результатов, предусматривающих клиническое и аудиологическое обследование (RU 2168932 С1 20.06.2001). При этом установлено положительное влияние комплексного воздействия при лечении сенсоневральной тугоухости активного вещества в сочетании с воздействием газовых дыхательных смесей, например, 40-45%-ной воздушно-кислородной смеси (RU 2232014 С1, А61К 31/02, публ. 2004.07.10).

В последние годы исследователи проявляют повышенный интерес к изучению биологических эффектов инертных газов, к числу которых относятся: ксенон (Xe), аргон (Ar), криптон (Kr), гелий (He), неон (Ne) и радон (Ra). Некоторые из этих газов (Xa) проявляют анестетический эффект при нормальном атмосферном давлении в смеси с кислородом, у других (Ar и Kr) этот эффект отмечается только в условиях гипербарического окружения, третьи (He, Ne и Ra) - вовсе лишены этого эффекта. Наиболее важным результатом исследований последних лет является подтвержденный нейропротективный эффект Хе при нейрональных повреждениях, вызванных гипоксией [1, 2, 3]. Механизм этого эффекта до конца не ясен, однако ведущая роль в этом процессе принадлежит регуляции гомеостаза кальция, препятствующего его аккумуляции в клетке посредством торможения N-methyl-D-aspartate (NMDA) рецепторов, которые вовлечены в гибель клетки в связи с гипоксией и ишемией [4, 3].

Биологический защитный эффект Ar на клетку практически не изучен, хотя этот газ менее дорогой и не имеет анестетического эффекта при нормобарическом давлении [5]. С использованием органотипической культуры крыс линии Wistar, было проведено исследование влияния Аr при гипоксии и лекарственно-вызванном (гентамицин, цисплатин) повреждении наружных волосковых клеток (НВК) и внутренних волосковых клеток (ВВК) кортиева органа [5, 6, 7]. Выживаемость культур волосковых клеток (ВК) кортиева органа новорожденной крысы в абсолютной аргоновой (95% Ar-5% CO₂) гипоксии, была достоверно выше, чем в азотной (95% N₂ -5% CO₂) гипоксической среде [6, 7].

Abraini et al., [40], обнаружили, что Аr может оказывать прямое действие на рецепторы гамма-аминомасляной кислоты ( -aminobutyric acid-GABA), посредством потенциирования подтипа «GABA-A» нейротрансмиссии [41].

В условиях гипоксического состояния, дыхание газовой смесью, состоящей из 25% Ar и 4-5% кислорода (O₂) при нормобарическом давлении, увеличивало выживаемость крыс, по сравнению с животными, находившимися в аналогичных условиях, но без содержания в газовой среде Аr [8].

В ранее проведенных исследованиях с участием человека в ГНЦ РФ - ИМБП РАН было установлено, что длительное (7 суток) пребывание человека в нормоксической (O ₂-N₂-Ar) среде является безопасным. Показатели сердечно-сосудистой и дыхательной систем, биохимические параметры крови и мочи, а также результаты тестов на умственную и физическую работоспособность находились в рамках возрастной физиологической нормы [9, 10].

Задачей данного изобретения является повышение эффективности защитно-спасательных мероприятий за счет получения защитного отопротективного эффекта у человека при экспозиции шума.

Техническим результатом является реализация заявленного назначения и создание эффективного метода спасательных мероприятий.

Поставленная задача и технический результат достигаются способом проведения спасательных мероприятий при воздействии шума на организм человека, включающим подачу кислородно-азотно-аргоновой газовой смеси из аварийных баллонов через редуктор с подогревом смеси и вдыхание ее человеком, и кроме того, осуществляют экстренную, в течение не менее чем 30 минут со времени начала шумового воздействия, подачу и вдыхание человеком кислородно-азотно-аргоновой газовой смеси для отопротекции при нормобарическом давлении, причем используют газовую смесь следующего состава: 15±1,5% кислорода, 61±1,5% азота и 24±1% аргона, нагретую до темпертуры 25±10°C.

Выявленный защитный эффект аргона при экспериментальной гипоксии и при экспозиции шума у человека открывает перспективу новой терапевтической стратегии при шумовом поражении органа слуха, ототоксических процессах в улитке и, возможно, нового направления в лечении сенсоневральной тугоухости и ушного шума.

Способ осуществляется следующим образом.

В исследованиях участвовали 14 здоровых мужчин-добровольцев в возрасте 18-25 лет. Исследования были проведены на основе утвержденной программы и разрешения комиссии по биомедицинской этике при ГНЦ РФ ИМБП РАН от 25.11.05 г., в полном соответствии с требованиями Российского Национального Комитета по биоэтике. Все обследуемые подписали информированное согласие на участие в настоящих исследованиях.

Все добровольцы прошли медицинское обследование, по результатам которого они были признаны здоровыми и допущены к участию в исследованиях. У добровольцев отсутствовали указания на заболевания ушей в прошлом, отомикроскопическое обследование не выявило изменений барабанных перепонок. По данным тональной аудиометрии и тимпанометрического обследования (тимпанограмма типа «А») была исключена патология слуховой системы.

Обследуемые были проинформированы о том, что за 7 дней, предшествовавших началу эксперимента, они должны исключить шумовую нагрузку (прослушивание громкой музыки, использование плейера и т.п.).

Рассмотрим три примера, условно названные «Фон», «Шум» (сравнительные) и пример реализации заявленного способа «Шум + Аргон».

Протокол испытаний включал проведение 3 серий исследований: I - фоновые исследования функционального состояния слуховой системы («Фон»); II - исследование слуховой системы до и после 1-часовой экспозиции шума интенсивностью 85 дБ («Шум»); III - исследование слуховой системы до и после 1-часовой экспозиции шума интенсивностью 85дБ и дыхания обследуемых кислородно-азотно-аргоновой смесью:

[использовали газовую смесь следующего состава: 15±1,5% кислорода, 61±1,5% азота и 24±1% аргона], при нормобарическом давлении («Шум + Аргон»). Во время II и III экспериментальных серий осуществлялся контроль за самочувствием обследуемых путем опроса, измерения частоты сердечных сокращений (по RR- интервалу ЭКГ и регистрации артериального давления крови по Короткову).

Объем исследований функционального состояния слуховой системы включал: тональную пороговую аудиометрию; исследование задержанной вызванной отоакустической эмиссии (Transient evoked otoacoustic emission-ТЕОАЕ) и отоакустической эмиссии на частоте продукта искажения (Distortion product otoacoustic emission - DPOAE); регистрацию акустических стволомозговых вызванных потенциалов - (Brain evoked response audiometry - "BERA"); экстратимпанальную электрокохлеографию (Electrocochleography - "EcohG").

Исследования проводились в шумозаглушающей камере фирмы Tracor Inc., Austin Texas (модель AR9S, США). Шум подавался через воздушные телефоны TDH 39P "Telephonics" от клинического аудиометра АС40 "Interacoustics" (Дания).

Для регистрации чисто-тональных порогов слуха по воздушной и костной проводимости звука был использован аудиометр АС40 той же фирмы и стандартная аудиометрическая процедура (менее 10dB потери слуха в октавном интервале от 125 до 8000 гЦ на каждое ухо).

Для оценки ТЕОАЕ использовали систему "ЕР25 - Interacoustics", оснащенную соответствующей программой для регистрации ОАЕ. Во время регистрации ТЕОАЕ зонд позиционировали в наружном слуховом канале обследуемого с помощью специального ушного обтуратора индивидуального размера. Использовали стандартные режимы регистрации ТЕОАЕ: стимуляция - нелинейная; интенсивность "click" - стимулов 75dB/SPL; количество стимулов 1000; соотношение «сигнал/шум»; скриннинговый алгоритм 3дБ; минимальное число частотных полос 5.

Для регистрации DPOAE использовали портативную систему "OtoRead ОАЕ" фирмы "Interacoustics" (Дания). Частотные полосы: 1,5; 3,0; 4,0; 6,0 кГц.

Регистрацию BERA осуществляли с помощью системы ЕР25 "Interacoustics", по стандартной методике при «вертекс-мастоидальном» отведении. Программа включала: 2000 звуковых «щелчков» с частотой 11,1/с и интенсивностью 70 дБ над порогом слуха, предъявляемых в частотном диапазоне 150-3000 Гц. Регистрация вызванного ответа осуществлялась ипсилатерально с эпохой анализа 10 мс. На контралатеральное ухо подавался маскировочный шум интенсивностью 40 дБ.

EcohG производили также с использованием системы ЕР25 "Interacoustics." Интенсивность стимула составляла 100 dB/SPL (13,1 stim./s.). Количество стимулов - 1200 (альтернирующий режим, частотная полоса - до 3000 Гц, окно анализа 8 ms). Использовали экстратимпанальные пористые электроды "Tip-Trode", покрытые золотой фольгой. После тщательной обработки кожи наружного слухового канала спиртом, электрод, смазанный электропроводящим гелем, в сжатом виде вводился в слуховой канал. Подобная манипуляция обеспечивала низкий импеданс (менее 10К ohm) и более эффективное выявление ранних компонентов EcohG. К фольге с помощью специального «аллигаторного» зажима прикреплялся провод, соединяющий электрод с предусилителем.

Дыхание кислородно-азотно-аргоновой газовой смесью при нормобарическом давлении осуществлялось через маску. Газовая смесь подавалась от баллонов, через специальный редуктор, с подогревом смеси до комфортной температуры.

Цифровые значения исследуемых показателей были подвергнуты статистической обработке с использованием программы "Microsoft Excel".

Проведенные три серии являются тремя примера реализации способа.

Как следует из описанных конкретных примеров реализации, все добровольцы во II и III экспериментальных сериях субъективно перенесли воздействие хорошо. Анализ анкет-опросников показал, что общее самочувствие обследуемых не ухудшалось в период экспозиции шума и при дыхании кислородно-азотно-аргоновой смесью на фоне шума. Колебания частоты сердечных сокращений и артериального давления были в пределах возрастной нормы.

Оценка динамики тональных порогов слуха показала, что после 1-часовой экспозиции шума имело место повышение тональных порогов слуха практически по всему диапазону исследуемых частот, в пределах от 1 до 4,5 дБ (для правого уха) и от 1 до 5,5 дБ (для левого уха). В серии «Шум + Аргон» отмечено понижение порогов слуха в пределах (0,5-3,5 дБ и 0,5-3 дБ, для правого и левого уха, соответственно). На отдельных частотах улучшение слуха было достоверным.

Таким образом, из примеров следует, что в условиях дыхания кислородно-азотно-аргоновой газовой смесью на фоне шума, у добровольцев отмечена тенденция к улучшению пороговой чувствительности слуха по сравнению с серией «Шум».

По данным регистрации ТЕОАЕ можно отметить, что уже в фоновом периоде был отмечен определенный разброс амплитудных и частотных составляющих задержанной вызванной отоакустической эмиссии, что соответствует литературным данным о большой индивидуальной вариабельности этих показателей у здоровых лиц [11]. Однако индивидуальные реакции обследуемых были относительно стабильными при повторных исследованиях, что согласуется с литературными данными [12, 13].

В серии «Шум» наблюдалась отчетливая тенденция к снижению амплитуды ТЕОАЕ практически во всех октавных полосах исследуемых частот (рис.1А, см. источники инф.). Причем в частотном диапазоне [0,5-1,5 кГц и 1,5-2,5 кГц] уменьшение амплитуды было достоверным. В серии «Шум + Аргон» отмечена умеренная тенденция к увеличению амплитуды ТЕОАЕ, кроме частотного диапазона 4,5-5,5кГц. Однако эти изменения были недостоверными.

Оценивая изменения ТЕОАЕ по показателю «репродуктивности» (рис.1В, см. источники инф.), можно отметить, что при исходных значениях 79% и 74% (для правого и левого уха, соответственно), в серии «Шум» было зарегистрировано отчетливое снижение этого показателя до 68% и 67%. Напротив, в серии «Шум + Аргон», этот показатель достоверно увеличился и практически соответствовал фоновым значениям.

По данным исследования абсолютного уровня DPOAE и соотношения «сигнал/шум» в тесте DPOAE, выявлена отчетливая тенденция к снижению этих показателей в серии «Шум» (рис.2, см. источники инф.), с последующей тенденцией к их повышению в серии «Шум + Аргон» (кроме частоты 6 кГц).

Изучение вызванных акустических потенциалов ствола головного мозга (BERA) обнаружило тенденцию к уменьшению амплитуды I пика в серии «Шум» (рис.3, см. источники инф.) и достоверное увеличение этого показателя в серии» «Шум + Аргон», до значений, близких исходным. Что касается латентных периодов (ЛП) пиков I и V (таблица 1, см. источники инф.), то в серии «Шум» было зарегистрировано увеличение этих показателей, с последующим достоверным (Р<0,05 и Р<0,001, соответственно) снижением ЛП в серии «Шум + Аргон».

Результаты электрокохлеографии (рис.4) показали, что соотношение «суммационного/акционного» потенциала улитки в серии «Шум» возрастало (более чем 2-кратно), с последующим достоверным (Р<0,05) уменьшением этого показателя в серии «Шум + Аргон».

Таким образом, общая направленность реакции слуховой системы добровольцев в условиях воздействия шума на фоне дыхания газовой смесью с содержанием аргона позволяет сформулировать мнение о том, что дыхание кислородно-азотно-аргоновой смесью [16±0,5% кислорода, 60±1% азота и 24±1% аргона] способно обеспечить отопротективный эффект при экспозиции шума.

В уровне техники описан феномен «индивидуальной чувствительности слуховой системы человека к воздействию шума» [14, 15, 16, 17]. Индивидуальный характер реакции слуховой системы добровольцев наблюдался практически при всех использованных методах оценки слуха как субъективных (тональная аудиометрия), так и объективных (ТЕОАЕ, DPOAE, BERA и EcohG). Наиболее эффективными тестами в выявлении неблагоприятного действия шума на внутреннее ухо добровольцев, а также отопротективного эффекта кислородно-азотно-аргоновой газовой смеси были DPOAE, BERA и EcohG, что хорошо согласуется с литературными данными [18, 19].

Известно, что воздействие шума может приводить к изменениям в большинстве клеточных систем улитки и быть причиной потери слуха, вызванной воздействием шума (noise induced hearing loss) - [NIHL] - [20]. Степень потери слуха зависит от интенсивности и продолжительности экспозиции шума. Потеря слуха в связи с воздействием шума может проявляться двумя типами реакций: временным (краткосрочным) сдвигом порогов слуха (temporary threshold shift) - [TTS] и постоянным (продолжительным) сдвигом порогов слуха (permanent threshold shift) - [PTS].

Физиологической основой временного сдвига порогов слуха после экспозиции шума (TTS) могут быть обратимые изменения в ВК улитки [20]. Они связаны, прежде всего, с поражениями синаптической трансмиссии, а также с уменьшением способности стереоцилий обеспечивать механоэлектрическую трансдукцию из-за потери проницаемости белков трансдукционных каналов в клеточной мембране стереоцилии [21, 22]. Смещение стереоцилии НВК от точки ее контакта с текториальной мембраной может приводить к потере слуховой чувствительности [23].

Основу постоянного сдвига порогов слуха (PTS) составляют поражения, приводящие к апоптозу и гибели ВК улитки [24, 25].

Ведущим патогенетическим звеном шумового воздействия, наряду с чисто механическим эффектом, является нарушение микроциркуляции в улитке с возникновением локальной гипоксии, так как существует прямая корреляционная связь между шумовым поражением органа слуха и парциальным давлением кислорода в перилимфе. При этом гипоксия возникает как вследствие сосудистых, так и метаболических нарушений [26, 27, 28, 29, 6, 7]. Изменения кохлеарного кровотока могут вызывать сдвиг порогов слуха и приводить к повреждению жизненно важных структур улитки [30].

В условиях оксидативного стресса, возникающего при воздействии шума, нарушается ионный клеточный гомеостаз [31, 20], в результате чего развивается кальциевая интоксикация ВК улитки из-за активного «входа» внеклеточного кальция (Са²+). С одной стороны, это происходит вследствие активации энергозависимых ионных кальциевых каналов и рецепторов N-methyl-D-aspartate (NMDA). С другой стороны, в результате блокады энергозависимых транспортных протеинов, регулирующих кальциевый обмен, в первую очередь концентрации Са-АТФ-азы, являющейся ключевым ферментом поддержания низкой концентрации Са²⁺ [32, 33, 28, 29]. В конечном счете, этот процесс приводит к длительной деполяризации ВК с переходом их в апоптоз.

Другим не менее важным эффектом оксидативного стресса при воздействии шума является активация свободных перикисных радикалов, с образованием активных форм кислорода (АФК), которые неблагоприятно влияют на внутриклеточные молекулярные пути в ВК улитки [34]. АФК в условиях гипоксии ускоряют катаболические процессы, ведущие к апоптозу и гибели ВК [35].

Синапсы «ВВК-слуховой нерв», очень чувствительны к избытку высвобождаемого при воздействии шума глютамата [36]. Рецепторы NMDA и глютамат вовлечены в передачу нервных сигналов от ВВК к нейронам спирального ганглия [37, 29, 38]. Чрезмерное увеличение внеклеточного Са²+ приводит к повреждению клетки через активацию протеаз, липаз и эндонуклеаз. Прямой токсический эффект глютамата на ВК улитки описан Duan et al., [39]. Избыток или неполный метаболизм глютамата и его аналогов при воздействии шума может быть причиной токсического повреждения ВК, в связи с «ионотропной сверхстимуляцией рецептора» [37, 36].

Таким образом, Аr может проявлять отопротективный эффект при всех типах описанных на сегодня моделей поражения ВК улитки, связанных с гипоксией, оксидативным стрессом, активацией перекисных радикалов, токсическим эффектом глютамата и др. [34, 35, 6, 7, 32].

Таким образом изобретение обеспечит не только мероприятия по спасению человека, но и найдет применение в оториноларингологической практике, например, для лечения больных с сенсоневральной тугоухостью.

То есть также техническим результатом является получение выраженного терапевтического эффекта аргона при воздействии шума на организм человека, а также возможности предупреждения разрушения клеток слуховой системы человека. Авторы изобретения доказали возможность отопротективного эффекта аргона при экспозиции шума у человека.

Дыхание кислородно-азотно-аргоновой газовой смесью при нормобарическом давлении не вызывало каких-либо побочных эффектов у человека. Выявленный защитный эффект аргона при экспериментальной гипоксии и при экспозиции шума у человека открывает перспективу новой терапевтической стратегии при шумовом поражении органа слуха, ототоксических процессах в улитке и, возможно, нового направления в лечении сенсоневральной тугоухости и ушного шума.

Источники информации