МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М. ГОРЬКОГО
АНТОНОВ ЄВГЕН ВІКТОРОВИЧ
УДК: 616-001-092-084
Стан системної гемодинаміки при сполучній дії
на організм компонентів шахтного вибуху і електричного струму
14.03.04 — патологічна фізіологія
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата медичних наук
Донецьк — 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Донецькому національному медичному університеті ім.М. Горького Міністерства охорони здоров’я України.
Науковий керівник:
доктор медичних наук, професор Кривобок Григорій Кирилович , Донецький національний медичний університет ім. М. Горького, професор кафедри патологічної фізіології.
Офіційні опоненти:
доктор медичних наук, старший науковий співробітник Золотухін Сергій Євгенович , Донецький національний медичний університет ім. М. Горького, завідувач відділу патологічної фізіології НДІ травматології і ортопедії;
доктор медичних наук, професор Гуляр Сергій Олександрович , Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, завідувач лабораторії підводної фізіології;
Захист відбудеться “16 ” травня 2008 року о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.600.02 при Донецькому національному медичному університеті ім. М. Горького (83003, м. Донецьк, пр. Ілліча, 16)
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького національного медичного університету ім. М. Горького (83003, м. Донецьк, пр. Ілліча, 16)
Автореферат розісланий “15 ” квітня 2008 року.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради, доктор
медичних наук, доцент____________М.В. Єрмолаєва
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Кількість смертельних випадків і показники інвалідності внаслідок шахтного травматизму в Україні за останні роки залишаються на високому рівні. У Донецькому вугільному басейні більш половини вугільних шахт є вибухо- та пожеженебезпечними. Розробка вугільних пластів глибокого залягання в складних гірничогеологічних умовах супроводжується зростанням випадків шахтних вибухів. За даними гірничорятувальних служб в 2000—2007 рр. на шахтах України сталося 18 великих катастроф, у яких від шахтних вибухів загинуло більш 400 гірників.
Рівень травматизму із смертельними випадками у вугільної галузі складає 15,6% від смертельних нещасних випадків, що відбулися у всіх галузях промисловості. Кожний шостий загиблий робітник в Україні — шахтар. Вибухова шахтна травма (ВШТ) — найбільш складна як в організації екстреної медичної допомоги, особливостей її проведення, так і в соціальних наслідках. (Захаров В. І., 2003; Єльський В. М. із співавт., 2004; Редько Г. О., 2007).
На виживаність постраждалих, результат травми і частоту ускладнень особливо впливає період часу від моменту ураження до початку лікування. Через завали само- або взаємодопомога практично неможлива. На патогенез тяжкої травми в умовах глибоких вугільних шахт також впливають шахтні виробничі фактори (важка фізична робота, висока вологість, температура, запорошеність і загазованість повітря, знижений вміст кисню в повітрі вибою, шум, вібрація, нервово-емоційний стрес) (Захаров В. І., 2003; Золотухін С. Є. та співавт., 2005; Комаров П. Д. та співавт., 2007). При цьому насиченість гірничодобувної промисловості електроприладами обумовлює високу ймовірність електротравм при роботі в шахтному забої й у результаті руйнування струмоізолюючих засобів при вибуху (Нечаєв Є. А., 2002; Єльський В. М. та співавт., 2007).
Провідну роль у роботі всіх органів і систем організму в умовах дії екстремальних факторів відіграє стан системної гемодинаміки (Лілі Л. та співавт., 2003; Мазуркевич Г. С., 2004; Єльський В.М. та співавт., 2007). Вивчення основних ланок патогенезу розладів системної гемодинаміки при дії чинників вибухового ураження і патогенних факторів виробничого шахтного середовища становить основу для розробки необхідних заходів, спрямованих на зниження смертності серед потерпілих.
Зв'язок роботи з науковим планом. Дисертаційна робота виконана згідно з планом науково-дослідних робіт Донецького національного медичного університету ім. М. Горького. Вона є фрагментом тем "Експериментальний аналіз стану системної гемодинаміки при вибуховій шахтній травмі й при дії на організм компонентів шахтного вибуху" (№ державної реєстрації 0101U007999) та "Експериментальний аналіз стану мікроциркуляції при вибуховій шахтній травмі та при дії на організм компонентів шахтного вибуху" (№ державної реєстрації 0104U010582), які виконувалися за завданням Міністерства охорони здоров'я України на кафедрі патологічної фізіології Донецького національного медичного університету ім. М. Горького й Інституту невідкладної й відновної хірургії АМН України ім. В.К. Гусака. Дисертант є співвиконавцем цих робіт.
Мета дослідження: встановлення патогенетичної значущості порушень системної гемодинаміки при сполученій дії на організм електричного струму і окремих компонентів шахтного вибуху.
Задачі дослідження:
1. Вивчити стан системної гемодинаміки при дозованій дії на організм електричного струму (50 В, 50 Гц).
2. Встановити особливості порушень системної гемодинаміки при сполучній дії на організм щурів комплексу несприятливих виробничих факторів, компонентів шахтного вибуху й електричного струму.
3. З’ясувати характер порушень системної гемодинаміки при сполучній дії на організм уражаючих факторів електричного струму й контузійного компонента шахтного вибуху в умовах дії факторів шахтного виробничого середовища.
4. Виявити особливості змін системного кровообігу при сполучній дії на організм уражаючих факторів електричного струму й термічного компонента шахтного вибуху в умовах дії факторів шахтного виробничого середовища.
5. Вивчити особливості порушень системної гемодинаміки при сполучній дії на організм уражаючих факторів електричного струму і газоподібних компонентів шахтного вибуху в умовах дії факторів шахтного виробничого середовища.
Об’єкт дослідження — білі безпородні лабораторні щури-самці, які зазнавали дію компонентів підземного шахтного вибуху та електричного струму в умовах попередньої дії виробничих чинників.
Предмет дослідження — стан системного кровотоку в умовах дії на організм несмертельної величини електричного струму й факторів шахтного вибуху в умовах попереднього впливу шахтного виробничого середовища.
Методи дослідження: патофізіологічний експеримент — моделювання сполучної дії на організм факторів шахтного вибуху й несмертельної величини електричного струму на тлі дії компонентів шахтного виробничого середовища; порівняльні методи аналізу, що передбачають зіставлення вивчених показників при дії окремих компонентів шахтного вибуху й електричного струму в різній послідовності; електрофізіологічний метод (тетраполярна імпедансна трансторакальна реографія) для визначення ударного об’єму кровотоку; інструментальні методи для визначення артеріального тиску, частоти серцевих скорочень; математичні методи для визначення параметрів системної гемодинаміки в числовім вираженні; статистичні методи обробки цифрових даних.
Наукова новизна отриманих результатів. Розроблена експериментальна модель для вивчення сполучної дії на організм компонентів шахтного вибуху й несмертельної величини електричного струму в умовах впливу факторів шахтного виробничого середовища. У роботі вперше доведено, що при дії різних компонентів шахтного вибуху й електричного струму, механізми компенсації дефіциту серцевого викиду суттєво різняться. Встановлено їх залежність від послідовності впливу уражаючих факторів шахтного вибуху та електричного струму. Показаний вплив попередньої дії комплексу факторів шахтного виробничого середовища на реакцію системної гемодинаміки при сполучній дії компонентів шахтного вибуху та електричного струму на організм щурів.
Практичне значення отриманих результатів. Дані про вплив патогенетичних факторів шахтного вибуху і електричного струму на стан системної гемодинаміки дозволять оптимізувати лікувальну тактику надання допомоги постраждалим. Вона повинна будуватися в залежності від переважної дії того, чи іншого компонента вибухового шахтного ураження, послідовності нанесення несмертельного електроураження, наявності попередньої дії чинників шахтного виробничого середовища. Рання диференціація сприятиме більшій ефективності медичної допомоги, для якої вкрай важливим є різний підхід до корекції розладів системної гемодинаміки з урахуванням патогенетичних особливостей нанесеного поразки.
Результати дисертаційної роботи використані в науково-дослідній роботі, а також у навчальному процесі на кафедрах патологічної фізіології; медицини катастроф і військової медицини; комбустіології, пластичної хірургії і урології факультету післядипломної освіти; травматології, ортопедії й військово-польової хірургії факультету післядипломної освіти Донецького національного медичного Університету ім. М. Горького, а також у навчальному процесі кафедр патологічної фізіології Харківського національного медичного університету, Луганського державного медичного університету, Дніпропетровської медичної академії.
Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведено патентно-інформаційний пошук, аргументовано робочу гіпотезу дослідження та визначено методичні підходи, самостійно виконано всі функціональні дослідження, здійснено аналіз і систематизацію результатів усього дослідження, розроблено основні положення дисертації, обґрунтовано наукові висновки. Дисертантом не були використані результати та ідеї співавторів публікацій.
Апробація результатів дисертації. Дисертаційна робота була апробована на спільному засіданні співробітників Центральної науково-дослідної лабораторії Донецького національного медичного університету ім. М. Горького, а також кафедр нормальної фізіології; травматології, ортопедії й військово-польової хірургії; екстремальної медицини Донецького національного медичного університету ім. М. Горького (Донецьк, 2007). Основні положення дисертації доповідалися на Всеукраїнської науковій конференції студентів, аспірантів, клінічних ординаторів “Стрес, шок, термінальні стани” (Донецьк, 2003); на XVII з’їзді Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю (Чернівці, 2006 р.); на науковій конференції “Критические и терминальные состояния, постреанимационная болезнь (патогенез, клиника, лечение)” (Москва, 2006); на науковій конференції “VІ читання ім. В. В. Підвисоцького” (Одеса, 2007); на міжнародній науково-практичній конференції молодих учених (Донецьк, 2007); на науково-практичній конференції “Экстренная медицинская помощь при чрезвычайных ситуациях техногенного характера в крупном промышленном центре” (Новокузнецк, 2007); на засіданнях Донецького обласного наукового товариства патофізіологів (Донецьк, 2007).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 11 наукових праць, з них 5 статей у журналах, рекомендованих Вищою атестаційною комісією України, 5 — у матеріалах наукових конференцій.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису матеріалів і методів дослідження, результатів власних досліджень, висновків, списку використаної літератури, що складається з 240 джерел (з них 161 кирилицею і 79 латиницею). Робота викладена на 168 сторінках, містить 9 таблиць і 33 рисунка.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Матеріали й методи дослідження. Дослідження було виконане на 260 білих нелінійних щурах-самцях масою 250—360 г , які втримувалися в стандартних умовах віварію. Виконання експериментів на не наркотизованих тваринах було дозволено рішенням Ради Донецького медичного університету №3 від 13.04.1995 року. Для моделювання комбінованої дії чинників підземного вибуху та його окремих компонентів було використане обладнання, яке відповідає вимогам техніки безпеки, розроблене спеціально для моделювання вибухової шахтної травми в лабораторних умовах. Моделювання несмертельної електротравми здійснювали за допомогою обладнання, яке через реле часу автоматично створювало заздалегідь підібрану несмертельну електричну напругу (50 вольт) і тривалість нанесення електричного ураження (1 секунда). Для моделювання сукупної дії комплексу факторів шахтного виробничого середовища тварина містилася в закритий контейнер, де підтримувалася температура повітря 37—37,5°С, відносна вологість 96—97%, атмосферний тиск 850—858 мм. рт. ст. Концентрація вугільного пилу в атмосфері становила 56—68 г/м3 , концентрація метану — 8,0—8,4%. Пил нагнітався компресором, що механічно контактував з контейнером та створював шум і вібрації, які також є складовими шахтних виробничих умов. Вплив комплексу шахтних виробничих факторів здійснювали по 60 хвилин щодня протягом 14 днів. Інтенсивна фізична робота, що характерна для праці шахтарів, в умовах зазначеного мікроклімату виконувалася тваринами в білячому колесі розміщеному усередині вибухової камери.
У відповідність із завданнями дослідження тварини були розділені на такі групи: 1) контрольна без будь-якого впливу (n=10); 2) група тварин, що піддавались несмертельній електротравмі (n=10); 3) група тварин, що піддавались комбінованій ВШТ (n=60), 4) група тварин , що піддавались контузійній ВШТ (n=60); 5) група тварин, що піддавались опіковій ВШТ (n=60); 6) група тварин, що піддавались токсичній ВШТ (n=60). У кожній з останніх чотирьох груп виділялися 6 підгруп тварин (n=10) залежно від наявності попередньої дії факторів шахтного виробничого середовища , наявності у тварин електротравми й порядку її нанесення (до або після моделювання окремих видів ВШТ).
УОК визначали методом тетраполярної імпедансної трансторакальної реографії за формулою Кубічека, у тварин, попередньо наркотизованих внутрішньочеревинним уведенням гексеналу з розрахунку 20 мг на 100 г маси тіла тварини. Частоту серцевих скорочень ЧСС визначали безпосередньо в числовомі вираженні за допомогою оригінального обладнання. АТ вимірювали на хвості у щурів за допомогою манжети безкровним реографічним методом. ХОК, УІ, СІ, ЗПО і ППО розраховували за загальноприйнятими формулами.
Статистична обробка даних містила в собі перевірку гіпотези про відповідність розподілу вибірки нормальному Гаусовому розподілу з використанням критерію Колмогорова-Смірнова й критерію Шапіро- Уілка. Перевірка нульової гіпотези про відсутність відмінностей між середніми значеннями вибірок при множиннім порівнянні проводилася за допомогою непараметричного критерію Крускела-Уолліса. Парне порівняння вибірок з метою перевірки нульової гіпотези про відсутність відмінностей між середніми значеннями проводилося за допомогою непараметричного критерію Манна-Уітні, у випадках, якщо розподіл даних був відмінним від нормального, і за допомогою критерію Стьюдента у випадках , якщо розподіл вибірки не відрізнявся від нормального. Відмінності між вибірками розглядалися як статистично значущі при p<0,05. Аналіз даних проводився за допомогою спеціалізованої програми MEDSTAT.
Результати дослідження і їх аналіз. Вплив на організм несмертельної величини електричного струму приводить до збільшення ЧСС на 15% (p<0,05), підвищення АТ на 27% (p<0,05), підвищення УОК на 33% (p<0,05), підвищення УІ на 33% (p<0,05) (рис. 1). Відбувалося достовірне збільшення ХОК на 52% (p<0,05) і СІ на 54% (p<0,05) стосовно контролю. Показники стану тонусу судин системного кровообігу — ЗПО і ППО вірогідно знижувалися відповідно на 16% і 17% (p<0,05). Збільшення ХОК було обумовлено двома складовими — збільшенням ЧСС і збільшенням УОК. Вважаємо, що несмертельна електротравма є стимулятором для серцевого м'яза. На користь нашої думки свідчить той факт, що рівень збільшення УІ не може бути пояснений тільки зменшенням післянавантаження, яке саме по собі дозволяє серцевому м’язові розвинути більшу силу на одне скорочення. За результатами даного етапу дослідження можна стверджувати, що виникаюча після ізольованої несмертельної електротравми гіпертензія є результатом переважно збільшення УОК, а не тахікардії — має місце гіпердинамічна реакція центральної гемодинаміки. Безсумнівно, що виникаючі в організмі експериментальних тварин зміни гемодинаміки в ранньому періоді є сприятливими для організму й забезпечують значне збільшення його пристосувальних можливостей за рахунок росту ХОК.
При сполучній дії на організм електричного струму і комбінації факторів шахтного вибуху мають місце найбільш значні зміни системної гемодинаміки із усіх груп порівняння. У всіх підгрупах з комбінованою ВШТ відбувалося значне зниження ХОК і СІ на 24—83% в порівнянні з контролем і на 45-89%, у порівнянні з групою з електротравмою (p<0,05). Підтвердилися дані про негативний вплив чинників шахтного виробничого середовища. У всіх групах з їхньою попередньою дією ХОК і СІ були на 20—55% нижче (p<0,05), ніж у групах без навантаження дією факторів виробничого шахтного середовища. Вплив дії електричного струму при комбінованій ВШТ мав також несприятливий характер. Додаткове нанесення електротравми знижувало ХОК і СІ на 10—15% (p<0,05) у групах з необтяженою комбінованою ВШТ і на 25—35% — з обтяженою ВШТ (p<0,05).
Наявність несприятливого фону робить організм більш вразливим до ураження електричним струмом з однієї сторони й міняє відповідь системної гемодинаміки з іншої. При необтяженій ВШТ із електротравмою після комбінованої дії факторів шахтного вибуху ХОК зменшувався на 34% у порівнянні з контролем (p<0,05). В підгрупі з обтяженою комбінованою ВШТ і електротравмою зниження ХОК становило 83%, порівняно з контролем (p<0,05). ЧСС у всіх експериментальних підгрупах з комбінованою ВШТ вірогідно збільшувалася на 11—27% у порівнянні з контролем (p<0,05). Впливу чинників виробничого шахтного середовища на зміни ЧСС при комбінованій ВШТ без несмертельної електротравми відзначено не було. У підгрупах із комбінованою дією електричного струму й необтяженою комбінованою ВШТ відбувалося незначне прискорення ЧСС стосовно підгрупи з необтяженою комбінованою ВШТ на 5—7% (p>0,05), величина приросту ЧСС не залежала від послідовністю нанесення цих двох видів травм. У підгрупах з обтяженою комбінованою ВШТ несмертельна електротравма не збільшувала величину ЧСС, а знижувала її стосовно підгрупи з ізольованою комбінованою ВШТ. Імовірно, при дії на організм факторів шахтного виробничого середовища, відбуваються такі зрушення в організмі, які призводять до того, що при подальшому подразненні синусного вузла електричним струмом відбувається його незначне пригнічення.
Можливо, це пов’язане зі зміною стану вегетативної нервової системи, зокрема з активацією ритмогенних впливів вагуса з одночасним пригніченням (як результат виснаження) симпатичних нервових впливів на серце. Серед усіх параметрів системної гемодинаміки зміни АТ носили найрізноманітніший характер. Було показано, що АТ в значній мірі залежав від дії електричного струму. У підгрупах без впливу даного фактора (з необтяженою й обтяженою комбінованою ВШТ) спостерігалося достовірне значне збільшення АТ на 54% і 47% відповідно у порівнянні з контролем (p<0,05). У підгрупах, де тварин піддавали несмертельній електротравмі, АТ вірогідно знижувався або не відрізнявся від контрольного. Найбільше падіння АТ в підгрупі з обтяженою комбінованою ВШТ і несмертельною електротравмою — на 37% (p<0,05) свідчить про те, що зміни системного кровотоку в ній були найбільш несприятливими. Зміни УОК і УІ в цілому відповідали змінам ХОК і СІ, що свідчить про зниження скоротливої здатності серцевого м’яза. В початковому періоді комбінованої ВШТ єдиним ефективним механізмом підтримки АТ на належному рівні є зміна діаметру резистивних судин.
У всіх експериментальних підгрупах з комбінованою ВШТ спостерігалося значне збільшення тонусу судин (рис. 3). Вплив шахтного середовища виявляється в сильнішій вазоконстрикції при подальшій комбінованій ВШТ — збільшення ППО на 124—226% від контролю (p<0,05) в порівнянні з підгрупами з необтяженою комбінованою ВШТ — збільшення ППО на 26—81% від контролю (p<0,05). При необтяженій комбінованій ВШТ механізми адаптації системної гемодинаміки утримують ЗПО у відносно компенсованому стані. При обтяженій ВШТ, унаслідок зниження УОК, АТ і ЗПО при дії факторів шахтного виробничого середовища, компенсаторна перебудова системної гемодинаміки відбувається таким чином, що після дії чинників шахтного вибуху відбувається зрив компенсації і, як наслідок, значне збільшення ЗПО. При необтяженій комбінованій ВШТ резистивні судини здатні відповідати на вплив дозованого електричного струму і ЗПО при цьому знаходиться на нижчому рівні, ніж при ізольованій необтяженій комбінованій ВШТ. При обтяженій комбінованій
8-09-2015, 23:07