Влияние азота на центральную нервную систему

При развитии азотного наркоза наиболее глубокие сдвиги происходят в центральной нервной системе, изучению которой с этой точки зрения должно быть уделено особое внимание.

В этом направлении Bennett и Glass (1957а,b), работая в одной из рекомпрессионных камер в физиологической лаборатории британских военно-морских сил, изучили влияние повышения атмосферного давления на умственную деятельность человека с помощью электроэнцефалографии. Эта работа явилась крупным вкладом в подводную медицину и с успехом могла быть использована в качестве своеобразного ключа при решении сложных проблем азотного наркоза.

Эти два исследователя использовали в качестве основы сво- их экспериментов хорошо известные факты, описанные в свое время Golla, Hutton, Gray-Waiter (1943), заключающиеся в том, что умственная деятельность может оказывать влияние на характер альфа-ритма на ЭЭГ. В норме альфа-ритм на ЭЭГ имеет частоту 8-12 циклов в секунду с напряжением 10- 50 мкв. Этот ритм лучше всего прослеживается тогда, когда испытуемый находится в состоянии расслабления с закрытыми глазами. Если человеку дать после этого задание решить какую-либо умственную задачу, скажем задачу на умножение средней трудности, то мы будем свидетелями того, что альфаритм на ЭЭГ у большинства испытуемых исчезает. Этот эффект известен под названием альфа-блока. Если этот опыт провести на большом числе испытуемых, то можно вывести закономерность, в соответствии с которой все население можно разделить по типу ЭЭГ на 3 группы.

1. М-тип, или минус-тип, при котором альфа-ритм выражен весьма незначительно и при котором не наблюдается блокирования этого ритма при открытии глаз или при решении умственных задач (29% населения).

2. P-тип, или стойкий тип, при котором альфа-ритм, имеющий нормальный размер и частоту, не блокируется при открытии глаз и решении умственных задач (19% населения).

3. Р-тип, или чувствительный тип, при котором нормальный альфа-ритм блокируется при открытии глаз и при решении умственных задач (52% населения).

Примеры этих трех типов представлены на рис. 29.

Bennett и Glass показали, что ЭЭГ при воздействии повышенного давления носит нормальный характер в том случае, если в опыт берется испытуемый R-типа. Если такой испытуемый подвергается воздействию достаточно высокого давления в течение длительного времени, альфа-блокирующий эффект снимается, в результате чего альфа-ритм продолжает оставаться в дальнейшем во время решения в уме арифметических задач неизменным. К сожалению, это касается только лиц, принадлежащих к R-типу. Эквивалентное глубине погружения давление в рекомпрессионной камере и время пребывания в ней испытуемых контролировались с большой точностью, причем блокирование альфа-ритма можно было наблюдать визуально. Время исчезновения этого эффекта каждый раз регистрировалось. Полученные при этом данные были свободны от наслоений субъективных ощущений испытуемых.

Типичный пример снятия альфа-блокирующего эффекта представлен на рис. 30. Теперь мы имеем возможность установить временно-глубинные соотношения в исчезновении альфа- блокирующего эффекта для каждого из таких испытуемых. Мы хотели бы привести пример, когда испытуемого 7 раз подвергали воздействию давлений, эквивалентных глубинам 15; 25; 30; 40; 50; 57 и 60 м. При пребывании его на каждой глубине определялось время, проходящее от момента появления

до момента исчезновения альфа-блокирующего эффекта. Полученные при этом результаты представлены на рис. 31. Как видно из рис. 31, при пребывании этого человека на глубине 15 м до исчезновения альфа-блокирующего эффекта проходило 50 минут, на глубине 30 м - 12 минут и, наконец, на глубине 60 м -4 минуты.

В ходе испытаний возник ряд проблем. Во-первых, предстояло выяснить причину широких колебаний во времени, необходимом для снятия альфа-блокирующего эффекта у различных индивидуумов при одинаковых условиях постановки эксперимента, на что, например, у одного испытуемого при давлении, эквивалентном глубине 50 м, уходило 18 минут, а у другого - только 4. Это свидетельствует о различной степени чувствительности или различной скорости абсорбции азота в центральной нервной системе. В этот процесс вовлечено, таким образом, два фактора. В нервных центрах головного мозга, ответственных за осуществление феномена альфа-ритма, снятие альфа-блокирующего эффекта достигается, по всей видимости, за счет местного увеличения содержания азота, достигающего определенной пороговой величины. Кроме этого, имеет значение скорость, с которой эта пороговая концентрация достигается и которая в свою очередь будет зависеть от парциального давления азота во вдыхаемом воздухе и скорости диффузии этого газа в ткани головного мозга.

У индивидуумов, относящихся к R-типу, у которых блокада альфа-ритма происходит на поверхности при нормальном атмосферном давлении, должна существовать критическая глубина (или величина давления), на которой по истечении определенного времени произойдет насыщение ткани головного мозга азотом и снятие эффекта, блокирующего альфа-ритм. На это насыщение может уйти несколько часов, причем это время будет тем больше, чем хуже васкуляризация ткани, насыщаемой азотом. Таким образом, мы имеем дело с пороговой величиной концентрации азота, которая не зависит от времени и характеристик диффузии этого газа. На глубинах или при воздействии на организм окружающего давления, большего этой критической величины, пороговая концентрация азота будет достигнута за более короткое время вследствие того, что парциальное давление азота во вдыхаемом воздухе также будет большим. При наличии большой разницы между парциальным давлением азота во вдыхаемом воздухе и напряжением азота в тканях пороговая концентрация азота в ткани головного мозга наступает быстро, укорачивая тем самым время снятия альфа-блокирующего эффекта. При меньшем увеличении окружающего давления для достижения пороговой концентрации азота в ткани головного мозга могут потребоваться многие часы.

Из только что сказанного можно сделать вывод о том, что укорочение времени снятия альфа-блокирующего эффекта при увеличении глубины погружения будет служить показателем скорости диффузии азота в ткани головного мозга.

При парциальном давлений азота в воздухе (4/5 атм) у 50% населения альфа-блокирующего эффекта при умственном напряжении не наблюдается (Р- и М-типы). Означает ли это, что снятие эффекта, блокирующего альфа-ритм, достигается у таких людей за счет превышения порога концентрации азота в ткани головного мозга при парциальном давлении азота воздуха, равном 4/5 атм? Означает ли это, что при полном удалении азота из вдыхаемого воздуха на всех ЭЭГ мы будем получать реакции исключительно чувствительного R-типа? Эта весьма интересная проблема может быть разрешена только при постановке опытов в барокамерах с давлением, эквивалентным высоте 10 500 м, где можно дышать чистым кислородом при парциальном давлении этого газа, эквивалентном таковому в воздухе на уровне моря, что приводит через некоторое время к полному вымыванию азота из организма. Маловероятно, однако, что мы будем иметь при этом такие сдвиги, которые помогут нам выявить разницу между М-, R- и Р- типами людей по данным ЭЭГ, которые, как полагают, обязаны своим происхождением равновесию между зрительным и слуховым восприятием при осуществлении мыслительных процессов.

Несколько позже Bennett (1960), используя разнообразные технические приемы, обнаружил подобные сдвиги на ЭЭГ под влиянием азота у людей М- и Р-типов.

Часто наблюдается параллель между ощущениями человека и ухудшением его умственной деятельности, а также временем, необходимым для снятия альфа-блокирующего эффекта. При уменьшении окружающего давления блокада альфа-ритма восстанавливается. Такой же результат можно получить путем замены воздуха при дыхании под. давлением гелио-кислородной смесью.

Работа Bennett и Glass в значительной мере подкрепляет точку зрения в отношении того, что при азотном наркозе основное действие на организм человека оказывает азот. Эти авторы считают, что наиболее чувствительными к повышению давления азота являются синапсы ткани головного мозга, ретикулярная формация и кортикально-апикальные дендриты.

Bennett (1958, 1960), неудовлетворенный отсевом испытуемых из-за того, что их относили к R-типу только в результате регистрации у них положительной реакции на его тест, решил использовать в качестве альтернативы ответную реакцию на воздействие светового потока при включении лампы-вспышки. Он оснастил свою камеру небольшой неоновой лампой, частота вспышек которой могла увеличиваться до тех пор, пока испытуемый не воспринимал эти вспышки в виде непрерывного светового потока.

Со временем было обнаружено, что после короткого пребывания испытуемого под давлением характер восприятия частоты вспышек в виде непрерывного светового потока менялся. Время, в течение которого устанавливался этот новый порог чувствительности, варьировало в зависимости от величины окружающего давления так, что давление, умноженное на величину корня квадратного из показателя времени, оказывалось величиной постоянной. Это соотношение оказалось точно таким же, которое имело место при снятии альфа-блокирующего эффекта. Наряду с этим было показано, что у одного и того же индивидуума, находящегося на данной глубине, время перехода от одного типа восприятия светового потока к другому (если, конечно, он относился к R-типу) было точно таким же, как и время снятия эффекта, блокирующего альфаритм. Пример столь тесной корреляции представлен в табл. 4.

Таблица 4

Bennett при проведении своих опытов использовал также аргоно-кислородную смесь. Известно, что наркотическое действие аргона в 2 раза превышает аналогичное действие азота. Наряду с этим было обнаружено, что аргон вызывает изменение восприятия характера светового потока при работе лампы-вспышки и соответствующие изменения на ЭЭГ в 2 раза быстрее по сравнению с воздухом на одной и той же глубине погружения.

Нет никакого сомнения в том, что при дыхании под давлением воздухом наркотическое действие последнего обусловлено действием на организм его азотного компонента. Если в данном случае и можно о чем-либо спорить, так это о точном механизме наркотического действия азота.

Еще в прошлом веке была выдвинута теория, получившая название теории Мейера - Овертона (Meyer, 1899), не потерявшая своей ценности до сих пор. Эта теория заключается в том, что любой инертный газ обладает наркотизирующим действием, если количество этого газа, растворенного в липидной части нервных клеток, достигает определенной пороговой величины или превышает ее. Коэффициент распределения является важным фактором, определяющим действие этого газа на центральную нервную систему. При дыхании под повышенным давлением инертные газы, попадающие в легкие, растворяются в крови и быстро транспортируются в центральную нервную систему, где эти газы в зависимости от их коэффициента распределения диффундируют в водо- и жиросодержащие ткани головного мозга.

Давайте сравним растворимость и жнро-водные коэффициенты распределения некоторых анестетиков и так называемых инертных газов. В представленной выше таблице газы распределены по интенсивности их наркотического действия в убывающем порядке (табл. 5).

Из всех перечисленных выше газов циклопропан обладает относительно высокой растворимостью и очень высоким жироводным коэффициентом распределения, что придает ему выраженные наркотические и обезболивающие свойства. Несмотря на то что растворимость закиси азота превышает растворимость циклопропана почти в 2 раза, коэффициент его распределения по сравнению с циклопропаном гораздо меньше. Получить хороший обезболивающий эффект с помощью этого газа без риска возникновения аноксии довольно трудно, однако при применении под давлением этого газа его эффективность в качестве обезболивающего и наркотического средства превышает эффективность всех остальных газов, представленных в табл. 5.

При развитии наркотического состояния выраженность действия всех этих субстанций зависит от местной концентрации активного начала в липидах чувствительной нервной ткани. Достичь нервной ткани эти газы могут только через жидкости организма, причем их концентрация в жидкостях организма зависит от парциального давления этих газов в легочных альвеолах.

Как видно из табл. 5, гелий располагается в последней строчке. Несмотря на это некоторые исследователи склонны считать, что гелий обладает большим наркотическим действием по сравнению с водородом. По всей видимости, эти взгляды ошибочны, так как гелий обладает по сравнению с водородом как меньшей растворимостью, так и меньшим жиро-водным коэффициентом распределения. Концепции упомянутых выше исследователей в этом отношении должны быть проверены еще раз, так как обнаружить наркотическое действие водорода весьма и весьма трудно вследствие его взрывоопасности в присутствии даже небольших количеств кислорода. Если, однако, несмотря на эту трудность, будет показано, что наркотическое действие водорода меньше по сравнению с аналогичным действием гелия,- это может означать, что поведение водорода после попадания в кровяное русло более активно по сравнению с поведением гелия.

Водород может вступать в химическое взаимодействие с составными частями крови, насыщая при этом липидосодержащую ткань в меньших количествах. Вообще говоря, любые водородные ионы при появлении в крови были бы немедленно абсорбированы. Это объясняется тем, что водород весьма активен с химической точки зрения.

Очень важные данные при выявлении активности инертных газов были получены Ebert, Hornsey и Howard (1952), которые изучали влияние инертных газов на чувствительность растений к радиоактивному излучению. При определении влияния рентгеновского облучения на рост корневой системы бобов эти авторы показали, что повышение концентрации инертных газов в тканях растений приводит к понижению чувствительности растений к радиоактивному облучению. Это понижение чувствительности продолжается до тех пор, пока в тканях растений не развивается состояние аноксии. Было высказано мнение о том, что в данном случае действие инертных газов объясняется вытеснением ими из клеток растений кислорода, который, как полагают, ответствен за чувствительность растений к радиоактивному облучению. При проведении упомянутых выше исследований были испытаны все газы, перечисленные в табл. 5, кроме циклопропана и закиси азота. Результаты этих исследований свидетельствуют о том, что порядок распределения активности этих газов по защите растений от радиоактивного излучения в точности соответствует порядку распределения газов по их наркотической активности. Как в том, так и в другом случае таблицы замыкают ксенон и гелий.

Если принять во внимание все эти данные, то кажется весьма вероятным, что как в том, так и в другом случае механизм действия инертных газов заключается в создании гистотоксической аноксии. Для более детального выяснения всех этих вопросов нужны дополнительные исследования.

Смотрите также

Симптомы азотного наркоза

Факторы, способствующие развитию азотного наркоза

Факторы, препятствующие развитию азотного наркоза

Лечение азотного наркоза

Профилактика азотного наркоза

Исследование проблем, связанных с развитием азотного наркоза

Влияние азота на центральную нервную систему

Адаптация к азоту