Тепловой стресс — рост температуры «ядра» тела вследствие превышения алгебраической суммы значений тепловой энергии, поступившей извне и освободившейся в процессах метаболизма, суммы значений тепловой энергии, потерянной испарением, излучением, конвекцией и теплопроведением. Совокупность наиболее тяжелых клинических проявлений теплового стресса, обозначаемая термином «тепловой удар» [1], является критическим состоянием организма с летальностью 27% [2]. Актуальность проблемы определяется тем, что повышенному риску теплового удара подвержены не только дети и пожилые люди, но и экономически активная часть населения, чья деятельность связана с физическим напряжением или работой в условиях, препятствующих теплоотдаче: военнослужащие, сотрудники полиции, пожарные, работники горячих цехов, спортсмены.

Ведущий принцип первой и медицинской помощи при тепловом ударе — скорейшее снижение температуры тела. В соответствии с действующим стандартом скорой медицинской помощи1 для этого применяют физиотерапевтические средства увеличения теплоотдачи: охлаждающие жидкости и аппликации. Из медикаментов предусмотрено применение солевых растворов, нестероидных противовоспалительных средств и диазепама. Судя по суточной или курсовой дозе последнего (10 мг), подразумевается его назначение в разовой дозе 5 мг в качестве седативного средства. В литературе отсутствуют данные о влиянии диазепама, применяемого в таком режиме, на тепловое состояние организма. Однако при парентеральном введении бензодиазепинов в дозах более 20 мг, аналогичных применяемым для купирования судорожного синдрома химической этиологии [3], такое влияние представляется вероятным.

Внутримышечное введение бензодиазепинов на догоспитальном этапе, осуществляемое, как правило, с целью купирования судорожного синдрома, — вынужденная альтернатива их внутривенному введению, проблематичному на фоне судорог. Ввиду низкой водорастворимости фармацевтических субстанций бензодиазепиновой группы их концентрация в официнальных инъекционных препаратах (сибазон, мидазолам) не превышает 5 мг/мл. Поэтому одномоментная доставка в организм человека бензодиазепинов в дозах более 20 мг требует внутримышечного введения таких препаратов в объемах более 4 мл, что не всегда возможно. Ранее мы предложили подход к преодолению этого ограничения, основанный на использовании неводного раствора бензодиазепина [4] и его назальной лекарственной формы [5]. Создан прототип препарата «Феназепам спрей назальный» (ФСН), содержавший 170 мг феназепама в 1 мл. При двукратном впрыске по 140 мкл ФСН в каждый носовой ход доза феназепама превышала высшие разовые дозы диазепама или мидазолама, вводимых в виде официальных инъекционных препаратов, в 4,8 и в 6,4 раза соответственно. Необходимость таких доз определялась изначальным требованием к ФСН как к средству купирования судорожного синдрома химической этиологии. Однако увеличение дозы открывает возможность проявления у феназепама и других фармакологических свойств, некоторые из которых, предположительно, полезны в условиях теплового стресса. В этой связи заслуживает внимания факт снижения бензодиазепинами потребления кислорода как головным мозгом [6], так и организмом в целом [7]. Сопряженное с этим уменьшение теплопродукции могло бы замедлить рост температуры тела в условиях, способствующих перегреванию организма, а значит, и повысить переносимость тепловой нагрузки. Однако имеется предпосылка и к противоположному эффекту: нарушение поведенческих паттернов, направленных на увеличение теплоотдачи. У крыс, кожа которых, исключая подошвенную поверхность конечностей, лишена потовых желез, к таковым гипотетически относится груминг с нанесением на шерстный покров слюны и ее последующим испарением — терморегуляторная реакция, аналогичная потоотделению у человека [8].

Цель исследования — экспериментальная оценка влияния ФСН на уровень метаболизма и тепловой баланс при тепловом стрессе.

Исследование проведено с использованием беспородных крыс-самцов альбиносов (191–210 г), приобретенных в Филиале НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ — ПЛЖ «Рапполово». Животные получали стандартный корм для крыс и питьевую воду ad libitum. Проведено две серии экспериментов.

В первой серии экспериментов использовали 16 животных по 8 особей в каждой группе (контроль, опыт). Изучали динамику интенсивности функции внешнего дыхания и потребления кислорода организмом после однократной интраназальной инстилляции изотонического 0,9% и раствора хлорида натрия контрольным животным и ФСН 170 мг/мл в объеме 10 мкл (по 5 мкл в каждый носовой ход) животным из опытной группы, что соответствует средней дозе фармацевтической субстанции феназепама® 8,5 мг/кг и биоэквивалентно дозе 100 мг (четыре впрыскивания по 140 мкл ФСН) для человека. Для введения растворов использовали дозаторы переменного объема. Острая токсичность ФСН в указанной дозе характеризовалась данными доклинического исследования его опытного промышленного образца, в котором интраназальное введение крысам ФСН в 20 раз бóльшей дозе (пятикратно по 40 мкл с интервалом 10 мин) не вызывало гибели животных. Потребление кислорода организмом определяли в аппарате Миропольского с респирометрической камерой емкостью 2 л, к которой животных приучали в течение 2 мин до начала каждого измерения. Интенсивность потребления кислорода организмом QО2, мл/(кг×мин) находили из уравнения:

QО2 = V×F/(m×∆t), (1)

где V — объем манометрической жидкости, поступившей в бюретку, мл;

F — коэффициент для приведения объема кислорода к нормальным условиям;

m — масса тела, кг;

∆t — время пребывания крысы в герметизированной камере, мин.

Продолжительность измерения составляла 3 мин, его абсолютная погрешность — 0,1 мл (≤2% величины V). Животных не фиксировали, они свободно располагались в респирометрической камере. В это время у них подсчитывали частоту дыхательных движений (мин-1). Измерения проводили с интервалом 10 мин.

Во второй серии экспериментов изучали влияние ФСН на динамику ректальной температуры, массы тела и летальность крыс, размещенных в термокамере в условиях, допускавших (размещение в вольерах) или исключавших (размещение в рестрейнерах) груминг. Формировали четыре рандомизированные группы: две контрольные и две опытные по 12–14 особей.

1-я группа (n = 14) — интраназальное введение 0,9% р-ра хлорида натрия в объеме 10 мкл; содержание животных в вольере;

2-я группа (n = 14) — интраназальное введение ФСН 170 мг/мл в объеме 10 мкл; содержание животных в вольере;

3-я группа (n = 12) — интраназальное введение 0,9% р-ра хлорида натрия в объеме 10 мкл; содержание животных в рестрейнерах;

4-я группа (n = 12) — интраназальное введение 0,9% р-ра ФСН 170 мг/мл в объеме 10 мкл; содержание животных в рестрейнерах.

Препараты вводили по 5 мкл в каждый носовой ход до помещения животных в термокамеру и далее каждые полчаса. Число инстилляций зависело от продолжительности жизни животных и варьировало от двух до семи; суммарная доза феназепама составляла при этом от 17 до 59,5 мг/кг.

Сразу после введения препаратов животных (одномоментно по 3 особи из каждой группы) помещали в термокамеру. Размер рестрейнеров не препятствовал дыхательным движениям, но исключал груминг. Климатические условия, способствовавшие перегреванию организма, моделировали в термокамере BMT Stericell SC 111 ECO (Чехия) емкостью 111 л с вытяжной вентиляцией 5 м3/ч. Температуру воздуха 40 ± 1 °С, относительную влажность 46% поддерживали автоматически. Тепловой баланс организма оценивали по динамике ректальной температуры, которую измеряли с интервалом 30 мин электрическим термометром с датчиком для крыс RET-2 (WPI, КНР), наконечник термометра вводили в rectum на глубину 3 см. Потерю организмом влаги оценивали по изменению массы тела, измеряемой с получасовым интервалом.

Результаты представляли в виде среднего значения и его ошибки (M ± m). Для проверки нормальности распределения использовали критерий Шапиро — Уилка. Для оценки влияния тепловых условий и вводимых веществ на регистрируемые количественные показатели проводили многомерный дисперсионный анализ. При наличии значимого влияния какого-либо фактора выполняли одномерный дисперсионный анализ. В случаях экспериментальных планов с повторными измерениями использовали модели со смешанными эффектами. Межгрупповое сравнение средних величин выполняли методом линейных контрастов, выбранных априорно, либо с помощью апостериорных критериев Тьюки. Для выявления межгрупповых различий функций дожития использовали критерий Гехана — Вилкоксона, частоты встречаемости альтернативных признаков — точный метод Фишера. Критический уровень значимости a приняли равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕВ первой серии экспериментов через 2–3 мин после однократной интраназальной инстилляции ФСН 170 мг/мл 10 мкл двигательная активность крыс снижалась, животные выглядели заторможенными. Результаты изучения влияния ФСН на потребление кислорода и внешнее дыхание представлены на рисунке 1.Рисунок подготовлен авторами по собственным даннымРис. 1. Динамика потребления кислорода (слева) и частоты дыхательных движений (справа) у крыс самцов после однократной интраназальной инстилляции ФСНПримечание: данные представлены в виде среднего значения и стандартной ошибки среднего (M ± m); * — статистически значимое отличие от исходного уровня; † — статистически значимое отличие от группы контроля.Как видно из данных, представленных на рисунке 1, через 10 мин после применения ФСН потребление кислорода животными опытной группы снижалось на 33%, а частота дыхательных движений — на 32% по сравнению со значениями в группе контроля. Газообменная эффективность внешнего дыхания, оцениваемая по потреблению кислорода в расчете на дыхательный цикл, существенно не изменялась. В последующие 20 мин потребление кислорода у крыс, интраназально однократно получавших ФНС, оставалось на 9–20% более низким, чем в контроле, хотя и имело тенденцию к частичной нормализации. Таким образом, продолжительность гипометаболического действия однократной инстилляции ФСН составляла не менее получаса.Во второй серии экспериментов при изучении влияния ФСН 170 мг/мл в объеме 10 мкл на состояние теплового обмена у крыс отмечено, что пребывание животных в термокамере приводило к статистически значимому повышению ректальной температуры. У животных, помещенных в рестрейнеры, в течение часа она возрастала на 5,5 ± 0,3 °С против 3,3 ± 0,3 °С у животных, свободно располагавшихся в вольерах. В эти же сроки применение ФСН на 15% ускоряло прирост температуры тела у крыс, располагавшихся в вольерах, но на 11% замедляло его у находившихся в рестрейнерах (рис. 2а). При размещении в вольерах у получивших солевой раствор животных наблюдался активный груминг, чего не было у получивших ФСН. Через 120 мин после помещения в вольеры оцениваемая по убыли массы тела потеря организмом влаги на фоне применения ФСН была на 1% от исходной массы тела меньшей, чем в контроле (рис. 2б). Продолжительность жизни крыс в вольерах была большей, чем в рестрейнерах. При расположении в вольерах применение ФСН снижало продолжительность жизни, а при размещении в рестрейнерах имелась тенденция к ее продлению (рис. 2в).Рисунок подготовлен авторами по собственным даннымРис. 2. Динамика ректальной температуры, потери массы тела и выживаемость у крыс при температуре воздуха 40 °СПримечание: прирост ректальной температуры и потеря массы тела представлены как среднее значение и стандартная ошибка среднего (M ± m); * — статистически значимое отличие от группы крыс, размещенных в вольере; † — статистически значимое отличие от группы крыс, получавших ФСН, при аналогичных условиях размещения.ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВПри однократной инстилляции 10 мкл ФСН доза феназепама для крыс составляла 8,5 мг/кг м.т., что биоэквивалентно 100 мг для взрослого человека. Это пятикратно превышало высшую разовую дозу диазепама 20 мг, которая при внутривенном введении снижала потребление кислорода человеком на 8% [9]. Поэтому наблюдавшийся в настоящем исследовании вчетверо больший гипометаболический эффект ФСН был обусловлен дозой бензодиазепина, при экстраполяции на человека пятикратно превышавшей высшую разовую дозу. Продолжительность этого эффекта была близка к получасу, что указывает на необходимость повторных назначений ФСН для достижения более длительного гипометаболического действия.Как следовало из роста температуры тела, пребывание в термокамере вызывало у крыс тепловой стресс. В силу невозможности груминга у крыс, помещенных в рестрейнеры, затруднялось распределение влаги (предположительно слюны) по шерстному покрову, а следовательно, и потеря тепла ее испарением. Это делало сопоставимыми условия теплоотдачи для помещенных в рестрейнеры животных, получавших интраназальные инстилляции ФСН или раствора хлорида натрия. Поэтому вероятной причиной уменьшения теплового стресса крыс, располагавшихся в рестрейнерах, на фоне применения ФСН было не повышение теплоотдачи, а снижение теплопродукции.Оценка снижения теплопродукции у животных, перед помещением в термокамеру получивших ФСН, возможна с использованием калорического эквивалента кислорода, который при рационе с преобладанием углеводов близок к 21 Дж/мл [10]. В течение ближайших 30 мин после инстилляции ФСН потребление кислорода животными было в среднем на 2,06 мл/(кг×мин) меньшим, чем в контроле, что отвечает на 1294 Дж/кг меньшей теплопродукции. При близости значений удельной теплоемкости биотканей и воды 4187 кал/(кг×°С) это могло вести к уменьшению на 0,3 °С прироста температуры тела за ближайшие 30 мин после помещения крыс в термокамеру, что и наблюдалось в настоящей работе. Таким образом, при повышенной температуре воздуха и невозможности испарения влаги с большей части поверхности тела введение ФСН замедляло формирование теплового стресса у крыс, снижая теплопродукцию. Для экстраполяции этих данных на человека представляет интерес изучить влияние ФСН на температуру тела в условиях, препятствующих теплоотдаче испарением: при высокой относительной влажности [11], пребывании в изолирующих средствах защиты кожи [12] или при иммерсионной гипертермии [13]. Способность диазепама, вводимого внутривенно в дозах 10 или 20 мг, снижать температуру тела человека [14] позволяет ожидать ее снижения и на фоне применения ФСН.Оптимальная относительная влажность и достаточная скорость воздухообмена в термокамере благоприятствовали потере тепла путем испарения влаги крысами, имевшими возможность наносить ее на поверхность тела. Поэтому при их расположении в вольерах температура тела повышалась медленнее, чем в рестрейнерах. Однако введение ФСН сглаживало это различие: препарат ускорял повышение температуры тела. Через 120 мин после помещения в вольеры потеря массы тела, в основном обусловленная испарением воды, на фоне применения ФСН была на 10 г/кг меньшей, чем при введении солевого раствора. При удельной теплоте парообразования воды 2260 Дж/г это соответствовало накоплению в теле животных на 22 600 Дж/кг большего количества теплоты, чем в контроле. При удельной теплоемкости биотканей, близкой к 4187 Дж/(кг×°С), этой энергии было достаточно для повышения температуры тела на 5,4 °С; в действительности же у получивших ФСН крыс она была лишь на 2 °С выше, чем в контроле. Это говорит о влиянии на температуру тела получивших ФСН крыс противоположно направленных факторов, в том числе уменьшения теплоотдачи и показанного выше снижения теплопродукции. Как видно, у животных, не имевших физических препятствий к увлажнению поверхности тела, влияние ФСН на теплоотдачу преобладало над его влиянием на теплопродукцию.Определенную роль в снижении выживаемости крыс, перед свободным расположением в термокамере получивших ФСН, могли играть неблагоприятные фармакологические эффекты бензодиазепинов: разобщающее действие на окислительное фосфорилирование [15], снижение артериального давления, частоты сердечных сокращений и коронарного кровотока [16]. Однако основным механизмом вызванного ФСН снижения выживаемости в условиях свободного расположения в термокамере было усугубление теплового стресса. На это указывает тот факт, что через 90 мин после помещения в термокамеру температура тела 43 °С, соответствующая порогу необратимого повреждения биотканей [17], достигалась у 21 и 71% животных, получавших солевой раствор и ФСН соответственно (p < 0,05). Экстраполяция этих данных на человека затруднена наличием у него потовых желез на всей поверхности кожного покрова, что обеспечивает теплоотдачу испарением даже на фоне гиподинамии. Вместе с тем нарушение теплоотдачи не исключено и у человека ввиду сообщений об антагонизме бензодиазепинов к мускариновым рецепторам [18], что требует учета климатических условий при разработке рекомендаций по применению ФСН.Полученные результаты указывают на возможность смягчения применением ФСН теплового стресса при высокой относительной влажности, пребывании в изолирующих средствах защиты кожи или при иммерсионной гипертермии. Особую ценность такая возможность обретает при продолжающемся тепловом воздействии или недоступности физических средств охлаждения тела на догоспитальном этапе помощи пострадавшим.ВЫВОДЫОднократная интраназальная инстилляция крысам феназепама в дозе 8,5 мг/кг м.т., что биоэквивалентно 100 мг для взрослого человека, снижала потребление кислорода организмом на величину, достаточную для уменьшения на 0,3 °С прироста температуры тела за 30 мин пребывания при температуре воздуха 40 °С. Продолжительность гипометаболического действия однократной инстилляции назального препарата феназепама (ФСН) составляла не менее получаса, что обеспечивало этот эффект у животных, получавших препарат с получасовым интервалом.При температуре воздуха 40 °С и отсутствии условий для испарения влаги с поверхности тела введение крысам ФСН уменьшало тепловой стресс, снижая теплопродукцию и прирост ректальной температуры на 0,3 °С за 30 мин.Открытое расположение крыс при температуре воздуха 40 °С в вольерах, не создававшее препятствий теплоотдаче путем испарения слюны, наносимой на шерстный покров, сопровождалось более медленным повышением температуры тела и меньшей летальностью, чем при расположении животных в рестрейнерах.Введение ФСН способствовало повышению температуры тела и летальности у крыс, располагавшихся в вольерах при температуре воздуха 40 °С. Основным механизмом этих эффектов было снижение теплоотдачи испарением вследствие подавления ФСН видоспецифического терморегуляторного рефлекса: нанесения слюны на шерстный покров.ФСН перспективен в качестве средства фармакотерапии теплового удара при высокой относительной влажности, пребывании в изолирующих средствах защиты кожи или при иммерсионной гипертермии. Требует проверки возможность усугубляющего влияния ФСН на тепловой стресс у человека в условиях жаркого климата при беспрепятственной теплоотдаче испарением.1. Приказ Министерства здравоохранения Российской Федерации № 1115н. Стандарт скорой медицинской помощи при тепловом и солнечном ударе; 20.12.2012.