Перегревание организма — повышение температуры тела в условиях, когда сумма тепловой энергии, освободившейся в процессах метаболизма и поступившей извне, превышает тепловую энергию, потерянную излучением, конвекцией и теплопроведением. Климатические условия, способствующие перегреванию организма, нередки на территории нашей страны. Один из аспектов проблемы — увеличение при нем токсичности ряда ксенобиотиков для пойкилотермных [1] и гомойотермных животных [2]. В связи с этим представляет интерес влияние условий, способствующих перегреванию организма, на выраженность побочных эффектов наркотических анальгетиков. Их передозировка не исключена в ходе медицинской эвакуации раненых; актуальна она и в силу стремительного распространения дериватов фентанила на нелегальном рынке наркотических средств и психотропных веществ [3]. Однако данные, позволяющие прогнозировать влияние перегревания организма на токсичность опиоидов, неполны. Для восполнения этого пробела необходимо изучение их токсичности при передозировке в контролируемых климатических условиях. Передозировку опиоидов удобно моделировать введением животным фентанила, сочетающего кратковременность действия с принадлежностью к классу чрезвычайно токсичных веществ [4]. Представляет интерес и применимость на фоне опиоидной анальгезии терапевтических мер, рекомендуемых при изолированном перегревании организма в форме теплового удара. «Стандарт скорой медицинской помощи при тепловом и солнечном ударе»1 в качестве такой меры предписывает «применение пузыря со льдом», однако не указывает место наложения этого пузыря. В учебно-методических источниках таким местом наиболее часто оказывается лоб2. Упоминаются также затылок, шея, виски, ключицы, внутренние сгибы локтевого и коленного суставов, икроножные мышцы, паховая и крестцовая области [5], однако ощущается недостаток объективных данных, характеризующих обоснованность подобных рекомендаций.

Цель исследования — оценка влияния повышенной температуры воздуха и местного охлаждения на острую токсичность фентанила.

Исследование проведено в ноябре 2024 г. на самцах беспородных крыс-альбиносов с массой тела 191–210 г из Филиала НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ — ПЛЖ «Рапполово». Выполнены 3 серии экспериментов.

В первой серии экспериментов изучали влияние повышенной температуры воздуха на дозовую зависимость летального и наркотического действия фентанила. Формировали 11 рандомизированных групп. Животным десяти групп (n = 200) в латеральную вену хвоста вводили раствор фентанила 50 мкг/мл (ФГУП «Московский эндокринный завод», серия 30212) в дозах 50, 100, 200, 300, 400 мкг/кг; в одной группе (n = 14) препарат не вводили.

Получивших фентанил особей (n = 100) оставляли на сутки при комнатной температуре воздуха 22 °С (группа контроль); вторую часть животных (n = 100) на 40 мин помещали в открытые вольеры, установленные в термокамере при 40 °С, и далее в течение суток наблюдали при температуре воздуха 22 °С.

Крыс, не получивших фентанил (доза 0 мг/кг, объем 0 мл/кг), помещали в рестрейнеры и удерживали в термокамере до первого случая гибели. После извлечения из термокамеры наблюдение продолжали в течение суток при 22 °С; в это время регистрировали пробуждение (в момент первой побежки при перкуссии хвоста) или гибель. Схема исследования представлена в таблице.

Во второй серии экспериментов на других крысах (n = 49) изучали влияние общего перегревания и (или) местного охлаждения головы на ректальную температуру, летальность и латентное время пробуждения через 40 мин после введения официнального препарата фентанила в дозе 300 мкг/кг; эта доза была предварительно идентифицирована как LD5 для особей, пребывающих при комнатной температуре. Формировали 4 рандомизированные группы:

1-я группа (n = 14) — животные, получившие фентанил в дозе 300 мкг/кг и далее находившиеся 24 ч при температуре 22 °С без местного охлаждения;

2-я группа (n = 12) — животные, получившие фентанил в дозе 300 мкг/кг, после чего оставленные на 40 мин при 22 °С с местным охлаждением и далее 24 ч при 22 °С без местного охлаждения;

3-я группа (n = 12) — животные, получившие фентанил в дозе 300 мкг/кг, пребывавшие 40 мин при 40 °С без местного охлаждения и далее 24 ч при 22 °С;

4-я группа (n = 11) — животные, получившие фентанил в дозе 300 мкг/кг, пребывавшие 40 мин при 40 °С с местным охлаждением и далее 24 ч при 22 °С.

Для охлаждения головы на поверхности neurocranium в течение 40 мин после введения фентанила удерживали пластмассовые емкости, содержавшие 70 г тающего льда, после чего местное охлаждение прекращали и у животных измеряли температуру тела. В течение суток регистрировали исход интоксикации: гибель или пробуждение.

По такой же схеме в третьей серии экспериментов на 4 группах численностью по 12 крыс изучали влияние сорокаминутного пребывания в термокамере при 40 °С и (или) охлаждения средней трети вентральной поверхности туловища на острую интоксикацию фентанилом. Условия местного охлаждения тела иллюстрирует рисунок 1.

Климатические условия, способствующие перегреванию организма, моделировали в термокамере BMT Stericell SC 111 ECO емкостью 111 л (Чехия), в которой поддерживали температуру воздуха 40 ± 1 °С, относительную влажность 48% и кратность воздухообмена 45 объемов камеры в час. Температуру тела измеряли электрическим термометром с датчиком для крыс RET-2 (WPI, КНР), наконечник которого вводили в rectum на глубину 3 см. Инструментальная офтальмоскопия крысам не проводилась; о цвете глазного дна косвенно судили по цвету глаз, которые у крыс-альбиносов лишены иных пигментов, кроме гемоглобина сосудов.

Статистический анализ проведен с использованием программного обеспечения OriginPro. Результаты представлены в виде среднего значения и его ошибки (M ± m). Для проверки нормальности распределения использовали критерий Шапиро – Уилка. Влияние применявшихся воздействий на параметрические показатели оценивали с помощью дисперсионного анализа. В случаях значимости полученных моделей межгрупповое сравнение средних величин выполняли с помощью теста честной значимой разницы Тьюки. Значения LD50 рассчитывали пробит-методом. Межгрупповые различия функций дожития оценивали с использованием критерия Гехана – Вилкоксона, частоты встречаемости альтернативных признаков — точным методом Фишера. Критический уровень значимости α приняли равным 0,05.

В первой серии экспериментов при изучении дозовой зависимости летального и наркотического действия фентанила через 10–15 с после его введения наблюдали у крыс опистотонус, экстензию хвоста и кратковременное апноэ с последующим редким поверхностным дыханием; глазное дно приобретало фиолетовый цвет. Все случаи гибели отмечены в ближайшие 2 ч, а пробуждения — в ближайшие 3,4 ч. Для особей, остававшихся при комнатной температуре, дозы фентанила 50 и 100 мкг/кг были сублетальными, а при дозах 200, 300 или 400 мкг/кг летальность составляла 5%. Таким образом, при комнатной температуре воздуха значение LD50 фентанила внутривенным введением его официнального раствора в допустимом для крыс объеме ≤ 2 мл не достигалось.

У животных, после введения фентанила помещенных на 40 мин в термокамеру, LD50 составила 113 ± 16 мкг/кг (рис. 2А). Тепловое воздействие на фоне введения фентанила увеличивало латентное время пробуждения в 1,6–4,0 раза (с 10–110 до 40–176 мин, рис. 2Б); у таких животных после пробуждения наблюдали преходящую атаксию, которая отсутствовала в контроле. Для крыс, не получавших фентанил, сорокаминутное тепловое воздействие было нелетальным; первый случай гибели отмечен лишь через 90 мин после помещения в термокамеру.

На рисунке 2 различие с животными, оставленными при комнатной температуре, значимо в интервале доз 100–400 мкг/кг для летальности и в интервале доз 50–400 мкг/кг — для латентного времени пробуждения, p < 0,05.

Во второй и третьей сериях экспериментов, при изучении теплового состояния организма, исходное значение ректальной температуры составило 38,1 ± 0,1 °С (n = 96). Через 40 мин после введения фентанила ректальная температура выживших особей группы 1, оставленных при комнатной температуре без местного охлаждения тела, была снижена до 34,5 ± 0,2 °С (n = 25), а у остававшихся живыми к этому времени крыс группы 3 (n = 5) — повышена до 44,5 ± 0,4 °С. При охлаждении головы температура тела составляла в это время у крыс, оставленных при комнатной температуре, 33,7 ± 0,3 °С группа 2, (n = 10), а у шести, остававшихся живыми в момент извлечения из термокамеры особей группы 4, — 39,8 ± 0,6 °С (рис. 3А). Охлаждение вентральной поверхности туловища снижало, в сравнении с не получавшими местного охлаждения, температуру тела у животных, после введения фентанила находившихся как при комнатной, так и при повышенной температуре воздуха: до 29,7 ± 0,3 °С (n = 9) и 33,0 ± 0,5 °С (n = 11) за 40 мин соответственно. За 40 мин разность среднегрупповых значений температуры тела у переживших пребывание в термокамере крыс, не получавших и получавших местное охлаждение вентральной поверхности туловища, достигала 11,4 °С (рис. 3Б).

У крыс, после введения фентанила оставленных при комнатной температуре, летальность составляла 7–8%, а у помещенных на 40 мин в термокамеру — 100% (p < 0,05). Влияние охлаждения головы на летальность было представлено тенденцией к повышению на 10% для оставленных при комнатной температуре и к понижению на 27% — для помещенных в термокамеру (рис. 4А).

Охлаждение вентральной поверхности туловища полностью предотвращало отягощающее влияние повышенной температуры воздуха на острую интоксикацию: летальность снижалась на 92% и была такой же, как и у крыс, оставленных при комнатной температуре без местного охлаждения (рис. 4Б). У животных, после введения фентанила оставленных при комнатной температуре, при охлаждении вентральной поверхности туловища наблюдалась тенденция к повышению летальности на 17% в сравнении с лишенными местного охлаждения. Крысы, после введения фентанила подвергшиеся тепловому воздействию без местного охлаждения тела, гибли, не пробуждаясь. Существенных межгрупповых различий латентного времени пробуждения остальных животных не выявлено, атаксия у них не возникала.

Интервал доз фентанила, использованных в настоящей работе, 50–400 мкг/кг, включал в себя ED100 по анальгетической активности для крыс: 75 мкг/кг [6]. При расчете на площадь поверхности тела примененные дозы биоэквивалентны 8–67 мкг/кг для человека. Это в 1–8 раз больше доз, применяемых для нейролептанальгезии, в 2–16 раз больше доз при операциях со спонтанным внешнем дыханием3 и моделирует передозировку наркотического анальгетика опиоидного ряда. Будучи маловероятной в условиях стационара, она возможна при нарушении преемственности оказания помощи раненым на этапах медицинской эвакуации, в том числе и в условиях, способствующих перегреванию организма. У человека, выполняющего легкую физическую работу, перегревание возникает при превышении температуры воздуха 31 °С, измеренной «влажным» термометром [7], что при относительной влажности 48% соответствует 40 °С на «сухом» термометре. Как следует из полученных данных, сорокаминутное пребывание в таких условиях легко переносилось интактными крысами, но резко отягощало токсическое действие на них опиоидов в дозах, нелетальных при тепловом комфорте. Такие данные характеризуют тип взаимодействия нежелательных побочных эффектов опиоида и условий, способствующих перегреванию организма, как потенцирование.

Перегревание животных, помещенных в термокамеру после введения фентанила, возникало вопреки его гипотермическому эффекту, наблюдавшемуся при комнатной температуре [8]. На фоне воздействия фентанила перегреванию организма могло способствовать нарушение теплоотдачи испарением влаги с поверхности тела, которое у крыс гипотетически обеспечивается нанесением на шерстный покров слюны [9]. Наркотизация лишала животных этого терморегуляторного механизма, аналогичного испарению пота у человека. В снижение теплоотдачи могло быть вовлечено и уменьшение испарения влаги с поверхности дыхательных путей вследствие угнетения внешнего дыхания.

Пребывание в термокамере повышало ректальную температуру наркотизированных крыс до уровня 44,5 °С, на 1,5 °С превышавшего порог необратимого тканевого повреждения: 43 °С [10]. Это было достаточным условием их гибели, поскольку без теплового воздействия введение фентанила в равной дозе для большинства животных не было летальным. Обратимые нарушения, такие как повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера и влагосодержания головного мозга, возможны и при более низкой температуре тела: 42 °С [10]; с ними могла быть связана атаксия у пробудившихся крыс, после введения фентанила побывавших в термокамере. Таким образом, при отсутствии местного охлаждения тела фактором, исключавшим выживание при температуре воздуха 40 °С на фоне острой интоксикации фентанилом, была гиперпирексия.

При охлаждении вентральной поверхности туловища или головы температура тела 42 °С за время пребывания животных в термокамере не достигалась. Несмотря на то что охлаждение головы предотвращало гиперпирексию во время их пребывания в термокамере, существенного влияния на летальность это не оказало. Вероятные механизмы танатогенеза у таких крыс включали в себя отек и набухание головного мозга, описанные как при тяжелых интоксикациях опиоидами [11], так и при тепловом ударе [12]. Увеличение объема головного мозга в пространстве, ограниченном костями черепа, ведет к повышению внутричерепного давления и уменьшению скорости мозгового кровотока. Этим могла быть обусловлена более низкая охлаждающая эффективность аппликации льда на голову, чем на вентральную поверхность туловища. Такие данные кажутся противоречащими сведениям о высокой скорости кровотока в головном мозгу4, высокой плотности теплового потока с поверхности головы [13] и рекомендациям охлаждать ее при перегревании организма [5][14]. Объяснение этого противоречия возможно в рамках гипотезы о низкой скорости мозгового кровотока, затруднявшей перенос тепла из теплового «ядра» тела к охлаждаемой поверхности neurocranium при острой интоксикации фентанилом на фоне перегревания организма.

Охлаждение средней трети вентральной поверхности туловища оказалось высокоэффективной мерой профилактики перегревания организма вопреки повышенной температуре воздуха и уменьшенной теплоотдаче испарением. Это указывает на объемную скорость кровотока в висцеральной зоне как на достаточную для конвективного переноса к охлаждавшейся поверхности не только избыточного тепла, поступавшего в организм извне, но и высвобождавшегося в ходе метаболических процессов. С учетом этого целесообразно оценить эффективность местного охлаждения живота не только на фоне воздействия опиоидов, но и при изолированном перегревании организма, с внесением при необходимости уточнений в действующий «Стандарт скорой медицинской помощи при тепловом и солнечном ударе». Вместе с тем полученные данные свидетельствуют о нецелесообразности местного охлаждения тела при острой опиоидной интоксикации в комфортных климатических условиях. Вероятно, снижение температуры тела при местном охлаждении на фоне вызываемой фентанилом периферической вазодилатации [15] и его прямого угнетающего действия на потребление кислорода митохондриями [16] угнетало дыхательный центр и углубляло гипоксемию, на которую указывал цианоз глазного дна животных.

Полученные данные позволяют сформулировать гипотезу о механизмах влияния перегревания организма и охлаждения на его фоне висцеральной поверхности туловища на токсическое действие фентанила. Как опиоиды, так и тепловой стресс тормозят пропульсивную функцию желудочно-кишечного тракта, что способствует избыточному росту в нем термофильной микрофлоры и продукции ею токсичных веществ, в том числе аммиака и низших аминов [17]. Образованию этих веществ способствует и сопряженное с активацией фентанилом µ-опиоидных рецепторов накопление жидкости в просвете кишечника, стимулирующее бактериальный рост [18]. Поступление аммиака и низших аминов из желудочно-кишечного химуса в кровь облегчается опосредованным активацией Toll-подобных рецепторов повышением проницаемости кишечного эпителия агонистами µ-опиоидных рецепторов [18]. Дальнейшему переносу аммиака и низших аминов из крови в головной мозг может способствовать метаболический ацидоз, обусловленный перегреванием организма и острой дыхательной недостаточностью. При характерном для него увеличении градиента pH между плазмой крови и цитоплазмой поступление из крови в астроглию аммиака и низших аминов по градиенту концентрации их нейтральных газообразных форм интенсифицируется [19], что должно вести к накоплению в головном мозге свободных аминокислот [20] и его набуханию. Ввиду обратной зависимости между температурой воды и растворимостью в ней газов (в том числе аммиака и низших аминов) такое набухание не может купироваться местным охлаждением головы. Напротив, охлаждение желудочного и кишечного химусов на величину, равную наблюдавшемуся в настоящей работе падению на 11,4 °С температуры тела при аппликации льда на вентральную поверхность туловища, должно снижать метаболическую активность термофильной желудочно-кишечной микрофлоры не менее чем в 2,2 раза, таким образом блокируя механизмы танатогенеза, опосредованные острой кишечной эндотоксемией. Проверка этой гипотезы в ходе дальнейших исследований открывает перспективу новых подходов к патогенетической терапии как острой опиоидной интоксикации, так и теплового удара.

1 Приказ МЗ РФ от 20.12.2012 № 1115н «Стандарт скорой медицинской помощи при тепловом и солнечном ударе».2 Быков ИЮ, Раков АЕ, Сосюкин АЕ, ред. Военно-полевая терапия: национальное руководство. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2007.3 Машковский МД. Лекарственные средства. М.: Новая Волна; 2021.4 Осипов АП, Ибишов ДФ, Расторгуева СЛ. Физиология кровообращения и лимфообращения. Учебное пособие. Пермь: ИПЦ «Прокростъ»; 2022.