CC BY
72
ИЗМЕНЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ ДЫХАНИИ ИНЕРТНЫМИ ГАЗАМИ
Ананьев В.Н.
Институт медико-биологических проблем РАН, г. Москва
Аннотация. Максимальное пребывание крыс в замкнутом пространстве изменяет динамику потребления кислорода организмом. Замена азота в воздухе замкнутой камеры на инертные газы (гелий, аргон, криптон) еще в большей степени изменяет динамику потребления кислорода.
Ключевые слова: потребление кислорода, замкнутое пространство, кислород, азот, гелий, аргон, криптон, крысы.
Актуальность исследования. Само название - инертные газы предполагает, что они не будут влиять на живые организмы. Но известно, что газ азот под давлением у аквалангистов вызывает "азотное опьянение" [9], газ ксенон вызывает даже наркоз [3]. Газ гелий применяется для глубоководных спусках водолазов, он не вызывает "азотного опьянения" [9]. Газ аргон эффективен для составления пожарно-безопасных газовых смесей с низким содержанием кислорода [7]. Приготовление дыхательных смесей на основе инертных газов и кислорода может понадобиться при полетах к планетам Вселенной, где эти газы могут преобладать или где может быть высокое атмосферное давление. Изучение потребления кислорода в замкнутом пространстве может моделировать ситуации нахождения человека в космическом корабле, подводной лодке, ситуации после землетрясений при разрушении и изоляции человека, при производственных работах в емкостях и другие ситуации. Потребление кислорода организмом является одной из главных функций живой природы [6, 8]. Большее потребление кислорода организмом при его адаптации к внешней среде приводит к выработке большего количества энергии и улучшает выживание. В различные периоды жизни на Земле количество кислорода в атмосфере значительно менялось [2; 5]. Поэтому, можно предположить, что в организме остались работоспособными системы, которые включаются при низких концентрациях кислорода и переключают работу организма на особый, пока нам неизвестный режим работы. В настоящее время достаточно подробно изучен вопрос потребления кислорода в покое и при физической нагрузке [1; 4; 8]. Но сравнительно мало данных о динамике потребления кислорода в заведомо замкнутом пространстве при его потреблении организмом до предельного уровня. Нет комплексных полных данных потребления кислорода в замкнутом пространстве камеры до его полного потребления организмом при заполнении камеры 20% кислородом и 80% гелием, аргоном, криптоном [4; 7; 8].
Поэтому, целью этой работы было исследование динамики потребления кислорода в замкнутом пространстве у крыс в среде различных инертных газов.
Материал и методы исследования. В опытах использовались лабораторные животные крысы. Крыса помещалась в изолированную газонепроницаемую камеру, которая имела штуцеры входа газа и выхода. Камера заполнялась воздухом, воздух прокачивался воздушным насосом через датчики кислорода и опять возвращался в камеру. Таким образом, концентрация кислорода постепенно уменьшалась. С датчиков газа напряжение преобразования подавалось на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и вводилось и регистрировалось на компьютере. С помощью программного обеспечения определялось количество потребленного кислорода в одну минуту на кг веса в минуту и другие параметры. Когда компьютер показывал, что потребление кислорода в течение 2-3 минут не возрастает, раздавался сигнал тревоги, в камеру закачивали воздух и опыт прекращался, что предотвращало гибель животного. В результате, мы полностью исключили потерю животных в опыте. Для исследования брали газовые смеси - воздух (азота 80%, кислорода 20%), кислородно-гелиевую (кислорода 20%, гелия 80%), кислородно-аргоновую смесь (кислорода 20%, аргона 80%), кислородно-криптоновую смесь (кислорода 20%, криптона 80%). Выдыхаемый углекислый газ накапливался пропорционально потреблению кислорода, не удалялся из камеры, его концентрация постоянно регистрировалась вместе с кислородом компьютером. Данные по изменению концентрации углекислого газа будут представлены в печати после дополнительного анализа.
Результаты исследования и их обсуждение. Анализ результатов опытов определения потребления кислорода у крыс при заполнении изолированной камеры воздухом показал, что в первые 1-10 минут опыта потребление кислорода (рис. 1) составило 26,3 мл/кг/мин.
25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
Рис.1 Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде воздуха (азот 80%, кислород 20%). По оси абсцисс: - время опыта в минутах. По оси ординат: - концентрация кислорода в процентах в камере с крысой.
При дальнейшем продолжении опыта на 25-50 мин потребление кислорода уменьшилось в два раза и составило 13,8 мл/кг/мин. Средняя величина поглощения кислорода в воздухе камеры за 50 минут составила 16,7 мл/кг/мин (рис.1). Соотношение максимального поглощения кислорода в начале опыта и в конце опыта составило 26,3/ 13,8= 1,9 раза.
25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
в. Рис. 2. Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде гелия (гелия 80%, кислород 20%). По оси абсцисс: - время опыта в минутах.
По оси ординат: - концентрация кислорода в процентах в камере с крысой.
Газ гелий широко используется при глубоководных погружениях для приготовления дыхательных смесей с кислородом. По сравнению с азотом, который уже после 60 метров глубины погружения водолазов может быть токсичным, гелий может использоваться при погружении на несколько сотен метров
Анализ результатов опытов определения потребления кислорода у крыс при заполнении изолированной камеры кислородом и гелием показал, что в первые 5-30 минут опыта потребление кислорода (рис.2) составило 10,82 мл/кг/мин. При дальнейшем продолжении опыта на 45-65 минуте потребление кислорода уменьшилось в 1,68 раза и составило 10,82 мл/кг/мин. Средняя величина поглощения кислорода за 65 минут в гелиевой среде составила 14,04 мл/кг/мин.
ПОГЛОЩЕНИЕ КИСЛОРОДА. КРЫСА НОРМА
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
ПОГЛОЩЕНИЕ КИСЛОРОДА.КРЫСА. ГЕЛИЙ 80% О2-20%
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0
18Д
46,5
15,3
13,4
ТТ?
ПОГЛОЩЕНИЕ КИСЛОРОДА. КРЫСА. АРГОН 80% О2-20%
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Рис. 3. Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде аргона (аргон 80%, кислород 20%). По оси абсцисс: - время опыта в минутах. По оси ординат: - концентрация кислорода в процентах в камере с крысой.
Анализ результатов опытов определения потребления кислорода у крыс при заполнении изолированной камеры аргоном показал, что в первые 1-15 минут опыта потребление кислорода (рис.3) составило 21.4 мл/кг/мин. При дальнейшем продолжении опыта на 50-60 мин потребление кислорода уменьшилось в три раза и составило 7 мл/кг/мин. Средняя величина поглощения кислорода за 60 минут составила 14,62 мл/кг/мин. Соотношение максимального поглощения кислорода в аргоне в начале опыта и в конце опыта составило 21,4 / 7= 3 раза.
25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
20,9
20
тг
16,3
■ ПОГЛОЩЕНИЕ КИСЛОРОДА. КРЫСА. КРИПТОН 80% О2-20%
14,5
11,7 1 10,1 8,8
1 7,5 * 6,1 5,1 4,3 3,8 3,5 о п
ттгл
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Рис.4. Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде криптона (криптон 80%, кислород 20%). По оси абсцисс: - время опыта в минутах. По оси ординат: - концентрация кислорода в процентах в камере с крысой.
Газ криптон не используется водолазами. При его применении не наступает наркоза, как при применении ксенона. Поэтому, его действие на живые объекты мало изучено и область его полезного применения пока не определена. Анализ результатов опытов определения потребления кислорода у крыс при заполнении изолированной камеры криптоном показал, что в первые 5-25 минут опыта потребление кислорода (рис.4) составило 21.06 мл/кг/мин. При дальнейшем продолжении опыта на 60-85 мин потребление кислорода уменьшилось в 5 раз и составило 4,21 мл/кг/мин. Средняя величина поглощения кислорода в криптоне за 85 минут составила 12,8 мл/кг/мин. Соотношение максимального поглощения ислорода в криптоне в начале опыта и в конце опыта составило (21)/ 4,21=5,13раза.
Заключение. Потребление кислорода организмом крысы на пике максимального пребывания в замкнутом пространстве, по отношению потребления кислорода в начале опыта, уменьшается в два раза в кислородно-азотной (20% - кислорода, 80% - азота) газовой среде. В кислородно-гелиевой (20%-80%) среде этот показатель потребление кислорода уменьшается в 1,68 раза. В кислородно-аргоновой (20%-80%) газовой среде эта величина потребление кислорода уменьшается в 3 раза, а в кислородно-криптоновой (20%-80%) газовой среде уменьшается в 5 раз.
Результаты проведенных исследований позволили получить новые данные по эффектам действия измененных газовых сред (кислородно-аргоновой среды и кислородно-криптоновой среды). В результате проведенного исследования установлено, что аргон способствует более продолжительному выживанию в замкнутом пространстве при утилизации кислорода до минимума за счет уменьшения потребления кислорода. Таким же свойством, более выраженным, обладает и криптон. Полученные данные могут Материалы XII международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2011
составить основу для исследования уменьшения потребления кислорода у человека, что является одним из базовых элементов значительного продления жизни человека.
Литература:
1. Дудко В.А., Соколов А.А. Моделированная гипоксия в клинической практике.- Томск, 2000.
2. Бгатов В.И. История кислорода земной атмосферы. М., 1985.
3. Буров Н.Е., Потапов В.Н., Макеев Г.И. Ксенон в анестезиологии. М., 2000.
4. Вдовин А.В., Ноздрачева Л.В., Павлов Б.Н. Показатели энергетического метаболизма мозга крыс при дыхании гипоксическими смесями, содержащими азот или аргон// Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1998. Том № 6, С. 618 - 619.
5. Еськов К.Ю. Удивительная палеонтология: история Земли и жизни на ней. М., 2008.
6. Павлов Б.Н., Солдатов П.Э., Дьяченко А.И. Выживаемость лабораторных животных в аргон-содержащих гипоксических средах // Авиационная и экологическая медицина. 1998. Т.32, № 4. С.33 - 37.
7. Павлов Н.Б. Аргон - биологически активный компонент газовой среды // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2006. №6. С. 15 - 18.
8. Проссер Л. Сравнительная физиология животных. Том 1. М., 1977.
9. Смолин В.В., Соколов Г.М., Павлов Б.Н., Демчишин М.Д. Глубоководные водолазные спуски и их медицинское обеспечение. Т.2. М., 2004.
10. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2010г.
11. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2009г.
12. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2008г.
13. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2007г.
14. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2006г.
15. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2005г.
16. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2004г.
17. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2003г.
18. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2002г.
19. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 2001г.
20. Сборник научных тезисов и статей «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва, 1999г.
THE CHANGE OF OXYGEN IN THE CLOSED SPACE IN BREATHING WITH INERT GASES Ananev V.N.
Institute for Biomedical Problems
Maximum stay in rats in a confined space, changing the dynamics of oxygen consumption by the body. Key words: oxygen consumption, an enclosed space, oxygen, nitrogen, helium, argon, krypton, rats.
