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 аргон эффективен для составления пожарно-безопасных газовых смесей с низким содержанием кислорода [7]. 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 не известный 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 аргоном, криптоном [4; 7; 8]. Поэтому целью этой работы было исследование динамики потребления кислорода в замкнутом пространстве у крыс в среде различных инертных газов.
Методы 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. Частота записи измерения показаний была равна одной секунде. В каждой точке проводилось 100 измерений, записывалась средняя величина, определялись различные статистические показатели. 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 мин 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-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 не представлены в настоящей работе.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ результатов опытов определения потребления кислорода у крыс при заполнении изолированной камеры воздухом показал, что в первые 1-10 мин опыта потребление кислорода (рис. 1) составило 26,3 мл/кг/мин.
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 мин составила 16,7 мл/кг/мин (см. рис. 1). Соотношение максимального поглощения кислорода в начале опыта и в конце опыта составило 26,3/13,8 = 1,9 раза.
Рис. 1. Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде воздуха (азот 80 %, кислород 20 %).
По оси абсцисс: - время опыта, мин.
По оси ординат: - концентрация кислорода, %, в камере с крысой
Анализ результатов опытов определения потребления кислорода у крыс при заполнении изолированной камеры аргоном показал, что в первые 1-15 мин опыта потребление кислорода (рис. 2) 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.
Рис. 2. Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде аргона (аргон 80 %, кислород 20 %).
По оси абсцисс: - время опыта, мин.
По оси ординат: - концентрация кислорода, %, 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. 3) составило 21,06 мл/кг/мин.
Рис. 3. Поглощение кислорода в замкнутой камере в среде криптона (криптон 80 %,
кислород 20 %). По оси абсцисс: - время опыта, мин.
По оси ординат: - концентрация кислорода, %, в камере с крысой
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 мин составила 12,8 мл/кг/мин. Соотношение максимального поглощения кислорода в криптоне в начале опыта и в конце опыта составило 21,06/4,21 = 5,13 раза.
Величины потребления кислорода в начале опыта мл/кг/мин (1-15 % времени),
средняя величина потребления кислорода за весь опыт, потребление кислорода
в конце опыта, мл/кг/мин, (80-100 % времени опыта)
|
|
Начало опыта, мл/кг/мин |
Средняя (по всему опыту) |
В конце опыта, мл/кг/мин |
Соотношение Max/min (начало/конец) |
|
Норма воздух |
26,3 |
16,7 |
13,8 |
2 |
|
Аргон |
21,4 |
14.62 |
7 |
3 |
|
Криптон |
21,06 |
12,8 |
4,21 |
5,13 |
Заключение
Результаты проведенных исследований (таблица) 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 (по сравнению с воздухом) при утилизации кислорода до минимума за счет уменьшения потребления кислорода. Таким же свойством, более выраженным, обладает и криптон. Полученные данные могут составить основу для исследования уменьшения потребления кислорода у человека, что является одним из базовых элементов по изучению гипобиоза.
Рецензенты:
Торшин В.И., д.б.н., зав. кафедрой нормальной физиологии ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», г. Москва;
Северин А.Е., д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», г. Москва.
Работа поступила в редакцию 04.08.2011.