Ethyl alcohol: Influence on the dynamics of blood supply of skin and other soft tissues during their sudden cooling

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Реакция кровеносных сосудов различных органов и частей тела человека и теплокровных животных на локальное охлаждение в норме и под действием лекарств остается мало изученной областью фармакологии [1–6]. В частности, исследователи до сих пор недостаточно внимания уделяют динамике рефлекторной реакции кровеносных сосудов кожи на локальное охлаждение в норме и под действием психотропных, нейротропных лекарственных препаратов, спирта этилового, анестетиков и наркотиков [7–9]. Несмотря на это, локальные температурно-лекарственные комбинации имеют клиническое значение [10, 11]. Дело в том, что локальная температура частей тела изменяется как естественным образом при болезнях, сопровождаемых, например, воспалением, так и искусственным образом, например, при действии на поверхность тела холодной воды, снега, морозного воздуха, а также в результате медицинских процедур, включающих локальное применение пузыря со льдом или грелки с горячей водой [12–15]. Кроме этого, регистрация динамики периферического кровоснабжения и локальной температуры определенных частей тела может иметь диагностическое значение, в частности, для оценки гипоксии и ишемии [6]. Кроме этого, локальное кровоснабжение и локальная температура — важные факторы взаимодействия многих лекарственных препаратов при их местном применении [10, 16]. Выяснено, что локальная гипертермия усиливает местное действие щелочных растворов перекиси водорода на густую мокроту, слизь, гной, сгустки крови и меконий, что обеспечивает лидерство этой группе лекарств среди известных пиолитиков, муколитиков, гемолитиков и отбеливателей [17–19]. В свою очередь, локальная гипотермия усиливает местное действие антигипоксантов и противовоспалительных лекарственных препаратов [20–23].

В то же время в норме локальная гипотермия может разнонаправленно влиять на кровоснабжение охлаждаемого участка тела в первые несколько минут острого охлаждения [24, 25]. Однако варианты первоначальной динамики кровоснабжения кожи при остром охлаждении в норме и под влиянием лекарственных препаратов не систематизированы. Тем не менее установлено, что в норме первоначальная динамика кровоснабжения кожи при действии локального охлаждения носит стадийный характер и может отражать механизмы защиты организма человека от переохлаждения и гипоксии, с одной стороны, а также служить фактором локальных обморожений — с другой [25–36]. При этом алкогольные напитки нередко оказываются в организме людей, подвергнутых экстремальным природным воздействиям в морозную погоду и терапевтической гипотермии. Именно поэтому выяснение особенностей влияния спирта этилового на динамику кровоснабжения кожи людей в первые минуты их локального охлаждения может иметь большое терапевтическое и диагностическое значение.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЙ ГИПОТЕРМИИ

Первые упоминания о лечебной роли гипотермии можно найти в литературе, восходящей к древним египтянам. Первое описание об использовании охлаждения человека для замедления биологических процессов и наступления смерти в военной медицине сделал Гиппократ около 450 г. до н. э., который советовал укладывать раненых в снег для замедления смерти [25]. В начале 1800-х годов во время вторжения французской армии в Россию в зимний период военные хирурги заметили, что локальная гипотермия уменьшает болезненность и потерю крови при ранениях и кровотечениях, поэтому военные врачи французской армии применяли локальное охлаждение для ампутаций конечностей. В это же время французские военные хирурги наблюдали, как раненые солдаты, размещенные ближе к костру, умирали раньше, чем те, кто располагался на более холодных койках.

Клинический интерес к применению терапевтической гипотермии возник в начале XX в. с сообщений об успешном спасении утопленников, изъятых через несколько часов после утопления в холодной воде [37]. Опираясь на первые результаты использования терапевтической гипотермии в начале второй половины XX в. российский ученый Владимир Неговский заложил основы реаниматологии [38]. В это же время Евгений Мешалкин начал успешно применять легкую гипотермия для предотвращения гипоксического повреждения клеток головного мозга у детей при хирургических операциях на сердце и магистральных сосудах [39]. Однако терапевтическая гипотермия привлекла серьезное внимание исследователей во всем мире только в 2002 г. после публикации статей в New England Journal of Medicine, которые показали значительное улучшение краткосрочной и долгосрочной выживаемости, а также неврологических исходов с помощью гипотермии [40–42].

Сегодня вместо термина «терапевтическая гипотермия» используют термин «целенаправленное управление температурой» (ЦУТ) — targeted temperature management (TTM) (in English) [25]. Считается, что целенаправленное управление температурой может предотвратить лихорадку, помочь поддержанию нормотермии (или вызвать гипотермию), поэтому применение локальной аппаратной контролируемой гипотермии при различных патологических состояниях человека представляет актуальное направление в медицине. Температурный фактор тесно связан с микроциркуляцией и периферическим кровообращением. Однако до сих пор отсутствуют четкие представления о динамике тонуса кровеносных сосудов при их спазме и дилатации в период острой гипотермии [43].

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА О ТЕМПЕРАТУРНОЙ ФАРМАКОЛОГИИ

Температурная фармакология как самостоятельное направление в экспериментальной и клинической фармакологии зародилась в конце XX в. благодаря интенсивным исследованиям проблемы ишемии и инфаркта миокарда и других тканей. Первые сообщения о предотвращении некроза ишемизированных тканей с помощью их локального охлаждения появились в Российской Федерации [24, 44, 45]. С одной стороны, охлаждение консервирует ткани и ингибирует их метаболизм (особенно сильно — аэробный обмен) и этим уменьшает потребность тканей в кислороде, а с другой стороны, угнетает свертывающую системы крови, предотвращает закупорку кровеносных сосудов тромбами и способствует развитию холодовой гиперемии, чем улучшает доставку артериальной крови в зону ишемии [1, 46].

Формирование температурной фармакологии началось в Ижевске, где были изучены особенности местного действия локальной гипотермии, лекарств и их комбинаций на митохондрии, кровь, кровеносные сосуды, миокард, кишечник и конечности экспериментальных животных и пациентов в норме, а также при гипоксии и ишемии [47, 48]. Основные положения температурной фармакологии были сформулированы к 1988 г. [1, 16]. В общем виде они сводятся к тому, что при местном применении лекарств температура является важнейшим фактором локального взаимодействия. Было обнаружено, что локальная гипотермия усиливает фармакологическую активность тех лекарственных препаратов, механизм действия которых обусловлен угнетением метаболизма и функции ткани. Значение этой закономерности было показано на примере усиления холодом (при локальном охлаждении с +37 до +18 °С) фармакологической активности антикоагулянтов, антигипоксантов, спазмолитиков, болеутоляющих, местных анестетиков, противовоспалительных, консервантов и некоторых других средств. Вместе с тем локальная гипертермия усиливает фармакологическую активность тех лекарственных препаратов, механизм действия которых обусловлен стимуляцией метаболизма и функций ткани. Эта закономерность продемонстрирована на примере усиления теплом (при локальном нагревании с +37 до +42 °С) фармакологической активности хлорида калия (за счет катиона K⁺ — модулятора потенциала действия для гладких мышц), коагулянтов, антисептиков, пиолитиков, муколитиков, гемолитиков, химотерапевтических, спастических, раздражающих и отбеливающих средств [1, 17–19, 24, 49].

Полученные результаты позволили предположить, что закон Аррениуса может стать вектором развития фармакологии в ближайшем будущем, поскольку температурная фармакология может стать новым научным и практическим направлением, в котором местное действие лекарственных средств будут рассматривать с учетом определенных значений температуры тканей. Роль катализатора в развитии температурной фармакологии может сыграть инфракрасная визуализация с использованием тепловизора [50–52]. Было высказано предложение о возможности усиления местного действия лекарств с помощью локального охлаждения либо локального нагревания области взаимодействия при местном применении лекарств. В связи с этим местное применение лекарственных средств в сопровождении локальной гипотермии или гипертермии может повысить эффективность и безопасность лечения многих заболеваний [53]. Сегодня нет сомнений в том, что локальная температура представляет важнейший фактор местного взаимодействия лекарств, так как механизм действия лекарств проявляется через изменение интенсивности метаболизма и функции органов и тканей, а изменение интенсивности химических, биохимических, физико-химических процессов и функциональной активности тканей человека находится в прямой зависимости от величины температуры (правда только в пределах сохранения жизнеспособности, то есть в безопасном диапазоне значений) [54, 55].

ДИНАМИКА ТОНУСА КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ, НАПОЛНЕННОСТИ ИХ КРОВЬЮ И ЧУВСТВА БОЛЕЗНЕННОСТИ ПРИ ОСТРОМ ОХЛАЖДЕНИИ У ЛЮДЕЙ И ЖИВОТНЫХ В НОРМЕ

Давно известно, что при внезапном локальном охлаждении теплых рук и ног до температуры 0 °С в них появляется чувство боли у большинства людей, находящихся в сознании [1]. Чувство боли сочетается со спазмом кровеносных сосудов, развивающимся в охлаждаемой части тела. При этом охлаждение вызывает спазм в кровеносных сосудах не только в коже, подкожно-жировой клетчатке открытых частей тела (лица, рук и ног), но и в гладкомышечных органах, таких, например, как кишка и матка при их локальном охлаждении [56–57]. В опытах с изолированными отрезками кровеносных сосудов и кишок животных в условиях in vitro установлено, что при внезапном охлаждении происходит спазм гладкомышечных элементов в сосудистой стенке и кишке и этот спазм развивается рефлекторно в ответ на раздражение температурных рецепторов, локализованных в их стенках [1, 16, 24, 47]. Сила и продолжительность тонического сокращения гладкомышечных миоцитов сосудистой стенки и кишки зависят от интенсивности аэробного метаболизма, обеспечивающего их энергией. Поскольку охлаждение угнетает аэробный обмен и выработку энергии, резервы АТФ в условиях холодового спазма гладкой мускулатуры обычно исчезают через 1–7 мин после начала охлаждения. Именно так развивается холодовая дилатация кровеносных сосудов и кишок. Если к этому моменту сосуды не затвердевают от экстремального охлаждения и остаются эластичными, они могут быть расширены под давлением крови, находящейся внутри сосудов и движущейся под давлением, создаваемым сердцем, как насосом. Поэтому в этот период охлаждения сосуды могут наполниться кровью, что проявляется холодовой гиперемией. Этим объясняется известное явление — покраснение кожи на морозе.

Вслед за экспериментальными исследованиями были проведены клинические испытания. Результаты клинических исследований показали, что в норме при охлаждении теплых частей тела здоровых людей с +30… +35 до +20… +18 °С и ниже (вплоть до 0 °С) уже через несколько секунд увеличивается тонус кровеносных сосудов кожи, подкожно-жировой клетчатки, скелетных мышц и других тканей [56]. Это сопровождается появлением чувства боли в охлажденном участке и уменьшением доставки к нему теплой артериальной крови [57, 58]. Болезненность, возникающую в первый период охлаждения, вызывает спазм гладкомышечных миоцитов, который приводит к механическому сдавливанию болевых рецепторов, размещенных под слоем гладкомышечных клеток [16, 24, 47].

Однако даже максимальный спазм кровеносных сосудов, развивающийся при внезапной гипотермии, не ведет к ишемическому повреждению и некрозу охлажденных тканей, так как одновременно с обескровливанием в охлажденном участке тела угнетается обмен веществ и снижается потребность тканей в кислороде [1, 16, 47]. В частности, в клинических условиях было показано, что локальное охлаждение конечностей предотвращает гангрену и улучшает прогноз реконструктивной хирургической операции при их острой и хронической ишемии [59–63].

В связи с терапевтическим влиянием локальной гипотермии локальное охлаждение было предложено для продления периода безопасной терапевтической ишемии, созданной искусственно для прекращения кровоснабжения раневой поверхности паренхиматозных органов, в частности селезенки, с целью 100 % безопасного гемостаза [64, 65].

ВЛИЯНИЕ СПИРТА ЭТИЛОВОГО НА ЦЕНТРАЛЬНОЕ И ПЕРИФЕРИЧЕСКОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕ

Этанол применяют в качестве антисептика и общего обезболивающего с первых лет нашей эры. В настоящее время спирт этиловый включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения и является наиболее эффективным и безопасным лекарственным средством, необходимым для системы здравоохранения. В частности, спирт этиловый оказывает противовирусное действие, которое он проявляет и в отношении возбудителя новой коронавирусной инфекции [66]. В то же время влияние спирта этилового на центральное и периферическое кровообращение не до конца изучено.

Считалось, что прием этилового спирта расширяет кровеносные сосуды в коже и в меньшей степени в других тканях [67–69]. По этой причине этанол был рекомендован для лечения заболеваний периферических сосудов и стенокардии [70]. Сообщалось, что этанол оказывает сосудорасширяющий эффект за счет прямого влияния на гладкомышечные клетки сосудов [71]. Однако механизм сосудорасширяющего действия этилового спирта не раскрыт до сих пор. Более того, получены доказательства, что спирт этиловый служит фактором риска гипертонической болезни и патологии сердечной мышцы [72]. Было также установлено, что острое воздействие этанола перед окклюзией коронарных артерий и последующей реперфузией не влияло на размер инфаркта миокарда в сердце собаки, находящейся под наркозом [73, 74].

Распространено мнение, что спирт этиловый является болеутоляющим и противошоковым лекарственным препаратом. В частности, при исследовании порога боли у людей отмечено, что внутривенный спирт этиловый производил анальгетический эффект, эквивалентный эффекту внутривенного морфина [75–77].

В то же время все исследования сосудорасширяющего и анальгетического действия этилового спирта многие годы проводили без учета локальной температуры, рефлекторной реакции периферических кровеносных сосудов на случайное охлаждение, адаптационных механизмов поддержания температурного гомеостаза, а также сосудистых механизмов адаптации к гипоксии. Только в начале XX в. при изучении влияния спирта этилового на динамику кровоснабжения тканей стали учитывать указанные факторы. Результаты исследований, полученные в условиях in vitro и in vivo, однозначно указывали на то, что спирт этиловый прямо влияет на динамику тонуса кровеносных сосудов при локальной умеренной и глубокой гипотермии (при локальном охлаждении тканей до +18… +20 и 0 °С) [56–58]. Было показано, что спирт этиловый, принятый внутрь в виде водки, уменьшает чувство боли и выраженность спазма кровеносных в ответ на локальное охлаждение [53, 54]. Сообщалось, что открытые кисти рук у мужчин, находящихся в состоянии алкогольного опьянения, ладони и пальцы рук имеют более высокую температуру, чем у них же, но в трезвом состоянии. После принудительного опускания рук на 2 мин в воду с тающим снегом локальная температура ладоней и пальцев рук у мужчин, находящихся в состоянии алкогольного опьянения, повышалась до нормальных значений в 2 раза быстрее, чем у этих же людей до приема водки. При этом у трезвых мужчин подушечки пальцев рук оставались более холодными, чем ладони, а у мужчин, находящихся в состоянии алкогольного опьянения, ладони оставались более холодными, чем подушечки пальцев рук.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В начале XXI в. достигнуты значительные успехи в целенаправленном управлении температурой различных участков тела пациентов при различных критических состояниях. В частности, с помощью искусственной гипотермии удается сохранить жизнеспособность различных биологических объектов благодаря более эффективному «холодовому» замедлению биологических часов и интенсивности метаболизма в сравнении с использованием лекарственных средств [55]. Именно поэтому локальная гипотермия является важнейшим фактором сохранения жизнеспособности биологических объектов в неблагоприятных условиях, включая гипоксию и ишемию. При этом в норме в самом начале локального охлаждения поверхности тела человека и теплокровных животных холод раздражает температурные рецепторы, возбуждение которых вызывает рефлекторное тоническое сокращение гладкомышечных клеток кровеносных сосудов. Возникает так называемый холодовой спазм кровеносных сосудов, который становится причиной ишемии и сопровождается появлением сильной болезненности из-за механического сдавливания (раздражения) болевых рецепторов сократившимися гладкомышечными клетками [1, 16, 47]. Такое действие холода на кровоснабжение и чувство боли часто нежелательно, так как может стать причиной обморожения тканей, угнетения их функциональной активности и/или отказа пострадавших от терапевтической гипотермии [78–81]. В то же время предварительный прием внутрь спирта этилового (водки) полностью исключает развитие холодового спазма кровеносных сосудов, появления чувства болезненности и ишемии. Более того, внезапное локальное охлаждение, оказываемое на поверхность тела человека, находящегося в состоянии алкогольного опьянения, проявляется яркой гиперемией, которая способна препятствовать локальному охлаждению из-за максимальной доставки теплой артериальной крови.

Таким образом, исследование динамики периферического кровообращения и локальной температуры (с помощью тепловизора) ладоней и подушечек пальцев рук при локальном холодовом воздействии может быть использовано как дополнительный функционально-диагностический тест на алкогольное опьянение.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Competing interests. The author declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

About the authors

A. L. Urakov

Author for correspondence.
Email: urakoval@live.ru
ORCID iD: 0000-0002-9829-9463
SPIN-code: 1613-9660

MD, Dr. Sci. (Medicine, Pharmacology), Professor

References

Supplementary files