Электронаркоз:
факты, гипотезы, перспективы.
По материалам журнала "Природа" №6 1968г.
К. А. Иванов-Муромский. Кандидат биологических наук.
ПРОБЛЕМА НАРКОЗА.
Проблема электрического наркоза - проблема сложная и многогранная как в теоретическом, так и в практическом аспектах. Прежде всего, пока еще нет удовлетворительной гипотезы о механизме электронаркоза (как, впрочем, нет и общепринятой теории фармакологического наркоза и естественного сна). С другой стороны, явления, вызываемые при прохождении электрического тока через центральную нервную систему человека и животных, могут быть широко использованы для практических целей в экспериментальной биологии и клинической медицине, в первую очередь, для решения задач анестезиологии.
Современная анестезиология давно уже переросла рамки практики борьбы с болью: теперь это наука об управлении жизненными функциями до, во время и после операции. Успехи ее поистине велики. Однако, почему же каждый год появляются многочисленные сообщения о создании новых наркотических средств, новых методик наркотизирования? Как говорится, от добра добра не ищут...
Очевидно, эти неустанные поиски свидетельствуют прежде всего о стремлении найти такой метод наркоза, при котором было бы сведено к минимуму токсическое действие наркотика, устранены неприятные, а иногда и тяжелые посленаркозные состояния и, наконец, предотвращена гибель больного от наркоза. Несмотря на усилия большой армии ученых, еще не удалось получить вещество, которое при малой токсичности обладало бы достаточной наркотической силой, сравнительно узким кругом противопоказаний, хорошей управляемостью, прекращало бы свое действие в любой желаемый момент. Существенны и такие факты, как дешевизна, взрывобез-опасность, удобство транспортировки, простота в использовании и т. д.
Несмотря на большие достижения анестезиологии, нельзя сбрасывать со счета множество малозаметных или трудно поддающихся учету факторов, которые могут порой привести к неприятным осложнениям. Элемент личного искусства до сих пор играет значительную роль в анестезиологии. Когда видного английского анестезиолога Р. Макинтоша спросили, умирают ли в его стране люди от наркоза и кто повинен в их смерти, он ответил: «Если человек, опущенный головой в воду, умрет, кто будет в этом виноват? Очевидно, не вода, а тот, кто держит человека под водой». Действительно, по зарубежным данным, эфир в руках студента в 3,5 раза опаснее, чем в руках врача.
|
|
|---|
С трибуны хирургических съездов звучат полные тревоги слова о том, что применяемые для обезболивания и обеспечения безопасности операций такие методы, как фармакологическая гибернация', потенцированный наркоз, управляемая гипотензия, гипотермия и т. д. часто таят в себе опасности более тяжелые, чем сама операция. Недаром, следуя известному французскому хирургу Р. Леришу, местные и общие изменения в организме, вызванные оперативным вмешательством и обезболиванием, называют «послеоперационной болезнью». Вот почему во многих странах так упорно работают, чтобы найти новые наркотизирующие вещества, поднять на высший уровень технику наркоза, обезопасить наркоз.
Но дело не только в нуждах сегодняшней медицинской практики. Речь идет о создании эффективных методов обезболивания в случае массового поражения людей. Это - отрасль так называемой экстренной анестезиологии. Необходимость ее развития диктуется особенностями прогресса современной техники и характером ведения войн в нашу эпоху.
Экстренная анестезиология сразу же столкнулась с тысячью вопросов: какой метод наркоза применять, какую аппаратуру использовать в условиях, если на медицинские пункты хлынет поток раненых и обожженных людей?
По подсчетам зарубежных специалистов, в результате взрыва в большо-л городе одной водородной бомбы, эквивалентного взрыву 10 млн. т тротила, на каждый медицинский пост, расположенный на периферии пораженного участка, ежесуточно может поступить до 1200 раненых. Если даже на посту будет 10 хирургических бригад, то каждого раненого нужно будет усыпить и пробудить не позже, чем через 10 мин. Ясно, что при таких условиях метод наркоза должен быть исключительно прост, надежен, дешев, безопасен, аппаратура малогабаритна, а сам наркотик способен к долгому хранению.
Местная анестезия едва ли применима: после бомбардировки Нагасаки и Хиросимы три четверти раненых было с ожогами, а при обожженных тканях новокаин использовать нельзя. К тому же, как доказано экспериментами на животных, достичь у облученных организмов местной анестезии практически невозможно.
Внутривенный наркоз барбитуратами (из-за их токсичности) опасен при шоке. После налета японских самолетов на Пирл-Харбор в 1941 г. американские врачи применяли к раненым, находившимся в состоянии шока, барбитуровый наркоз. Результат был печален: начались массовые смерти. По разным причинам в подобной ситуации не могут быть также использованы многие газообразные и жидкие наркотики. Вот почему возник вопрос о новом типе наркоза - электронаркозе. Ведь аппарат для электрического наркоза прост в обращении, включить его можно в любой момент. Выполненный на полупроводниках и питаемый от батарей, он надежен, прочен, портативен.
Но вся проблема электрического наркоза не исчерпывается только борьбой с болью. Кибернетика позволяет нам посмотреть на вещи шире и глубже. С ее точки зрения организм представляется как сложная многоуровневая саморегулирующаяся система, обеспечивающая как гомеостазис - постоянство внутренней среды, так и тонкое приспособление к внешним факторам. Именно поэтому, направленно влияя на определенный «этаж» нервной или эндокринной систем, можно управлять реактивностью организма в целом.
Сейчас специалисты все больше склоняются к мнению, что электромагнитные поля и электрические токи являются основным переносчиком информации в организме, с их помощью в нем осуществляются процессы регуляции и саморегуляции. Поэтому, если бы мы смогли воздействовать на нервную систему или органы животного и человека сигналами, близкими по параметрам к естественным электрическим, то это был бы наиболее оптимальный, гибкий метод управления системами живых организмов.
Вот почему внимание ученых все больше приковывает метод электрического наркоза. В 1966 г. состоялись Международный симпозиум в Австрии, на котором было создано Международное общество по разработке вопросов электроанестезии и электросна, Всесоюзный симпозиум в Москве, Национальная конференция в США. Затем прошла очередная конференция в Америке. В Граце (Австрия) намече.но построить специальный институт электросна. Вопросы электросна и электронаркоза вызвали значительный интерес участников симпозиума по проблеме сна в условиях космического полета, проходившего в начале этого года в Москве.
Итак, на повестке дня электрический наркоз. Что же мешает ему сделаться «королем наркоза», какие трудности лежат на пути управления мозгом с помощью электрических факторов? На первый взгляд победа близка - известны, например, эффективные опыты д-ра Хосе Дельгадо, вызывающего определенные поведенческие реакции и эмоции у животных и человека путем раздражения слабым электрическим током некоторых структур головного мозга; клинические эксперименты канадского ученого В. Пенфильда, добивавшегося электрическим раздражением височных долей мозга (при нейрохирургических операциях) появления у людей воспоминаний о давно минувших событиях.
Но все дело в том, что в этих опытах электроды касались непосредственно определенных участков обнаженного мозга или проводники были введены в глубь мозга. Совсем другая картина получается, когда электрический сигнал должен «пробиваться» к мозгу через череп и его покровы. Тут-то исследователя и ждут подводные камни.
НЕМНОГО ИСТОРИИ.
История электронаркоза - тернистый путь исканий, проб и ошибок. Недаром, в недавнем обзоре исследований американских ученых звучат горькие слова: электронаркоз остается методом «очень заманчивым, но обманчиво ускользающим из рук».
Электрический наркоз был открыт более 160 лет назад. В 1803 г. замечательный русский физик В. В. Петров опубликовал книгу с очень длинным (как это было принято в ту пору) названием: «Известия о Гальвани-Вольтов-ских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров посредством огромной наипаче батареи, состоящей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской Медико-Хирургической Академии». В этой книге, в частности, описывалось действие тока на рыб, помещенных в фаянсовое блюдо с водой. При пропускании тока рыбы замирали, перевертываясь вверх брюшком. Так было открыто явление, которое впоследствии получило название гальванонаркоз - торможение функций организма под воздействием постоянного тока.
С тех пор прошло немало времени, электрический наркоз уже использовался при операциях на людях, но первый опыт его применения не заоыт. В печати промелькнули сообщения о том, что электрический ток применялся при ловле сардин. При охоте на китов с вертолетов используют электрические гарпуны. Даже в магазинах, где продают живую рыбу, пользуются электрическим сачком, «усыпляющим» ее.
Не нужно думать, что электронаркоз, подобно своим химическим собратьям, получил довольно быстро «зеленую улицу». Когда оказалось, что постоянным током вызвать наркоз у теплокровных животных и человека невозможно, начали исследовать токи других параметров.
К 1860 г. в США и Франции была подтверждена возможность обезболивания (анестезии) при экстракции зубов во время пропускания тока от индукционной катушки через десну или кожу. Знаменательно, что у истоков как фармакологического, так и электрического наркоза стояли зубные врачи - американцы В. Мортон, первый применивший в 1846 г. эфирный наркоз, и Г. Уэлс, использовавший за два года до этого закись азота. В 1890 г. известный французский ученый Д'Арсонваль вызвал у кролика общий наркоз при пропускании через его голову переменного тока.
Толчком к изучению электронаркоза послужили знаменитое открытие И. М. Сеченовым центрального торможения и работы Н. Е. Введенского по парабиозу. В 1906 г. крупный русский физиолог В. Ю. Чаговец подробно проанализировал явление электрического наркоза с позиций учения Н. Е. Введенского.
Вскоре после появления монографии Введенского «Возбуждение, торможение и наркоз» французский ученый С. Ледюк проверил на себе действие электрического наркоза. Разговор ассистентов Ледюк воспринимал «как во сне»; ни двигаться, ни говорить он не мог. Ледюк нашел, что наиболее эффективен импульсный ток, частотой 100 гц, с соотношением времени прохождения к паузе между импульсами прямоугольной формы 1:10. Этот ток и получил впоследствии название тока Ледюка. Один электрод накладывался на лоб, второй - на поясницу пациента.
Следующие попытки вызвать электронаркоз у человека относятся к 1907— 1910 гг. С тех пор количество работ по электронаркозу стало нарастать подобно снежной лавине. С увеличением числа наблюдений возрастали и трудности. Каждый исследователь применял ток такой формы и частоты, которые были ему доступнее. Одни накладывали электроды на глаза и затылок больного, другие - на виски, третьи - на голову и крестец. Однако бурное возбуждение и неприятные ощущения у больных от прохождения тока на месте приложения электродов заставили врачей скептически отнестись к возможности использования наркоза в клинике.
К 40-м годам усилиями советских исследователей Л. Л. Васильева, Г. С. Кален-дарова, И. И. Яковлева, В. А. Петрова, В. А. Глазова и др. было доказано, что с помощью электрического тока можно получить общий наркоз (именно это оспаривали многие зарубежные ученые).
Уже тогда были известны многие положительные стороны электронаркоза возможность регулировать его глубину и прекращать его действие в любой момент, отсутствие типичного для наркотиков ядовитого действия на ткани, ряда осложнений, наступающих после фармакологического наркоза (рвота, головная боль, угнетение дыхания и расстройство сердечно-сосудистой деятельности), меньшее кровотечение на месте разреза тканей. Очень подкупало в электронаркозе и то, что можно было в значительно меньшей степени, чем при наркозе фармакологическом, считаться с поражениями печени, легких, почек и других внутренних органов.
После второй мировой войны поиски наиболее оптимальной методичи электронаркоза возобновились с большой настойчивостью. Началось применение электронаркоза в хирургии, но надежды на быстрый успех скоро сменились быстрым разочарованием. Ощущавшееся как боль раздражение на местах приложения электродов заставило применить в начале операции кратковременный фармакологический наркоз, операция же проходила непосредственно под электронаркозом. При этом удалось добиться хорошей стабильности физиологических данных, свидетельствующей о том, что достигается задача полного обезболивания даже при очень тяжелых операциях.
Однако исследователей подстерегали новые трудности. Оказалось, что хотя подавляющее большинство больных не чувствует боли, определенный процент из них теряет сознание неполностью. Так, один из пациентов, оперированный в клинике проф. Н. М. Амосова под электронаркозом, так и заявил нам: «Я как-будто сквозь сон слышал голоса хирургов, но боли не чувствовал». Невольно вспомнились произнесенные более 60 лет назад слова Ледюка о том, что экспериментальные трудности, связанные с субъективным состоянием подопытного, делают наши выводы лишь выражением нашего впечатления и нашего мнения. Приходится ждать, говорил он, когда появятся более совершенные мнения и мы сможем получить более точную информацию о субъекте.
К сегодняшнему дню количество операций, сделанных под электронаркозом, дошло до трех сотен. Исследователи пытаются установить показания и противопоказания к применению нового метода, но и сейчас этот вид обезболивания только у порога клиники. В США даже свертывают клиническое испытание электронаркоза, считая, что это носит характер эксперимента на людях.
Преимущества электронаркоза ясны; очевидны и препятствия, лежащие на пути внедрения его в практику. Но как вести поиск, чтобы преодолеть их? Дпя этого нужно знать природу, механизм электронаркоза.
ОРГАНИЗМ ПОД ТОКОМ.
На протяжении многих лет мы отстаиваем перспективность рассмотрения явления наркоза, главным образом, на системном уровне, т. е. без анализа событий, происходящих на молекулярном уровне. Необходимо сосредоточить внимание на характере взаимодействия систем организма, и здесь, прежде всего, нужно думать о механизмах, обеспечивающих существование организма как целого. В первую очередь - это нервные механизмы регуляции жизненных функций. Именно они и определяют существование организма - выражаясь терминами кибернетики - как ультраустойчивой системы, т. е. удерживают его существенные переменные внутри физиологических границ, границ «нормы». На все попытки вывести переменные за эти границы организм отвечает относительно стандартной реакцией, направленной на ликвидацию последствий вмешательства фактора среды.
Как же осуществляется эта реакция в данном конкретном случае - при электрическом наркозе? Здесь надо обратиться к современным взглядам на функциональную структуру мозга как системы. Многие факты, полученные в последние годы, позволяют допустить, что кора головного мозга осуществляет саморегуляцию своей деятельности посредством подкорковых структур. Делается это двумя способами: кора контролирует идущий к ней от рецепторов поток импульсов путем воздействия «а подкорку, состояние ее также зависит от воздействия активирующих и тормозящих подкорковых образований.
Это может наглядно показать простой эксперимент. Известно, что небольшое количество барбитуратов, введенных в одну из сонных артерий хошки, вызывает угнетение полушария, на стороне которого сделана иньекция амплитуда электрического ответа, вызванного приходящим в это полушарие сигналом, уменьшена по сравнению с нормой. Но оказывается, что электрический ответ в противоположном полушарии увеличен. Весьма вероятно, что угнетение одного полушария ведет к ослаблению «сдерживающего) влияния коры на подкорку, в частности на ствол мозга. Деятельность его активирующих структур усиливается, что и проявляется на характере ответов незаторможенного полушария.
Функциональное единство корково-подкорковых аппаратов мозга, соединенных прямыми и обратными связями в «функциональное кольцо», общепризнано. Уже утихает «ретикулярная лихорадка», вызванная послевоенными работами американских и итальянских ученых, В свое время их эффектные опыты дали основание многим исследователям считать, что не кора, а подкорка - «центр сознания», что ретикулярная формация (сплетение разнообразных нервных клеток в стволе мозга) является регулятором коры, активируя ее деятельность, сохраняя ее бодрое состояние
Сейчас уже очевидно, что рассматривать ретикулярную формацию ствола как единственный механизм активации коры неразумно. Вероятно, следует предположить существование нескольких активирующих систем. Мозг, таким образом, представляет очень сложную саморегулирующуюся систему.
Пример саморегуляции коры, осуществляемой с помощью подкорковых образований, - смена бодрствования сном Для упрощения обобщим под названием «ретикулярная формация» все активирующие подкорковые образования. Имеются достаточные основания считать, что пробуждение наступает только тогда, когда раздражение достигает коры и оценивается ею (сравнивается с приобретенными на основании прошлого опыта корковыми моделями внешнего мира). Если значение раздражения велико, импульсы возбужденного участка коры идут в ретикулярную формацию и она уже активирует, побуждает к деятельности остальные зоны коры Если же биологическая «ценность» сигналов незначительна, в ретикулярную формацию поступают задерживающие импульсы - и сон длится далее (разумеется, это чрезвычайно упрощенная модель).
Точно так же и электронаркоз может быть представлен как процесс саморегуляции коры головного мозга посредством так называемых неспецифических систем подкорки. В этом нас убеждают различные экспериментальные данные, в том числе и математический анализ электрической активности различных отделов мозга, проведенный в нашей лаборатории с помощью электронно-вычислительных машин.
Анализ явлений при электронаркозе позволил нам еще несколько лет назад представить его как парабиотический процесс, развертывающийся во времени и пространстве.
Однако последние данные заставляют думать не только об «энергетической» стороне вопроса, но и обратить внимание на специфику переработки информации во время того или иного функционального состояния мозга
Сейчас уже совершенно достоверно, что при сне количество работающих нейронов в коре равно числу их, функционирующих при бодрствовании Это обстоятельство заставляет некоторых ученых думать, что собственно торможение существует только на уровне нейрона, а не в такой большой системе как кора мозга. Может быть, прав известный итальянский физиолог Д. Моруцци, что сон - вовсе не результат подавления активности корковых клеток; нарушается только конфигурация (паттерн) их разрядов Многое здесь неясно и подлежит экспериментальной разработке.
То же касается и наркоза, который, по нашему мнению, нельзя рассматривать как диффузное, разлитое торможение коры, спускающееся на подкорку. Эксперименты, проведенные в нашей лаборатории О. Н. Лукьяновой и К. И. Кузьминой, показали, что в ходе наркоза (фармакологического и электрического) в коре создаются своеобразные макроансамбли нейронов, все время меняющие свое функциональное состояние: электрическая активность отдельных участков коры от быстрых колебаний переходит к синхронизации, так называемые «веретена» сменяются периодами «молчания». Затем эти участки снова возобновляют свою деятельность.
Тут же возникает очень интересный вопрос: когда прекращается этот процесс саморегуляции, когда «ломаются» его механизмы? Нас давно волнуем поразительный факт: для самых разнообразных живых систем (инфузории и нервномышечный аппарат человека) при действии на возбудимые ткани самых различных агентов (электрический ток, ионизирующая радиация, гравитация) зависимость между силой действующего раздражителя и временем его действия для достижения одинакового эффекта выражается одним и тем же несложным математическим выражением:
| a | |
| J= | — |
| √t+1 |
где J — сила раздражителя, а — постоянная, t — время.
Весьма вероятно, что это однотипное поведение столь различных по сложности систем возможно тогда, когда саморегуляция уже невозможна, а сложная система превращается в конгломерат отдельных элементов К развиваемым взглядам близко мнение выдающегося кибернетика У. Р. Эшби (личное сообщение), который на этот счет заметил следующее в мозгу в процессе эволюции возник метод «частичной самополомки» - «обычный и весьма практичный метод преодоления трудностей необычного» (пример этому - электрические предохранители: если сила тока внезапно возрастает, то обеспечивается разрыв цепи в результате их сгорания). При этом, замечает Эшби, если у нас есть система с большим числом «ломающихся» переменных, то в поведении системы обнаружатся примерно такого же рода закономерности, как в том случае, когда поведение множества молекул газа дает нам газовые законы.
ПЕРСПЕКТИВЫ.
В каком же направлении следует продолжать разработку проблемы? Прежде всего, думается, надо установить оптимальные параметры электрических агентов, действующих на центральную нервную систему. В первую очередь это касается формы, частоты и продолжительности импульсов. В свое время мы со своими сотрудниками пришли к выводу, что наиболее подходящая частота импульсов определенной формы - 1000 гц. Однако наши последние исследования говорят о необходимости искать другие параметры.
Некоторые надежды мы возлагаем на метод интерференцнаркоза: в результате действия на мозг двух высокочастотных электрических сигналов в нем появляются низкочастотные биения. Весьма вероятно, что специфичность действия интерферирующих токов обусловливается возбуждением внутри организма биоэлектрических явлений, сходных с теми, которые присущи нормальному функционированию.
Еще в 1962 г. автор высказал убеждение в перспективности применения не только интерферирующих токов, но и интерферирующих электромагнитных полей. Но о сколько-нибудь значительных результатах в этом направлении говорить еще рано.
Эксперименты, проведенные нашим аспирантом В И. Лавриненко, дают надежду, что можно будет изменять функциональное состояние мозга при помощи «гибридного» воздействия: одновременного влияния на мозг электромагнитного поля и импульсного тока.
Электронэркоз может быть использован - это очень существенно - не только как средство обезболивания во время операции. Под руководством акад. Б. В. Петровского разработан лечебный наркоз, применяемый в послеоперационном периоде. Закись азота несет избавление от боли, послеоперационные осложнения становятся более редкими. Б. В. Петровский и С. Н. Ефуни считают, что лечебный наркоз эффективен при острой коронарной недостаточности, бронхиальной астме, почечной колике. Весьма перспективным, по нашему мнению, может явиться использование неглубокого электронаркоза в качестве лечебного.
Уже давно известны факты изменения реактивности организма при помощи наркоза (В. С. Галкин и др.). Едва ли это присуще только наркозу фармакологическому. Еще в 1953 г. нам удалось доказать, что электрический наркоз не дает проявиться отравляющему действию цианистых соединении на организм кролика, а немногим позднее по нашему предложению Л. Д. Муравьев добился излечения поверхностным электронаркозом острого отека легких у собаки, вызванного сернистым газом.
Недавно в нашей лаборатории был получен материал о защитном эффекте электрического наркоза при острейшей лучевой болезни. Оказывается, электрический наркоз может быть использован для удлинения жизни животных при лучевом ударе даже такой мощности как 30-60 тыс. рентген! Защитный эффект проявлялся не только при облучении животного, находящегося в состоянии наркоза, но и при погружении его в наркоз непосредственно после облучения. Эти эксперименты еще раз подтверждают эффективность наркоза в качестве средства глубокого влияния на реактивность живого организма. Сейчас даже трудно прогнозировать, какой эффект дадут исследования в этом направлении. Но можно быть глубоко уверенным в том, что медицина будущего широко использует чудесные свойства торможения, вызванного электрическим током. Более того, в руках биокибернетика электрические факторы станут мощным средством для управления переработкой информации в головном мозгу человека и животных. И это - дело обозримого будущего.
