Текст книги "Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе"

Декомпрессия

Не секрет, что нас окружает множество метеозависимых людей, это просто медицинский факт. Иногда у них обостряются проблемы сердечно-сосудистой системы, иногда напоминают о себе старые травмы, но вот лидерами являются различные неврологические проявления (мигрени, головные боли, головокружение, звон и шум в ушах, нарушения зрения, общая слабость).

А на какие конкретно изменения в погоде реагирует наш организм? Изменение температуры воздуха, влажности, насыщенности кислородом? Сомнительно, поскольку изменение этих атмосферных показателей не вызывает у нас болезненных ощущений при выходе на открытый воздух и возвращении в квартиру, офис или магазин. Может геомагнитные и солнечные бури? Их влияние на живую ткань с точки зрения инженера-электрика весьма сомнительно. Остаётся атмосферное давление. Вероятно, именно его изменения, особенно резкие перепады, способны повлиять на наше самочувствие.

Подтверждений этой гипотезе множество. От изменения самочувствия при подъёме или спуске в скоростном лифте небоскрёба, до относительно редких болезней: декомпрессионной, кессонной и (высотной) горной и бароденталгии.

Зачем заострять на этой теме внимание, и даже посвящать ей целую отдельную главу в книге про нейроны и нервные импульсы? Логика рассуждений проста. Изменение атмосферного давления при сохранении внутриклеточного давления неизбежно должно нарушить равновесные концентраций веществ внутри клетки и во внеклеточном пространстве (вспомним принцип Ле Шателье – Брауна). Такое смещение химического равновесия должно привести к изменению потенциала покоя на мембране клетки. Вернее, всех клеток в организме, но самые чувствительные к этим изменениям, вероятно, нейроны.

В 1670 году сэр Роберт Бойл поместил гадюку в герметичную камеру и быстро выкачал воздух с помощью вакуумного насоса. В своём дневнике он отметил, что «тело и шея змеи сильно распухли, а на спине появился волдырь». Это наблюдение можно рассматривать как первое описание декомпрессионной болезни, опасного осложнения, вызываемого быстрым снижением окружающего давления, которое и по ныне убивает много людей.

Это явление обычно упоминается в контексте подводного плавания, но может проявляться у пилотов, парашютистов, шахтёров, альпинистов и всех, кто подвергается быстро меняющемуся барометрическому давлению.

Традиционно (и этой традиции полтора века!) кессонная (или декомпрессионная) болезнь объясняется образованием пузырьков газа в крови и жизненно важных тканях организма вследствие быстрого понижения давления. Считается, что пузырьки эти, состоящие из азота, наносят ущерб различным тканям организма, вызывая боль в суставах, одышку, зуд, спутанность сознания, судороги и паралич. Без медицинского вмешательства большинство незначительных случаев разрешаются самостоятельно, но тяжелые случаи могут привести к смерти, если не принять экстренных мер.

Промышленная революция ознаменовалась повсеместным применением парового двигателя, который кроме прочего был приспособлен и для работы воздушных компрессоров.

В 1840 году Шарль-Жан Тригер (Charles-Jean Triger) применил сжатый воздух для добычи угля в долине Луары во Франции, в устройстве, которое он назвал кессоном (что по-французски означает «ящик»). Камеру с открытым дном опускали в заполненную водой шахту, и закачивали в неё сжатый воздух, вытесняя воду внизу.

Это устройство позволяло шахтёрам добывать запасы ценного угля ниже уровня грунтовых вод. Доступ в рабочую камеру осуществлялся через воздушный шлюз в верхней части камеры, а всё устройство регулировалось вручную системой впускных и выпускных клапанов. Именно тогда были зафиксированы первые травмы от сжатого воздуха и стартовал многолетний квест по поиску причины таинственной и смертельной «кессонной болезни».

Тригер, инженер-строитель и геолог, будучи человеком ответственным, перед каждой сменой сам спускался через воздушный шлюз в рабочую камеру под давлением, чтобы лично оценить качество воздуха и условия труда. Свои ощущения он описывал как боль в суставах и болезненность, появлявшиеся примерно через полчаса после возвращения на поверхность. Эти симптомы лечились алкоголем, и рабочие снова возвращались к работе. Хотя по сегодняшним медицинским стандартам его первоначальное описание является рудиментарным, это первый зарегистрированный случай кессонной болезни.

Поскольку Тригер был необычным представителем предпринимателей своего времени, он уделял пристальное внимание безопасности и здоровью своих работников. Он даже нанял двух врачей, Б. Пола и Т. Дж. Дж. Вателла, для медицинского обеспечения своих проектов с использованием кессонов.

Сообщается, что в одном из проектов Тригера (Douchy) работы проводились при давлении, в 3,5 раза превышавшем нормальное атмосферное давление. При этом Пол и Вателл отмечали одышку, артралгию, зуд и миалгии у многих рабочих при выходе из кессона. Сам доктор Пол стал жертвой кессонной болезни и выздоровел только после ночи сильной боли в груди, паралича, рвоты и одышки.

Пол и Вателл правильно сопоставили тяжесть кессонной болезни со скоростью декомпрессии, правда они ошибочно полагали, что болезнь была результатом снижения содержания кислорода в крови. Они полагали, что уменьшение парциального давления кислорода, возникающее при возвращении на поверхность, приводило к закупорке кровеносных сосудов и мозговых оболочек, что и было зафиксировано ими при многочисленных вскрытиях. Несмотря на то, что они заблуждались в своем предположении о причине кессонной болезни, в 1854 году Пол и Вателл стали первыми, кто предположил, что рекомпрессия (возвращение пациента в условия высокого давления) может быть использована для лечения тех, кто страдает кессонной болезнью.

В течение следующих двух десятилетий учёные мало продвинулись в понимании декомпрессионной болезни. Но по мере того как всё больше рабочих становилось жертвами таинственного недуга, всё больше врачей начинали обращать на неё своё внимание. Они лечили болезнь с помощью ванн с холодной водой, натуральных масел, сердечных средств, хинина, банок, пиявок и даже погружения в жидкую ртуть. [56]

Летом 1868 года капитан Джеймс Бьюкенен Идз (James Buchanan Eads) начал строительство моста «Сент-Луис» длиной 500 метров, который должен был перекинуться через реку Миссисипи. При строительстве опор моста не обошлось без кессонов. Рабочие трудились по четыре-шесть часов в смену, и о травмах не сообщалось, пока кессоны не достигли глубины в шестьдесят футов, что составляло примерно половину запланированной глубины, необходимой для достижения коренных пород.

Многие рабочие стали жаловаться на боли в суставах или частичный паралич нижних конечностей, однако некоторые также отмечали головные боли и зуд. Часто рабочие выходили из кессона в согнутой позе из-за болей в суставах. Эта поза была похожа на греческий изгиб, модную в 1820-х годах женскую позу, и поэтому о рабочих, страдающих кессонной болезнью, говорили, что у них «изгибы».

Когда один из кессонов приблизился к глубине 93 фута, шесть человек погибли, работая в среде сжатого воздуха. К концу проекта почти двадцать пять процентов из всех работников страдали кессонной болезнью. Было зафиксировано тридцать госпитализаций, тринадцать смертей и два случая полной инвалидности.

В 1870 году Альфонс Жамине (Jaminet), местный врач, открыл больницу на соседней барже для реабилитации рабочих на выходе из кессона. Это был импровизированный лазарет с койками, одеялами и одним врачом. В дополнение к наблюдению за рабочими в течение дня, Жамине также требовал, чтобы они оставались на его попечении «по крайней мере один час после работы, выпивая по три четверти пинты крепкого мятного чая».

Сам Жамине не раз отважился спуститься в кессон и испытал многочисленные последствия сжатия и декомпрессии. Однажды он страдал от «изгибов» и был поражён параличом нижних конечностей и болями в животе в течение нескольких дней. В своей книге о кессонной болезни он очень подробно описывает свое состояние: «Я страдал от обильного холодного пота, изо всех сил стараясь говорить испытывал большие страдания и обморок, мой пульс был 106 в минуту, обе мои ноги и левая рука были парализованы».

Жамине отметил, что сердцебиение и частота дыхания увеличивались в течение нескольких мгновений после спуска в кессон. По этой причине он запрещал использовать какие-либо стимуляторы перед началом работ (известные стимуляторы того времени – кокаин, алкоголь и горячие ванны).

Вообще-то, Жамине ошибочно приписывал «изгибы» быстрым скоростям сжатия, он установил стандартные скорости как для сжатия, так и для декомпрессии в кессонах. И, хотя скорость декомпрессии была довольно высокой по сравнению с современными стандартами, идея контроля скорости декомпрессии стала шагом в правильном направлении к предотвращению травм.

В мае 1870 года Вашингтон Реблинг (1837—1926) начал строительство 1600-футового Бруклинского моста, который должен был соединить Нью-Йорк и Бруклин. Кессоны Бруклинского моста площадью 16 000 квадратных футов были в три раза больше, чем те, которые использовались для строительства моста в Сент-Луисе.

С самого начала врачу-отоларингологу Эндрю Х. Смиту было поручено заботиться о благополучии рабочих, участвующих в проекте. Как и другие врачи до него, Смит стал свидетелем многочисленных случаев кессонной болезни. В 1873 году он выступил с докладом об этой болезни в Колледже врачей и хирургов в Нью-Йорке, официально назвав её кессонной и опубликовал этот термин в учебнике в том же году.

Смит отметил, что время воздействия сжатого воздуха было прямо пропорционально тяжести симптомов кессонной болезни. Как и Жамине, он отмечал у рабочих в кессонах резкое увеличение частоты сердечных сокращений, потоотделения и диуреза. Но он был первым, кто правильно объяснил увеличение частоты сердечных сокращений повышенным уровнем углекислого газа, в результате сгорания газа в лампах в кессоне. Кроме того, Смит обратил внимание на жару и высокую влажность на дне кессонов, которые, по его мнению, были причиной повышенного потоотделения и мочеиспускания.

Во время проекта Смит как мог заботился о здоровье рабочих, страдавших кессонной болезнью. Однако, вводя морфин или атропин, он был относительно беспомощен в предотвращении болезни, поскольку истинная причина всё ещё оставалась неизвестной. Меж тем Смит сделал важное наблюдение, когда отметил, что большинство из 86 работников, страдавших кессонной болезнью, имели избыточный вес, причем все случаи смерти были описаны у пациентов с «ожирением».

По мере углубления земляных работ руководитель строительства Бруклинского моста Реблинг начал всерьёз беспокоиться ростом числа несчастных случаев. В 1871 году, лично осмотрев условия работы в одном из кессонов, он также стал жертвой декомпрессионной болезни и остался парализованным на всю оставшуюся жизнь.

В конце концов он запретил работы на глубине 78 футов, что было чуть меньше запланированных ста, необходимых для достижения коренных пород. В результате опору моста пришлось разместить на песке, и Бруклинский мост был открыт в мае 1883 года.

Важную роль в объяснении первопричины декомпрессионной болезни сыграл Французский физиолог Поль Берт (Paul Bert, 1833—1886). Как физиолог, он интересовался изучением полётов на воздушном шаре на большой высоте и построил несколько камер для экспериментов с барометрическим давлением. В 1870 году он провёл многочисленные опыты по быстрой декомпрессии мышей, собак и птиц. После длительных периодов пребывания в камерах с давлением, в десять раз превышающим нормальный атмосферный уровень, эти животные были быстро разгерметизированы в течение нескольких минут или даже секунд.

В своей книге «Барометрическое давление» Берт описал пузырьки воздуха в венозной системе и правой стороне сердца животных и утверждал, что этот газ состоит преимущественно из азота. Он стал первым, кто заявил, что кессонная болезнь является результатом образования пузырьков азота в тканях человека в результате быстрой декомпрессии из-за гипербарических условий.

Берт не только объяснил причины кессонной болезни, также предложил меры по её профилактике и лечению. Он предложил «замедлить скорость декомпрессии, чтобы обеспечить выведение газообразного азота через легкие… чтобы субъект дышал чистым кислородом, если появляются незначительные симптомы… [и] немедленно повторно сжать, а затем медленно разжать в случае паралича».

Эти методы медленной декомпрессии, введения кислорода и рекомпрессии являются основой современного лечения декомпрессионной болезни и сегодня, полтора века спустя.

Джону Скотту Холдейну (John Scott Haldane, 1860—1936) приписывают создание первых точных таблиц декомпрессии для тех, кто работает в условиях сжатого воздуха. Холдейн был опытным специалистом в области газовой физиологии.

Совместно с Институтом профилактической медицины Листера и Королевским военно-морским флотом Холдейн построил барокамеру для изучения кессонной болезни. В начале 1900-х годов он провёл в своей камере сотни экспериментов как на животных, так и на людях. Он констатировал, что большинство наблюдаемых симптомов были вызваны воздействием на нервную систему, он даже смог непосредственно наблюдать пузырьки азота в белом веществе мозга при микроскопии. Поскольку белое вещество главным образом состоит из жироподобного вещества (на самом деле – пучков аксонов, покрытых миелином), Холдейн правильно предположил, что существует корреляция между тяжестью кессонной болезни и количеством жира внутри пострадавшего. На основании этих наблюдении были предложены ограничения для тех, кто мог работать в кессонах, в частности, что «действительно толстым людям никогда не следует разрешать работать в сжатом воздухе, а полным рабочим следует запретить работать в кессонах высокого давления…». [56]

В 1903—1904 годах Холдейн провёл сотни экспериментов, в результате которых сделал вывод о том, что количество азота, поглощенного в конкретной ткани тела, определялось содержанием в ней жира и потоком крови через неё. Он также выдвинул идею перенасыщения, согласно которой ткани организма могут удерживать азот в течение ограниченного периода времени после декомпрессии до образования пузырьков.

Наконец, Холдейн разработал теорию тканевых полупериодов, то есть времени, которое необходимо для того, чтобы самая медленная ткань насытилась до половины парциального давления её перенасыщенного состояния.

На основании этой теории Холдейн разработал метод, позволяющий предупреждать симптомы кессонной болезни, возникавшие при увеличении давления.

Теория Холдейна о половинном сокращении азота в тканях всё ещё является основой современной водолазной медицины.

В течение следующих ста лет многочисленные достижения в области водолазной медицины позволили создать высокоточные таблицы погружений, которые мы имеем сегодня, однако большая часть нашего понимания декомпрессионной болезни всё ещё проистекает из наблюдений и научных исследований 1800-х годов.

Даже несмотря на наличие таких средств исследования мозга как ФМРТ учёные продолжают объяснять симптомы декомпрессии пузырьками азота в крови.

Отмечено, что большинство наблюдаемых симптомов кессонной болезни указывают на влияние изменений давления на нервную систему, однако нигде не упоминаются случаи отёка мозга. Дело в том, что в случае с кессонами, рабочие подвергались воздействию высокого давления в течении рабочей смены, которая не превышала 6—8 часов, а период декомпрессии вообще измерялся минутами.

Но есть одна болезнь главным травмирующим аспектом которой является отёк мозга. И эта болезнь связана с относительно медленным и длительным воздействием на организм человека пониженного атмосферного давления. Это – горная болезнь (или высотная болезнь).

Острая горная болезнь поражает альпинистов, которые быстро поднимаются на высоту не менее 2500 метров и путешественников в Антарктиду (атмосферное давление там всего 460 мм рт. ст. тогда как «нормальное» давление 760 мм рт. ст.), аналогичные симптомы могут наблюдаться во время полётов на большой высоте, если кабины летательных аппаратов не герметичны. Первые симптомы острой горной болезни включают головную боль, лихорадку, усталость, тошноту, головокружение, анорексию, нарушения сна и спутанность сознания. Если симптомы не исчезнут или при дальнейшем подъёме, может возникнуть отёк мозга и легких.

Если по мере адаптации организма к пониженному давлению симптомы не исчезают, пострадавшему следует спуститься на более низкую высоту.

Медикаментозное лечение – приём ацетазоламида, который является основным лекарственным средством. Он снижает образование спинномозговой жидкости, а дополнительные препараты включают нестероидные противовоспалительные препараты от головной боли и дексаметазон при отёке мозга.

История

Первое задокументированное сообщение о горной болезни было сделано китайским чиновником Ту-Кином между 37 и 32 годами до нашей эры, когда он столкнулся с трудностями при переходе через перевал Килик (4827 м) на территории современного Афганистана. Он описал головную боль и рвоту и назвал горы на своём пути такими названиями, как «Великая гора головной боли» и «Маленькая гора головной боли».

Поль Берт, французский пионер в исследовании влияния атмосферного давления на функции организма, в 1877 году признал гипоксию причиной высотной болезни.

Церебральная форма горной болезни с преобладанием отека мозга была описана у ряда больных только в 1975 году.

Отёк мозга может быть следствием большого количества патологий и даже травм. Объяснение осложнений, возникающих в результате отёка мозга отсылает нас к доктрине Монро-Келли.

Доктрина эта предполагает, что пространство полости черепа имеет фиксированный объём и содержит фиксированные пропорции мозгового вещества (примерно 1400 мл), крови (примерно 150 мл) и спинномозговой жидкости (примерно 150 мл). Увеличение объёма одного из этих компонентов должно приводить к пропорциональному снижению других. При отёке мозга увеличивается относительный объём ткани мозга. 1

Клинические проявления – сильные головные боли, атаксическая походка2, галлюцинации, паралич черепных нервов, гемиплегия3 и судороги. Возможны нарушения сознания различной степени, от сонливости до комы. Неврологические симптомы могут прогрессировать от лёгких до потери сознания в течение 12—72 часов.

Нарушение кратковременной памяти и нарушения речи, снижение когнитивных способностей заметны у большинства людей при восхождении на высоту более 6000 метров. У тех, кто испытает коматозное состояние, могут наблюдаться нарушения памяти и походки, которые сохраняются в течение нескольких месяцев.

Современная медицина объясняет это сужением просвета кровеносных сосудов вследствие снижения CO₂ в крови, что приводит к локальной ишемии определённых областей мозга и приводящей к временным очаговым неврологическим нарушениям. Даже с точки зрения фильтрационно-реабсорбционных процессов в крови симптомы болезни, похоже никто не рассматривал. И уж тем более никто не вспомнил опыт с наркотизированными головастиками, у которых в условиях высокого внешнего давления прекращалось действие анестетиков.

По мере роста популярности и доступности дайвинга ныряльщики стали обращать внимание на зубную боль при погружениях на большие глубины. Целенаправленные опросы показали, что под водой до 41% аквалангистов испытывают ряд стоматологических симптомов от простой зубной боли до выпадения коронок и пломб. Эту странную болезнь назвали – бародонтальгия.

Зубной нерв – одна из трёх составляющих мягкой ткани зуба (пульпы). В состав пульпы также входят — артериальные и венозные сосуды. Пульпа располагается под эмалью и слоем дентина и составляет зубную полость.

Безмиелиновые нервные волокна проникают на глубину нескольких микрометров из периферических отделов пульпы в дентинные трубочки. При формировании болевых импульсов в здоровом зубе главную роль играет дентинная жидкость (изменение гидродинамических условий).

1 Идеи недоучившегося студента, самотрепанатора Барта Хьюза о котором я рассказывал в главе «Трепанация», возможно были не так уж и безумны.

2 Атаксическая походка характеризуется неправильным расположением стопы, широким основанием и нестабильностью из-за нарушения координации мышц.

АП может быть связана с сенсорными нарушениями, такими как зрение и проприоцепция (осознание положения и движений конечностей).

3 Полная потеря возможности произвольных движений (паралич) в ноге и руке с одной стороны тела