Способ фотодеструкции карбоксигемоглобина крови in vitro

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОТОДЕСТРУКЦИИ КАРБОКСИГЕМОГЛОБИНА КРОВИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Асимов Мустафа Мухамедович Асимов Рустам Мустафьевич Рубинов Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ фотодеструкции карбоксигемоглобина крови, при котором на стабилизированную антикоагулянтом кровь воздействуют лазерным излучением при длине волны 564 нм и мощности 5,5 мВт и одновременно насыщают кровь кислородом воздуха. Фиг. 1 Изобретение относится к области медицины и применяется, в частности, для устранения отравляющего действия монооксида углерода (СО) - угарного газа. Проблема эффективного устранения отравляющего действия угарного газа является весьма актуальной и социально значимой задачей. До настоящего времени возможности современной медицины остаются весьма ограниченными и поэтому потери от последствия отравлений угарным газом значительны. Монооксид углерода СО является продуктом неполного сгорания углеводородсодержащего топлива и представляет собой токсичный сильнодействующий газ без цвета и за 15046 1 2011.10.30 паха. Токсичность СО для организма человека связана с высокой степенью прочности присоединения его к гемоглобину в 240 раз прочнее, чем кислород 1. Рост концентрации карбоксигемоглобина Н(СО)4 в крови сопровождается снижением транспортировки кислорода гемоглобином , что приводит к глубокому дефициту кислорода (гипоксии) в тканях. Скорость расщепленияоткрайне низка, и при концентрации 4 в крови 20 период его полураспада составляет не менее восьми часов 2. В клинической практике используется метод принудительной вентиляции легких чистым кислородом. Он позволяет несколько уменьшить это время, но не снимает проблему летального исхода 3. При концентрациях 4 в крови свыше 60 угарный газявляется основной причиной гипоксии у погибших вследствие пожаров. Известны способ и устройство устранения отравляющего действия окиси углерода,включающие принудительную вентиляцию легких 100 кислородом 4. В известном способе нейтрализация отравляющего действия угарного газа проводится вдыханием чистого кислорода. Доставка кислорода в легкие человека осуществляется с использованием кислородной маски или в условиях искусственной вентиляции легких через интубационную трубку. Так, концентрация кислорода в крови искусственно повышается до максимально возможного уровня, чтобы компенсировать недостаток снабжения тканей О 2 оксигемоглобином крови. Вентиляция легких чистым кислородом продолжается до тех пор, пока полностью не восстановится кислородно-транспортная функция гемоглобина. Данный способ имеет ряд существенных недостатков. По данному способу не существует никаких объективных критериев, по которым можно определить время проводимой процедуры. Кроме того, при повреждении дыхательных путей (например, ожоге) этот способ становится непригодным. Ближайшим по техническому решению к предлагаемому способу является способ гипербарической оксигенации крови ГБО - прототип 5. Он основан на воздействии на человека чистым кислородом при давлении, превышающем атмосферное. Этот способ не является селективным, и длительное время воздействия вызывает кислородную токсемию,что накладывает ограничение в широком использовании метода ГБО в клинической практике. Существенным недостатком данного способа является то обстоятельство, что он никак не влияет на разрушения комплекса, а всего лишь создает благоприятные условия для временной компенсации нехватки кислорода в тканях путем повышения концентрации 2 в плазме артериальной крови. Таким образом, способ ГБО имеет низкую эффективность в восстановлении кислородно-транспортной функции гемоглобина. Задачей изобретения является повышение способности гемоглобинатранспортировать кислород за счет принудительного разрушения карбоксигемоглобина, что приводит к устранению отравляющего действия- угарного газа. Поставленная задача решается следующим образом. В способе фотодеструкции карбоксигемоглобина крови, при котором на стабилизированную антикоагулянтом кровь воздействуют лазерным излучением при длине волны 564 нм и мощности 5,5 мВт и одновременно насыщают кровь кислородом воздуха. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, полученными авторами на основе экспериментальных исследований, где на фиг. 1 изображена схема фоторазрушения комплекса СО с гемоглобиномна фиг. 2 изображены интегральные спектры действия оксигемоглобина (2)4. Кривая 1 отображает интегральный спектр действия карбоксигемоглобина 4, кривая 2 интегральный спектр действия в кожных кровеносных сосудах по всей глубине проникновения от 0,1 до 5 мм, кривая 3 - отношение спектров действия 4 к (2)4. В нормальном состоянии богатая сеть артериальных и венозных кровеносных сосудов и капилляров содержит преимущественно гемоглобини оксигемоглобин 2. Кроме 15046 1 2011.10.30 того, гемоглобин может образовать комплексы с , который препятствует транспортировке кислорода, с чем и связано отравляющее действие этого газа. В предложенном способе осуществляют принудительное разрушение комплекса 4 путем воздействия на него светом или лазерным излучением через кожный покров на кровеносные сосуды и капилляры, или воздействуют непосредственно на альвеолы легких человека, или воздействуют на кровь внутривенно. Во всех случаях физический принцип фотодекомпозиции 4 остается таким же, как это проиллюстрировано на фиг. 1. Особенности в условиях воздействия определяются степенью интоксикации, т.е. концентрацией 4 в крови и различием в оптических свойствах кожной ткани. Общеприняты следующие критерии степени интоксикации монооксидом углеродалегкая степень интоксикации - при концентрации 4 в крови в пределах от 10 до 30 средняя тяжесть интоксикации - когда концентрация 4 в крови составляет 3060 тяжелая степень интоксикации - когда концентрация 4 в крови достигает 6080 . При легкой степени интоксикации монооксидом углерода наиболее эффективно использовать воздействие на 4 крови через кожный покров, богатый сетью кровеносных сосудов и капилляров. Такое воздействие обеспечивает неинвазивный процесс фотодеструкции 4 и удаление угарного газаиз организма. При этом необходимо принимать во внимание оптические свойства кожи для подбора оптимальных параметров лазерного излучения, чтобы эффективно воздействовать не только на поверхностные, но и на глубоко расположенные кровеносные капилляры. На фиг. 2 представлены расчетные спектры суммарного поглощения комплекса гемоглобина с кислородом (2)4 (кривая 1), карбоксигемоглобина 4 (кривая 2) в кожных кровеносных сосудах, проинтегрированные по всей глубине проникновения от 0,1 до 5 мм. Как видно из приведенных фигур, форма интегральных спектров действия 2 ивесьма близка. Максимумы коротковолновой полосы для 2 исовпадают на длине волны 543 нм, и существенное различие начинает проявляться в длинноволновом спектральном диапазоне. Так, максимумы длинноволновых полос интегрального поглощения (2)4 и 4 различаются на 10 нм и соответственно приходятся на 580 нм и 570 нм. Сильное перекрытие интегральных спектров действия препятствует селективному оптическому воздействию на 4 через кожный покров, без воздействия при этом (2)4. Вместе с тем имеются участки, где может быть обеспечена максимальная селективность воздействия на 4, что наглядно демонстрирует кривая 3 на фиг. 2, характеризующая отношение спектров действия 4 к (2)4. Как видно, наиболее селективное воздействие на 4 достигается в полосе с максимумом длины волны 564 нм. При этом компонента (2)4 будет затрагиваться минимальным образом, а большая разница в квантовых выходах фотодиссоциации позволит преимущественно деактивировать компоненту 4 в кожных кровеносных сосудах. В случае средней тяжести интоксикации монооксидом углерода наиболее эффективным является транспортировка света непосредственно в альвеолы легких. В легких человека, благодаря насыщенной кровеносными капиллярами поверхности альвеол,эффективное поглощение 4 будет точно таким, как и его невозмущенный спектр поглощения. В этом случае для фотодеструкции 4 следует осуществлять воздействие на длинах волн 540 нм и (или)570 нм. В случаях, когда концентрация карбоксигемоглобина в крови достигает критического уровня (тяжелая степень интоксикации), т.е. приводит к существенному снижению кисло 3 15046 1 2011.10.30 родно-транспортных функций гемоглобина и тяжелой гипоксии, необходима интенсивная фотодеструкция 4 в венозной крови путем внутривенного облучения лазерным излучением. При этом венозная кровь, проходя через легкие, вновь обогащается кислородом и через артерии восстанавливает адекватное снабжение клеток кислородом. Важным фактором в повышении эффективности предложенных методов является поддержание максимально возможной концентрации молекулярного кислорода в плазме крови. В этом случае при фотодеструкции карбоксигемоглобина происходит замещениемолекулярным кислородом и, таким образом, сводится к минимуму повторное связывание монооксида углерода с гемоглобином. Экспериментальные исследования эффективности фотодеструкции 4 проведеныв зависимости от воздействия лазерным излучением. В экспериментах использована венозная кровь, стабилизированная антикоагулянтом(гепарин, ЭДТА). Оптическая плотность определялась с помощью спектрофотометра СФ-26. Концентрация карбоксигемоглобина рассчитывалась следующим образом 4531-538/5314 - 5384. После определения оптической плотности образцаего насыщали 100 монооксидом углерода СО для того, чтобы перевести весь содержащий гемоглобин в карбоксигемоглобин и снова измеряли оптическую плотность 4. Соотношение/4 и определяет процент карбоксигемоглобина в крови. Монооксид углеродаполучали с помощью реакции между концентрированной серной и муравьиной кислотами при нагревании (кипячении) в колбе с закрытой крышкой и газоотводной трубкой. Концентрированную серную и муравьиную кислоты смешивали в соотношении 11.(, 24)2. Для определения карбоксигемоглобина через приготовленный раствор крови пропускалив течение 10 минут. Исходная концентрация карбоксигемоглобина в крови составляла в среднем 2 при погрешности 3 . Кровь насыщали 100 в течение 10 минут, а затем воздействовали оптическим излучением на длине волны 564 нм и мощностью порядка 5,5 мВт. Для удаления выделившегося в результате фотодиссоциации карбоксигемоглобина угарного газа и предотвращения его повторного связывания с гемоглобином параллельно с лазерным облучением проводили насыщение крови воздухом. Результаты проведенного эксперимента показывают, что после воздействия лазерным излучением в течение 10 минут концентрация карбоксигемоглобина снизилась на 15 по сравнению с исходной, т.е. насыщенной 100. Для снижения концентрации карбоксигемоглобина на 30 , что соответствует нижней границе средней тяжести интоксикации, потребуется воздействие лазерным излучением в течение 20 минут. Для дезактивации больших концентраций карбоксигемоглобина 60-80 , что характеризует тяжелую степень интоксикации, потребуется время воздействия от 40 до 60 минут. Следует отметить, что при отсутствии облучения кровь со 100 насыщениемне обнаруживает никаких изменений концентрации карбоксигемоглобина за время, равное времени воздействия оптическим излучением, что показывает прочность связис гемоглобином. Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют определить, какими длинами волн оптического излучения можно эффективно разрушать карбоксигемоглобин, воздействуя на кровеносные сосуды через кожный покров, непосредственно на альвеолы в легких или внутривенно. Предлагаемый способ можно использовать для эффективного устранения отравляющего действия угарного газа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5