Облучение крови видимым светом вылечило крыс от отравления угарным газом

Ученые создали устройство для лечения отравлений угарным газом (CO) и продемонстрировали его эффективность на крысах. Действие нового аппарата основано на том, что соединение гемоглобина с CO распадается на свету. Новая методика, описанная в Science Translational Medicine, может ускорять выход CO из крови в несколько раз.

Распространенность отравлений монооксидом углерода сложно оценить, поскольку несмертельные случаи часто не регистрируются. В России отравления CO в разных регионах составляют от 2,1 до 4,2 процентов от общего числа отравлений.

После вдыхания угарный газ в легочных капиллярах связывается с гемоглобином, что приводит к образованию карбоксигемоглобина (COHb) и снижению насыщенности крови кислородом. Основной метод лечения отравлений угарным газом – нормобарическая оксигенация (подача в легкие стопроцентного кислорода при нормальном давлении).

В эксперименте на здоровых волонтерах кислородотерапия снижала уровень COHb в крови в два раза за 90 минут. Но при отравлениях, сопровождающихся повреждениями дыхательных путей, полураспад этого вещества продлевался в среднем до 148 минут. Насыщение крови кислородом вне организма может помочь вывести CO из организма даже при поврежденных легких — экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) применялась с этой целью всего несколько раз.

Известно, что под действием видимого света COHb распадается, но соединение гемоглобина с кислородом сохраняется. Лука Заззерон (Luca Zazzeron) из Гарвардской медицинской школы и его коллеги занимаются вопросом фототерапии (воздействия светом) при отравлении угарным газом. В предыдущих исследованиях они показали, что облучение легких видимым светом приводит к высвобождению CO из карбоксигемоглобина и способствует ускорению выведения монооксида углерода из кровотока грызунов (1,2).

В новой работе Заззерон и соавторы описывают сконструированный ими аппарат, который позволяет проводить фототерапию при отравлении CO во время ЭКМО (ЭКМО-Ф). Разработанный ими уменьшенный мембранный оксигенатор соответствовал по параметрам существующим моделям, применяющимся на практике. Ученые оснастили его восемью светодиодами для облучения проходящей через него крови.

In vitro работу нового устройства опробовали с использованием человеческой крови, обработанной CO. При сравнении с контролем (кровью, не подвергшейся воздействию света), облучение синим и зеленым светом ускоряло выход CO из крови на 42 процента, красным – на 67 процентов.

In vivo было проведено несколько экспериментов. Отравленных угарным газом крыс, находящихся под наркозом, подключили к системе экстракорпорального кровообращения: кровь выходила через бедренную вену, попадала в резервуар для мониторинга ее параметров, проходила через насос и далее оказывалась в камере аппарата ЭКМО-Ф. Кровь возвращалась в организм животного через правую яремную вену, этот способ подключения называется вено-венозной канюляцией.

Сначала крыс, проходивших обычную кислородотерапию, разделили на четыре группы (для каждой группы n = 4). Животные первой группы не получали ни кислорода, ни фототерапии при помощи аппарата ЭКМО-Ф (контроль), второй – получали смесь газов (95% O₂ и 5% CO₂) для ЭКМО без фототерапии, третей –смесь газов и облучение синим и зеленым светом, четвертой – смесь газов и облучение красным светом.

У крыс, получавших ЭКМО без фототерапии, скорость полураспада COHb была на 28 процентов выше, чем в контрольной группе. При ЭКМО-Ф с синим и зеленым светом этот показатель был на 47 процентов больше, при ЭКМО-Ф с красным светом – на 53 процента.  

Далее ученые смоделировали более тяжелое отравление CO, и крысам давали дышать не кислородом, а обычным воздухом. В таких условиях использование ЭКМО без фототерапии ускоряло выведение СО на 44 процента, а ЭКМО-Ф с красным светом – в пять раз (полураспад COHb 54.9 ± 2 минуты в контрольной группе против 11.6 ± 1.4 минуты в группе ЭКМО-Ф с красным светом). Параллельно с этим улучшалось тканевое дыхание и снижался метаболический ацидоз.

При повреждении легких олеиновой кислотой у крыс на фоне отравления ЭКМО-Ф с красным светом ускорила выведение СО в 3 раза. Кроме того, в экспериментальной группе животные выжили, а в контрольной (животным просто давали подышать кислородом) – нет.

Авторы считают, что их результаты говорят, что минимально инвазивная технология наподобие описанной потенциально может применяться в лечении отравлений угарным газом до поступления пациентов в больницу, в очаге поражения. Это особенно важно для нестабильных пациентов, чувствительных к транспортировке.

Среди ограничений своей работы, помимо того, что она была проведена на крысах, ученые отмечают сравнительно короткий период наблюдения после лечения. Они рассчитывают, что разработанная ими фототерапия будет со временем опробована на более крупных животных и людях.

Ученые стремятся снизить количество CO в выхлопных газах. Для его конверсии они разрабатывают катализаторы на основе, например, гексагонального нитрида бора и серебряных наночастиц и платины и оксида церия. Встречаются курьезные ситуации, когда некоторое количество угарного газа идет на пользу организму: при редкой наследственной анемии небольшое количество угарного газа стабилизировало мутантый гемоглобин.