Азотный наркоз. 
Изменение парциального давления газов и заболевания водолазов связанного с ним

Под азотным наркозом (наркотическим действием азота) понимается патологическая реакция организма, связанная с действием повышенного парциального давления азота во вдыхаемом воздухе или ДГС и характеризующееся изменениями высшей нервной деятельности.

Выраженное наркотическое действие азота в водолазной практике встречается при использовании для дыхания сжатого воздуха на глубинах более 60 м.

Историческая справка.

Долгое время в науке господствовало представление о том, что азот является физиологически индифферентным газом, хотя практика водолазного дела и кессонных работ накопила случаи необычного поведения людей и животных в условиях повышенного давления воздуха.

Первое сообщение о действии сжатого воздуха на организм человека было сделано в 1820 г. швейцарским врачом Колладоном, который отмечал у водолазов возбуждение, напоминающее опьянение. Французский врач Т. Жюно (1835) сообщил, что при дыхании сжатым воздухом «функции мозга активизировались, фантазия оживлялась, мысли имели необычное очарование, у некоторых возникали симптомы интоксикации». В 1861 г. Дж.Б. Грин описал состояние сонливости у водолаза с наличием галлюцинаций и ухудшением умственной деятельности, что потребовало немедленного возвращения на поверхность.

Поль Бер (1878) на основании результатов исследований на животных и растениях в условиях сжатого воздуха пришел к заключению, что основным вредным компонентом сжатого воздуха является кислород, к действию которого наиболее чувствительна нервная система. Он высказал гипотезу о полной физиологической индифферентности азота, которая просуществовала несколько десятков лет. Под впечатлением исследований П. Бера подобные расстройства истолковывались различными исследователями (Качановский П. С, 1881; Храбростин М. Н., 1903; Хилл Л., Гринвуд М., 1906, и др.) либо как следствие токсического действия кислорода, либо как результат неустойчивости психической сферы водолазов.

В первой четверти двадцатого века (через четыре десятка лет после появления книги П. Бера «Барометрическое давление» и два десятка лет после открытия инертных газов) ни у кого из ученых не возникало подозрений, что какие-то еще составные части воздуха, кроме кислорода и углекислого газа могут проявлять физиологическое действие. Теоретическое представление о том, что все остальные компоненты воздуха — азот, водород и инертные газы — являются биологически индифферентными, оправдывалось: они не вступали в организме ни в какие химические реакции.

Между тем, в биологии накапливались факты и формулировались обобщения, которые находились в вопиющем, но долгое время незамеченном противоречии с только что указанными представлениями.

Эти факты были получены при попытке сформулировать единую теорию наркотического действия различных веществ.

Выяснилось, что наркотическими свойствами обладает большое количество разнообразных, в структуре которых не удается найти общих черт, которые позволили бы дать объяснение явной однотипности их действия. К 90-м годам XIX века начали появляться работы, указывающие на тот факт, что существует закономерная связь между физико-химическими свойствами наркотиков и силой их действия. Первой ласточкой физико-химической «весны» в учении о наркозе стало так называемое правило Рише: оказалось, что наркотики действуют тем сильнее, чем меньше они растворимы в воде. Затем в 1899—1901 годах появились первые сообщения Ханса Хорста Мейера и Чарльза Е. Овертона, в которых ими независимо друг от друга была исчерпывающе сформулирована «липоидная теория наркоза». Краеугольным камнем новой теории было утверждение, что всякое химически индифферентное (или, во всяком случае, лишь медленно изменяющееся в организме) вещество, растворимое в липоидах, должно быть наркотиком и притом тем более сильным, чем больше его коэффициент распределения между липоидами и водой.

С этого времени химическая индифферентность азота и инертных газов в организме перестала быть надежным обоснованием их физиологической индифферентности. Однако открытие осталось незамеченным. Противоречие между липоидной теорией наркоза и верой в существование абсолютно индифферентных физиологически газов усилили эксперименты Вернона (1907), доказавшего высокую липоидную растворимость азота, заставляющую ставить его по наркотической силе рядом с этиловым эфиром (воздух при этом не оказывал наркотического действия), но и эти эксперименты не получили осмысления широким кругом ученых. И только 16 лет спустя сын Х. Х. Мейера Курт Мейер вместе с Генрихом Гопфом (1923) сделали смелый, но необходимый логический вывод, предположив, что азот — тоже наркотик, и доказали это экспериментально на животных.

Дальнейшая судьба открытия Курта Мейера повторила открытие Марко Поло. Его опытам многие не поверили, как не поверили венецианцы рассказам о Китае вернувшегося после двадцатипятилетнего отсутствия великого путешественника. Научный мир упорно не хотел видеть открытия «азотного наркоза». Спустя 15 лет вышла первая немецкая «Общая фармакология» (1938) Аксмахера, автор которой, воспроизводя таблицу опытов Мeйера и его сотрудников, устанавливающую связь силы наркотического действия различных газов и паров с коэффициентами их растворимости в оливковом масле, без всяких оговорок исключил из нее данные об азоте, считая, очевидно, невозможным помещать подобные материалы в серьезной фармакологической книге.

Не оценили важности опытов Мейера и те, кого эти исследования больше всего касались — физиологи и врачи, занимающиеся проблемами действия на организм сжатого воздуха. Это относится даже к такому выдающемуся ученому, каким был Холдейн. Во втором издании 1935 года его замечательной книги «Дыхание», в главе, посвященной влиянию на организм высокого атмосферного давления, нет ни слова о возможности влияния азота на организм при высоком давлении, работа Мейера и Гопфа не цитируется и не при водится в приложенном к книге литературном указателе.

Между тем, постепенно накапливались факты, которые должны были рано или поздно заставить вспомнить об исследованиях Мейера. В 1932 г. Гилли сообщил, что у некоторых водолазов, работавших при давлении в 9 — 10 абсолютных атмосфер, наблюдались преходящие изменения высшей нервной деятельности, начиная с затруднённого усвоения фактов и принятия быстрых решений, вплоть до потери сознания.

Поскольку на водолаза, работающего на сжатом воздухе и большой глубине, действуют многие необычные факторы среды, явление требовало тщательного анализа. В 1935 году Бенке, Томсон и Мотли вопрос о причинах описанных явлений подвергли экспериментальному исследованию.

Для этого 9 человек (сотрудников лаборатории) помещали в большую, хорошо освещенную барокамеру с кондиционированием воздуха. Время воздействия, включая и период декомпрессии, составляло от 1,5 до 5 часов. Воздух сжимался до 4, а в одном опыте — до 10 абсолютных атмосфер. Сотрудники-испытатели вели обычную для них вивисекционную лабораторную работу. Оказалось, что, уже начиная с 3 атмосфер, наблюдались некоторые изменения психики. При 4 атмосферах отмечалась определенная эйфория, смешливость и болтливость, замедление реакции на зрительные, слуховые, обонятельные и тактильные раздражения, ослабление ассоциаций, частые ошибки в вычислениях, нарушение координации тонких движений; изменения эти появлялись с самого начала экспозиции и не нарастали при изопрессии. После декомпрессии обычно ощущалась усталость и сонливость. При 10 атм. оцепенение было выражено гораздо сильнее; самая простая задача, пальпация пульса у другого лица, выполнялась с чрезвычайным трудом. По характеру нарастания явлений от 3 до 10 атмосфер авторы заключили, что предельное давление воздуха, совместимое с человеческой деятельностью, лежит в пределах от 10 до 14 атмосфер.

На основании результатов этих работ, а также своих предыдущих исследований по действию высоких концентраций кислорода, авторы отвергли предположение, что объяснить наблюдавшиеся явления может повышенное парциальное давление последнего и пришли к мысли, что единственным объяснением всего описанного может быть только наркотическое действие азота (плюс аргон и другие инертные газы). Практическим выводом отсюда было предложение заменять воздух искусственной газовой смесью, в которой парциальное давление кислорода было как в воздухе, а для увеличения глубины вместо азота в таких смесях использовать газ с низким коэффициентом растворимости.

В дальнейших исследованиях Бенке и Ярбро в 1938 г. наркотическое действие азота на людей подтвердилось. В 1940 году Лазарев, Цибина и Дурасов впервые зарегистрировали азотный наркоз у мыши при парциальном давлении азота в 35 атмосфер.

Несколькими месяцами позже вышло краткое сообщение Бресткина, Кравчинского, Павловского и Шистовского с подтверждением данных Бенке и соавторов о токсическом действии сжатого воздуха на глубинах свыше 100 м, выражающемся при 5−7 минутах пребывания на глубине вначале в состоянии возбуждения, а затем отупения, потере контроля над своими движениями, и даже в галлюцинациях. В этом же сообщении указано, что авторы получили азотный наркоз кошки при давлении от 10 до 30 атм. азота, при давлении свыше 30−40 атм. наступает состояние глубокого наркоза, сопровождающееся периодами двигательного возбуждения, подергиваний конечностей и даже судорог.

Затем было показано, что наркоз могут вызывать не только азот, но и другие индифферентные газы.

«Биологическое действие индифферентных газов» Лазарева.

В 1941 году профессор кафедры фармакологии ВММедА Николай Васильевич Лазарев впервые выдвинул теорию биологического действия химически индифферентных газов в книге «Биологическое действие инертных газов», руководствуясь вышеупомянутой липоидной теорией наркоза, согласно которой всякое химически индифферентное вещество, растворимое в липидах клеточной мембраны, является наркотиком, не позволяющим нервным клеткам генерировать импульсную активность при раздражении, или общим анестетиком, угнетающим синаптическую передачу. Чем выше коэффициент распределения этого вещества между липидами и водой (жиро-водный коэффициент Мейера-Овертона), тем сильнее его наркотические свойства. В работах Н. В. Лазарева было экспериментально подтверждено наличие биологического действия инертных газов, заключающееся в наркотическом эффекте.

Причем по силе наркотического эффекта газы выстроились в соответствии с убыванием коэффициента Мейера-Овертона в ряду: криптон, аргон, азот, неон, водород, гелий.