Спектр веществ, способных при ингаляционном поступлении приводить к формированию токсического отека легких (ТОЛ), весьма разнообразен. В отдельную группу следует выделить пульмонотоксиканты с ацилирующим механизмом действия: карбонилхлорид и перфторизобутилен [1, 2].

Карбонилхлорид и перфторизобутилен используют в различных отраслях промышленности. Так, карбонилхлорид применяют в качестве исходного компонента для синтеза пестицидов, пластиков, красителей, изоцианатов и др. Для нужд промышленности ежегодно производят около 12 млн тонн карбонилхлорида [3, 4]. Перфторизобутилен используют для синтеза различных фторопластов. Помимо этого, он образуется при термодеструкции некоторых фторсодержащих полимеров [2, 4]. Наиболее вероятные ситуации, сопровождающиеся интоксикацией карбонилхлоридом и перфторизобутиленом, могут возникнуть во время аварий на соответствующих химически опасных объектах [1, 3, 5], в том числе при совершении террористических актов и диверсионных атак на такие объекты [6].

Ингаляционная интоксикация карбонилхлоридом и перфторизобутиленом приводит к развитию токсического отека легких, механизм формирования которого на сегодняшний день окончательно не установлен [1, 2];

эффективные подходы к лечению токсического отека легких отсутствуют [1, 2, 7]. Согласно данным литературы, патологические изменения, которые наблюдают у лабораторных животных при интоксикации карбонилхлоридом и перфторизобутиленом, весьма схожи, что свидетельствует об общих механизмах действия указанных токсикантов [4].

На сегодняшний день в литературе описаны подходы к моделированию токсического отека легких, вызванного воздействием химически чистого карбонилхлорида и перфторизобутилена [1, 4, 8]. Известно, что при термическом разложении фторопластов образуется перфторизобутилен [2], которым, в первую очередь, обусловлена токсичность образовавшихся продуктов термодеструкции [9]. С учетом того, что фторопласт сам по себе не требует специфических условий хранения, а продукты его термодеструкции можно получить ex tempore, модель токсического отека легких, вызванного воздействием продуктов термодеструкции фторопласта, может быть использована для поиска средств этиотропной и патогенетической терапии отравлений ацилирующими пульмонотоксикантами.

Целью исследования было сравнить проявления токсического отека легких у лабораторных животных при интоксикации ацилирующим пульмонотоксикантом (карбонилхлорид) и продуктами термического разложения фторопласта, содержащими перфторизобутилен.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные исследования выполняли на беспородных половозрелых крысах-самцах массой 180–200 г, полученных из питомника лабораторных животных «Рапполово» (n = 78). Животных разделили на группы (по шесть животных в группе): контроль; «интоксикация 1», где крыс подвергали воздействию карбонилхлорида; «интоксикация 2», где их подвергали воздействию продуктов термического разложения фторопласта. Для седации, аналгезии и выведения животных из эксперимента использовали раствор тилетамина + золазепама (Золетил 100, Virbak; Франция) в соответствующих дозировках.

В камере объемом 0,25 м³ выполняли статическую ингаляционную интоксикацию крыс карбонилхлоридом. Моделирование воздействия на крыс продуктов термического разложения фторопласта-4 термообработанного гранулированного (далее — фторопласт) осуществляли в оригинальной установке [10]. Температура термического разложения составила 320–650 °С, а длительность термического воздействия — 3 мин.

Моделировали статическую ингаляционную интоксикацию крыс карбонилхлоридом и продуктами термического разложения фторопласта в средних летальных концентрациях, экспозиция составила 15 мин. В ингаляционной камере определяли концентрацию карбонилхлорида при помощи газоанализатора PortaSens II (ATI; США). Качественное определение перфторизобутилена в газовоздушной смеси осуществляли методом газо-жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (хроматограф Agilent 7890B с масс-селективным детектором Agilent 240 MS (Agilent; США)). При помощи газоанализатора Автотест-02.02 (Мета; Россия) в ингаляционной камере определяли содержание монооксида углерода (СО), диоксида углерода (CO2) и кислорода (O2).

Лабораторных животных выводили из эксперимента через 10 мин, 1, 3, 6, 24 и 48 ч после воздействия. У них определяли легочный коэффициент, оценивали парциальное давление кислорода (PaO2), парциальное давление углекислого газа (PaCO2), показатель кислотности (pH) артериальной крови при помощи биохимического анализатора i-STAT (Abbott; США). Ленточные срезы легких выполняли на санном микротоме PFM Slide 2003 (PFM Medical GmbH; Германия). Полученные микропрепараты окрашивали гемотоксилином и эозином и располагали на предметных стеклах. Гистологическое исследование выполняли с помощью микроскопа Leica DM2000 (Leica Microsystems; Германия). Фоторегистрацию осуществляли с помощью камеры Olympus LC35 (Olympus Scientific Solutions; Япония).

Полученные экспериментальные данные выражали в виде медианы, первого и третьего квартилей (Me [Q1; Q3]). Для сравнения двух и более независимых групп использовали критерий Краскела–Уоллиса; критерий Ньюмана–Кейлса использовали для выполнения множественных попарных сравнений. О значимости различий между группами судили при уровне p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При моделировании интоксикации животных карбонилхлоридом и продуктами термодеструкции фторопласта был выполнен анализ газовоздушной смеси в ингаляционной камере. Концентрация карбонилхлорида составила 68 ppm, диоксида углерода — 472 ppm, кислорода — 20,8%. После окончания термодеструкции фторопласта в ингаляционной камере определили перфторизобутилен, монооксид углерода (780 ppm), диоксид углерода (1120 ppm) и кислород в концентрации 20,4%.

Во время моделирования интоксикации животных карбонилхлоридом и продуктами термического разложения фторопласта признаки раздражающего действия выявлены не были. После извлечения животных из ингаляционной камеры их состояние не отличалось от состояния крыс из контрольной группы.

Динамика легочного коэффициента крыс приведена на рис. 1. Через 10 мин и 1 ч после воздействия легочный коэффициент животных из экспериментальных групп не отличался от показателя животных из контрольной группы. Через 3, 6, 24 и 48 ч после воздействия определили значимое увеличение (p < 0,05) легочного коэффициента животных из экспериментальных групп по сравнению с контролем, при этом значимых различий между животными из экспериментальных групп выявлено не было (рис. 1).

Гистологическое исследование не выявило патологических изменений в легких крыс, полученных через 1 ч после воздействия исследуемых токсикантов. Нарастание легочного коэффициента через 3 ч после воздействия сопровождалось появлением микроскопических изменений в тканях легких (рис. 2). Через 3 ч после воздействия карбонилхлорида и продуктов термодеструкции фторопласта на гистологических препаратах выявили утолщение межальвеолярных перегородок, пропитывание их нейтрофилами и эритроцитами, полнокровие сосудов, появление единичных эритроцитов в полости альвеол. Через 6 ч после воздействия на микропрепаратах определили чередование эмфизематозно расширенных участков и отечных альвеол, заполненных экссудатом, содержащим нити фибрина, сегментоядерные нейтрофилы и единичные эритроциты. Часть альвеол увеличена в размерах, перегородки между ними истончены, местами отсутствуют. Просветы бронхов содержат слущенный эпителий. В периваскулярной и перибронхиальной ткани видна лимфоидная инфильтрация. Выявленные гистологические изменения свидетельствуют о формировании токсического отека легких (рис. 2).

Для косвенной оценки газообмена в легких исследовали газовый состав артериальной крови. Отмечены значимое снижение (p < 0,05) PaO2 и значимое увеличение (p < 0,05) PaCO2 уже через 1 ч после воздействия исследуемых токсикантов. Через 3, 6, 24 и 48 ч после воздействия у животных исследуемых групп определили значимую гипоксемию (снижение PaO2) и гиперкапнию (повышение PaCO2) крови крыс, подвергшихся интоксикации как карбонилхлоридом, так и продуктами термодеструкции фторопласта (рис. 3). Накопление диоксида углерода в крови крыс приводило к снижению показателя кислотности. Так, через 6 ч после воздействия рН крови снизился до 7,22 [7,19; 7,29] и 7,18 [7,11; 7,23] (группы «интоксикация 1» и «интоксикация 2» соответственно).

Выявленные изменения в газовом составе артериальной крови были схожи у крыс, подвергшихся интоксикации карбонилхлоридом и продуктами термического разложения фторопласта в исследуемые сроки (рис. 3).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

При термическом разложении фторопласта в ингаляционной камере определили перфторизобутилен, которым в первую очередь обусловлена токсичность образовавшейся газовоздушной смеси [9]. Концентрация монооксида углерода в ингаляционной камере соответствовала 0,1 LC50 (для крыс при экспозиции 15 мин) [11]. Концентрация кислорода падала не ниже 20,4%. Таким образом, тяжесть состояния животных не может быть обусловлена гипоксической и/или гемической гипоксией.

В выполненном исследовании патологические процессы в тканях легких крыс, подвергшихся воздействию исследуемых токсикантов, выявили через 3 ч после окончания воздействия. Обнаружено увеличение легочного коэффициента, что косвенно свидетельствует о накоплении внесосудистой воды в легких [12]. По мере манифестации токсического отека легких (через 6 ч после воздействия) было определено еще большее значение легочного коэффициента, которое оставалось повышенным через 24 и 48 ч после воздействия. Увеличение легочного коэффициента сопровождалось появлением микроскопических изменений в тканях легких. Через 3 ч после воздействия исследуемых токсикантов были определены признаки, характерные для интерстициальной фазы, а через 6 ч — признаки, характерные для альвеолярной фазы токсического отека легких.

Нарушение структуры аэрогематического барьера сопровождалось расстройством газообмена. Так, через 6 ч после воздействия были определены наиболее выраженное снижение PaO2 и увеличение PaCO2 в артериальной крови. Такие изменения связаны с нарушением диффузии газов, вызванным увеличением толщины аэрогематического барьера вследствие накопления внесосудистой жидкости [12]. Накопление диоксида углерода в артериальной крови и нарушение процессов аэробного окисления, обусловленное артериальной гипоксемией, приводили к изменению кислотно-основного состояния крови, проявляющемуся в виде смешанного ацидоза.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что тяжесть состояния лабораторных животных, подвергшихся интоксикации карбонилхлоридом и продуктами термического разложения фторопласта, обусловлена дыхательной гипоксией. Среди проявлений дыхательной гипоксии выявили артериальную гипоксемию и изменение кислотно-основного состояния, вызванные нарушением целостности аэрогематического барьера и расстройством газообмена в легких. Важно отметить, что в исследуемые сроки проявления токсического отека легких были схожи у крыс, подвергшихся воздействию как карбонилхлорида, так и продуктов термического разложения фторопласта, содержащих перфторизобутилен.

ВЫВОДЫ

Проявления токсического отека легких (артериальная гипоксемия и гиперкапния, морфологические изменения в тканях легких, легочный коэффициент), вызванного воздействием на крыс продуктов термодеструкции фторопласта, содержащих перфторизобутилен, были схожи с таковыми при воздействии химически чистого карбонилхлорида в раннем постинтоксикационном периоде. С учетом того, что фторопласт инертен в химическом, физическом и биологическом отношении, не требует специфических условий хранения [9], продукты его термодеструкции, полученные ex tempore, могут быть использованы для моделирования токсического отека легких у животных, что продемонстрировано в настоящем исследовании. Таким образом, рассмотренная модель позволяет адекватно воспроизводить токсический отек легких у крыс, сходный с таковым при интоксикации ацилирующими пульмонотоксикантами, что дает возможность проводить экспериментальные исследования по дальнейшему изучению механизма развития и поиску средств коррекции токсического отека легких.